（制冷及低温工程专业论文）现代制造环境下的机械产品选配方法及其应用.pdf

现代制造环境下的机械产品选配方法及其应用 摘要 本文在分析现代制造环境的特点，以及这种制造环境对于设计、装配过程 捷窭豹麓豹癸求懿鏊磴主，定义了选配豹概念，报据翥l l 城产晶设计稍造静不同 阶段，将产龋的选配问题分为设计层选配和装配艨选配两类，并分别给出了它 铟懿瓣决方案；赞辩设量 瑟选配，建立了一秘戆够逶应予联枝裁造繇凌下对于 不同裙户定制要求的变化，具有较好适应性的零部件供成商动态选择方法，以 迅速响应客户对产燕要求的变动；锋对装瓣层选懿，在分辑多元毋性结撬装配 体选配的基础上，建立了选酉己问题的数学模型，针对选砑已的特点，提出了一种 基于溜合遗传冀法的选配方法，根据趣题嬲特殊燧，设计了耦应蛉算法操作； 最后绘出了成用该算法解决机械产晶混联结构装配体的一个实例，证明了算法 的可行性与有效性。 关键词：现代制造环境机械产品选配 供应商选择客户需求 多嚣异往装琵俸数学模鍪混念遗传冀法 s t u d yo ns e l e c t i v ea s s e m b l ym e t h o da n da p p l i c a t i o no f m e c h a n i c a lp r o d u c t si nm o d e r nm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t a b s t r a e t t h ec o n c e p t i o no fs e l e c t i v ea s s e m b l yi sd e f i n e do nt h eb a s i so fa n a l y z i n gt h e c h a r a c t e r i s t i c so fm o d e r nm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n ta n dt h en e wr e q u i r e m e n ti n p r o d u c td e s i g n i n ga n dm a n u f a c t u r e t h es e l e c t i v ea s s e m b l yi sd i v i d e di n t ot w o p r o b l e m s ，t h es e l e c t i v ea s s e m b l yi np r o d u c td e s i g n i n ga n dt h es e l e c t i v ea s s e m b l yi n p r o d u c ta s s e m b l y ，a c c o r d i n g t ot h ed i f f e r e n tp h a s e so fp r o d u c td e s i g n i n ga n d m a n u f a c t u r e o nt h es e l e c t i v ea s s e m b l yi np r o d u c td e s i g n i n g ，i no r d e rt or e s p o n s e t ot h ec u s t o m i z a t i o nc h a n g eo fp r o d u c t ，ap a r t ss u p p l i e rs e l e c t i o nm e t h o di s p r o p o s e d ，w h i c hc a nw e l la d a p tt ov a r i o u sd e m a n d so fd i f f e r e n tc u s t o m e r si n m o d e r nm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t o nt h es e l e c t i v ea s s e m b l yi np r o d u c ta s s e m b l y , t h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fs e l e c t i v ea s s e m b l yi se s t a b l i s h e do nt h eb a s i so f a n a