一种集成工程规则和卡箍调整的启发式布管算法

针对航空发动机外部管路布局规则多且效率低的问题,提出一种集成工程规则和卡箍调整的启发式布管算法。首先,在敷设层面内建立管路端口间的测地线方程,基于测地线建立路径的基准节点;其次,基于工程规则设计启发式搜索策略,快速求解符合工程规则的可行路径;在此基础上,为了使多管敷设方案满足双联卡箍约束,通过空间几何方法建立卡箍位姿变换方程,对多管敷设方案进行优化调整,实现基于双联卡箍约束的成束敷设。最后,通过多个敷设算例验证了该算法的可行性和高效性。

基于优先规则筛选的装配序列规划方法

针对现有装配序列规划方法在多目标优化求解准确性和效率等方面存在的不足,提出了新的装配模型及序列优化算法.首先构造了结构紧凑、包含更多装配关系信息的接触-连接矩阵,以及能有效解决非正交方向装配问题的扩展干涉矩阵,研究了通过干涉检测自动提取矩阵信息的方法.从自动化和量化角度研究了影响装配效率的若干规则,提供定制各规则及其优先顺序的柔性.提出了根据以上信息逐级筛选最优解,以构造最优序列的优化算法.最后以UG为平台开发了原型系统,以阀门为例,验证了本方法的可行性、高效性及其良好的可视化仿真效果.

基于最大-最小蚁群系统的装配序列规划

提出一种结合了蚁群系统与最大-最小蚂蚁系统优点的装配序列规划(Assembly sequence planning,ASP)方法。对近十年基于蚁群优化的ASP文献中采用的优化指标、装配信息模型、实例零件数等进行综述和比较。为提高序列的装配效率区分度,研究方向性、并行性、连续性、稳定性和辅助行程等5项指标的自动量化方法,将其融入到蚁群优化多目标启发式函数和适应值函数中。为提高对最优序列的搜索能力,以装配几何可行性为基础,从蚂蚁数量的确定、最大-最小信息素的界定、初始零件分配位置的绩效考核机制以及对并行零件组强制优化机制等方面,设计针对性解决方案,提出基于最大-最小蚁群系统的ASP算法。开发基于Siemens NX的装配规划系统AutoAssem。以阀门为实例,验证了算法内部各项优化措施的有效性,同时与优先规则筛选法、遗传算法及粒子群算法进行比较,分析该算法在运行效率和序列性能方面的优势。

基于扩展干涉矩阵的几何可拆卸性判别方法

零部件的几何可拆卸性(Geometric dismountability,GD)是基于'以拆卸序列求装配序列'策略的装配序列规划的前提,干涉矩阵是对其进行判别的重要装配关系模型。为解决零部件在非标准正交轴向上的GD判别难题,提出扩展干涉矩阵(Extended interference matrix,EIM)模型,将现有干涉矩阵结构扩展到零部件局部坐标系轴向。为了便于分析具有复合拆卸路径方向的零部件GD,提出转折式干涉矩阵(Turning interference matrix,TIM)模型,以紧凑的结构描述转折点处完备的干涉信息。为了快速、准确地获取干涉矩阵,提出步进式精检测、基于包围盒的粗检测和加速式检测等自动检测方法,以及静态硬干涉自动屏蔽法。基于EIM和TIM,提出更全面的零部件GD判别算法及流程。开发基于UG NX的全自动装配规划系统AutoAssem,以实例验证各干涉检测措施的有效性,说明EIM和TIM丰富了拆卸方向的多样性和可变性,使GD判别具有面向复杂产品的通用性,为后续序列规划算法提供了有效依据。

复杂产品装配关系矩阵自动生成方法

针对现有装配关系模型在结构完备性、获取复杂性等方面的不足,研究了装配关系模型重构和装配关系信息自动获取方法。提出接触-连接矩阵,用以集成功能件和连接件间的接触关系和各类连接关系,并研究了利用静态间隙分析和工程语义解析来获取接触-连接矩阵的方法。提出扩展干涉矩阵,以解决现有干涉矩阵无法有效处理倾斜方向装配的问题,支持装配方向的优化求解,并研究了基于包围盒扫描和步进检测生成扩展干涉矩阵的方法。以UG为平台,开发了原型系统,并以具有非标准轴向装配的夹具为例,验证了该方法的有效性。

