支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法技术

本发明专利技术公开了一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法。该方法步骤如下：针对绿色设计中可拆卸设计的特点，提取产品组件间的装配约束语义和拆卸优先级约束信息，构建多约束拆卸信息模型；矩阵量化该信息模型，并分解为多个单约束矩阵，推导出可拆卸性约束条件；以被拆卸组件为驱动点，通过双向驱动获得目标拆卸序列；针对大型复杂产品需要并行拆卸的要求，提出协同拆卸规划问题和自适应求解方法。本发明专利技术可实现快速获得复杂产品目标与协同拆卸序列，解决了现有方法易于出现“组合爆炸”的问题。本发明专利技术提出的协同拆卸规划问题和自适应求解方法，克服了现有方法只适应于单人拆卸的缺点，并实现了拆卸规划过程的自适应调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及产品可拆卸性设计方法，尤其是涉及一种。
技术介绍
产品可拆卸性设计是绿色设计的重要组成部分，以提高产品的拆卸性能为目标， 通过采用易拆卸结构和减少零件数等措施，实现对拆卸工艺性的改善，使所设计的产品结 构易于拆卸，维护方便，并在产品报废后能有效地回收和重用，以达到节约资源和能源、保 护环境的目的。拆卸规划是可拆卸性设计中的关键技术，根据产品结构、装配关系等信息， 从产品上拆卸下某个或某几个指定的组件(如贵重零部件、有毒或损坏的零部件)，生成满 足一定约束条件的目标组件拆卸序列，以减少拆卸时间和成本，提高工作效率。 随着产品可拆卸性在设计领域的应用，产品可拆卸性设计对象日益大型化和复 杂化，但复杂产品的拆卸规划为一个NP问题，采用传统的规划方法往往容易陷入组合爆 炸，并且传统的规划方法都局限于单个操作者的拆卸序列规划问题。针对上述问题，通过 目标双向驱动机制实现了目标拆卸规划，可在合理的计算时间内获得最优解。提出了协同 拆卸规划问题，并针对问题特点综合考虑解的质量和求解速度，设计了自适应的协同拆卸 规划方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种， 根据绿色设计需求，通过提取产品组件间的装配约束语义和拆卸优先级约束信息，构建多 约束拆卸信息模型，进行量化矩阵描述和可拆卸性约束推导，提出目标组件双向驱动规划 方法，针对复杂产品需要多人并行拆卸的要求，提出了复杂产品协同拆卸规划问题，并给出 了自适应的协同规划方法。 为了实现上述目的，本专利技术采用技术方案的步骤如下 第一步，针对绿色设计中产品可拆卸、可回收的特点，提取产品组件间的装配约束 语义和拆卸优先级约束信息，构建多约束拆卸信息模型； 第二步，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并分解为多个单约束矩阵，由 此推导出可拆卸性约束条件； 第三步，为获得目标拆卸序列，以被拆卸的目标组件为驱动点，在多约束拆卸信息 模型中采用双向驱动目标组件拆卸序列规划方法进行求解； 第四步，针对某些大型复杂产品需要多人并行拆卸的要求，提出协同拆卸规划问 题和自适应求解方法。 所述的产品多约束拆卸信息模型，基于装配语义提取产品零部件拆卸属性、拆卸 优先级约束等，据此将约束分为物理约束、强物理约束、空间约束，并分别用直线、实箭头 线、虚箭头线进行描述，构建一个包含多个约束的拆卸信息模型。 所述的可拆卸性约束条件的推导，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并 分解为多个单约束矩阵，基于最小拆卸单元不受约束即可拆的原理，由单约束矩阵推导出 可拆卸性约束条件。 所述的双向驱动目标组件拆卸序列规划方法，在多约束拆卸信息模型中定位目标 组件，以拆卸目标组件为驱动点，向约束反方向驱动直至无约束的最外层，然后逆向回溯获 得目标拆卸序列。 