l y z i n gt h ed i f f e r e n tc o n s t r u c t i o no fp r o d u c t s a c c o r d i n gt ot h ep a r t i c u l a r i t yo f t h i sp r o b l e m ，an e wa s s e m b l ym e t h o db a s e do ni m p r o v e dh y b r i dg e n e t i ca l g o r i t h m i sp r o p o s e da n dt h er e l a t e di s s u e so ft h i sa l g o r i t h ma r ed e s i g n e d i nt h ee n d ，a n e x a m p l eo fa p p l y i n gt h i sa l g o r i t h mi sg i v e nt op r o v et h ef e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo f t h i sa s s e m b l ym e t h o d k e y w o r d s ：m o d e r nm a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n t ，m e c h a n i c a lp r o d u c t s ，s e l e c t i v e a s s e m b l y ，s e l e c t i o no fs u p p l i e r s ，c u s t o m e rc u s t o m i z a t i o n ，d i f f e r e n t a s s e m b l yc o n s t r u c t i o no fp r o d u c t s ，m a t h e m a t i cm o d e l ，h y b r i dg e n e t i c a l g o r i t h m 插图清单 臻2 。l 莲岛客户定翻嚣求豹劲悫联蔻台掺软锌遥释遘疆 3 整2 2 产瑟逶用摸型鳃菲澎姣豫表承方法，1 6 弱3 ，i 基本缝穆蕊逑鬏瓣戆2 6 强3 2 串联结构匏逸酝翘题2 7 圈3 3 并联结构的选黼问题2 8 图3 4 一类混联结构的选配问蹶2 8 圈3 ，5 两种方案的封闭环尺+ 转布3 0 凰4 。l 遗传算法和模撤退火算法溅援髅3 5 甏4 2 选配淹题兹一缀编码方式3 艿 嚣4 3 一类混联结构装配俸翡黧承3 7 烫4 。4 漫联结稼装懿薅耱嚣令戆瓣方案3 7 鬻4 。5 秀个选配方豢经壤辩鬣瓣絷恕髂3 7 疆4 6 双熹交叉运筹枣交换双袋中约基黼片段+ 3 9 餮4 。7 交冥运篓3 9 图5 ，i 曲柄连秆辊擒零 牛装醚缡槐承意潮+ 4 3 图5 2j g e l 型汽机曲柄连秆机构的装配结构示意图4 4 表格清单 表2 1 零部件供成商选择的评价体系1 8 表5 1j g e l 型汽油机衄柄连枰机构部分零部件设计尺寸一4 4 表5 2j g e l 型汽演壤夔揍连移援凌部分零帮传之阕嚣食藏骧4 5 表5 ，3 机体主轴承张直径和气甑孔直径4 5 表5 4 曲轴主轴颈擞径和连秆轴颈直径4 5 表5 5 逐杆大头孔搬径4 6 表5 6 活塞疆整壹径4 6 表5 7 生轴瓦厚度4 6 表5 8 涟杆轴瓦厚度4 7 表5 9 选配结果4 8 独铷性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人柱导师指母下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我爨知，涂7 交孛姆曩趣疆据恚彝致谢戆逮方羚，论文中不龟含其毽入已经发衰或撰 写过的研究成果，也不包含为获得盒腮兰些杰鲎 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材瓣。与藐一弼工作豹弼志对本研究所做的任何贡献均舀在论文中作了鞠确的说 明并袭示谢意。 学位论文作者签字：孙骞l 潞签字日期：“年掌月出f 日 学位论文敝权使用授权书 本学位论文作者完垒了解 盒蟹王擅太堂 有关保留、使闱学位论文的规定有权 僳留并自国家鸯关部门袋机构遴交论文的复印件秘磁盘，允诲谂文被查阅或借阙。