基于智能的裝配序列規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究

湖北工業(yè)大學(xué) 呂志剛

基于智能的裝配序列規(guī)劃關(guān)鍵技術(shù)研究

湖北工業(yè)大學(xué) 呂志剛

本文將深入對(duì)模型檢驗(yàn)技術(shù)進(jìn)行研究，不同于現(xiàn)有以時(shí)態(tài)邏輯為基礎(chǔ)的模型檢驗(yàn)技術(shù)，結(jié)合裝配序列規(guī)劃特點(diǎn)，考慮使用其他邏輯語(yǔ)言作為模型檢驗(yàn)語(yǔ)言基礎(chǔ)，對(duì)裝配序列規(guī)劃問(wèn)題進(jìn)行研究，找出一種新的裝配序列規(guī)劃方法。力圖能夠更好地反映出工程的實(shí)際情況，并能夠更好地知道產(chǎn)品裝配，因此，本研究的展開(kāi)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

模型檢驗(yàn)技術(shù)；裝配序列

現(xiàn)有的裝配序列規(guī)劃問(wèn)題[1]-[3]的研究方法多種多樣，并與多種相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域相結(jié)合，每種方法都有其特有的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也存在著各自的不足。通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)，每一種規(guī)劃方法中，都不乏有研究人員從逆向拆卸角度對(duì)裝配序列規(guī)劃求解進(jìn)行研究。相對(duì)于正向裝配需要考慮零件之間的各種優(yōu)先約束關(guān)系，逆向拆卸將裝配體拆成零件的時(shí)候，就意味著已經(jīng)滿足了這些關(guān)系?？梢?jiàn)，對(duì)于裝配操作可逆的裝配體來(lái)說(shuō)，逆向拆卸法具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。模型檢驗(yàn)技術(shù)作為有限狀態(tài)系統(tǒng)驗(yàn)證的形式化方法，具有高度的自動(dòng)化技術(shù)[4]和提供反例的特點(diǎn)。模型檢驗(yàn)集成規(guī)劃系統(tǒng)MIPS在智能規(guī)劃大賽中的脫穎而出，成功地證明了模型檢驗(yàn)技術(shù)在智能規(guī)劃領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)。

裝配序列規(guī)劃在很大程度上決定著產(chǎn)品的裝配費(fèi)用和產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間。在目前的產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品裝配序列由設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)在完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)給出。依賴經(jīng)驗(yàn)得到的裝配序列很難保證其最優(yōu)性，甚至難以確保其正確性，對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，其難度更是可想而知。然而裝配序列一經(jīng)確定后很少改變，因此與擁有最優(yōu)裝配序列的生產(chǎn)過(guò)程相比，傳統(tǒng)的生產(chǎn)過(guò)程無(wú)形中增加了生產(chǎn)成本，造成了不必要的浪費(fèi)。

模型檢驗(yàn)是一種相當(dāng)成熟的、高效的對(duì)系統(tǒng)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的方法。近年來(lái)，模型檢驗(yàn)思想在智能規(guī)劃中的應(yīng)用取得了一定的成功。模型檢驗(yàn)集成規(guī)劃系統(tǒng)（ModelChecking Integrated Planning System,MIPS）的開(kāi)發(fā)，成功地將模型檢驗(yàn)應(yīng)用于智能規(guī)劃領(lǐng)域，不同于圖規(guī)劃和基于SAT的規(guī)劃方法，它是第一個(gè)正式的基于驗(yàn)證技術(shù)的規(guī)劃系統(tǒng)。該系統(tǒng)在國(guó)際規(guī)劃大賽中取得了優(yōu)異的成績(jī)。

優(yōu)先約束法。優(yōu)先約束關(guān)系是依賴于裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而產(chǎn)生的確定的、隱含的、內(nèi)在的一種幾何約束關(guān)系。這種關(guān)系的違背將導(dǎo)致最終裝配無(wú)法完成。因此，在優(yōu)先約束關(guān)系中，裝配序列規(guī)劃問(wèn)題就轉(zhuǎn)化成了在裝配順序條件下對(duì)幾何可行序列的搜索。

1984年，Bourjaul提出了產(chǎn)品關(guān)聯(lián)圖模型表達(dá)方法。該方法通過(guò)對(duì)關(guān)聯(lián)圖進(jìn)行分析，利用問(wèn)題回答系統(tǒng)確定出裝配順序。從裝配的可行性出發(fā)，產(chǎn)生一系列Yes/No形式的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)這些問(wèn)題的回答來(lái)判斷零件裝配的優(yōu)先關(guān)系，從而產(chǎn)生可行的裝配序列。其設(shè)置的兩類問(wèn)題形式如下：

（1）當(dāng)連接Li已經(jīng)建立后，連接Lj能否建立。

（2）當(dāng)連接Li沒(méi)有建立時(shí)，連接Lj能否建立。

其中，Li和Lj是裝配體零件間的裝配鏈接關(guān)系。通過(guò)分析這些問(wèn)題的答案可以去除組合中不可行的裝配狀態(tài)。但是，用戶需要回答至少2（n2+n）（n為裝配體零件鏈接關(guān)系個(gè)數(shù)）個(gè)此類問(wèn)題，顯而易見(jiàn)問(wèn)題的個(gè)數(shù)會(huì)隨著零件個(gè)數(shù)的增加呈指數(shù)增長(zhǎng)，對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的裝配體，問(wèn)題的數(shù)量限制了其實(shí)用性。

DeFazio以及Whitney在之后的研究中對(duì)Bourjaul的方法進(jìn)行了改進(jìn)，他們將兩類問(wèn)題設(shè)置成如下形式：

（1）哪些連接必須在連接Lj建立之前建立。

（2）哪些連接必須在連接Lj建立之后建立。

這一改進(jìn)使得問(wèn)題數(shù)量減少到2n個(gè)，但是用戶的回答不再是簡(jiǎn)單的Yes或No，而是要窮舉出所有的鏈接優(yōu)先關(guān)系，這使得問(wèn)題的難度增加，當(dāng)答案出現(xiàn)遺漏或錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，同樣存在著局限性。在這一工作基礎(chǔ)上，Baldwin等人隨后又進(jìn)行了進(jìn)一步的改建，他將聯(lián)接圖裝配模型作為信息輸入，并使用3條推理化規(guī)則來(lái)減少用戶所要回答的問(wèn)題，以及減少答案遺漏和錯(cuò)誤的可能性。

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2017-09-10）