所述的协同拆卸规划问题和方法，由实际工程中复杂产品需要多人并行拆卸的客 观需求出发，提出协同拆卸规划问题和方法，即多操作者(人或者机器人等)在同一时间内 并行执行同一个产品的不同拆卸任务时，求取最优拆卸序列的问题，并针对问题的独特性， 提出了自适应协同规划方法。 所述的双向驱动目标组件拆卸序列规划方法步骤如下 第一步，根据拆卸需求，指定预拆卸的目标组件，在产品多约束拆卸信息模型中进 行搜索并确定目标组件的位置； 第二步，确定拆卸规划问题的目标函数，通过分析影响拆卸成本的因素，将拆卸方 向的改变、拆卸工具的更换和拆卸顺序的操作代价的综合影响定义为目标函数，规划出的 结果序列越合理，对应的目标函数越小； 第三步，以目标组件为驱动中心，获得其前趋约束顶点，由其前趋约束顶点继续向 外层层驱动，直到无前趋约束顶点为止；然后由驱动的反方向回溯驱动轨迹，获得目标组件 可行拆卸序列，对于多目标情况，重复上述过程，处理完所有的组件为止； 第四步，以目标函数最小为优化目标，以可拆卸性为约束条件，结合优化算法在解 域中寻得最佳目标组件拆卸序列。 所述协同拆卸规划问题和方法的步骤如下 第一步，以产品多约束拆卸信息模型为基础，根据协同拆卸问题的特点，重新定义 目标函数，设每个最小拆卸单元(零件、部件、子装配体)的基本拆卸时间为ti，定义目标函数为/ =11^2;^^^1，^'''，0，其中m为序列长度，k为协同拆卸的操作者个数； 第二步，构建协同拆卸层次树来表达所有可行的拆卸序列，每个树节点包含树节点ID、可行协同拆卸组件的集合、树节点局部拆卸序列、基本拆卸时间这些信息； 第三步，定义协同拆卸问题的分枝定界约束，为降低复杂产品的协同拆卸层次树的复杂度，避免组合爆炸问题，提出了自适应调节变量，即分别用协同并行距离进行定界，将同时执行的拆卸任务所用时间相差度不符合用户规定阈值的分枝剪枝，用每层分枝个数阈值进一步减小算法的搜索空间； 第四步，以拆卸目标函数最小为最优目标，在分枝定界约束下，遍历协同拆卸层次 树求取最优协同拆卸序列，并输出规划结果。 本专利技术具有的有益效果是 1.采用本专利技术提出的多约束拆卸信息模型将产品组件间的各种约束进行了直观 的描述，进一步进行矩阵映射和多约束矩阵分解，便于推导出可拆卸性约束的数学规则，有 助于实现拆卸规划的自动化求解。 2.本专利技术提出的复杂产品目标组件双向驱动拆卸规划方法，以目标组件为驱动点，在多约束拆卸信息模型中向外层驱动并逆向回溯递归地生成可行的目标拆卸序列，实 现了问题的快速求解，克服了传统基于图搜索法的目标组件拆卸序列规划策略所带来的 组合爆炸问题。 3.本专利技术提出了协同拆卸规划问题和求解方法，采用协同拆卸层次树描述解空 间，提出了分枝定界约束变量自适应地控制解的质量和求解速度，不仅填补了现有拆卸规 划方法中没有考虑多操作者协同拆卸的问题，而且提出的自适应协同规划方法增加了问题 求解的柔性。附图说明 图1是本专利技术的支持绿色设计的复杂产品目标拆卸规划方法流程总图。图2是本专利技术相应的复杂产品目标拆卸序列规划中的目标组件双向驱动原理图。 图3是本专利技术相应的复杂产品协同拆卸序列规划方法总体流程图。 图4是本专利技术相应的支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划系统架构图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。 如图1所示，是本专利技术相应的支持绿色设计的复杂产品目标拆卸规划方法流程总 图。 复杂产品目标拆卸规划系统以产品三维设计模型为研究对象，在预处理阶段，根 据模型复杂程度及具体要求确定最小拆卸单元并作为多约束拆卸信息模型的节点，一般以 零部件为节点，当产品较复杂时，先以子装配体为粗粒度拆卸单元，然后逐层处理，并将紧 固件等连接件作为约束信息放入边中。预处理完成后，通过人机交互的方式从产品模型中 提取约束信息，构建多约束拆卸信息模型。