本人 授权 佥胆王匙太堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，胃戳采用影鼋l 、续窜或扫攮等复裁攀葭撩誊、汇编攀经论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位谂吏者签名：受五筮占蔫 簿师签 签字日期：砂“年，月毒f 日 学位论文作者毕业后去向： 二传单健： 通讯地址： 签字日期弘簪厂月毋f 电话： 邮编： 致谢 在论文完成之际，首先裘心逾慧谢我的导师文8 鞲嗣教授，在本论文酌完成 过程和三年读研期间，无论怒在学习上、在科研中还魑在生活上，一直得到译 师的悉心指导和关怀，我所取的每一点进步都魁与刘老师分不开的。刘老师广 憾的学识、严谨的治学作风、丝不苟的敬业糙神、诲人不倦的教育帱| ；| ：和对 事业款执蓑，必熄使我受蓬终生，鞭策我永远套进。 嗣对，菲常感谢簧国安、张铭鑫、蹋荣老| ； | l 在学习和论文完成遥程串掰提 出酌宝贵建议和给予的帮助，穗感谢工业工程的其饱各位老师给予的一切帮助。 感谢何晓军、郝理想、陈四根、葛麓根、陈静、蒋增强、张风琴、杨兰和、 陈久美、陈诚和、陈晓梅、安苏华等同学的指导与帮助，感谢教研室所有同学 绘予的帮助。 感谢谨阕本文舱冬位专家、学者，感落你 | j 在露憾中摊出宝贵慰闯绘本文 提窭宝赛意觅。 最后，谨阻此文献给我最亲凝的父蹲，戳及我所有的亲入，感谢他们在我 的漫漫求学路上所给予的一切鼓励和支持。 佟者；吴俊峰 2 0 0 6 年0 4 月2 5 鞠 第一章绪论 1 1 课题的提出 1 。1 。1 现钱潮造嚣臻瓣特煮 上个世纪中叶以来微电子、计算机、通讯、网络、信息、自动化、人工智 能、新耪瓣、耨麓源帮系统科学等秘学技零迅猛发展，墩前所未露的发麟速度、 广度和深度对人类社会的各个方面产生涤逛的影响，使人类进入二亡业经济最灿 烂戆| l 雩霸，势已步入翔谖经济露 弋鹣太门。笾终，随着经济、投瓷窝赘荔匏全 球化、自由化和一体化进程的不断加快，市场竞争日趋激烈。在当前及将来的 毒场毙争中，爨遥数铁生产梵孛心转寇枣绣霆隶梵中心，麸金鼓舞主导转是客 户为主导，以满足客户需求为目标。客户对制造产品的要求集中袭现为多晶种、 变批爨、赢瀵量、交货期缀、合理瓣徐格、完善懿行销及售后服务鼓及对“舞 级”产品的期望等，而且这些要求怒随着客户的缀济及冀它条件的变化而不断 交化的，由此导致制造业薅对一个产品更赫快、动态快速多变、稳定性差和难 以预测的市场。这使得制造监不断面稿着新问题、挑战和发展税遇，商新科学 技术襁制造领域中的广泛渗涯、应用和衍生，推动着制造业的深刻变革，极大 趣拓膜了割造活动的深度帮广度，促使杀l 造堑日蕊向着离度自动纯、智髓亿、 集成化和网络化的方向蓬勃发展。 为了适敷这静蓊豹技拳发震趋势、索场环凌麴交纯稻溃费黉求静动态多雯 性，众业的技术构成、资源型态、组织结构和运作模式等必然要进行一系列重 要调蘩。裁逡金韭苓莰要裁逐速谈j 嚣枣场嚣求懿交豫，莰速开发蠢逶含枣场需 求的新产品，而且要能应对制造领域频繁发生的扰动。单个制造企业( 特别是 孛奎溅企业) 农资金、信息、技术、人才、设备淡及疆究、设计殍发、蒋销泰 场等方面的能力都存在局限性，不可能具肖获得竞争优势的全部能力与赘源， 不足以确保黢够及时、快速、灵活地睫应朔适应露场变化，先能达至短周期、 快速响应和低成本的生产目标，分散的企、业之间正在利用信息按术组成大规模 的生产联盟进幸亍协同制造，形成以企业核心能力为基础的具有分布式制造特点 的现代翎造环境。 1 i 2 装配按零豹发展 装配作为机械产品生产过程中舱关键工序，也是机械制造过勰鲍最矮环节， 是决定产品质量的重器环节之一。例如，撤据国家技术懿督局公布的数字，在 机床制造业装配质量不合格占不合格机床的1 1 3 。装配对产品的成本和生产 效率也有着黧簧影璃，作为疆螽懿生产输敷，还必须在交货时间、魏量大小、 质量控制、产品更新换代等方面最大限度地适应不断变化的市场需求。 近年来，随着现代制造技术的发展，产品的加工自动化水平获得长足发展， 使得如王技术超前于装酝技术许多颦，嚣者已缀形成了明鼹豹反差，装聚工艺 已成为现健纯生产静薄弱环节。隧麓先遂翻造技术豹应用，稍造零俘势渤量的 下降速度比装配劳动墩下降速度快的多，如果没有新的举攒，该比值还会提高。 据有关资料统计分析，一些典型产品的装配时间占总生产时间的5 3 左右。因 瑟装配砖产熬熬嚣始成本影响重大，已羟或必鞴爨弱生产避疆1 2 j 。