CN105947232B - 一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，包括以下步骤：建立考虑装配资源影响的装配序列表达式，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，基于考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，建立装配序列可行性判定以及装配干涉次数的计算方法，建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价指标及评价函数，通过Matlab编程实现对不同装配序列可装配性的快速评价。本发明提出的可装配性评价方法，对于飞机机身部件的装配过程具有十分重要的作用，可提供更加符合实际、可装配性更加优越的飞机机身部件装配方案，从而有效降低装配成本，缩短装配周期。

Description

一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法
技术领域
本发明属于飞机装配技术领域，具体涉及一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法。
背景技术
由于航空、航天等大型复杂装配体有着零部件数量多、结构复杂、易变形并且相互之间存在着协调关系，因而在这些装配体的装配过程中，必须使用大量的装配工装、夹具等装配资源，用来完成对零部件的装夹、定位和连接等操作。如果装配资源不到位或者装配资源使用的顺序不对，则会直接影响产品后续装配过程，从而影响产品装配效率，甚至会增加装配成本，延长装配周期。
根据调查统计，航空产品制造过程中，装配劳动量占整个产品制造总劳动量的50％至60％，装配周期占产品制造周期的50％到75％，装配成本占产品制造成本的35％至50％，装配资源对装配的影响达到了60％至70％。在制造现场，装配工人需要通过翻阅大量的图纸和工艺卡片来进行装配作业，再加上生产线上的设备维护等因素，经常会出现工作上的失误，装配资源的不确定性以及错误的使用，经常会造成装配质量问题，从而降低了装配效率，同时也影响了装配周期。因此，提高装配效率和装配质量是航空、航天等大型复杂产品装配的目标，而装配资源在其中扮演了重要角色。然而在现有的产品可装配性评价过程中，通常仅针对由装配体零部件组成的装配序列进行，没有考虑装配资源对装配序列的影响，最终采用的装配序列在航空产品实际装配过程中往往具有明显局限性。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，为了提供更加符合实际、可装配性更加优越的飞机机身部件装配方案，提出一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，包括以下步骤：
S1：建立考虑装配资源影响的待装配体各零部件装配序列表达式；
S2：对于待装配体，根据各零部件的装配关系以及所用到的装配资源情况，建立零部件干涉矩阵和考虑装配资源影响的装配干涉矩阵；
S3：基于考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，建立考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算的方法；
S4：确定评价指标，根据各评价指标及其权重系数，建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数，实现对不同考虑装配资源影响的装配序列可装配性的快速评价。
优选地，所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：根据装配各零部件所需要的装配资源，建立工装型装配资源表达式，所述工装型装配资源表达式如下所示：
F(pi)＝{f(pi)1,f(pi)2,…,f(pi)kf(i)}
其中，F(P)表示装配资源中的工装型装配资源，pi表示第i个零部件，f(pi)j表示零部件pi的第j个工装型装配资源，kf(i)表示装配第i个零部件pi所用到的工装型装配资源总数，kf表示装配所有零部件所用到的工装型装配资源总数；
S12：根据装配各零部件所需要的装配资源，建立辅助工具型装配资源表达式，所述辅助工具型装配资源表达式如下所示：
AT(pi)＝{at(pi)1,at(pi)2,…,at(pi)kat(i)}
其中，AT(P)表示装配资源中的辅助工具型装配资源，at(pi)j表示零部件pi的第j个辅助工具型装配资源，kat(i)表示装配第i个零部件pi所用到的辅助工具型装配资源总数，kat表示装配所有零部件所用到的辅助工具型装配资源总数；
S13：基于步骤S11的工装型装配资源表达式和步骤S12的辅助工具型装配资源表达式，建立考虑装配资源影响的待装配体各零部件装配序列表达式如下所示：
R(P)＝{r(p1)1,r(p2)2,…,r(pn)n}
其中，R(P)表示工装型装配资源F(P)和辅助工具型装配资源AT(P)的装配资源集合，r(pi)i表示零部件pi的所有装配资源总和。
优选地，步骤S2中，所述考虑装配资源影响的装配干涉矩阵由零部件干涉矩阵、装配资源干涉矩阵和混合干涉矩阵组成。
优选地，所述零部件干涉矩阵如下所示：
其中，Iijd表示零部件pi沿方向d装配时与零部件pj的干涉情况。
优选地，所述考虑装配资源影响的装配干涉矩阵如下所示：
