一种船舶组立装配序列优化方法技术

本发明专利技术公开了一种船舶组立装配序列优化方法。步骤：首先以组立装配工艺为优化指标建立目标函数，包括装配难易度子函数、装配聚合度子函数、装配效率子函数和吊装效率子函数；然后以复杂船舶组立的几何约束建立接触矩阵和干涉矩阵，用于判断装配序列的可行性；最后将动态调节的个体交叉和变异概率融入免疫优化算法，并引入疫苗操作，进行船舶组立装配序列求解。本发明专利技术的船舶组立装配序列优化方法有利于改善复杂船舶组立装配序列优化时收敛效率低、易产生组立爆炸等问题，进而降低船舶的生产周期和制造成本，对实现船舶的数字化、自动化装配具有十分重要的意义。动化装配具有十分重要的意义。动化装配具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种船舶组立装配序列优化方法


[0001]本专利技术属于产品装配自动化生成
，涉及基于改进免疫优化算法的装配序列规划技术，尤其涉及一种船舶组立装配序列优化方法。

技术介绍

[0002]船舶设计建造是一个庞大而繁琐的工程，而船体装配是船舶制造过程中的关键环节，装配序列的好坏直接影响装配效率和质量，对于数量繁多、体积较大的船舶组立尤为重要，适当的装配顺序能有效避免施工不合理的情况，从而减少装配时间和工作量，提高生产效率。
[0003]装配序列优化作为一个NP组合优化难题，随着船舶组立数量的增多，其组合序列呈指数趋势上升，计算量和求解难度大大增加。传统装配序列规划的方法，需要人工交互式进行，通过实例推理或反向拆卸等方法建立接触和干涉矩阵，再通过规则推理或层次分析法等方法获取装配序列结果。但是对于结构复杂、组立众多的船舶而言，通过人工经验的方式进行装配，难以保证装配序列的合理性，而且工作量较大，求解效率较低。近年来智能优化算法在装配序列求解上得到广泛应用，通过合理设置算法基本参数或改进算法算子，针对零部件装配过程中所涉及的相关因素为优化指标并建立目标函数，通过优化算法的多次迭代，最终得到装配效率高、装配成本低的最优装配序列。基于改进的智能算法虽然加快了求解速度，提高了装配效率，但对零部件装配过程中影响装配时间和成本因素的考虑较为片面，如零部件自身重量、体积和装配效率等，缺乏一定的实际应用价值。因此，开展船舶组立装配序列优化的研究，对于确保船舶装配可行性、缩短建造周期、降低建造成本具有十分重要的意义。
专利
技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于改善复杂船舶组立装配序列优化时收敛效率低、易产生组立爆炸等问题，进而降低船舶的生产周期和制造成本，而提供一种船舶组立装配序列优化方法。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采取如下技术方案予以实现：
[0006]一种船舶组立装配序列优化方法，首先以组立装配工艺为优化指标建立适应度函数；然后根据组立几何约束进行装配可行性判断；最后基于动态调节免疫优化算法(Dynamic Adjustment Immune Optimization Algorithm,DAIOA)对组立装配序列进行求解。具体采用如下步骤：
[0007]步骤1.基于组立的装配工艺为优化指标建立目标函数F；
[0008]所述目标函数F，包括装配难易度子函数F1、装配聚合度子函数F2、装配效率子函数F3和吊装效率子函数F4。
[0009]步骤2.根据组立的几何约束判断装配序列的可行性；
[0010]所述根据组立的几何约束判断装配序列的可行性，包括接触矩阵计算、干涉矩阵计算和装配可行性判断。
[0011]步骤3.基于个体适应度和进化代数设计动态调节的免疫优化算法；
[0012]所述免疫优化算法，包括装配序列描述、动态调节交叉算子设计、动态调节变异算子设计和疫苗操作。
[0013]步骤4.基于改进免疫优化算法求解船舶组立装配序列。
