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复杂结构产品虚拟布局与装配关键技术研究

作　者: 张刚
导　师: 殷国富
学　校: 四川大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 复杂结构产品飞行器仪器舱复杂布局问题求解虚拟装配模型解空间编码遗传算法装配序列规划 VRML-JAVA
分类号: TB47
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 792次
引　用: 7次
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内容摘要

如何缩短我国复杂武器系统产品开发周期,降低成本,提高武器系统的工程化能力和水平,缩短武器的战备反应时间(很大程度上取决于产品的装配和检测时间),是摆在我们面前一个急需解决的问题。合理的布局与装配设计是实现复杂武器产品功能和在设计阶段发现并解决装配问题的前提,同时也是实现产品设计数字化的关键技术之一。因此,针对复杂武器系统工程化的需求,进行复杂结构产品的虚拟布局与装配研究具有重要的理论意义和实用价值。复杂结构的布局设计属于带性能约束的布局优化问题,属于具有不确定性、高度非线性、既有定性又有定量的复杂工程系统问题,求解这类问题的难点是存在组合爆炸的计算复杂性和工程实用化的复杂性。面向复杂武器系统的虚拟装配也是一项全新的技术方法。本论文在分析布局问题的求解方法及虚拟装配技术的基础上,以复杂武器系统的典型复杂构件——飞行器仪器舱为研究对象,探讨复杂结构产品的虚拟布局与装配系统的构建原理,重点研究布局设计算法、产品的装配建模、装配序列规划方法和装配仿真的实现方法。论文的主要研究成果和特色如下: (1) 针对复杂结构产品设计的需要,建立了复杂结构产品虚拟布局与装配设计系统的体系结构和功能模型,提出以算法设计为基础进行布局方案设计,以虚拟装配设计为检验手段对布局结果的可装配性进行检验和评价的设计思想,分析论述了系统的使能工具和实施的主要关键技术。 (2) 在对课题背景下的复杂布局问题进行描述的基础上,建立了相应的复杂布局问题求解数学模型。在进行问题求解时,将遗传算法的实数编码拓展到解空间编码,提出了一种改进的实数编码遗传算法——解空间编码遗传算法(Solution-Vector Cooing Genetic Algorithm:SVCGA)来求解复杂布局问题,算法将解空间变量直接作为染色体基因进行编码,采用模拟退火算法的思想对中间解进行选择,对不同类型的变量采取不同遗传算子,并采取增加扰动量的方法控制算法的搜索范围,用最优保留策略保留了当前最优解。该算