其中，P表示装配零部件组成的集合，R(P)表示装配零部件所对应的装配资源组成的集合，I表示零部件干涉矩阵，，IR表示装配资源干涉矩阵，IM表示混合干涉矩阵。
优选地，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S30：建立(n+m)×(n+m)的矩阵IMR1如下所示：
其中，In×n表示n×n的零部件干涉矩阵，On×m表示n×m的零矩阵，Om×n表示m×n的零矩阵，Om×m表示m×m的零矩阵；
建立(n+m)×(n+m)的矩阵IMR2，如下所述：
其中，In×n表示n×n的零部件干涉矩阵，IMn×m表示n×m的混合干涉矩阵，IRm×m表示m×m的装配资源干涉矩阵；
假设装配体零部件pi的辅助工具型装配资源AT(pi)在装配完若干个零部件Pε之后需要撤离，则考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算步骤如下：
S31：设考虑装配资源的装配序列为PR＝{pr1,pr2,…,pri,…prn+m}，令i＝1，IMR＝IMR1,装配干涉次数Q＝0；
S32：如果PR中的元素pri∈{p1,p2,…,pn}，则把IMR2的第到的行和列以及第到的行和列的值，赋值给IMR的第到的行和列以及第到的行和列；否则转为步骤S37；
S33：计算d从1取到6，分别代表方向±x，±y，±z；
S34：IMR的第到的行和列全部变为0；
S35：如果{pr1,pr2,…,pri}∩Pε＝Pε，那么IMR的第到的行和列全部变为0；
S36：计算公式的值，若则当前考虑装配资源的装配序列PR在当前装配步骤是可行的；若则当前考虑装配资源的装配序列PR在当前装配步骤发生干涉，Q＝Q+1；
S37：如果i<n+m，则i＝i+1，转为步骤S32；否则转为步骤S38；
S38：如果Q＝0，则当前考虑装配资源的装配序列PR可行；否则装配发生干涉，装配干涉次数为Q。
优选地，所述步骤S4中，以装配工具变换次数、装配方向变换次数以及装配操作变换次数为评价指标。
优选地，步骤S4中，所述考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数如下所示：
其中，S为装配体零部件的个数，nt表示装配体在装配过程中装配工具的变换次数，nor表示装配体在装配过程中考虑装配资源的影响的装配方向变换次数，nop表示装配体在装配过程中装配操作的变换次数，wt表示装配工具变换次数的权重系数，wor表示装配方向变换次数的权重系数，wop表示装配操作变换次数的权重系数，Q为不可行装配序列中考虑装配资源影响的装配干涉次数。
优选地，步骤S4中，所述考虑装配资源影响的装配方向改变次数nor计算步骤为：
S41：令PRD(pi)为零部件pi在考虑装配资源影响的装配序列PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}中所对应的序列编号，针对一个零部件装配序列P＝{p1,p2,…,pn}，令D(pi)表示序列PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}中从PRD(pi-1)+1项到PRD(pi)项的可行装配方向集；
S42：令i＝1，q＝1，nor＝0，其中nor表示装配方向的改变次数；
S43：如果但是 那么待装配体的零部件pi+q+1需要改变一次装配方向，nor＝nor+1，转为步骤S44；否则，q＝q+1，如果i+q+1<n，则再次转为步骤S43；如果i+q+1≥n，则结束；
S44：i＝i+q+1，q＝1，如果i<n，则转为步骤S43；否则，结束。
本发明的有益效果是：本发明提供的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，通过建立考虑装配资源影响的飞机机身部件装配序列表达式，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，实现装配序列可行性判定以及装配干涉次数的计算，建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数，实现对不同装配序列可装配性的快速评价和比较，可提供更加符合实际、可装配性更加优越的飞机机身部件装配方案，使装配质量得到显著提高，同时有效降低装配成本，缩短装配周期。
附图说明
图1为本发明考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法的流程图；
图2为飞机机翼部件的装配***图；
图3为装配时每个零部件的装配工具类型和装配操作类型；
图4为+x方向的零部件干涉矩阵；
图5为+y方向的零部件干涉矩阵；
图6为+z方向的零部件干涉矩阵；
图7为+x方向的考虑装配资源的干涉矩阵；
图8为+y方向的考虑装配资源的干涉矩阵；
图9为+z方向的考虑装配资源的干涉矩阵；
图10为零部件1/零部件5所对应的辅助工具型装配资源41/42；
图11为零部件11/零部件20所对应的辅助工具型装配资源43/44。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1所示，本发明提供的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法的流程图，包括以下步骤：
S1：建立考虑装配资源影响的待装配体各零部件装配序列表达式.