[0014]进一步，步骤1所述基于组立的装配工艺为优化指标建立目标函数F，所述目标函数F，包括装配难易度子函数F1、装配聚合度子函数F2、装配效率子函数F3和吊装效率子函数F4，其中所述目标函数F计算如下：
[0015]F＝w1×
F1+w2×
F2+w3/F3+w4/F4[0016]式中，w1、w2、w3、w4为权重系数。
[0017]所述装配难易度子函数F1是考虑组立重量和体积在装配过程中的优先顺序对装配效率和成本的影响，所述装配难易度子函数F1，包括重量因子I
mi
、体积因子I
Si
和接触因子I
Ci
，所述装配难易度子函数F1计算如下：
[0018][0019]式中，i为当前待装配组立编号；l为组立总个数。
[0020]所述重量因子I
mi
计算如下：
[0021][0022]式中，m
i
为当前待装配组立的重量；m
min
、m
max
分别为所有组立中的最小和最大重量。
[0023]所述体积因子I
Si
计算如下：
[0024][0025]式中，S
i
为当前待装配组立的最大表面的面积；S
min
、S
max
分别为所有组立中组立最大表面面积的最小值和最大值。
[0026]所述接触因子I
Ci
计算如下：
[0027][0028]式中，C
i
为当前待装配组立与已装配组立相接触的个数；C
min
、C
max
分别为整个装配过程中待装配组立与已装配组立相接触个数的最小值和最大值。
[0029]所述装配聚合度子函数F2是考虑组立装配时的重定向和吊装工具的更换对装配效率和成本的影响，所述装配聚合度子函数F2，包括重定向次数F
21
和吊装工具更换次数F
22
，所述装配聚合度子函数F2计算如下：
[0030]F2＝F
21
+F
22
[0031]所述重定向次数F
21
计算如下：
[0032][0033]式中，l为组立总个数。
[0034]所述吊装工具更换次数F
22
计算如下：
[0035][0036]所述装配效率子函数F3是考虑组立沿不同装配方向上的不同装配效率对装配效率和成本的影响，所述装配效率子函数F3计算如下：
[0037][0038]式中，u
d
、u
h
、u
u
分别为组立件沿重力方向、水平方向和反重力方向的装配效率；n
d
、n
h
、n
u
分别为组立件沿重力方向、水平方向和反重力方向的装配次数。
[0039]所述吊装效率子函数F4是考虑不同起重能力的吊装工具所耗费的时间和成本不同，所述吊装效率子函数F4计算如下：
[0040][0041]式中，λ1、λ2、λ3、λ4分别为4种吊装工具的吊装效率；n
λ1
、n
λ2
、n
λ3
、n
λ4
分别为4种吊装工具的使用次数。
[0042]进一步，步骤2所述根据组立的几何约束判断装配序列的可行性，包括接触矩阵计算、干涉矩阵计算和装配可行性判断，所述接触矩阵计算如下：
[0043]I＝(I
ij
)
l
×
l
[0044]式中：I为组立i与组立j的接触矩阵。
[0045]所述干涉矩阵计算如下：
[0046][0047]式中：P为各组立的总干涉矩阵；P
x
为沿+x装配方向上的干涉矩阵；P
y
为沿+y装配方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船舶组立装配序列优化方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)基于组立的装配工艺为优化指标建立目标函数F；所述目标函数F，包括装配难易度子函数F1、装配聚合度子函数F2、装配效率子函数F3和吊装效率子函数F4；(2)根据组立的几何约束判断装配序列的可行性；所述根据组立的几何约束判断装配序列的可行性，包括接触矩阵计算、干涉矩阵计算和装配可行性判断；(3)基于个体适应度和进化代数设计动态调节的免疫优化算法；所述免疫优化算法，包括装配序列描述、动态调节交叉算子设计、动态调节变异算子设计和疫苗操作；(4)基于改进免疫优化算法求解船舶组立装配序列。2.根据权利要求1所述的一种船舶组立装配序列优化方法，其特征在于，步骤(1)所述目标函数F的计算公式如下：F＝w1×