全文目录

1 绪论  11-28
  1.1 复杂结构产品的研究进展  11-15
    1.1.1 复杂结构产品的含义  11-12
    1.1.2 复杂结构产品的设计模式  12-13
    1.1.3 复杂结构产品研制中存在的问题  13-14
    1.1.4 复杂结构产品研制的技术趋势  14-15
  1.2 虚拟产品开发技术发展概况  15-17
  1.3 布局问题的研究现状与求解方法分析  17-22
    1.3.1 布局问题的分类  17-18
    1.3.2 布局问题求解方法分析  18-22
  1.4 虚拟装配技术研究现状  22-25
    1.4.1 虚拟装配技术的内涵  23
    1.4.2 虚拟装配技术的研究现状及应用  23-25
  1.5 论文的研究立项背景、研究意义与主要研究内容  25-28
    1.5.1 论文的研究立项背景与研究意义  25
    1.5.2 主要研究内容  25-28
2 复杂结构产品虚拟布局与装配系统的体系结构  28-39
  2.1 复杂结构产品虚拟布局与装配系统的需求分析  28-29
  2.2 复杂结构产品虚拟布局与装配系统的研究目标  29-30
  2.3 虚拟设计过程的功能模型  30-31
  2.4 复杂结构产品虚拟布局与装配系统的体系结构  31-33
  2.5 复杂结构产品虚拟布局与装配的关键技术分析  33-38
    2.5.1 复杂布局问题的求解算法  33-34
    2.5.2 面向装配的产品建模技术  34-35
    2.5.3 装配序列规划策略  35-36
    2.5.4 虚拟装配仿真技术  36-37
    2.5.5 可装配性评价技术  37-38
  2.6 本章小结  38-39
3 基于遗传算法的飞行器仪器舱布局求解方法  39-58
  3.1 飞行器仪器舱布局问题的定义  39-41
    3.1.1 问题描述  39-40
    3.1.2 数学模型  40
    3.1.3 求解方法分析  40-41
  3.2 遗传算法的求解原理  41-46
    3.2.1 基本遗传算法  41-42
    3.2.2 遗传算法的改进  42
    3.2.3 遗传算法求解的关键技术  42-46
  3.3 面向飞行器仪器舱的改进遗传算法求解复杂布局问题  46-53
    3.3.1 飞行器仪器舱布局实例模型  46-47
    3.3.2 求解算法的主要处理方法  47-48
    3.3.3 求解过程  48-49
    3.3.4 算法的验证与应用实例  49-53
  3.4 基于多组件智能体的复杂布局问题求解方法研究  53-57
    3.4.1 基于多组件智能体的布局问题求解模型  54
    3.4.2 组件智能体的功能模型  54-56
    3.4.3 求解过程  56-57
  3.5 本章小结  57-58
4 面向虚拟装配的产品建模技术  58-79
  4.1 产品模型的定义  58-60
    4.1.1 产品模型的概念  58-59
    4.1.2 产品模型的类型  59-60
  4.2 虚拟装配系统对产品模型的需求分析  60-64
    4.2.1 对产品设计全过程的支持  60-61
    4.2.2 多层次多视图信息的表达  61-63
    4.2.3 与CAD系统的集成  63-64
  4.3 面向装配的特征层次建模方法研究  64-69
    4.3.1 基于零件的产品层次结构  64-65
    4.3.2 基于装配单元的产品层次结构  65
    4.3.3 装配单元的特征模型  65-68
    4.3.4 应用实例  68-69
  4.4 基于知识的产品模型  69-74
    4.4.1 产品设计知识的种类与存在形式  69-70
    4.4.2 产品设计知识的表达  70-71
    4.4.3 基于知识的产品建模过程  71-74
  4.5 飞行器仪器舱产品知识模型的实现方法  74-76
  4.6 基于知识模型的参数化设计方法  76-78
    4.6.1 参数化设计方法概述  76
    4.6.2 设计知识的应用  76-77
    4.6.3 应用实例  77-78
  4.7 本章小结  78-79
5 基于知识的计算机辅助装配序列规划技术研究  79-97
  5.1 装配序列规划研究现状概述  79-81
  5.2 装配序列规划的影响因素分析  81-84
    5.2.1 可拆卸基本规则  81-82
    5.2.2 操作可行性  82-83
    5.2.3 稳定性  83-84
  5.3 装配序列建立的算法模型与优化方法  84-91
    5.3.1 装配特征矩阵的建立方法  85-87
    5.3.2 拆卸方向的确定  87-88
    5.3.3 装配序列的生成过程  88-89
    5.3.4 装配序列的优化技术  89-91
  5.4 基于知识的计算机辅助装配序列规划方法  91-96
    5.4.1 装配模型  91
    5.4.2 装配知识表示  91-93
    5.4.3 推理规则  93-94
    5.4.4 装配序列规划步骤  94
    5.4.5 装配序列规划实例  94-96
  5.5 本章小结  96-97
6 基于VRML-JAVA的虚拟装配仿真系统的开发技术  97-108
  6.1 虚拟装配仿真系统的构建  97-100
    6.1.1 虚拟装配仿真系统的总体结构  97-98
    6.1.2 虚拟装配环境的构建方法  98-100
  6.2 虚拟装配仿真的关键技术  100-105
    6.2.1 产品装/拆运动的表示及变换算法  100-102
    6.2.2 虚拟装配过程控制策略与实现方法  102-103
    6.2.3 虚拟装配中的碰撞检测方法  103-105
  6.3 基于VRML-JAVA的虚拟仿真软件开发  105-107
    6.3.1 系统的特点  105
    6.3.2 运行实例  105-107
  6.4 本章小结  107-108
7 产品的可装配性评价方法  108-121
  7.1 产品可装配性评价技术  108-109
  7.2 基于模糊多因素决策的可装配性评价方法  109-116
    7.2.1 产品结构可装配性的影响因素  111-112
    7.2.2 评价因素的模糊集合  112-113
    7.2.3 影响因素的权重分配方法  113-114
    7.2.4 模糊多因素评价算法  114-116
    7.2.5 评价结果的处理  116
  7.3 装配序列的可装配性评价  116-120
    7.3.1 装配序列可装配性的影响因素  116-118
    7.3.2 可装配性评价  118-120
  7.4 本章小结  120-121
8 面向复杂结构产品的虚拟布局与装配原型系统及运行实例  121-131
  8.1 原型系统的功能模块设计  121-122
  8.2 原型系统开发的实施方法  122-123
  8.3 原型系统开发的实施技术  123-126
    8.3.1 UG二次开发技术  123-124
    8.3.2 Java和VRML场景的通信技术  124-126
  8.4 虚拟布局与装配系统运行实例  126-130
    8.4.1 布局及建模  127-128
    8.4.2 虚拟装配仿真  128-130
  8.5 本章小结  130-131
9 结论与展望  131-134
  9.1 主要研究结论  131-132
  9.2 主要创新点  132-133
  9.3 今后工作展望  133-134
参考文献  134-141
攻读博士学位期间发表的论文  141
攻读博士学位期间的获奖情况  141-142
致谢  142-143
论文声明  143

复杂结构产品虚拟布局与装配关键技术研究

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