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)整時間和勞動時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,由于受到產(chǎn)品品種多樣性、制造過程離散性、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)雜的決策過程.事實證明,折彎工藝優(yōu)化在很大程度上是一個多目標最優(yōu)化過程.工藝設(shè)計是特征技術(shù)、邏輯決策和組合優(yōu)化等多種過程的復(fù)合體,不可能采用簡單的數(shù)學(xué)模型來實現(xiàn)所有功能.組合優(yōu)化是一個離散的最優(yōu)化問題,在規(guī)劃、調(diào)度、資源分配、決策等問題中有著非常廣泛的應(yīng)用,由于組合優(yōu)化問題的計算復(fù)雜度高,屬于NP(NondeterminsticPolynomial-bounded)“難”一類問題.折彎工序優(yōu)化問題就屬于NP問題.當排序的規(guī)模較小時,可采用傳統(tǒng)的邏輯決策方式,一般能得到較好的可行解,也可采用運籌學(xué)的經(jīng)典算法求解.當排序規(guī)模較大時,由于組合的可行解數(shù)目呈指數(shù)函數(shù)增長,要全部枚舉這些解并找到最優(yōu)解,實際上已不太可能.由于NP問題的這些特點,啟發(fā)式方法被用來解決這類問題.這種方法是建立在經(jīng)驗和判斷的基礎(chǔ)之上,盡量削減解的搜索范圍,避免盲目搜索,同時也能得到較好的近似最優(yōu)解.對于折彎工藝的優(yōu)化問題,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)則來生成彎曲工序并為每道工序選擇最適模具,并以此來減少搜索空間.1節(jié)點信息編碼針對鈑金零件折彎工藝的特點,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F(FACE)”,折彎特征設(shè)為“邊節(jié)點E(EDGE)”,根據(jù)以下規(guī)則構(gòu)建鈑金的FE拓撲圖:(1)定義鈑金零件的基板特征為F0,作為特征樹形圖的根節(jié)點,一般只設(shè)置一個基板特征;(2)定義基板特征F0的折彎特征為Ei(i=1,2…),作為特征樹形圖折彎節(jié)點;(3)分別以4條邊為折彎線的平板特征為Fi(i=1,2…),作為特征樹形圖的面節(jié)點;(4)由于面節(jié)點之間不存在相鄰關(guān)系,折彎節(jié)點之間可能存在虛相鄰的關(guān)系;(5)定義面節(jié)點的基本屬性,包括折彎線長度(F-lenth)和折彎高度(F-height);(6)定義折彎節(jié)點的基本屬性,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拓撲圖(圖2).基于鈑金件結(jié)構(gòu)的FE拓撲圖可以自然體現(xiàn)鈑金零件折彎邊與面特征的拓撲結(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)點中提取的節(jié)點幾何信息如邊長等對于后續(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)上可以進一步將一些工藝特征相同的信息屬性的節(jié)點進行簡化.比如折彎對稱、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稱特征、共線特征、同向特征,進行特征合并處理.去除虛相鄰關(guān)系,簡化得到多叉特征樹.(1)共線的特征可以同時折彎,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)于基板特征對稱的一組折彎特征,折彎方向相同、折彎角度相等,在折彎過程中的可以以先后相鄰順序綁定,如E1-E2、E3-E4、E5-E6三組對稱特征.(3)合并后的折彎特征E7-9、E8-10關(guān)于鈑金折彎對稱,綁定E7-9-E8-10特征作為一個折彎節(jié)點.(4)去掉拓撲圖中的虛相鄰連接,簡化鈑金零件FE拓撲圖得到如圖3的特征多叉樹,與FE拓撲圖相比,處理后的特征多叉樹中的節(jié)點數(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,對特征多叉子樹中的節(jié)點進行搜索,確定折彎次序的方法.啟發(fā)式搜索是一種針對具體問題,事先對搜索路徑進行“預(yù)測”,避免盲目搜索而達到快速搜索目標的搜索方法.啟發(fā)式信息是一些簡單規(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)出來的,即從約束條件中提取總結(jié)出來的.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)則來減少搜索的時間:(1)在同一子樹中,葉節(jié)點的信息屬性受到枝節(jié)點的關(guān)聯(lián)影響,所以先對葉節(jié)點對應(yīng)的折彎特征的進行折彎,可以減少后續(xù)工序的干涉幾率;(2)先進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)點依次進行折彎,直到子樹中的所有節(jié)點搜索完成;(3)采取深度優(yōu)先搜索的原則搜索特征子樹,從最左側(cè)的子樹的葉節(jié)點開始搜索直到根節(jié)點,再回溯到右邊的子樹進行搜索,直至搜索完所有子樹;(4)按照以上規(guī)則完成所有折彎節(jié)點的搜索,得到可行的折彎次序.在折彎工序算法設(shè)計中,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.遍歷搜索完整個特征樹,得到可行的折彎工序樹,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,也就是消耗時間最少的折彎工序.工件的折彎工序優(yōu)化標準是使用最少的模具、最少的工步、在最短的時間內(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間的因素,根據(jù)其相對的重要性賦給一定的比值.(1)模具的更換次數(shù).鈑金零件在加工過程中發(fā)生干涉時,可以通過更換來避免.折彎工序應(yīng)盡量減少模具的更換次數(shù).因模具更換消耗時間,定義更換一次模具的相對代價為:(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間,配置一組模具的相對代價為:(3)工件的掉頭.折彎加工時工件的掉頭消耗時間,其相對代價為:(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).其相對代價為:綜合考慮以上影響折彎加工時間的因素,假設(shè)加工一個工件需要n個工步,則總的代價可通過下面的公式來進行估算:其中i表示第i個工步,k1、k2、k3、k4為相應(yīng)的權(quán)重,找出總代價最小的方案,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說明折彎工序的可行方案和優(yōu)化選擇的過程及優(yōu)化得到的結(jié)果.根據(jù)鈑金零件的特征多叉樹,依據(jù)啟發(fā)式算法搜索所有的折彎節(jié)點,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對上述可行折彎工序進行優(yōu)化選擇,根據(jù)前面的估算公式,得到最小代價為(1)