机电装配体拆卸序列的自动生成及组合优化探讨
【摘要】为深入研究机电装配体拆卸序列的自动生成和优化问题，本文首先建立了装配体的自由-干涉矩阵，并将其作为描述机电装配体结构的数学模型，并在此基础上提出了“拆卸楔”概念和具体算法，依照此法计算机电装配体上各个零件的拆卸序列和方向，最后基于遗传计算的早敛问题提出搜索-遗传组合优化算法，将搜索算法中的集中策略适当引入到遗传算法中，可以获得相对健壮的搜索行为。此外，本文还提出了一种关于初始拆卸序列群体的自动生成算法，实践表明，这种自动生成算法能够有效的解决机电装配体拆卸序列的优化组合问题，而且生成的拆卸序列在数据方面均优于单纯遗传算法结果。
【关键词】机电装配体；拆卸序列；遗传算法；搜索算法；优化组合
随着人们环保意识的提高，制造业所产生的废料作为主要污染源逐渐受到全社会的广泛关注，因此，如果有一种方法能够对固体废弃装配体进行科学有序的重新组合，不仅可以回收零件材料，而且还便于毒害物质处理。机电装配体拆卸序列指人们将零件从装配体上拆卸下来的顺序，这个过程直接影响到拆卸的耗时和所选工具种类，以往人们常常根据经验来安排拆卸序列，拆卸效率不高，因此，有必要创建一种系统化、自动化的拆卸序列组合模式。
一、构建装配体结构模型
要清晰的研究装配体拆卸序列，首先需要了解和清除描述各零件之间的拓朴信息和几何关系，并在此基础上考虑拆卸序列组合的可行性，利用自由-干涉矩阵表达最优关系。图1就是一个典型的自由-干涉矩阵，0-7表示各个零件，-x 、+x、+y表示零件可拆卸的方向，图1中仅有8个零件，矩阵表达虽然比较简单，但是这种方法能够用于零件数量更多、更加复杂的装配体拆卸优化，而且随着零件数量的增多，矩阵规模也会随之增大，但是从矩阵中可以清楚地了解零件之间的关系。无干涉拆卸序列可以通过自由-干涉矩阵检测出来，零件可以从装配体上无干涉拆卸下来的方向就是该零件的“拆卸楔”[1]。
图1 装配体干涉-自有矩阵示例
二、遗传算法和搜索算法的优化组合
（一）遗传算法
遗传算法是在模拟生物进化过程中衍生出来的一种优化算法，近年来在遗传算法领域的研究热度有增无减，并逐渐渗透到计算机科学、组合优化、工程设计、优化调度等各个领域。遗传算法以目标函数（也称适应度函数）为基础，目的在于由机电产品原生产厂家对大批量生产之后的废弃物进行拆卸回收，为此，需要由原生产厂家将产品装配线改造为产品拆卸线，在拆卸生产线上，要实现全部零件拆卸就需要涉及零件转向问题，只有确保装配体能够转换方向或者实现翻转，
机电装配体拆卸序列的自动生成及组合优化探讨
【摘要】为深入研究机电装配体拆卸序列的自动生成和优化问题，本文首先建立了装配体的自由-干涉矩阵，并将其作为描述机电装配体结构的数学模型，并在此基础上提出了“拆卸楔”概念和具体算法，依照此法计算机电装配体上各个零件的拆卸序列和方向，最后基于遗传计算的早敛问题提出搜索-遗传组合优化算法，将搜索算法中的集中策略适当引入到遗传算法中，可以获得相对健壮的搜索行为。此外，本文还提出了一种关于初始拆卸序列群体的自动生成算法，实践表明，这种自动生成算法能够有效的解决机电装配体拆卸序列的优化组合问题，而且生成的拆卸序列在数据方面均优于单纯遗传算法结果。
【关键词】机电装配体；拆卸序列；遗传算法；搜索算法；优化组合
随着人们环保意识的提高，制造业所产生的废料作为主要污染源逐渐受到全社会的广泛关注，因此，如果有一种方法能够对固体废弃装配体进行科学有序的重新组合，不仅可以回收零件材料，而且还便于毒害物质处理。机电装配体拆卸序列指人们将零件从装配体上拆卸下来的顺序，这个过程直接影响到拆卸的耗时和所选工具种类，以往人们常常根据经验来安排拆卸序列，拆卸效率不高，因此，有必要创建一种系统化、自动化的拆卸序列组合模式。
一、构建装配体结构模型
要清晰的研究装配体拆卸序列，首先需要了解和清除描述各零件之间的拓朴信息和几何关系，并在此基础上考虑拆卸序列组合的可行性，利用自由-干涉矩阵表达最优关系。图1就是一个典型的自由-干涉矩阵，0-7表示各个零件，-x 、+x、+y表示零件可拆卸的方向，图1中仅有8个零件，矩阵表达虽然比较简单，但是这种方法能够用于零件数量更多、更加复杂的装配体拆卸优化，而且随着零件数量的增多，矩阵规模也会随之增大，但是从矩阵中可以清楚地了解零件之间的关系。无干涉拆卸序列可以通过自由-干涉矩阵检测出来，零件可以从装配体上无干涉拆卸下来的方向就是该零件的“拆卸楔”[1]。
图1 装配体干涉-自有矩阵示例
二、遗传算法和搜索算法的优化组合
（一）遗传算法
遗传算法是在模拟生物进化过程中衍生出来的一种优化算法，近年来在遗传算法领域的研究热度有增无减，并逐渐渗透到计算机科学、组合优化、工程设计、优化调度等各个领域。遗传算法以目标函数（也称适应度函数）为基础，目的在于由机电产品原生产厂家对大批量生产之后的废弃物进行拆卸回收，为此，需要由原生产厂家将产品装配线改造为产品拆卸线，在拆卸生产线上，要实现全部零件拆卸就需要涉及零件转向问题，只有确保装配体能够转换方向或者实现翻转，