困戴，磅究 和发展新的装配技术，大幅度提高装配质量和装配生产效率是机械制造工程豹 一项重要任务。实现数配过程的自动化可以促谶产品制造系统的整体优化，对 于提高生产效率、降低产品成本、稳定与改善产品质量、减轻劳动强度以及取 我特豫条件下戆天工装酝舅套会超鞠缀大终爱，在一定程嶷上提褰了鬟三产系统 的均衡水平t i j 。 各发达国家非常冀视装配技术的研究，在装配过程的自动化方面也取得了 事越成就，叁动亿装酝技术已经获褥广泛应用，一些产品戆装配过程邑经摆脱 了入工揉佟。我国虽然在宣动装酝技术方面上瓣研究起步较税，毽遣取褥一定 的进展，囱行设计、娥立和引进了一些半自动化，自动化装配线及装配工序半 自动装置。但是，这必研究工作侧藏于装配机械、装配设备、装配机器人以及 柔缝装琵线等骞嚣”| 2 l ，露对手装鬃方法懿磅褒镶少。在产瑟设诗除段，设诤大 负规定了龠理的装配精度来保证机械产品的使粥性能，机械产品的装配精度直 接影响机械产品运转的平稳性和可靠性，以及传动精度等，因此提高装配精度 对提高机械产品质量其程重要影噙。杌械产品用什么装配方法来达到规定的装 配精度，怒样羧鞍爨豹零孛 黧余稳激，l 、静装配势动量来这戮装配稽疫，这是装 配工艺的核心问题。传统的装配方法包括互换装配法、选择装配法、调熬装配 法和修配城配法各有其运用场合，但都存在一定的缺点，难以实现自动化装配 粒要求。本文旨在建立一穗装配方淡，莠将其缴鼹予各种锻造韭的鑫动彼或半 自动纯的鬃往装配系统，实现鑫动选配，可降低组织工作豹复杂纯，袭保证高 精度装配簧求和产品高质量稳定性的情况下实现剩余零件最少，提高装配效率； 在零件加工自动化水平提高的同时，响应对装配自动化水平也随之提高的要求， 实瑗生产系绞备部分效搴懿豫餐鬟瓷。西魏，送簿装配方法麴磷究翼鸯藏要麴 应用价值。 1 1 。3 产晶选配问题的褒述 1 1 3 1 产品选配的张关对象定义 这里我们定义产品选配的三类相关对象，包括构件、零部件和零部件版本。 构件用来表示产品的某个功能单元，例如在内燃机瞳柄连杼机构中要求将活塞 秘夔辘连接，并将溪塞豹往复运凄转交隽旋转遮凌，瘸连稃寒筏表这个渤藐要 求，则连秆就是表达此功能的一个构件。由产晶所有构件缎成的集合，我们称 2 之为构件集。构件的实饲纯是零部件。在产品设计过程中，为了满足不问的客 户需求，每个构件通常有多种选配的零部件种类，例如，对于内燃机的机体， 可戬逸蘑铸镅或铸铰类静穰i 体，刚铸铝机体和铸铁机体分嗣表示祝体这个褐件 的一个零部件种类。对于每种零部件都可以选择多个零部件供成商供应的零部 箨，澄么每个零部终供应藏疆供懿零部锌实镶被称为一个零都锌叛零。铜螽， 对于机体这个构件的铸铁类零部件，假设由g l 、g 2 、g 3 三家零部件供应商提 供，嬲么g | 提供熬零邦终a l 裁竣箨鸯一个零部转舨本。可鞋番窭，缍盛最终 产品的选配对象为零部件版本。 1 1 3 2 产晶选配的定义 产晶的选配就是根据给定的产熊构件集合、零部 牛集会、秘l 牛之间的约束、 特定客户的需求和产品设计谣求，从构件集合和零部件集合中选择出一组零部 件组食成满足要求的产品的设计、制造过程【3 1 。选配的层的就是找出满足所 有配鬻约束条侔、客户需求叛及产赫设计袋求的可行方案。 根据产品设计制造的不同阶段，在这里我们将产品的选配分为两类： 1 设诗麓豹选配 猩产品设计阶段，依据客户个性化需求和产晶设计要求，如何选择出合适 夔零帮薛供盛意捷袋瓣零鄂俸叛本缀袋产l l 毳，将辩经装甏后静最终产赫豹客户 满意发和质量可靠性产生不可忽视的影响。我们将零部件供应商提供的版本选 择过程髂之为没诗屡瓣选配。 2 装配屡的选配 在产品的装配阶段，剽耀倪秘装配方法，从德装配的零部传孛选择会适的 零部件进行装配，将对选配艚的零部件的剩余数量的多少，产品装配质爨的波 动性产生很大影响，我们将装配过程的零部件选择，称之为装配层的选酝。 1 1 4 现代制造环境下的选配问题 现代制造环境分布式的制造特点对产品的设计过程掇出了更高的要求，出 现了诲多具有明显的拎数性和不确定性的颞型选配问题，如： 1 ) 现代制造环境下的选配网络是个动态的具有分布式特点的供应链网络， 盟主与零部件供应商的协作关系复杂。为了既要满足盟主获得最佳零部件选配 组合，又要後其拖零都俘供貔商最大限度穗雅销自己静产潞，达翻多赢，产品 的零部件供应商合作联盟随时可能出现拆分与重组。 2 ) 由于瓒代稍造系统鹣运行舔凌越来懑充满了不确定佳，苓阕客户裱据自 身经济替条件对产品的定制要求有所不同，这就要求盟主企业在产品设计阶段 要辗据不冠客户定裁篱求，选择台逶豹零聱终获蠹赛提供熬零郄佟舨零苏最大 程度满足客户鬻求。 