基于fe圖的折彎工藝多步優(yōu)化研究

基于fe圖的折彎工藝多步優(yōu)化研究

折疊折疊工藝是對(duì)折疊工藝生成一系列連續(xù)的折疊工藝。其中，變彎設(shè)備的調(diào)整時(shí)間和勞動(dòng)時(shí)間是影響制造成本的重要因素。在彎曲工藝的規(guī)劃中，需要考慮多個(gè)因素，其中最重要的是干預(yù)。在避免干擾的基礎(chǔ)上，考慮了更換和零件磨損的數(shù)量，并找到了最佳折疊順序。以降低制造成本，提高工作效率。折彎加工的工藝設(shè)計(jì),由于受到產(chǎn)品品種多樣性、制造過(guò)程離散性、生產(chǎn)環(huán)境復(fù)雜性和系統(tǒng)狀態(tài)模糊性的綜合影響,使得工序編排成為一種極其復(fù)雜的決策過(guò)程.事實(shí)證明,折彎工藝優(yōu)化在很大程度上是一個(gè)多目標(biāo)最優(yōu)化過(guò)程.工藝設(shè)計(jì)是特征技術(shù)、邏輯決策和組合優(yōu)化等多種過(guò)程的復(fù)合體,不可能采用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)所有功能.組合優(yōu)化是一個(gè)離散的最優(yōu)化問(wèn)題,在規(guī)劃、調(diào)度、資源分配、決策等問(wèn)題中有著非常廣泛的應(yīng)用,由于組合優(yōu)化問(wèn)題的計(jì)算復(fù)雜度高,屬于NP(NondeterminsticPolynomial-bounded)“難”一類(lèi)問(wèn)題.折彎工序優(yōu)化問(wèn)題就屬于NP問(wèn)題.當(dāng)排序的規(guī)模較小時(shí),可采用傳統(tǒng)的邏輯決策方式,一般能得到較好的可行解,也可采用運(yùn)籌學(xué)的經(jīng)典算法求解.當(dāng)排序規(guī)模較大時(shí),由于組合的可行解數(shù)目呈指數(shù)函數(shù)增長(zhǎng),要全部枚舉這些解并找到最優(yōu)解,實(shí)際上已不太可能.由于NP問(wèn)題的這些特點(diǎn),啟發(fā)式方法被用來(lái)解決這類(lèi)問(wèn)題.這種方法是建立在經(jīng)驗(yàn)和判斷的基礎(chǔ)之上,盡量削減解的搜索范圍,避免盲目搜索,同時(shí)也能得到較好的近似最優(yōu)解.對(duì)于折彎工藝的優(yōu)化問(wèn)題,可使用不同的啟發(fā)式規(guī)則加上AI(人工智能)技術(shù)加以解決.在許多研究中均采用啟發(fā)式規(guī)則來(lái)生成彎曲工序并為每道工序選擇最適模具,并以此來(lái)減少搜索空間.1節(jié)點(diǎn)信息編碼針對(duì)鈑金零件折彎工藝的特點(diǎn),將鈑金件視為是由若干面特征和折彎特征組合而成.其中面特征包括基板特征和一般板特征.將面特征設(shè)為“面節(jié)點(diǎn)F(FACE)”,折彎特征設(shè)為“邊節(jié)點(diǎn)E(EDGE)”,根據(jù)以下規(guī)則構(gòu)建鈑金的FE拓?fù)鋱D:(1)定義鈑金零件的基板特征為F0,作為特征樹(shù)形圖的根節(jié)點(diǎn),一般只設(shè)置一個(gè)基板特征;(2)定義基板特征F0的折彎特征為Ei(i=1,2…),作為特征樹(shù)形圖折彎節(jié)點(diǎn);(3)分別以4條邊為折彎線的平板特征為Fi(i=1,2…),作為特征樹(shù)形圖的面節(jié)點(diǎn);(4)由于面節(jié)點(diǎn)之間不存在相鄰關(guān)系,折彎節(jié)點(diǎn)之間可能存在虛相鄰的關(guān)系;(5)定義面節(jié)點(diǎn)的基本屬性,包括折彎線長(zhǎng)度(F-lenth)和折彎高度(F-height);(6)定義折彎節(jié)點(diǎn)的基本屬性,包括折彎角度(E-angle)、折彎半徑(E-radius)和折彎方向(E-orientation).