F1+w2×
F2+w3/F3+w4/F4式中，w1、w2、w3、w4为权重系数；所述装配难易度子函数F1，包括重量因子I
mi
、体积因子I
Si
和接触因子I
Ci
，所述装配难易度子函数F1的计算公式如下：式中，i为当前待装配组立编号；l为组立总个数；所述重量因子I
mi
的计算公式如下：式中，m
i
为当前待装配组立的重量；m
min
、m
max
分别为所有组立中的最小和最大重量；所述体积因子I
Si
的计算公式如下：式中，S
i
为当前待装配组立的最大表面的面积；S
min
、S
max
分别为所有组立中组立最大表面面积的最小值和最大值；所述接触因子I
Ci
的计算公式如下：式中，C
i
为当前待装配组立与已装配组立相接触的个数；C
min
、C
max
分别为整个装配过程中待装配组立与已装配组立相接触个数的最小值和最大值；所述装配聚合度子函数F2，包括重定向次数F
21
和吊装工具更换次数F
22
，所述装配聚合度子函数F2的计算公式如下：F2＝F
21
+F
22
所述重定向次数F
21
的计算公式如下：式中，n为组立总个数；所述吊装工具更换次数F
22
的计算公式如下：所述装配效率子函数F3计算如下：式中，u
d
、u
h
、u
u
分别为组立件沿重力方向、水平方向和反重力方向的装配效率；n
d
、n
h
、n
u
分别为组立件沿重力方向、水平方向和反重力方向的装配次数；所述吊装效率子函数F4的计算公式如下：式中，λ1、λ2、λ3、λ4分别为4种吊装工具的吊装效率；n
λ1
、n
λ2
、n
λ3
、n
λ4
分别为4种吊装工具的使用次数。3.根据权利要求1所述的一种船舶组立装配序列优化方法，其特征在于，步骤(2)所述接触矩阵的计算公式如下：I＝(I
ij
)
l
×
l
式中：I为组立i与组立j的接触矩阵；所述干涉矩阵计算的公式如下：式中：P为各组立的总干涉矩阵；P
x
为沿+x装配方向上的干涉矩阵；P
y
为沿+y装配方向上的干涉矩阵；P
z
为沿+z装配方向上的干涉矩阵；所述装配可行性判断的方法，具体采用如下步骤：设某一装配序列X＝{x1,x2,
…
,x
l
}，目前已装配m个组立X
m
＝{x1,x2,
…
,x
m
}，当前待装配组立i的接触矩阵I
i
＝(I
i1
,I
i2
,
…
,I
im
)，干涉矩阵P
i
＝(P
i1
,P
i2
,
…
,P
im
)＝(P
i1x
P
i1y
P
i1z
,
P
i2x
P
i2y
P
i2z
,
…
,P
imx
P
imy
P
imz
)，若且则装配序列X可行。4.根据权利要求1所述的一种船舶组立装配序列优化方法，其特征在于，步骤(3)所述装配序列描述的具体内容和方法是，采用三元基因组的形式，通过十进制的编码方法对整个装配序列进行表述，每个三元基因组由组立编号G
i
、装配方向A
i
和吊装工具T
i
组成，如下式所示：{(G1,A1,T1),(G2,A2,T2),
…
,(G
l
,A
l
,T
l
)}式中，G
i
∈{G1,G2,
…
,G
l
}，A
i
∈{A
x
,A
y
,A
z
}；T
i
∈{T
a
,T
b
,T
c
,T
d
}；l为船舶组立的总个数；G
i
为组立i的编号；A
i
为组立i的装配方向，A
x
、A
y
、A
z
分别表示组立沿+x、+y、+z方向上的平动装配；T
i
为组立i所选用的吊装工具，T
a
、T
b
、T
c
、T
d
分别表示组立的4种吊装工具。5.根据权利要求1所述的一种船舶组立装配序列优化方法，其特征在于，步骤(3)所述动态调节交叉算子设计，包括交叉概率P
c
动态调整和自适应交叉操作，所述交叉概率P
c
动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁明新，戴现令，孙宏伟，申燚，张本顺，张彬，刘超，王占光，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：