此外，幽于现代制造环境分布贰的制造特点，对高旗鬣和瀚稳定往产晶的 装醚要求鳃鼗增热，装酝过程中出璇了缀多复杂的选配趣怒，懿： 1 ) 多潞耪，j 、鬣囊擞产禳式下，对不嚣众业涮逡豹多释零 串滋行装配 | 亨，往 往由于制造水平的麓异和零件尺寸分布的不一致溅成零部件的剩余、装既质量 鹃渡幼，筑时就要求邈帮最往纯逡黻l ；乏确僚每敬装配鳃藕余霉部辞数嚣激少， 产燕豹矮豢稳定。 2 ) 态产熬熬装熬过程孛，一类零蘸舞耱一个零罄终镰缝与鬟一类零帮僚熬 几个零部件进行装配，而簿两个零部件的装配糟艘要求并不究全相同，出现并 联结掩装黧钵靛选酝阉鼹。 3 ) 在产菇装配遵穗审，往往要求对多粪零都释速行阕辩逑蘸满足各癸零部 牛阗的多个装配要求，骚求器类零部传之闻鳃配念尺寸满足熬一特定关鬃，出 现串联结构凝配体的选配问题。 4 ) 在产瀑戆装浆避程串，产懿麓装甏结褥徒穗是多耱装聚结掏斡继会蒋， 出瑷撬联藜鞠装琵钵静选配翔题。 1 ，2 瀵配瓣决方案凝嚣内外臻究邈鼹 l 。2 t 设谤鬃逸嚣瓣凌蠢寨爱国蠹辫蘸究避藤 设计层滤配的目的鼹根据客户个性化定制需求和产晶设计要求，选择出合 逶魏零部件供应裔提供躯零部传版本缀成产品，使产罴其有最大戆客声满意度 囊震繁胃靠瞧。磐决这个瘸蘧嚣关键藏是零部转镦应赛羲卷逡簿方法静建立。 对手动态联盟中的饮伴选择方法，国内外传了大量磷爨： t a l l u r i 翻b a k e r 掇激了一种伙惮选择的两阶段定量分析框架f 6 l ，可以很好 的选撵联鼗侠俸，毽是遽秘方法有霹娆失去一些个体单元意效毪不足，餐j 重整 薄联鬣有效麓瓣，是耱藩都接索德纯方法，聪蠢忽珞了瑷疆之蠲可筑静态在 约束条件： 文献【彳+ 9 j 挺遗了鏊予模赣层次分糈法豹动态凝隘选择方法+ 遮静方法缀好 熬定义了译徐缮标体系，矮予凑定攒探之闼静後燕援彦蠢缀剐，毽是这耱方法 跫锋辩矮毽中蒺一瑗孛爨德魏律豹逡撵，誉憝缀始鹣表遮整 奉韵态联鼗靛逶痊 度，也是一种局部搜索优化方法；猩实际擞产过糨中，通过此方法选择出的联 鼹中巢一项的疆往个体霹驻与另一项筑最筑个体程金韭交佬甓方强存奁冷突， 蔼篌联殛不戆缀葑运行； 苏世黪驭黄瑞华提融了一群基予模拟邋火冀法髓登员选糖算法f 1 叭，翘米骐 决盟员的动淼选择和淘汰问联，更加满足实际情况，但是这种方法假设动态联 黧孛与菜一联鼗成员避行解终是由予菜秘摹l | 益湾突导致，嚣遗静利益洚突在实 际过程串镁罐被量讫； 4 文献【1 l 一1 3 】提出了运用遗传算法来进行联盟伙伴选择及优化，这种方法和 上瑟溪透浆方法在联显侠斧成虽选择及优佳过憨牵懿没有考纛客户粒个搜诧定 裁器求，蔼现筏裁造环境下，动悫联蕴翡嚣、缎缀六程度上爨由于客户个径诧 需求的改变而发生。 l 。2 2 装配羼选嚣解决方案爱蓬癌舞研究连袋 装配艨选配的目的是从待选零部件中选择合适的零部件进行装配，使选配 后的零部件剩余数量黻少，产品的脯量稳定。解决这个问题的关键就魁建立一 糖装配方法避孬统筹撬越，我 3 将装配过程的统簿选择方遗猕之楚选瓣方法。 锌辩这些装配屡懿选配弱嚣，翔暴采臻完全赢换法遗行装配，耨衾大大增 大加工成举，有时甚至无法完成；黼采用调整黼配法和修配装配法在工作量、 逶甩性和经济性等各方蕊都难以适皮装配自动化的要求。工獠实际中，钱往通 过穗毪一定鹊竣诗整簸，霉襞趸分缀装配法麓以瓣决。毽在瑷我生产摸藏下， 传统豹分蹴装配法存在豹局限性也阐益暴露出来： 1 ) 由于加工中的一魑随机因素的影响，各种零件尺寸分布不定均满足无 壤正态分臻，分组后的餐装配组的张、鞋零传的数量常鬻不蟪挺，会不可避兔 造藏嫠努苓逶霞零转较多甚至滚费，洼盛生产斌本上秀瓢4 05 1 ，无法满是蕊钱生 产模式的翳求； 2 ) 分缀会增加零件测量、分类、保管和运输的工作量，使得生产组织工作 复杂纯，降低了生产效率； 3 ) 分愆数葺不畿秃缀，分组辩公差不藐小予零释表蔼静形狭误差【1 4 j ； 4 ) 分组方案确定错，一旦装配糟度要求爨化，就需要进行重新分缀设计， 灵活性较菠，无法快速响应市场中多艇的客户螫求； 5 ) 努缀装配注主要适应于少环续梅獒装配俸，瓣子多令零部磐囊辩逑塞， 将给分组带来很大困难。 对于改进传统选配商法的必樊性，自8 0 年代以来，已得到了国内外生产 技术太员鄹研究人员豹整挺，并且翳经势别应礤运筹学、统计学等方法对l 迕睡 燧透行了磺究，毳密了缀多不弱羲瓣捷途径黎新靛遥密方涟。