以此模型为基础，确定目标组件在模型中的位 置，如果目标组件可拆卸，则无需求取最优解，否则，以目标组件为驱动起点，搜索到约束其 拆卸的组件放入节点前趋域中，然后分别取出前趋域中的节点重复上述过程，直到无前趋 域，即该节点对于的最小拆卸单元可拆卸为止，然后逆向回溯驱动轨迹获得目标组件拆卸 序列。以目标函数最小为优化目标，以可拆卸性为约束条件，结合优化算法在所得可行目标 组件拆卸序列中获取最佳解。 如图2所示，是本专利技术相应的支持绿色设计的复杂产品目标拆卸规划中双向驱动 原理图。假设节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，其特征在于，该方法的步骤如下：　　　　第一步，针对绿色设计中产品可拆卸、可回收的特点，提取产品组件间的装配约束语义和拆卸优先级约束信息，构建多约束拆卸信息模型；　　　　第二步，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并分解为多个单约束矩阵，由此推导出可拆卸性约束条件；　　　　第三步，为获得目标拆卸序列，以被拆卸的目标组件为驱动点，在多约束拆卸信息模型中采用双向驱动目标组件拆卸序列规划方法进行求解；　　　　第四步，针对某些大型复杂产品需要多人并行拆卸的要求，提出协同拆卸规划问题和自适应求解方法。

【技术特征摘要】
一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，其特征在于，该方法的步骤如下第一步，针对绿色设计中产品可拆卸、可回收的特点，提取产品组件间的装配约束语义和拆卸优先级约束信息，构建多约束拆卸信息模型；第二步，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并分解为多个单约束矩阵，由此推导出可拆卸性约束条件；第三步，为获得目标拆卸序列，以被拆卸的目标组件为驱动点，在多约束拆卸信息模型中采用双向驱动目标组件拆卸序列规划方法进行求解；第四步，针对某些大型复杂产品需要多人并行拆卸的要求，提出协同拆卸规划问题和自适应求解方法。2. 根据权利要求1所述的一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，其 特征在于所述的多约束拆卸信息模型，基于装配语义提取产品零部件拆卸属性及拆卸优 先级约束，据此将约束分为物理约束、强物理约束、空间约束，并分别用直线、实箭头线、虚 箭头线进行描述，构建一个包含多个约束的拆卸信息模型。3. 根据权利要求1所述的一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，其 特征在于所述的可拆卸性约束条件的推导，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并 分解为多个单约束矩阵，利用最小拆卸单元不受约束即可拆的原理，由单约束矩阵推导出 可拆卸性约束条件。4. 根据权利要求1所述的一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，其 特征在于所述的双向驱动目标组件拆卸序列规划方法，在多约束拆卸信息模型中定位目 标组件，以拆卸目标组件为驱动点，向约束反方向驱动直至无约束的最外层，然后逆向回溯 获得目标拆卸序列。5. 根据权利要求1所述的一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，其 特征在于所述的协同拆卸规划问题和自适应求解方法，针对大型复杂产品需要多人并行 拆卸的需要，提出协同拆卸规划问题和方法，即多操作者人或者机器人在同一时间内并行 执行同一个产品的不同拆卸任务时，求取最优拆卸序列的问题和方法。6. 根据权利要求4所述的一种支持绿色设计的复杂产品目标与协...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭建荣，张树有，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]