專利名稱：一種虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明能夠解決導(dǎo)彈武器裝備維修操作中存在的零部件拆卸不合理問題，優(yōu)化拆卸序列，以指導(dǎo)維修操作，降低維修訓(xùn)練費(fèi)用，提高維修的準(zhǔn)確性與安全性。同時(shí)，該技術(shù)能應(yīng)用于裝備使用操作和性能檢測(cè)，幫助使用者深入了解裝備結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
選擇性拆卸序列是指在產(chǎn)品拆卸過程中，將與目標(biāo)零件有約束關(guān)聯(lián)的零部件從產(chǎn)品上分離出來的先后順序。拆卸序列的選擇直接影響到拆卸過程所用時(shí)間、所需工具和夾具種類，以及更換它們所用的時(shí)間等。選擇性拆卸序列規(guī)劃問題在數(shù)學(xué)上是一個(gè)NP-hard組合優(yōu)化問題，一般而言，隨著裝配體中零件數(shù)量的增加，拆卸方案的求解空間也會(huì)迅速?gòu)?fù)雜起來。目前，現(xiàn)有方法和技術(shù)只是對(duì)選擇性拆卸序列的生成進(jìn)行研究，對(duì)拆卸序列的優(yōu)化研究較少，而且在進(jìn)行拆卸序列優(yōu)化時(shí)，所建立的模型簡(jiǎn)單，沒有很好的描述零件之間的相互約束關(guān)系，使優(yōu)化算法的收斂速度較慢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要為解決導(dǎo)彈發(fā)射車在實(shí)際拆卸維修過程中存在的由于拆卸任務(wù)不同，導(dǎo)致目標(biāo)拆卸的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及拆卸約束的解除存在高度的任意性。以往人們多憑借經(jīng)驗(yàn)和常識(shí)做出拆卸序列的判斷，由于沒有對(duì)所有可行拆卸序列做出科學(xué)合理判斷，特別是對(duì)于導(dǎo)彈武器裝備，其裝配結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修作業(yè)難度大，錯(cuò)誤的拆卸操作和流程往往會(huì)造成設(shè)備的損壞，并會(huì)給操作人員帶來危險(xiǎn)。在根據(jù)產(chǎn)品選擇性拆卸的特點(diǎn)，以拆卸危險(xiǎn)度為代價(jià)函數(shù)，建立了選擇性拆卸優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了模型求解的蟻群算法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案主要包括以下步驟:(I)選擇性拆卸建模本發(fā)明利用拆卸約束圖來描述廣品零部件之間的拆卸約束關(guān)系，從而建立廣品拆卸模型。(2)選擇性拆卸優(yōu)化建模拆卸序列優(yōu)化的目的是在滿足產(chǎn)品的幾何約束并且零部件之間的拆卸操作不發(fā)生干涉的前提下，探索合理的并且拆卸代價(jià)較低的拆卸序列。本技術(shù)以拆卸危險(xiǎn)度為代價(jià)函數(shù)，主要考慮最少重新定向次數(shù)和最少工具更換次數(shù)兩個(gè)因素，這兩個(gè)因素在一定程度上也反映了整個(gè)拆卸操作流程的復(fù)雜程度。(3)模型求解模型求解問題的步驟是①問題的描述，即需要將求解的問題轉(zhuǎn)換描述成一個(gè)路徑尋優(yōu)間題；②關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)計(jì)，將問題本身的有關(guān)約束信息轉(zhuǎn)換成蟻群算法的參數(shù)，從而能夠通過蟻群優(yōu)化方法求得問題的有效解。利用蟻群算法可以很好的解決拆卸序列長(zhǎng)度變化的優(yōu)化問題，而且螞蟻根據(jù)信息素和目標(biāo)零件的指導(dǎo)，能較快的找到最優(yōu)目標(biāo)拆卸序列。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的裝備簡(jiǎn)單拆卸約束圖。圖2是機(jī)構(gòu)零件間約束關(guān)系3是拆卸零件的基本 目息。圖4是本實(shí)例的優(yōu)化結(jié)果。
具體實(shí)施例方式為了更好的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步說明。(I)產(chǎn)品選擇性拆卸建模在圖1中，本發(fā)明利用拆卸約束圖來描述廣品零部件之間的拆卸約束關(guān)系，從而建立產(chǎn)品拆卸模型。該拆卸模型由節(jié)點(diǎn)集V、無向邊集E和有向邊集R組成，記為:DG = {V, Ε, R} (I)其中-M = Iv1, V2, , νη}為節(jié)點(diǎn)集合,表示拆卸零件集合，η為拆卸零件數(shù)目。E = Ie1, e2，...，em}為有向邊集合。表示零件之間的優(yōu)先約束關(guān)系，如圖1頂點(diǎn)3到頂點(diǎn)4為有向邊，表示零件3在零件4之前拆卸。R= {r1；r2,...,rj為無向邊集合,表示連接約束關(guān)系。當(dāng)約束關(guān)聯(lián)的兩個(gè)子拆卸體之間沒有明確的或必然的先后拆卸制約關(guān)系，此時(shí)，用有向約束無法表示這類約束關(guān)系，則引入無向約束加以表示。如圖1中頂點(diǎn)3到頂點(diǎn)I為無向邊，表示零件3與I之間有接觸約束關(guān)系。(2)選擇性拆卸優(yōu)化模型拆卸序列優(yōu)化的目的是在滿足產(chǎn)品的幾何約束并且零部件之間的拆卸操作不發(fā)生干涉的前提下，探索合理的并且拆卸代價(jià)較低的拆卸序列。本技術(shù)以拆卸危險(xiǎn)度為代價(jià)函數(shù)，主要考慮兩個(gè)因素:最少重新定向次數(shù)和最少工具更換次數(shù)，這兩個(gè)因素在一定程度上也反映了整個(gè)拆卸操作流程的復(fù)雜程度。代價(jià)函數(shù)可定義為:
