基于小生境粒子群算法的公差多目标优化设计

为解决产品设计中的公差优化问题,提出一种基于小生境粒子群算法的公差多目标优化方法。以加工成本、质量损失成本和公差敏感性为优化目标,以装配功能要求和加工能力为约束条件,建立了公差多目标优化模型。对标准粒子群算法进行改进,根据小生境数和Pareto优劣性确定孤立粒子,并通过个体历史最优粒子与孤立粒子的变异、选择操作更新粒子的个体历史最优位置;利用Pareto支配数排序更新粒子群的全局最优位置。利用改进的粒子群算法对公差多目标优化模型进行求解,得到分布均匀的Pareto前沿。设计并开发了原型系统,通过实例验证了该方法的有效性。     

机械产品多质量要求下的选择装配方法

针对机械产品多质量要求下的选配问题,提出一种基于强弱Pareto和遗传算法的多质量要求下的选择装配方法。对选配问题进行分析,构建了一种面向三维空间多质量要求下的统一选配信息模型,在此基础上考虑装配精度和装配成功率,进而建立了多质量要求下的选配综合优化模型。采用一种以公差项为单元的编码方式,并通过给出质量要求权重系数,提出以强弱Pareto和密集度描述带有主次关系的多目标综合评价规则,在考虑关联约束排序的基础上,利用遗传算法进行多目标的选择装配,实现了带有主次关系的多质量要求下产品的选配优化。设计并开发了原型系统,通过实例验证了该方法的可行性。     

基于装配精度预分析的红外线CCD实时装调技术研究

针对红外线线列电荷耦合元件(Charge-coupled device,CCD)机械交错拼接中过于依赖拼接装置精度和拼接效率低的问题,提出一种基于装配精度预分析的红外线CCD实时装调方法。该方法在实时获取已装配芯片测量信息的基础上,根据CCD空间位置要求构建CCD整体装配精度模型,采用蚁群算法进行装配精度优化,确定待装配芯片坐标信息,并获得调整工装的调整量指导现场装配,从而有效实现了拼接过程的实时监视和快速调正。采用该方法后一个线列CCD的装调时间可控制在3天内,与传统方法相比装配效率显著提高,同时搭接误差不大于6μm,直线度不大于8μm,平行度不大于10μm,满足了工程要求。     

基于三维模型的航天器装配精度预测方法

针对航天器的装配精度准确预测问题,提出一种基于三维模型的航天器装配精度预测方法.分析了航天器结构的装配连接特点,建立了包括装配体模型、零件模型、结构模型和公差模型四个层次的航天器装配精度信息模型;构建了三维模型坐标系,分析了航天器装配关键节点的公差作用影响以及不同几何坐标系下的装配公差作用转化机理;利用最小偏差传递路径原理搜索得到了航天器的装配公差传递路径,并采用极值法实现了装配精度预测.以航天器的舱段对接和设备安装为例,对所提方法和算法进行了验证.     

基于多色集合理论的几何公差信息推理及其规范性验证

针对基准体系、公差类型、附加符号等几何公差信息设计不规范的问题,提出基于多色集合理论的几何公差信息推理及其规范性验证方法。首先根据构建的几何公差本体模型,提出几何公差信息推理层次结构,并建立了该推理层次结构的多色集合模型。然后根据新一代产品几何规范,提炼了推理层次结构中不同层次信息之间的映射关系,形成了几何公差信息推理围道矩阵。在此基础上,通过分析基准约束的自由度方向,判断是否存在基准冗余和基准顺序不一致等问题,验证了基准体系的规范性;基于围道矩阵以及推导的几何公差信息推理算法,经过两步推理得到了适用的公差类型、附加符号,验证了几何公差设计结果的规范性。基于上述模型和算法开发了几何公差信息规范性验证软件模块,通过实例分析,证明了所提方法的可行性与有效性。     

基于三维凸包的公差基准平面拟合方法

针对目前基于离散采样点进行基准平面拟合时没有考虑基准平面受约束的问题,提出一种基于三维凸包的带约束的基准平面拟合方法。该方法利用计算几何中的凸包理论,使用增量算法快速构建平面特征离散采样点的三维凸包。其次根据基准平面的定义,确定基准平面处于不同基准优先级时被其他基准特征约束的自由度以及建立基准的方法。在此基础上利用三维凸包建立基准平面无约束、转动约束、平动约束的数学模型,结合基准的相关实体要求实现了基准平面变动空间的求解。试验结果表明：采用一组采样数据建立基准平面时,所提出的算法与传统的最小二乘法进行比较更加符合基准平面的建立原则,保证了基准平面的准确性,满足了工程需求。     

基于三维凸包的公差基准轴线拟合

针对采用坐标测量系统(CMM)进行基准轴线测量的特点,提出了一种基于凸包的基准轴线拟合算法。该算法首先根据计算几何的凸包理论,利用礼品包裹算法获得轴线采样点构建的三维凸包;考虑基准体系(Datum Reference Frames DRF)中基准的定义,确定基准轴线处于不同的基准优先级时被约束的自由度以及基准的评价方法。然后,利用轴线的数学方程将带约束的轴线分解成转动向量和平动向量并依次建立带约束的基准轴线转动和平动的数学模型。最后,利用三维凸包的相关定理以及基准的相关实体要求完成基准轴线的变动区域的求解。实验结果显示:采用该算法进行轴线基准体系建立得到的结果在处理无约束的轴线基准拟合时与CMM最小二乘算法得到的结果近似重叠,在处理存在约束的轴线基准拟合时两者的误差较大。不过,本文算法保证了受约束轴线相对位置关系,符合基准轴线的建立原则,满足工程需求。     

定位优先级约束下间隙配合的变动解析与装配成功率计算

装配特征之间的变动解析是产品装配偏差累积分析的重要基础,针对现有研究成果未考虑零件间装配特征定位顺序对配合间隙影响的问题,提出一种定位优先级约束下间隙配合的变动解析模型与装配成功率计算方法。建立了两个零件之间多基准装配的数学模型,并分析装配特征在配合前相对于装配名义位置的变动。通过对平行平面配合、圆柱面配合、圆锥面配合以及球面配合等四类间隙配合的接触状态进行分析,得到装配基准特征与装配目标特征在配合后相对装配名义位置变动所需满足的约束条件。在此基础上提出定位优先级约束下的装配特征之间的配合变动算法,并给出包含多组装配特征配合的两零件之间的装配成功率的计算方法。以一种测量仪器结构的装配为实例,验证了上述方法的可行性。