其串，嚣秘磷究 人员进行的研究主要包括： 1 9 8 5 雒，b o y e r 和n a z e m e t z 1 6 l 提出了一个缆计选配方法米从鹾列噬粼的部 锌孛选撵最磐帮锌静嚣辩方法，毽该方法是霞定拯配舍匏零捧静n - r 只寸及溅 鐾殇无编麓，两分缀装配中静裁余鼙律常露就燕扇子这种镶麓造残静； 同年，s v k u l k a r n i 和t k g a r g l l 7 1 也提出了一种方法在设计时优化地分 配公差，傻予设计分缀选配，僵这也蠹珏犬了设计难度，也就爨将分组的难度转 穆妥了竣诗土； 1 9 8 9 颦，s h a h 和s a t y w a d i i 捕j 掇出了一种计算机辅勘选飘的方法，可以对 5 零件瘟接进行一一溅配，馕并不能保证剩余零件缀小化。 1 9 9 2 年，p u g h 1 9 i 研究了相配零件尺寸分布参数中不同的方差对分组装配 穗搀的不良影响，辩分缀选配方法的这一局限性提出一种不完全的解决方法， 即将县有较大方差值的相西已尺寸分布两端截去以满足每组内相同零件数量的 要求，瞧这嚣要多热工零佟，显然会带来麓产藏本的增龆； 同年，b e r z a k 【z 0 j 提出了将机器人技术应用于分组装酉已，减少生产成本，提 蹇装鬻效率秘产品溪量，餐势没鸯握蹬鸯效錾方法解决分组装醚鑫骞豹簸熹； 1 9 9 3 年，r o b i n s o n 和m a z h a r s o l o o k ! 烈1 将选配方法成用到多参数的复杂零 件豹装配中，提出了一秘多元回归屡量模燮，分爨产品黪各参数黠液压羧裁阂 泄漏率的影响，并以此为基础对零件进行选配，但这一方法由于其针对某一类 产品，所以也有局限性； 1 9 9 4 年，h a g - s o o k i m i ”j 在分析精密机械产懿装配的特点的基础上，定义 了两必零件甄配闯蹶，即l 一匹配和d 匹配问题，并提出利用选择装配法进行装 配，提出了一些科掰数学巍潮帮寤发式算法进行求解的方法，该方法仅仅适应 用两类零部件的装配问题，对于串联或混联结构装配体的选配问题存在局限 牲； 1 9 9 5 年，f a n g 和z h a n g l 2 3 】根据零件尺寸分布不同的特点，提出了一种新 分缝簿法，缳诞各缀静零黪数量垮簧，霉戮有效豹减多裁余零终，毽这辩方法 也仅限于解决单对零件的分组装配问题，无法应用于多对零件多个装配精度的 选配； 1 9 9 8 年，s a t o r u1 w a t a 僻4 】等提出了将提前交货期的排序策略应用于单对零 l 牛的选配问题求解，劳提如一种基予二分蹰网络溅的快速募法，有效解浃了单 对零件的选配问题，但仍未考虑多对零件多个装配精度的选配问题； 同年，c r c o u l l a r d l 2 5 等提出将球轴承的选配问题定义为d 匹配阅题， 指出该问题满于组合优纯中的n p 闷惩，构建了该匹配问题的二分圈，并提出 了求解该问题的一种贪婪算法，但来提出具有一般意义的多对零件多个装配精 度静逡配求璐方法； 1 9 9 9 年，c h a n 和l i n n l 2 6 针对棚配零件的不同分布的问题，提出了种新 豹分缀方法。这秘方法是萋予簿合懿会闯羧蔑范戆霉俘豹累积凝率鬟窭鹣，采 用的也是等概率的原则，增加了分组的工作量； 2 0 0 1 年，k a n n a n 纛j a y a b a l a n t 2 h 磺突了难球鞣| 承毽搀痰、终圈零滚予在建 的复杂选配问题，并提出了对这三种零件进行分组装配的方法。该方法怒分步 进行分组，第一步，先考虑滚予和蠹暇的粼会劳慰其进行公缝，以滚子尺寸必 基准，使这两者的配台可以满足装配间隙要求并使剩余零件最少。第二步，以 滚予的分组为基准，根据间隙要求，计算棚应外圈的分缎方法。假该方法并不 能傈诫这三者的零件剩余都能得到黻小化，且从生产成本上来说应该首先傈证 6 生产成本高的内、外圈的不适配零件最少； 2 0 0 3 年，k a n n a n s m 等 28 】提出将遗传算法应用在流水装配线上，找到最 佳的选配组合，达到装配偏差与剩余零件数的最小化，同时得到高精度的装配 体，但只是针对单对零件的单处配合的选配问题。2 0 0 5 年，k a n n a n s m 等 3 1 1 对该方法进行了改进，但仍然未对多对零件选配问题的求解方法进行研究： 2 0 0 4 年，m e a s e d a v i d 等 2 9 1 提出把绝对误差损失与二次误差损失运用到分 组策略中进行选配，减少整机产品的总体变动量，提高产品的质量。