S11：根据装配各零部件所需要的装配资源，建立工装型装配资源表达式：
装配资源中的工装型装配资源用F(P)表示，则装配零部件pi所需要的工装型装配资源可以表示为：
F(pi)＝{f(pi)1,f(pi)2,…,f(pi)kf(i)} (1)
其中，f(pi)j表示零部件pi的第j个工装型装配资源，kf(i)表示装配第i个零部件pi所用到的工装型装配资源总数，kf表示装配所有零部件所用到的工装型装配资源总数，
假设零部件pi所用到的工装型装配资源的名称有Tf1,Tf2,…,Tfkf(i)，那么在装配零部件pi时，工装型装配资源也跟着零部件pi一起进入装配体，此时pi的工装型装配资源F(pi)为{Tf1,Tf2,…,Tfkf(i)}。当零部件pi装配完成之后，pi的工装型装配资源直接撤出装配体，此时的F(pi)＝{0,0,…0}。
S12：根据装配各零部件所需要的装配资源，建立辅助工具型装配资源表达式：
装配资源中的辅助工具型装配资源用AT(P)表示，则装配零部件pi需要的辅助工具型装配资源可以表示为：
AT(pi)＝{at(pi)1,at(pi)2,…,at(pi)kat(i)} (2)
其中，at(pi)j表示零部件pi的第j个辅助工具型装配资源，kat(i)表示装配第i个零部件pi所用到的辅助工具型装配资源总数，kat表示装配所有零部件所用到的辅助工具型装配资源总数，
假设零部件pi所用到的辅助工具型装配资源的名称有Tat1,Tat2,…,Tatkat(i)，那么在装配零部件pi时，辅助工具型装配资源AT(pi)同零部件pi和工装型装配资源F(pi)一起进入装配体，此时的辅助工具型装配资源AT(pi)＝{Tat1,Tat2,…,Tatkat(i)}。当装配完零部件pi时，工装型装配资源随即撤离，而辅助性装配资源则需继续留在装配体中，待与零部件pi相关的零部件全部装配完成后，即撤离辅助工具Tatj时，已经装配上的零部件pi保持原来的位置不变且没有发生较大的变形(细微的变形在装配过程中可以忽略不计)，那么零部件pi的第j个辅助工具Tatj方可撤离，与此同时AT(pi)中的第j个元素变为零。
S13：基于步骤S11的工装型装配资源表达式和步骤S12的辅助工具型装配资源表达式，建立考虑装配资源影响的待装配体各零部件装配序列表达式。
把工装型装配资源F(P)和辅助工具型装配资源AT(P)的装配资源集合用R(P)表示，即装配体零部件的装配序列P＝{p1,p2,…,pn}相对应的装配资源集合为R(P)，R(P)的表达式为
R(P)＝{r(p1)1,r(p2)2,…,r(pn)n} (3)
其中，r(pi)i表示零部件pi的所有装配资源总和，即零部件pi的工装型装配资源F(pi)和辅助工具型装配资源AT(pi)的装配资源的总和r(pi)i＝{F(pi),AT(pi)}，r(pi)i的维数包括所用到的工装型装配资源总数kf(i)和辅助工具型装配资源总数kat(i)，即r(i)＝kf(i)+kat(i)。R(P)中各个零部件的装配资源与装配序列P中的装配体零部件一一对应。
根据以上的定义，本发明把带有装配资源的装配序列PR的表达式定义为PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}，其中包含了n个装配零部件P和m个装配资源R(P)。
S2：对于待装配体，根据各零部件的装配关系以及所用到的装配资源情况，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵：
S21：根据各零部件的装配关系，建立零部件装配干涉矩阵：
该步骤中，建立的零部件装配干涉矩阵Id如公式(4)所示：
其中，Iijd表示零部件pi沿方向d装配时与零部件pj的干涉情况，如果Iijd＝1则说明零部件pi沿方向d装配时与零部件pj发生干涉；如果Iijd＝0则说明零部件pi沿方向d装配时与零部件pj不干涉，并且矩阵的主对角线Iiid＝0。
S22：根据各零部件的装配关系以及所用到的装配资源情况，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵：
该步骤中，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵IMR，如公式(5)所示。
其中，P表示装配零部件组成的集合，R(P)表示装配零部件所对应的装配资源组成的集合，IMR由三部分组成：第一部分是零部件干涉矩阵I，表示零部件之间的装配干涉情况；第二部分是由装配资源集合R(P)组成的干涉矩阵称为装配资源干涉矩阵IR，表示装配资源之间的装配干涉情况；第三部分则是装配体所包含的各个零部件和各个零部件所对应的装配资源组成的混合干涉矩阵IM，表示装配体零部件和装配资源之间的装配干涉情况。IMR中元素取值与干涉矩阵Id中元素取值规则相同。