這里以圖1所示鈑金零件的二維展開(kāi)圖為例,提取鈑金的面特征和折彎特征,根據(jù)上述定義規(guī)則構(gòu)建鈑金零件的FE拓?fù)鋱D(圖2).基于鈑金件結(jié)構(gòu)的FE拓?fù)鋱D可以自然體現(xiàn)鈑金零件折彎邊與面特征的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系.其中基板特征、平板特征和折彎特征之間的關(guān)聯(lián)信息以及節(jié)點(diǎn)中提取的節(jié)點(diǎn)幾何信息如邊長(zhǎng)等對(duì)于后續(xù)折彎工序的編排提供啟發(fā)式信息.FE圖只是一種結(jié)構(gòu)的映像,直接進(jìn)行折彎工序的編排效率不高.分析鈑金折彎工藝,在FE圖的基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步將一些工藝特征相同的信息屬性的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)化.比如折彎對(duì)稱(chēng)、折彎共線、折彎同向等.由此根據(jù)鈑金零件特征信息,提取鈑金折彎特征中的對(duì)稱(chēng)特征、共線特征、同向特征,進(jìn)行特征合并處理.去除虛相鄰關(guān)系,簡(jiǎn)化得到多叉特征樹(shù).(1)共線的特征可以同時(shí)折彎,根據(jù)折彎特征信息屬性提取共線特征,合并處理為一個(gè)特征.如折彎E7、E9合并為折彎E7-9,折彎E8、E10合并為E8-10,相應(yīng)的面特征也合并處理為F7-9、F8-10.(2)關(guān)于基板特征對(duì)稱(chēng)的一組折彎特征,折彎方向相同、折彎角度相等,在折彎過(guò)程中的可以以先后相鄰順序綁定,如E1-E2、E3-E4、E5-E6三組對(duì)稱(chēng)特征.(3)合并后的折彎特征E7-9、E8-10關(guān)于鈑金折彎對(duì)稱(chēng),綁定E7-9-E8-10特征作為一個(gè)折彎節(jié)點(diǎn).(4)去掉拓?fù)鋱D中的虛相鄰連接,簡(jiǎn)化鈑金零件FE拓?fù)鋱D得到如圖3的特征多叉樹(shù),與FE拓?fù)鋱D相比,處理后的特征多叉樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)目要少很多,這樣便于減少后續(xù)的優(yōu)化搜索空間.這里采用啟發(fā)式信息制定一系列的啟發(fā)式規(guī)則,依據(jù)深度優(yōu)先搜索的原則,考慮干涉約束的回溯條件,對(duì)特征多叉子樹(shù)中的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行搜索,確定折彎次序的方法.啟發(fā)式搜索是一種針對(duì)具體問(wèn)題,事先對(duì)搜索路徑進(jìn)行“預(yù)測(cè)”,避免盲目搜索而達(dá)到快速搜索目標(biāo)的搜索方法.啟發(fā)式信息是一些簡(jiǎn)單規(guī)則的集合,利用這些規(guī)則使搜索朝著正確的方向進(jìn)行,而這些規(guī)則是從搜索求解中所受到的某些限制中提取總結(jié)出來(lái)的,即從約束條件中提取總結(jié)出來(lái)的.