一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及复杂机械产品装配规划领域，具体设及一种基于烟花算法的复杂机械 产品装配序列规划方法。
【背景技术】
[0002] 装配规划包括装配建模、装配序列规划W及装配路径规划运Ξ个部分，其中装配 序列规划是装配规划的核屯、，直接关系到产品的装配成本。在传统的机械产品装配过程 中，企业大多数利用有经验的装配工程师借助其自身的经验进行装配，但当装配零部件过 多时，由于产品的装配序列的数量与产品零部件的数量呈指数增长，因此，对零件数目较多 的复杂机械产品会出现装配序列组合爆炸问题，仅凭装配工程师的经验很难确定其装配序 列，即使能确定也难W保证装配序列的合理性和优越性，从而导致产品制造成本增加，开发 周期延长，降低了产品市场竞争力。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，W 快速获得优化的装配序列，从而有效降低产品制造成本，缩短产品开发周期。
[0004]一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，包括W下步骤： 阳〇化]第一步：基于装配体进行产品装配建模，为基于烟花算法求解装配序列建立基 础；
[0006] 第二步：根据烟花算法的基本原理，构建面向装配序列规划的烟花算法，利用烟花 算法的寻优机理对装配序列进行优化，W装配方向改变次数、装配方向稳定性和装配工具 变换次数Ξ个评价指标，在众多可行装配序列中寻找到最优的装配序列；
[0007] 第Ξ步：用MTLAB编程实现基于烟花算法的装配序列规划方法，获得优化的装配 序列。
[0008] 本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
[0009] 基于烟花算法的复杂机械产品装配序列可行解空间捜索范围大，有利于找到更加 合理的装配序列，同时装配序列规划速度快，不需要太多迭代次数就可获得优化的装配序 列，能更加有效地降低产品制造成本，缩短产品开发周期。
【附图说明】
[0010] 图1为烟花算法流程图； W11] 图2为装配示意图；
[0012] 图3为装配体+X方向的干设矩阵；
[0013] 图4为装配体+y方向的干设矩阵；
[0014] 图5为装配体+Z方向的干设矩阵；
[0015] 图6为装配体的稳定支撑矩阵；
[0016] 图7为装配体零部件的装配工具集合。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施 例。
[0018] 参照图1，一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，步骤如下：
[0019] 第一步：基于装配体进行产品装配建模见图2,为基于烟花算法求解装配序列建 立基础；确定装配体的初始干设矩阵、稳定支撑矩阵和装配工具变换次数，见图3、图4、图 5、图6和图7所示；
[0020] 步骤1图3中的1表示零件i沿坐标轴+X方向装配时与零件j发生干设，0表示 零件i沿坐标轴+X方向装配时与零件j不发生干设；
[0021] 步骤2图4中的1表示零件i沿坐标轴+y方向装配时与零件j发生干设，0表示 零件i沿坐标轴+y方向装配时与零件j不发生干设；
[0022] 步骤3图5中的1表示零件i沿坐标轴+Z方向装配时与零件j发生干设，0表示 零件i沿坐标轴+Z方向装配时与零件j不发生干设；
[0023] 步骤4图6中的2表示零件i与零件j之间存在稳定连接关系，且零件i仅在重 力下能稳定保持在零件j上，1表示零件i与零件j之间存在稳定连接关系，且零件j用夹 具保持稳定更好，0表示零件i与零件j之间不存在连接关系。
[0024] 第二步：根据烟花算法的基本原理，构建面向装配序列规划的烟花算法见图1，利 用烟花算法的寻优机理对装配序列进行优化，W装配方向改变次数、装配方向稳定性和装 配工具变换次数=个评价指标，在众多可行装配序列中寻找到最优的装配序列；
[0025] 确定初始烟花数为η= 100,循环次数为t= 100,火花总数为m= 50,特殊火花数 为gs= 20,法中计算火花数的两个参数为a= 0. 1，b= 0. 9。
[0026] 其中烟花算法中的爆炸半径A和产生的火花数s的公式分别为：
[0029] 用来更新普通火花位置的交换因子（α1，β1)。
[0030] 第一个参数α1 :
[0031]α1 =round(d·rand(0,1)) 阳03引其中，d为维数，即装配序列中零件的个数。 阳03引第二个参数0 1 :
[0034] 烟花爆炸产生的火花^，初始的火花戈,.=X,，火花移动的位移为h= Ai.randH，1)，产生的新火花^.(α1) = +A，根据产生的新火花和初始的火花对比 得出β1即：
[0035]
[0036] 用来更新特殊火花的交换因子（α2,β2)
[0037] 第一个参数α2 :
[0038] 特殊火花交换因子的第一个参数α2和普通火花交换因子的第一个参数α1相 同，即：
[0039] 曰 2 =round(d·rand(0,1)) W40] 其中，d为维数，即装配序列中零件的个数。 阳041] 第二个参数β2 : W42] 烟花爆炸产生的火花式.，初始的火花^ =X,，火花移动的位移为g= GaussianQ，1)，产生的新火花
'根据产生的新火花和初始的火花对 比得出0 2即：
[0043]
[0044] 我们根据交换因子的两个参数即可得出更新后普通火花和特殊火花的位置，每个 普通火花更新的次数为Si;每一个特殊火花都只更新一次，目的是为了增加种群的多样性， 防止陷入局部最优解。