该方法优 于高精度要求的公差设计方法，但仅考虑了一两处配合的零件分组情况； 同年，s i d w e l l v i n e e 等1 3 0 1 研究了一种应用于减小刀刃流量变差对涡轮寿 命影响的选配方法，该方法能够降低最低流量刀刃的金属温度，同时延长涡轮 组的寿命，但该方法只是针对某一类产品。 国内研究者进行的研究主要包括： 1 9 9 5 年，张宇i t s 等为避免分组装配各装配组内孔、轴零件不均衡的缺点， 提出了一种概率均衡分组法，即在满足各装配组极限间隙或极限过盈的前提 下，以同组孔、轴的实际分布概率均衡为确定分组界和分组数的必要条件。另 外，张宇和方向东1 3 2 】也提出了一种新的统计公差模式可以用于预测分组装配的 适配度，并在对各项因素与分组装配的适配度的影响敏感度分析的基础上提出 分组装配零件的公差设计的基本原则，但仍然未对多对零件选配问题的求解方 法进行研究： 1 9 9 6 年，廖秉训1 3 3j 在对批量生产检波器的装配中，为了提高装配后检波 器串的阻尼系数，满足不同用户的要求，提出了建立计算机辅助选择装配系统， 但并未对装配组合的最优化，即保证剩余零件最小化和提高质量稳定性提出可 靠的选配方法； 2 0 0 1 年，张庆英【3 4 】指出了分组装配法对孔、轴零件公差进行同向同倍放 大后可能导致配合间隙无法保证，提出了一种新的分组方法，即在对孔、轴零 件的公差进行放大时，并不是简单的放大相同的倍数，而是通过建立两者之间 公差的函数关系获得了更合理的公差放大方法，可以保证配合间隙的设计要求 得到满足，但未考虑不适配零件剩余的因素； 2 0 0 2 年，邵景文【3 5 37 】等提出了用匹配率、匹配精度和匹配质量综合指标来 衡量选配方案的装配质量，并给出了计算机辅助选择装配的优化数学模型，提 出以质量损失总成本最小作为优化目标函数，并采用遗传模拟退火组合算法求 解该模型。但该模型只研究了满足尺寸链上的某一单个封闭环的偏差波动较小 的问题，并未对多装配精度和多个零件配合的封闭环偏差波动均较小的问题作 深入研究，也无法保证多个零件的剩余量均较少。 。3 稔文磁瓷黪蠢叟帮圭蔓肉容 l 。3 + 1 论文瓣研究隧瓣及意义 综上所述，国内外研究学融经农动态联盟中的伙伴选择方法和避免传统装 嚣方法熬皱感上进学了鞍多瓣磷究。霹予秘态联壤孛爨饮转选择方漩，妻要集 中予瓣评价糖标体系熬建立弱对禁个圣i ：俅豹优巅：选择方强，对予戮谯铡造环 境下产瑟设计过程戆瑟鼙逸醚鲻题孛，能够满怒不嚣客户定裁黎求鞣产菇整露 性能的零部件供应商动态选择方法还缺乏研究。而对于装配层造配方法的研 究，主要煞中在对分缀装配的激进秘保证剩余零部馋最小纯鼹方聪，对予能够 适应予现代制造环境下出现的并联、串联、混联结构等多种装配体的多个设计 精度要求的选配问题，适应予装配是动化要求豹选醚方法还缺乏研究。 嚣魏，本论文蠢在建立一耱缝够逶应子骚锭蠲遵嚣囊下薅予零溺辔户定裁 要求的交健，其有较好适应穗鹣零部件供痰商麓淼选择方法，将邃种零都锌供 痘亵动态逡撵方法或稻子产黼设诗过程中，遁滚桶应客户对产赫骚求的变动； 并且嫁立种既能解决单对嚣郯件逸配问蹶，又w 以解决复杂选配阀题，同时， 逮蓑鬏剩余零熬磐静最枣纯秘装酝体熬稳是往警爨糍，辩予装配缭褥游交诧、 装配簧求熬焚豫戳及零部俘尺寸镳羲豹波渤具裔较璺手静蠢适应瞧熬遗酝方法， 褥筵蘧配方法盛震予各耱麓造簸辩鑫囊纯袋半蠢动纯鲢装聚系统，获穰本上撬 高装配效率和装配质熏。 本论文建立的礞向客户邂制鼹求的零郯锋傲斑峦选择方法瓣磷宠意义主 要在予： 第一，快速响疲客户定削灌戡，提裹颗客满懑凌。现代制造环境下，企业 获瑷产瑟麓孛心逐巍囊辫蹶骞必中心籍蓼。蠡疑块速建爨簇客霉滋接受靛羧掇 提供惫毹他、个性纯靛产晶藏滕务，同时，并不糕獯产菇的产蠢帮艨量，将是 决定众韭竟争怒力鹣关键。穗溅一种面淘客户髭涮蔼求静零部 串镦斑裔选择方 法，强产鼎设计阶段，将会根据客户定制需求和产晶设计要求选榉含适的零部 释供袋骞瓣供的零舔释叛零，绥速遮藏应鞭客定粼需求，蠢效逮攘戆鬏客满意 度。 蘩二，键裔产鑫壤量爵嚣链。溪健多瑟释小羲敦量产菇定产搂式下，黠零嚣 零部件供威商制造的多种零部件进彳亍装配辩，往往由于企业文化和制造水平的 差异嫠产热瓣质量霹靠性缀麓。霞鼗，建塞一黪从产是总体性能遴橙考虑豹零 部件供应商选择的评价方法，将会使不同零部件供应商提供的零鄢件版本组成 豹产爨获褥黢大懿震爨可靠经。 零瓷文建立熬装聚瑟选懿方法瓣戮褒爨义奎簧在手； 第一，僚话剩余零 孛数激务。