由于沿着标准正交轴+y,+z方向上的干涉矩阵和沿着标准正交轴+x方向上的干涉矩阵相类似，该步骤只针对+x方向举例说明装配资源干涉矩阵IR和混合干涉矩阵IM的建立方法。
沿着标准正交轴+x方向上的装配资源干涉矩阵IRx的表达式见公式(6)：
其中，IRx为m×m的方阵，m为所有装配体零部件装配资源的总和， 是m(i)×m(j)的矩阵，是由零部件pi的工装型装配资源F(pi)以及辅助工具型装配资源AT(pi)和零部件pj的工装型装配资源F(pj)以及辅助工具型装配资源AT(pj)组成的干涉矩阵，m(i)＝kf(i)+kat(i)，m(j)＝kf(j)+kat(j)，见公式(7)：
公式(7)中，矩阵的各个元素的表达式见公式(8)、公式(9)和公式(10)：
公式(8)中，表示零部件pi的工装型装配资源沿x轴方向装配时与零部件pj的工装型装配资源的干涉矩阵，其中，表示工装型装配资源f(pi)u沿方向x装配时与工装型装配资源f(pj)v的干涉情况；公式(9)中IRat(pipj)x表示零部件pi的辅助工具型装配资源沿x轴方向装配时与零部件pi的辅助工具型装配资源的干涉矩阵，其中，表示辅助工具型装配资源at(pi)u沿方向x装配时与辅助工具型装配资源at(pj)v的干涉情况；公式(10)中Ir(pipj)x表示零部件pi的工装型装配资源沿x轴方向装配时与零部件pj辅助工具型装配资源的干涉矩阵，其中，表示工装型装配资源f(pi)u沿方向x装配时与辅助工具型装配资源at(pj)v的干涉情况。
沿着标准正交轴+x方向上的混合干涉矩阵IMx的表达式见公式(11)：
其中，IMx为n×m的矩阵，IMijx是1×m(j)的矩阵，m(j)是零部件pj的工装型装配资源F(pj)以及辅助工具型装配资源AT(pj)组成的装配资源总和。
通过零部件干涉矩阵I、装配资源干涉矩阵IR以及混合干涉矩阵IM可以得出考虑装配资源影响的装配干涉矩阵IMR的表达式见公式(12)：
其中，IMR为(n+m)×(n+m)的方阵。
S3：基于考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，建立考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算的方法，具体包括以下步骤：
S30：建立(n+m)×(n+m)的矩阵IMR1，表达式见公式(13)：
其中，In×n为n×n的零部件干涉矩阵，On×m为n×m的零矩阵，Om×n为m×n的零矩阵，Om×m为m×m的零矩阵。
建立(n+m)×(n+m)的矩阵IMR2，表达式见公式(14)：
其中，In×n为n×n的零部件干涉矩阵，IMn×m为n×m的混合干涉矩阵，IRm×m为m×m的装配资源干涉矩阵。
假设装配体零部件pi的辅助工具型装配资源AT(pi)在装配完若干个零部件Pε之后需要撤离，则考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算步骤如下：
S31：设考虑装配资源的装配序列为PR＝{pr1,pr2,…,pri,…prn+m}，令i＝1，IMR＝IMR1,装配干涉次数Q＝0；
S32：如果PR中的元素pri∈{p1,p2,…,pn}，则把IMR2的第到的行和列以及第到的行和列的值，赋值给IMR的第到的行和列以及第到的行和列；否则转为步骤S37；
S33：计算d从1取到6，分别代表方向±x，±y，±z；
S34：IMR的第到的行和列全部变为0；
S35：如果{pr1,pr2,…,pri}∩Pε＝Pε，那么IMR的第到的行和列全部变为0；
S36：计算公式的值，若则当前考虑装配资源的装配序列PR在当前装配步骤是可行的；若则当前考虑装配资源的装配序列PR在当前装配步骤发生干涉，Q＝Q+1；
S37：如果i<n+m，则i＝i+1，转为步骤S32；否则转为步骤S38；
S38：如果Q＝0，则当前考虑装配资源的装配序列PR可行；否则装配发生干涉，装配干涉次数为Q；
S39：结束。
S4：确定评价指标，根据各个评价指标及其权重，建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数，实现对不同考虑装配资源影响的装配序列可装配性的快速评价：
建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数如下所示：