基于装配序列规划的爆炸图自动生成方法

提出利用装配序列规划算法及零部件几何信息自动生成复杂产品爆炸图的方法。为解决零部件在倾斜方向上的拆卸可行性分析的难题,将现有干涉矩阵结构扩展到零部件局部坐标系轴向。从几何可行性和装配成本角度,利用装配关系矩阵及可定制优先级的指标,每次逐级筛选出最优拆卸零部件、方向及并行性,以构造最优序列。按结构紧凑性及序列可读性原则,在读取拆卸序列过程中,利用直接提取的两类零部件包围盒和实时计算的累积包围盒求取零部件位移矢量并驱动零部件移动,从而生成爆炸图,并自动实现装配追踪线及技术图解等相关功能。在UG平台下开发应用系统,结合齿轮减速器爆炸图实例及比较,说明本方法在爆炸图生成效率及可视化效果方面能够满足工程应用要求,可极大地降低手工生成爆炸图的工作强度。

基于递归循环的层次化爆炸图自动生成方法

提出以递归循环和深度优先搜索层次化装配序列的策略自动生成复杂产品层次化爆炸图的方法。为使设计结构符合装配规划的要求,设计了可方便定义子装配体和编辑装配树的装配结构重构功能。为避免重复的干涉检测,研究干涉矩阵合成方法,通过对原始装配关系信息的整合,柔性化生成面向层次化结构的装配关系矩阵。为降低大规模序列规划问题的复杂性,将整体规划任务分解为若干个及若干层级子任务,子任务内采用多规则筛选算法,以基于干涉矩阵的几何可行性为前提,并行性、连续性、稳定性和方向性等为优化筛选指标,循环构建序列。提出递归爆炸算法,循环对层次化装配序列进行深度优先搜索,实时计算已爆炸零部件的累积包围盒,从而确定待爆炸零件位移矢量,自动生成间隔均匀有序、结构紧凑且空间层次感强的爆炸图。开发了基于Siemens NX的装配规划系统Auto Assem,以减速器及汽车部件实例验证了方法的有效性。

基于UG NX的航空发动机离心叶轮数控加工自动编程系统的研究

针对航空发动机离心叶轮数控加工编程中存在效率低、不规范、操作繁琐等问题,提出以特征为加工单元,建立了一种从加工特征识别,自动分析特征尺寸,自动创建毛坯,自动拟定加工路线,自动优化和设置切削参数,到生成刀轨原始文件的快速编程机制。并利用UG二次开发技术,开发出了自动编程原型系统。应用实例和数控仿真结果表明,该原型系统编程效率不仅提高了60%以上,而且编程质量也得到了保证,从而证明了该原型系统的实用性。

复杂产品装配规划系统

为有效支持复杂产品的数字化装配设计,在深入研究装配建模、序列规划、装配评价及工艺图生成等技术的基础上,设计并开发了具有工程应用价值的复杂产品装配规划与仿真系统AeroAssem。介绍了系统的总体结构、采用的关键技术及其应用情况。以蜗轮蜗杆减速器为例,验证了系统的各项功能和应用效果。通过与国内外装配规划系统的对比,分析了系统在矩阵提取、序列规划、工艺图和仿真等方面的优势。

基于粒子群算法的复杂产品装配序列规划

根据复杂产品装配规划问题的特点和要求,提出了一种求解装配序列规划(assembly sequenceplanning,ASP)问题的粒子群优化算法,将通常用于连续空间优化的粒子群算法成功扩展到ASP领域.算法根据ASP问题决策解的特点,在排序空间定义了微粒的位置和速度以及相关的各种操作.针对基本粒子群算法容易陷入局部最优的缺点,采用新的学习机制,增强了算法的寻优能力.基于干涉矩阵、连接矩阵和支撑矩阵建立了以装配可行性、装配体稳定性和装配方向改变为评价指标的目标函数.最后通过实例分析验证了该算法的有效性.

面向对象的航空发动机装配模型

为了对复杂产品的数字化装配设计提供有效的支持,首先对产品装配建模方法研究工作进行了归纳分析,指出面向对象的建模方法是目前最合适的复杂产品装配建模方法。然后采用对象类图建立了复杂产品装配元模型,描述了产品装配过程中的主要对象类及其关系,集成表达了产品结构、装配特征、装配关系、工艺方案等信息,为数字化装配设计提供了全面的支持。最后通过对象匹配方法,将复杂产品装配元模型转化为航空发动机装配的对象模型,并以燃气涡轮发动机的涡轮转子为例,对其装配结构构成、数据衍变关系及建模方法进行了说明。将所建立的面向对象的航空发动机装配模型直接用于数字化产品装配系统的开发,并进行了应用验证。