為了減少搜索空間,加速可行折彎路徑的搜索,本文采用以下規(guī)則來(lái)減少搜索的時(shí)間:(1)在同一子樹(shù)中,葉節(jié)點(diǎn)的信息屬性受到枝節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)影響,所以先對(duì)葉節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折彎特征的進(jìn)行折彎,可以減少后續(xù)工序的干涉幾率;(2)先進(jìn)行同方向的折彎能減少折彎工件的翻轉(zhuǎn)次數(shù),可按照由外向內(nèi)的順序,搜索同方向的同側(cè)的節(jié)點(diǎn)依次進(jìn)行折彎,直到子樹(shù)中的所有節(jié)點(diǎn)搜索完成;(3)采取深度優(yōu)先搜索的原則搜索特征子樹(shù),從最左側(cè)的子樹(shù)的葉節(jié)點(diǎn)開(kāi)始搜索直到根節(jié)點(diǎn),再回溯到右邊的子樹(shù)進(jìn)行搜索,直至搜索完所有子樹(shù);(4)按照以上規(guī)則完成所有折彎節(jié)點(diǎn)的搜索,得到可行的折彎次序.在折彎工序算法設(shè)計(jì)中,以干涉約束條件作為回溯條件,以上述啟發(fā)式規(guī)則作為啟發(fā)查找依據(jù),其算法流程如圖4所示.遍歷搜索完整個(gè)特征樹(shù),得到可行的折彎工序樹(shù),為了提高生產(chǎn)效率,需要從這些可行的折彎工序中找到最優(yōu)的折彎工序,也就是消耗時(shí)間最少的折彎工序.工件的折彎工序優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)是使用最少的模具、最少的工步、在最短的時(shí)間內(nèi)生成鈑金零件的工序.以下考慮模具的更換、模具的配置、折彎工步、翻面次數(shù)和工件掉頭諸影響加工時(shí)間的因素,根據(jù)其相對(duì)的重要性賦給一定的比值.(1)模具的更換次數(shù).鈑金零件在加工過(guò)程中發(fā)生干涉時(shí),可以通過(guò)更換來(lái)避免.折彎工序應(yīng)盡量減少模具的更換次數(shù).因模具更換消耗時(shí)間,定義更換一次模具的相對(duì)代價(jià)為:(2)模具的配置.根據(jù)零件的形狀尺寸信息,在折彎加工前的模具配置消耗時(shí)間,配置一組模具的相對(duì)代價(jià)為:(3)工件的掉頭.折彎加工時(shí)工件的掉頭消耗時(shí)間,其相對(duì)代價(jià)為:(4)工件的翻轉(zhuǎn).為了保證折彎加工的效率,盡可能減少工件的翻轉(zhuǎn)次數(shù).其相對(duì)代價(jià)為:綜合考慮以上影響折彎加工時(shí)間的因素,假設(shè)加工一個(gè)工件需要n個(gè)工步,則總的代價(jià)可通過(guò)下面的公式來(lái)進(jìn)行估算:其中i表示第i個(gè)工步,k1、k2、k3、k4為相應(yīng)的權(quán)重,找出總代價(jià)最小的方案,則該折彎方案就是優(yōu)化的折彎次序.2折彎工序優(yōu)化以圖1中的鈑金零件為例來(lái)說(shuō)明折彎工序的可行方案和優(yōu)化選擇的過(guò)程及優(yōu)化得到的結(jié)果.根據(jù)鈑金零件的特征多叉樹(shù),依據(jù)啟發(fā)式算法搜索所有的折彎節(jié)點(diǎn),得到以下可行的折彎次序:(1)E5-E6-E7-9-E8-10-E3-E4-E1-E2(2)E7-9-E8-10-E5-E6-E3-E4-E1-E2(3)E5-E6-E7-9-E8-10-E1-E2-E3-E4(4)E7-9-E8-10-E5-E6-E1-E2-E3-E4對(duì)上述可行折彎工序進(jìn)行優(yōu)化選擇,根據(jù)前面的估算公式,得到最小代價(jià)為(1)