其中，S为装配体零部件的个数，nt表示装配体在装配过程中装配工具的变换次数，nor表示装配体在装配过程中考虑装配资源影响的装配方向变换次数，nop表示装配体在装配过程中装配操作的变换次数；wt表示装配工具变换次数的权重系数、wor表示装配方向变换次数的权重系数、wop表示装配操作变换次数的权重系数，并且满足wt+wor+wop＝1；Q为不可行装配序列中考虑装配资源影响的装配干涉次数。
装配序列可装配性评价过程中，由于考虑装配资源的影响，因此在计算装配方向的变换次数时，除了要计算零部件本身在装配过程中的装配方向变换次数，还需要计算装配资源在装配过程中的装配方向变换次数，考虑装配资源影响的装配方向改变次数nor的计算步骤为：
S41：令PRD(pi)为零部件pi在考虑装配资源影响的装配序列PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}中所对应的序列编号，针对一个零部件装配序列P＝{p1,p2,…,pn}，令D(pi)表示序列PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}中从PRD(pi-1)+1项到PRD(pi)项的可行装配方向集；
S42：令i＝1，q＝1，nor＝0，其中nor表示装配方向的改变次数；
S43：如果但是 那么待装配体的零部件pi+q+1需要改变一次装配方向，nor＝nor+1，转为步骤S44；否则，q＝q+1，如果i+q+1<n，则再次转为步骤S43；如果i+q+1≥n，则结束；
S44：i＝i+q+1，q＝1，如果i<n，则转为步骤S43；否则，结束。
值得说明的是，在本发明实施例中，是基于Matlab编程，建立考虑装配资源影响的待装配体装配序列表达式，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，实现装配序列可行性判定以及装配干涉次数的计算，建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数，实现对不同装配序列可装配性的快速评价和比较，以提供更加符合实际、可装配性更加优越的飞机机身部件装配方案。显然，也可基于其他编程程序，实现本发明中各步骤流程，本发明并不受限于具体何种编程程序。
以下通过具体实施例对本发明评价方法的流程进行进一步的说明，进一步展示本发明的优点：在本实施例中，以图2所示飞机机翼部件为待装配体，基于Matlab编程，具体包括以下步骤：
S1：确定待装配飞机机翼零部件个数以及装配各零部件所需要的装配资源，装配零部件的装配工具类型和操作类型如图3所示，建立考虑装配资源影响的待装配飞机机翼各零部件装配序列表达式；
S2：如图2所示，对待装配飞机机翼的各零部件编号。如图4-6所示，根据飞机机翼各零部件之间的装配关系建立零部件干涉矩阵，如图7-9所示，根据待装配飞机机翼各零部件之间的装配关系以及各零部件所用到的装配资源情况，建立考虑装配资源影响的装配干涉矩阵；
S3：基于考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，建立考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算的方法；
S4：以装配工具变换次数、装配方向变换次数以及装配操作变换次数为评价指标，确定各评价指标相应的权重系数，即wt＝0.3、wor＝0.4、wop＝0.3，建立如下考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数：
输入不同的考虑装配资源影响的装配序列，进行装配序列可行性判定并计算装配干涉次数，分别计算三个评价指标：装配工具变换次数、装配方向变换次数和装配操作变换次数，最终得出可装配性评价函数值，实现对不同考虑装配资源影响的装配序列可装配性的快速评价。
装配序列比较说明：
针对图2所示的飞机机翼部件装配体，给出考虑装配资源影响的两条装配序列分别为：
(1)20-44-2-19-3-4-6-8-17-15-13-9-12-11-43--1-41-5-42---7-18-16-14--10
(2)16-10-14-18-7-20-44-12-9-13-15-17-8-6-4-3-19-2-1-41-5-42---11-43--
其中，如图10所示，41、42为零部件1和零部件5即飞机上下蒙皮所对应的辅助工具型装配资源，由于辅助工具型装配资源41、42对称分布，因此图10中只示出其中一个装配资源41；如图11所示，43、44为零部件11和零部件20即飞机左右翼肋所对应的辅助工具型装配资源，同样的，由于辅助工具型装配资源43、44对称分布，因此图11中只示出其中一个装配资源43。在以上装配序列中，第一次出现装配资源即数字下划线为一道41、42、43、44时表示装配资源随着相对应的装配体零部件一起进入装配体，第二次出现装配资源即数字下划线为两道时表示装配资源退出装配体。