面向中小企业装配设计系统的产品装配模型

为建立高效的中小企业装配设计系统,定义了多层次与多维度的装配集成模型。为有效实现各项装配设计功能,提出一组装配应用模型,分别对装配拓扑结构、装配关系、装配工艺及仿真等进行建模,自动生成尺寸链、装配关系矩阵与电子技术文档等;采用装配领域模型表达公共语义结构与领域知识,建立单一装配数据源,支持数据重用与共享。研究了装配数据迁移与衍生衍变方法,用以实现面向结构、语义与过程的模型数据自动衍变。将该模型用于AeroAssem装配设计系统的设计开发,并进行了应用验证。

基于蚁群算法的爆炸图自动生成方法

提出一种局部爆炸图自动生成方法,为降低计算复杂度,利用蚁群算法求解零件的爆炸顺序.给出了零件爆炸距离的计算方法及爆炸图的构建过程.通过利用拆卸矩阵保证爆炸图中零件布局及零件爆炸方向的几何可行性.利用连接矩阵计算零件爆炸的连续性.以爆炸方向改变次数、零件爆炸连续性、爆炸距离为原则,求解优化的爆炸图布局.最后,以减速器三维模型为例进行验证,并对比UG NX软件的爆炸图自动生成功能,验证提出方法的可行性和有效性.

基于网络化制造的个性化定制系统的实现

在研究个性化产品定制生产模式的基础上,提出了一种针对单件小批量生产模式下大型机械产品的个性化定制系统的框架,并分析该系统的工作流程。提出了一种新的网络化制造平台下个性化产品定制系统中客户满意度的数学模型,开发了面向客户的个性化产品定制原型系统,可以让客户提出对产品的个性化需求,与设计人员共同定制出满足客户个性化需要的产品,为企业有效地满足客户多品种、小批量、多批次、短周期和高质量的消费需求提供一种新的途径。

基于自适应天牛须算法的航空发动机管路布局优化

针对航空发动机外部管路系统设计过程中布局效率和空间利用率较低的问题,提出一种基于自适应天牛须搜索算法的管路自动布局方法。该方法在原算法的基础上加入自适应变步长机制,使其在具有高效性的同时能搜索到更优的解。在描述复杂空间障碍物时,采用将附件和管路分开建模的方式,一方面建立机匣附件的轴向包围盒,并在包围盒内部构建小范围的附件栅格信息矩阵;另一方面,对已布局管路分段处理后采用线段求交的方式做出干涉性判断,在此基础上根据某种度量选择本条管路的避障策略,以达到充分利用敷设空间的目的。建立管路布局问题的数学模型,并以管路长度和压力损失作为优化目标完成路径的规划过程。最后,通过仿真实例证明所提方法的可行性。

航空发动机静叶联调机构运动分析及优化

针对航空发动机可调静子叶片联调机构运动关系复杂、优化难度大的问题,研究了一种采用图解法和齐次坐标法结合MATLAB软件推导两级联调机构运动方程,并运用遗传算法对两级机构中的关键构件进行联合优化的方法。运用该方法对指定联调机构的两级曲柄可调端长度、可调端与固定端夹角进行了优化求解。得到了最优解,使得第一级摇臂转动角度是第零级摇臂转动角度的2倍,且第一级摇臂转动角速度也是第零级摇臂转动角速度的2倍。

考虑双联卡箍约束的航空发动机多管成束敷设优化方法

为解决航空发动机多管路成束敷设问题,提出了一种基于双联卡箍约束和改进NSGA-Ⅱ的管路敷设优化方法。提出一种基于混沌反向学习机制和Levy变异算子的改进NSGA-Ⅱ算法,以改善算法收敛性和非支配解分布性。为解决管路和卡箍的装配约束和设计耦合关系,建立了基于双联卡箍约束的路径模式,生成卡箍和路径控制点,综合考虑管路敷设与卡箍布置规则,基于改进NSGA-Ⅱ设计管路-双联卡箍敷设算法,对卡箍位姿参数和管路路径同时求解。根据多管端口相对位置,提出基于聚类分析的管路分组及敷设序列规划方法,调用管路-双联卡箍敷设算法完成多管成束规划。所提敷设方法在管路设计阶段即考虑卡箍布置问题,实现了双联卡箍布置和多管成束敷设的同时自动规划,最后通过测试函数和敷设算例验证了所提方法的有效性。