[发明专利]支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法

说明书

技术领域

本发明涉及产品可拆卸性设计方法，尤其是涉及一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法。

背景技术

产品可拆卸性设计是绿色设计的重要组成部分，以提高产品的拆卸性能为目标，通过采用易拆卸结构和减少零件数等措施，实现对拆卸工艺性的改善，使所设计的产品结构易于拆卸，维护方便，并在产品报废后能有效地回收和重用，以达到节约资源和能源、保护环境的目的。拆卸规划是可拆卸性设计中的关键技术，根据产品结构、装配关系等信息，从产品上拆卸下某个或某几个指定的组件(如贵重零部件、有毒或损坏的零部件)，生成满足一定约束条件的目标组件拆卸序列，以减少拆卸时间和成本，提高工作效率。

随着产品可拆卸性在设计领域的应用，产品可拆卸性设计对象日益大型化和复杂化，但复杂产品的拆卸规划为一个NP问题，采用传统的规划方法往往容易陷入“组合爆炸”，并且传统的规划方法都局限于单个操作者的拆卸序列规划问题。针对上述问题，通过目标双向驱动机制实现了目标拆卸规划，可在合理的计算时间内获得最优解。提出了协同拆卸规划问题，并针对问题特点综合考虑解的质量和求解速度，设计了自适应的协同拆卸规划方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支持绿色设计的复杂产品目标与协同拆卸规划方法，根据绿色设计需求，通过提取产品组件间的装配约束语义和拆卸优先级约束信息，构建多约束拆卸信息模型，进行量化矩阵描述和可拆卸性约束推导，提出目标组件双向驱动规划方法，针对复杂产品需要多人并行拆卸的要求，提出了复杂产品协同拆卸规划问题，并给出了自适应的协同规划方法。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案的步骤如下：

第一步，针对绿色设计中产品可拆卸、可回收的特点，提取产品组件间的装配约束语义和拆卸优先级约束信息，构建多约束拆卸信息模型；

第二步，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并分解为多个单约束矩阵，由此推导出可拆卸性约束条件；

第三步，为获得目标拆卸序列，以被拆卸的目标组件为驱动点，在多约束拆卸信息模型中采用双向驱动目标组件拆卸序列规划方法进行求解；

第四步，针对某些大型复杂产品需要多人并行拆卸的要求，提出协同拆卸规划问题和自适应求解方法。

所述的产品多约束拆卸信息模型，基于装配语义提取产品零部件拆卸属性、拆卸优先级约束等，据此将约束分为物理约束、强物理约束、空间约束，并分别用直线、实箭头线、虚箭头线进行描述，构建一个包含多个约束的拆卸信息模型。

所述的可拆卸性约束条件的推导，将多约束拆卸信息模型进行矩阵量化表达，并分解为多个单约束矩阵，基于最小拆卸单元不受约束即可拆的原理，由单约束矩阵推导出可拆卸性约束条件。

所述的双向驱动目标组件拆卸序列规划方法，在多约束拆卸信息模型中定位目标组件，以拆卸目标组件为驱动点，向约束反方向驱动直至无约束的最外层，然后逆向回溯获得目标拆卸序列。

所述的协同拆卸规划问题和方法，由实际工程中复杂产品需要多人并行拆卸的客观需求出发，提出协同拆卸规划问题和方法，即多操作者(人或者机器人等)在同一时间内并行执行同一个产品的不同拆卸任务时，求取最优拆卸序列的问题，并针对问题的独特性，提出了自适应协同规划方法。

所述的双向驱动目标组件拆卸序列规划方法步骤如下：

第一步，根据拆卸需求，指定预拆卸的目标组件，在产品多约束拆卸信息模型中进行搜索并确定目标组件的位置；

第二步，确定拆卸规划问题的目标函数，通过分析影响拆卸成本的因素，将拆卸方向的改变、拆卸工具的更换和拆卸顺序的操作代价的综合影响定义为目标函数，规划出的结果序列越合理，对应的目标函数越小；

第三步，以目标组件为驱动中心，获得其前趋约束顶点，由其前趋约束顶点继续向外层层驱动，直到无前趋约束顶点为止；然后由驱动的反方向回溯驱动轨迹，获得目标组件可行拆卸序列，对于多目标情况，重复上述过程，处理完所有的组件为止；

第四步，以目标函数最小为优化目标，以可拆卸性为约束条件，结合优化算法在解域中寻得最佳目标组件拆卸序列。

所述协同拆卸规划问题和方法的步骤如下：

第一步，以产品多约束拆卸信息模型为基础，根据协同拆卸问题的特点，重新定义目标函数，设每个最小拆卸单元(零件、部件、子装配体)的基本拆卸时间为t_i，定义目标函数为其中m为序列长度，k为协同拆卸的操作者个数；

第二步，构建协同拆卸层次树来表达所有可行的拆卸序列，每个树节点包含树节点ID、可行协同拆卸组件的集合、树节点局部拆卸序列、基本拆卸时间这些信息；