根据装配序列(1)得出的可装配性评价函数值为37.9，装配序列为可行且可装配性优良的装配序列；根据装配序列(2)得出的可装配性评价函数值为4.74，装配序列为不可行装配序列，按照该装配序列开始装配零部件20时，与已装配的零部件16发生了干涉，零部件20对应的辅助工具型装配资源44也无法进入装配体。
为了进一步验证本发明提出的可装配性评价方法的有效性，针对上述考虑装配资源影响的两条装配序列(1)和(2)，将所有装配资源去除，即不考虑装配资源的影响，得出只包含零部件的两条装配序列如下所示：
(1a)20-2-19-3-4-6-8-17-15-13-9-12-11-1-5-7-18-16-14-10
(2a)16-10-14-18-7-20-12-9-13-15-17-8-6-4-3-19-2-1-5-11
针对未考虑装配资源影响得到的装配序列(1a)和装配序列(2a)，计算得出可装配性评价函数值都为37.9，即不考虑装配资源影响时，装配序列(1a)和(2a)都可看作合理可行的装配序列；但对于装配序列(2a)，由于在考虑装配资源影响时，可装配性评价函数值为4.74，且发生了装配干涉，由此说明，未考虑装配资源影响时得出的装配序列在考虑装配资源影响时其可装配性可能明显下降，且可能成为不可行装配序列，即未考虑装配资源影响得出的装配序列在实际工厂装配时可能是无法用的，而考虑装配资源影响的装配序列经过可装配性评价后则可以可靠地应用在实际工厂的装配中。因此，本发明提出的考虑装配资源影响可装配性评价方法，对于飞机机身部件的装配过程具有十分重要的作用，可提供更加符合实际、可装配性更加优越的飞机机身部件装配方案，从而有效降低装配成本，缩短装配周期。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：建立考虑装配资源影响的待装配体各零部件装配序列表达式；
所述步骤S1具体包括以下步骤：
S11：根据装配各零部件所需要的装配资源，建立工装型装配资源表达式，所述工装型装配资源表达式如下所示：
F(pi)＝{f(pi)1,f(pi)2,…,f(pi)kf(i)}
其中，F(P)表示装配资源中的工装型装配资源，pi表示第i个零部件，f(pi)j表示零部件pi的第j个工装型装配资源，kf(i)表示装配第i个零部件pi所用到的工装型装配资源总数，kf表示装配所有零部件所用到的工装型装配资源总数；
S12：根据装配各零部件所需要的装配资源，建立辅助工具型装配资源表达式，所述辅助工具型装配资源表达式如下所示：
AT(pi)＝{at(pi)1,at(pi)2,…,at(pi)kat(i)}
其中，AT(P)表示装配资源中的辅助工具型装配资源，at(pi)j表示零部件pi的第j个辅助工具型装配资源，kat(i)表示装配第i个零部件pi所用到的辅助工具型装配资源总数，kat表示装配所有零部件所用到的辅助工具型装配资源总数；
S13：基于步骤S11的工装型装配资源表达式和步骤S12的辅助工具型装配资源表达式，建立考虑装配资源影响的待装配体各零部件装配序列表达式如下所示：
R(P)＝{r(p1)1,r(p2)2,…,r(pn)n}
其中，R(P)表示工装型装配资源F(P)和辅助工具型装配资源AT(P)的装配资源集合，r(pi)i表示零部件pi的所有装配资源总和；
S2：对于待装配体，根据各零部件的装配关系以及所用到的装配资源情况，建立零部件干涉矩阵和考虑装配资源影响的装配干涉矩阵；
S3：基于考虑装配资源影响的装配干涉矩阵，建立考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算的方法；
S4：确定评价指标，根据各评价指标及其权重系数，建立考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数，实现对不同考虑装配资源影响的装配序列可装配性的快速评价。
2.根据权利要求1所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：步骤S2中，所述考虑装配资源影响的装配干涉矩阵由零部件干涉矩阵、装配资源干涉矩阵和混合干涉矩阵组成。
3.根据权利要求2所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：所述零部件干涉矩阵如下所示：