[0045] 第Ξ步：用MTLAB编程实现烟花算法对装配序列的优化过程，得到最优的装配序 列。
[0046] 烟花算法求解装配体的最优装配序列的过程是通过MTLAB编程实现的，一种基 于烟花算法的装配序列规划方法，其步骤如下：
[0047] 步骤1设置算法的参数1\11、曰、13、4111曰《、111。其中1'为迭代次数，11为初始烟花的 数目即装配序列数，a、b为求火花数目时的常数，Amax为预先设定的爆炸最大半径值，m为 η个烟花产生的火花总数目。
[0048] 步骤2随机产生初始烟花的位置和方向，设置当前迭代次数为t= 1。
[0049] 步骤3 根据第一步的Ξ个指标计算每个烟花的目标函数值，并确定当前的适应 度函数值的最大值和最小值。
[0050] 步骤4根据第二步计算出烟花的爆炸半径A和产生火花的数目S，并更新普通火 花的位置。
[0051] 步骤5 按照高斯分布额外产生gs个烟花，每个烟花产生一个火花，该火花根据 第二步进行更新位置。
[0052] 步骤6在当前所有的烟花和火花中，选取η个最优的烟花或火花作为新的烟花， 参与下一轮爆炸，令t=t+1。
[0053] 步骤7若t<Τ，返回步骤3 ;否则算法停止，输出得到的最有烟花或火花的位置 及其适应度函数值。
[0054]通过程序运行，得到的最优装配序列为1，3,17, 2,9,4,11，6,15,12,13,16,10,14， 5,7,8D
【主权项】
1. 一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特征在于，包括以下步 骤： 步骤A :基于装配体进行产品装配建模，构造适应度函数，为后面烟花算法求解装配序 列建立基础； 步骤B :根据烟花算法的基本原理，构建面向复杂机械产品装配序列规划的烟花算法， 利用烟花算法的优点对复杂机械产品装配序列进行优化，在众多可行装配序列中寻找到最 优的装配序列； 步骤C :用MATLAB编程实现基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，获得优 化的装配序列。2. 根据权利要求1所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特 征在于，所述步骤A，具体包括步骤如下： 步骤A1 :对产品的零件编号，并根据零部件之间的装配关系建立干涉矩阵； 步骤A2 :确定评价指标，并设置评价指标的权重； 步骤A3 :根据各个评价指标及其权重值构造目标函数； 步骤A4 :建立装配序列信息矩阵。3. 根据权利要求1所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特 征在于，所述步骤B，具体包括步骤如下： 步骤B1 :设置烟花算法中的参数； 步骤B2 :随机产生初始烟花的位置和方向； 步骤B3 :根据烟花算法计算出烟花的爆炸半径和产生的火花数目； 步骤Μ :根据普通火花交换因子更新普通火花的位置； 步骤Β5 :按照高斯分布产生额外的烟花，即特殊火花，根据特殊火花的交换因子更新 特殊火花的位置； 步骤Β6 :在当前所有的烟花和火花中，计算目标函数值，选取最优烟花和部分次优烟 花进行下一轮爆炸。4. 根据权利要求3所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特 征在于，所述普通火花交换因子，具体包括步骤如下： 步骤D1 :第一个参数α 1 = ^1111(1((1^&11(1(0，1))，其中(1为维数，即装配序列中零件 的个数； 步骤D2 :烟花爆炸产生的火花.?，初始的火花& =戈，火花移动的位移为h = Ai · rand(-l，1)，产生的新火花I，根据产生的新火花和初始的火花对 比得出第二个参数β1即步骤D3:得出普通火花的交换因子（α?，β?)。5. 根据权利要求3所述的一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，其特 征在于，所述特殊火花交换因子，具体包括步骤如下： 步骤D1 :第一个参数a 2 = round (d. rand (0,1))，其中d为维数，即装配序列中零件的 个数； 步骤D2 :烟花爆炸产生的火花iy，初始的火花A ='，火花移动的位移为g = Gaussian (1，1)，产生的新火花_，根据产生的新火花和初始的火花对 比得出第二个参数β2即步骤D3 :得出特殊火花的交换因子（α 2, β 2)。
【专利摘要】本发明涉及复杂机械产品装配规划领域，公开了一种基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法。所述方法包括：先基于装配体进行产品建模，为基于烟花算法进行装配序列规划建立基础；针对装配序列规划问题的特点，根据烟花算法的基本原理，重新定义烟花算法的相关操作，构建面向装配序列规划的烟花算法；以装配方向改变次数、装配方向稳定性和装配工具变换次数为三个评价指标，利用烟花算法的寻优机理对装配序列进行优化；通过MATLAB编程实现基于烟花算法的复杂机械产品装配序列规划方法，获得优化的装配序列。本发明可以降低复杂机械产品制造成本，缩短产品开发周期。
【IPC分类】G06Q10/04
【公开号】CN105279570
【申请号】CN201510340947
【发明人】鲁聪, 李俊英, 霍灯升, 刘鑫, 汪洋
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年6月19日