復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品虛擬布局與裝配關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、如何縮短我國(guó)復(fù)雜武器系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高武器系統(tǒng)的工程化能力和水平，縮短武器的戰(zhàn)備反應(yīng)時(shí)間(很大程度上取決于產(chǎn)品的裝配和檢測(cè)時(shí)間)，是擺在我們面前一個(gè)急需解決的問(wèn)題。合理的布局與裝配設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜武器產(chǎn)品功能和在設(shè)計(jì)階段發(fā)現(xiàn)并解決裝配問(wèn)題的前提，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)之一。因此，針對(duì)復(fù)雜武器系統(tǒng)工程化的需求，進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的虛擬布局與裝配研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 復(fù)雜結(jié)構(gòu)的布局設(shè)計(jì)屬于帶性能

2、約束的布局優(yōu)化問(wèn)題，屬于具有不確定性、高度非線性、既有定性又有定量的復(fù)雜工程系統(tǒng)問(wèn)題，求解這類問(wèn)題的難點(diǎn)是存在組合爆炸的計(jì)算復(fù)雜性和工程實(shí)用化的復(fù)雜性。面向復(fù)雜武器系統(tǒng)的虛擬裝配也是一項(xiàng)全新的技術(shù)方法。本論文在分析布局問(wèn)題的求解方法及虛擬裝配技術(shù)的基礎(chǔ)上，以復(fù)雜武器系統(tǒng)的典型復(fù)雜構(gòu)件——飛行器儀器艙為研究對(duì)象，探討復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的虛擬布局與裝配系統(tǒng)的構(gòu)建原理，重點(diǎn)研究布局設(shè)計(jì)算法、產(chǎn)品的裝配建模、裝配序列規(guī)劃方法和裝配仿真的實(shí)現(xiàn)方法。論文

3、的主要研究成果和特色如下： (1)針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需要，建立了復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品虛擬布局與裝配設(shè)計(jì)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和功能模型，提出以算法設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)進(jìn)行布局方案設(shè)計(jì)，以虛擬裝配設(shè)計(jì)為檢驗(yàn)手段對(duì)布局結(jié)果的可裝配性進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)思想，分析論述了系統(tǒng)的使能工具和實(shí)施的主要關(guān)鍵技術(shù)。 (2)在對(duì)課題背景下的復(fù)雜布局問(wèn)題進(jìn)行描述的基礎(chǔ)上，建立了相應(yīng)的復(fù)雜布局問(wèn)題求解數(shù)學(xué)模型。在進(jìn)行問(wèn)題求解時(shí)，將遺傳算法的實(shí)數(shù)編碼拓展到解空間編碼

4、，提出了一種改進(jìn)的實(shí)數(shù)編碼遺傳算法——解空間編碼遺傳算法(Solution-VectorCodingGeneticAlgorithm：SVCGA)來(lái)求解復(fù)雜布局問(wèn)題，算法將解空間變量直接作為染色體基因進(jìn)行編碼，采用模擬退火算法的思想對(duì)中間解進(jìn)行選擇，對(duì)不同類型的變量采取不同遺傳算子，并采取增加擾動(dòng)量的方法控制算法的搜索范圍，用最優(yōu)保留策略保留了當(dāng)前最優(yōu)解。該算法實(shí)現(xiàn)了飛行器儀器艙三維空間布局規(guī)劃的自動(dòng)尋優(yōu)，并通過(guò)對(duì)二維和三維帶性能約束布

5、局問(wèn)題的求解，驗(yàn)證了該算法的可行性和有效性。 (3)針對(duì)飛行器儀器艙復(fù)雜布局設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提出了基于組件智能體(ComponentAgent，CA)技術(shù)的復(fù)雜布局問(wèn)題求解方法，對(duì)求解模型中各組件智能體的定義和功能進(jìn)行了詳細(xì)描述，通過(guò)各組件智能體之間的協(xié)同工作，對(duì)算法中間過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，使其具有更大的搜索空間和更好的搜索性能，從而增強(qiáng)系統(tǒng)的適應(yīng)能力和問(wèn)題求解能力，有利于復(fù)雜布局問(wèn)題的解決。 (4)基于虛擬裝配系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品模型的功

6、能需求分析，提出了面向裝配的特征層次建模方法。該方法將傳統(tǒng)裝配層次模型中的零件和子裝配體統(tǒng)一為裝配單元，建立了單一零件和子裝配體的裝配單元模型，裝配單元繼承了其組成零件的所有裝配特征。采用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，以裝配單元作為裝配信息的載體，對(duì)不同類型裝配單元的裝配信息采用相同的層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織和儲(chǔ)存；從而降低了裝配設(shè)計(jì)中的特征識(shí)別難度，保證了產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性，方便了CAD/DFA的信息集成。在分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)種類與表達(dá)形式的基礎(chǔ)上，提出了

7、一種基于語(yǔ)義對(duì)象的產(chǎn)品知識(shí)表達(dá)模型和建立方法，并以飛行器儀器艙產(chǎn)品為例，闡述了基于UG的知識(shí)模型建立過(guò)程和幾何對(duì)象與設(shè)計(jì)知識(shí)的集成方法。 (5)針對(duì)復(fù)雜武器產(chǎn)品要求可反復(fù)裝拆的特點(diǎn)，以產(chǎn)品“可拆即可裝”為原則，分析了影響裝配序列規(guī)劃的主要因素。以裝配特征矩陣為出發(fā)點(diǎn)，確定裝配零、部件在各個(gè)方向的自由度；根據(jù)從CAD模型中得到的信息和零、部件的自由度信息，建立了裝配序列規(guī)劃的推理規(guī)則。在此基礎(chǔ)上提出了基于知識(shí)和裝配特征層次模型的計(jì)

8、算機(jī)輔助裝配序列規(guī)劃方法，并對(duì)產(chǎn)品的可裝配序列進(jìn)行了優(yōu)化。 (6)提出一種基于VRML-JAVA的虛擬裝配仿真體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了裝配模型與顯示模型分離，為虛擬裝配的平臺(tái)無(wú)關(guān)性奠定了基礎(chǔ)。分析論述了產(chǎn)品裝/拆運(yùn)動(dòng)的表示及變換算法、虛擬裝配過(guò)程控制策略與實(shí)現(xiàn)方法和虛擬裝配中的碰撞檢測(cè)方法。采用VRML-JAVA技術(shù)進(jìn)行了虛擬裝配仿真軟件開發(fā)，并以球閥為例對(duì)軟件系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證。 (7)提出了影響復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品可裝配性的6