權(quán)利要求
1.虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃方法。其特征是對(duì)虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃建模和求解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃方法，其特征是裝備選擇性拆卸建模。本技術(shù)利用拆卸約束圖來描述產(chǎn)品零部件之間的拆卸約束關(guān)系，從而建立產(chǎn)品拆卸模型。該拆卸模型由節(jié)點(diǎn)集V、無向邊集E和有向邊集R組成，記為:DG= {V，E，R}。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃方法，其特征是選擇性拆卸優(yōu)化模型。本技術(shù)以拆卸危險(xiǎn)度為代價(jià)函數(shù)，主要考慮最少重新定向次數(shù)和最少工具更換次數(shù)兩個(gè)因素，這兩個(gè)因素在一定程度上也反映了整個(gè)拆卸操作流程的復(fù)雜程度。代價(jià)函數(shù)可定
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃方法，其特征是基于蟻群算法的選擇性拆卸序列優(yōu)化求解。利用蟻群算法可以很好的解決拆卸序列長(zhǎng)度變化的優(yōu)化問題，而且螞蟻根據(jù)信息素和目標(biāo)零件的指導(dǎo)，能較快的找到最優(yōu)目標(biāo)拆卸序列。其特征是(I)拆卸零件選擇概率。假設(shè)連接螞蟻上一次到達(dá)的節(jié)點(diǎn)和本次要到達(dá)的節(jié)點(diǎn)的軌跡為(i，j)，螞蟻轉(zhuǎn)移概率與該軌跡上的信息素濃度Tu(t)和零件j的可見度nu(t)有關(guān)，定義螞蟻的轉(zhuǎn)移概率為:.....
[從)P Jea(kt>
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃方法，其特征是具體求解步驟: 步驟1.初始化蟻群算法參數(shù)α、β、P、M，目標(biāo)拆卸零件為Τν，將螞蟻按循環(huán)順序分布在初始可拆卸零件上；產(chǎn)生與Tv有連接約束關(guān)系和非連接優(yōu)先關(guān)系的零件，并放入列表C中。
步驟2.判斷Tv是否可拆卸，如果可拆卸，則算法結(jié)束，最優(yōu)拆卸序列為S= {Tv};否貝U，轉(zhuǎn)步驟3。步驟3.設(shè)置循環(huán)次數(shù)t = O,初始化軌跡濃度τ Jj (t) = τ O。
步驟4.設(shè)置螞蟻k = O，軌跡濃度增量Λ τ Jj (t) = O。
步驟5.得到螞蟻k的初始位置vk，若vk e C，則將Vk放入Sk，使Sk = {vj，同時(shí)將Vk從C中刪除，轉(zhuǎn)步驟7 ;否則轉(zhuǎn)步驟6。
步驟6.把與C中零件有連接約束關(guān)系和非連接優(yōu)先關(guān)系的零件放入列表C中，轉(zhuǎn)步驟5。
步驟7.判斷Tv是否可拆卸，如果可拆卸，更新信息增量Λ Tku(t)，轉(zhuǎn)步驟10;否則轉(zhuǎn)步驟8。
步驟8.在C中產(chǎn)生一個(gè)可拆卸零件集合a i (k，t)。
步驟9.若ai(k，t)為空，則把與C中零件有連接約束關(guān)系和非連接優(yōu)先關(guān)系的零件再放入C中，轉(zhuǎn)步驟8 ;否則，以概率Zf (O選擇下一個(gè)可拆卸零件j，更新τ u(t)，將零件j放入Sk中，同時(shí)將其從C中刪除，轉(zhuǎn)步驟7。
步驟10.Sk < M-1，則k++，轉(zhuǎn)步驟5 ;否則更新Tu(t)，轉(zhuǎn)步驟11。
步驟11.若t < T-UU t++，并清空所有的Sk(k = 0，1，…，M-1)，轉(zhuǎn)步驟4 ;否則得到M只螞蟻的最優(yōu)拆卸序列， 計(jì)算結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種虛擬樣機(jī)拆卸序列規(guī)劃技術(shù)，主要為解決導(dǎo)彈裝備在實(shí)際維修拆卸過程中存在的因拆卸任務(wù)不同，導(dǎo)致拆卸的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及拆卸約束的解除存在高度的任意性。由于對(duì)裝備可行拆卸序列缺乏科學(xué)合理判斷，特別是對(duì)于導(dǎo)彈武器裝備，其裝配結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修作業(yè)難度大，錯(cuò)誤的拆卸操作和流程往往會(huì)造成設(shè)備的損壞，并會(huì)給操作人員帶來危險(xiǎn)。本發(fā)明根據(jù)導(dǎo)彈裝備拆卸的特點(diǎn)，以拆卸危險(xiǎn)度為代價(jià)函數(shù)，在考慮拆卸安全性的基礎(chǔ)上，建立了基于零件間相互約束關(guān)系的選擇性拆卸序列優(yōu)化模型，設(shè)計(jì)了基于蟻群算法的選擇性拆卸序列優(yōu)化算法，從所有可行序列中搜索最優(yōu)或近似最優(yōu)的選擇性拆卸序列。本發(fā)明能夠指導(dǎo)實(shí)裝維修操作，有效降低維修訓(xùn)練費(fèi)用，提高維修的準(zhǔn)確性與安全性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103164550SQ20111041343
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者曹繼平, 宋建社, 王強(qiáng), 黃東坡, 郭軍, 葉慶, 楊正磊 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程學(xué)院