其中，Iijd表示零部件pi沿方向d装配时与零部件pj的干涉情况。
4.根据权利要求2所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：所述考虑装配资源影响的装配干涉矩阵如下所示：
其中，P表示装配零部件组成的集合，R(P)表示装配零部件所对应的装配资源组成的集合，I表示零部件干涉矩阵，IR表示装配资源干涉矩阵，IM表示混合干涉矩阵。
5.根据权利要求1所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括以下步骤：
S30：建立(n+m)×(n+m)的矩阵IMR1如下所示：
其中，In×n表示n×n的零部件干涉矩阵，On×m表示n×m的零矩阵，Om×n表示m×n的零矩阵，Om×m表示m×m的零矩阵；
建立(n+m)×(n+m)的矩阵IMR2，如下所述：
其中，In×n表示n×n的零部件干涉矩阵，IMn×m表示n×m的混合干涉矩阵，IRm×m表示m×m的装配资源干涉矩阵；
假设装配体零部件pi的辅助工具型装配资源AT(pi)在装配完若干个零部件Pε之后需要撤离，则考虑装配资源影响的装配序列可行性判定及装配干涉次数计算步骤如下：
S31：设考虑装配资源的装配序列为PR＝{pr1,pr2,…,pri,…prn+m}，令i＝1，IMR＝IMR1,装配干涉次数Q＝0；
S32：如果PR中的元素pri∈{p1,p2,…,pn}，则把IMR2的第到的行和列以及第到的行和列的值，赋值给IMR的第到的行和列以及第到的行和列；否则转为步骤S37；
S33：计算d从1取到6，分别代表方向±x，±y，±z；
S34：IMR的第到的行和列全部变为0；
S35：如果{pr1,pr2,…,pri}∩Pε＝Pε，那么IMR的第到的行和列全部变为0；
S36：计算公式的值，若则当前考虑装配资源的装配序列PR在当前装配步骤是可行的；若则当前考虑装配资源的装配序列PR在当前装配步骤发生干涉，Q＝Q+1；
S37：如果i＜n+m，则i＝i+1，转为步骤S32；否则转为步骤S38；
S38：如果Q＝0，则当前考虑装配资源的装配序列PR可行；否则装配发生干涉，装配干涉次数为Q。
6.根据权利要求1所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：所述步骤S4中，以装配工具变换次数、装配方向变换次数以及装配操作变换次数为评价指标。
7.根据权利要求1或6所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：步骤S4中，所述考虑装配资源影响的装配序列可装配性评价函数如下所示：
其中，S为装配体零部件的个数，nt表示装配体在装配过程中装配工具的变换次数，nor表示装配体在装配过程中考虑装配资源的影响的装配方向变换次数，nop表示装配体在装配过程中装配操作的变换次数，wt表示装配工具变换次数的权重系数，wor表示装配方向变换次数的权重系数，wop表示装配操作变换次数的权重系数，Q为不可行装配序列中考虑装配资源影响的装配干涉次数。
8.根据权利要求7所述的考虑装配资源影响的飞机机身部件可装配性评价方法，其特征在于：步骤S4中，所述考虑装配资源影响的装配方向改变次数nor计算步骤为：
S41：令PRD(pi)为零部件pi在考虑装配资源影响的装配序列PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}中所对应的序列编号，针对一个零部件装配序列P＝{p1,p2,…,pn}，令D(pi)表示序列PR＝{pr1,pr2,…,prn+m}中从PRD(pi-1)+1项到PRD(pi)项的可行装配方向集；
S42：令i＝1，q＝1，nor＝0，其中nor表示装配方向的改变次数；
S43：如果但是 那么待装配体的零部件pi+q+1需要改变一次装配方向，nor＝nor+1，转为步骤S44；否则，q＝q+1，如果i+q+1＜n，则再次转为步骤S43；如果i+q+1≥n，则结束；
S44：i＝i+q+1，q＝1，如果i＜n，则转为步骤S43；否则，结束。
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基于免疫算法的拆卸序列规划方法研究;刘亚超;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑》》;20111231(第12期);参见对比文件1正文第12-15页，表4-1 *

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