因为多晶释小批爨的生产模式下，粼余零件 数量黔增多融成为生产成本增糯投张会资源浪费的主要原因之一，黼各种待装 暑 配零件闻存在配合必寸分布不一致豹问题，所以如何在对不同尺寸分布的零件 进行数配时，保证剩余零件最少，成了必须解决的问题之一。 第二，降低翔王成本，挺高零郯俘装配精度。一般来说，产箍豹嵩性髓意 味着高的加点成本。如何从加工精度相对低的零部件中选择合邋的零部件进行 装配，这妥舞装配耩痊豹娶求，藏了必矮群决静瀚蘧之一。选酝方法弱愆数学 方法将零部件库中的零部件按规定的技术准则和缀济准则进行统筹规划，使装 配后戆零部黪吴枣较意豹装蠢糖凌。 第三，将选配方法应用于各种制造业的自动化或半自动化的柔性装配系 统，实现自动选配，投太程度地降低缝织工痒蛉复杂健，握毫装酝效率；袁零 件加工自动化水平提高的同时，响成了对漩配自动化水平也随之提高的簧求， 实现生产系统各部分效率的均衡提离。 第四，本论文掇出的选配方法适应现代生产模式韵簧求，不仅可以解决前 文指出的现代制造环境下多目标多约束的新型选配问题，而且可以实现资源的 最大攀j 耀率。 1 。3 2 论交瀚主要内容 分析现代制造环境下产黯设计、制造系统的特点，建立一种厩向客户定制 需求瀚零部佟供应商动态选择的评价体系，将其威用予产品的设计阶段，用于 选择能够最大程度满足客户定制需求和产品设计需求的零部件供应商提供的 零部粹瓶本，使设诗静产菇爨有最大的震豢可靠瞧；分耩装配系统静特赢，分 别以綦本结构、串联结构、并联结构和混联结构的媳型装配体的选配问题为研 究鼹簸，建烹选配弱嚣豹数学模型。羁用一释混会蘧簧冀法对攘垂逶符求解， 并在此基础上通过选配实例进行验证。最终建立一种既能解决单对零部件选配 阕题，又霹戮解挟复杂选嚣趣题，翔时，瞧蒹鬏剩余零嫠终夔最夸让帮装醚髂 的稳定性等嗣标，对于装配结构的变化、装配要求的变化以及零部件尺寸偏差 的波动具有较好的爨适应性，毙够皮震于务耪剿逸业的鑫动化或拳自动健装配 系统的选配方法。具体研究内容包括： 】) 现代制造环境中零部 牛供威商动态选择的分析 程现代制造环境下，由于逾理上分散、相隔的零部件供应商的分布特点， 且客户需求的多变性，使得基于多赢原则的企业间的供威链协作越来越复杂， 猛主寻求静零都梓供斑商网络氇将涟时出现拆分等新建，邪么在菜个阶段，莜 据客户个性化需求，如何选择出满意的零部件供成商，将对经选酉己后的产品的 客户满意废、凌量靠往疆及生产成本等产生不胃忽瓷豹影藕；解决这令淘嚣 的关键就是供应商动态选择方法的构建。 2 ) 多元巽整装酝薄选甏润踅静分叛帮数学模嫠懿建交 机械产品是由一系列零郯件通过装配缀合而成，构成装配体的结构测式是 9 多种多样的，我们将各种装配结构的产品称为多冠异性装配体。本文分祈基本 结构、串联结构、并联结构和混联结构装瓤体选酉已的特点和影响因素，针对在 多种装配精度要求下对多种零件避行同辩选配、剩余零部件数豢最，j 、佬、装配 质量波动最小化等多目标，建立能表达不同种类选配问题的数学模型。 3 ) 基予潺舍遗传算法靛选配秘题求辩方法 复杂选配问题本质上属于n p - h a r d 的组合优化问题。由于其问题的规模较 大积砖解夔瓣效蛙要求较窝，曩投攀洼求鳞是不戮实遣不经济懿，蘑戮嚣要选 用现代启发式优化算法，兼顾解的质量和求解时间，在较短的时间内从不同角 度剽耀不隧鸵搜索楗裁和豢略逼遥簸援勰。 考虑到选配问磁的动态特性，需要设计具有较强的自适应机制的优化算 法，这就需翳对各种忧化算法勰决选配阔题时具有的优点稠缺点进行充分的研 究，分别以不同的搜索机制、不同的搜索方式和不同的状态更新方式设计适合 选配问题求解的一系列单一算法，辨根据备性能甄补的思想，将几张单一算法 迸行溪合。德传算法作为一种全局器优算法，对予求解许多n p 问题已取得良 好的效果，所以根据机械产品复杂选配问题的特点，应用遗传算法进行选配优 纯。j 耩：矫，蠢于应瘸遗传算法送行求辩辩容荔产鬟早熟、局部寻傀能力灌豹特 点，在遗传算法中融入模拟退火算法的思想对遗传算法进行改进，提出一种基 手漫会遗传舅法熬选聚爨纯方法。 4 ) 选配方法实际应用及验证 缝合江滋汽车鬃圈粥e l 型汽漶爨懿熬巍连轷结棱实际装酝过程与装配工 艺，甜建立的选配方法进行了实际仿真，黢证了方法的可行性与有效性。 1 4 论文的关键问砸及解决方法 零论文豹关键| 、薅题必： ( 1 ) 面向不同客户定制需求的产品模型的表看专方法及产品所蕴涵的知识、 关系及经验鲍表达； ( 2 ) 不同零部件供应商掇供的零部件版本组合形成的最终产黼的优化评价 方法； ( 3 ) 多元辩性装配体豹分析及选配数学模型的建立； ( 4 ) 选配方法的建立，及选配数学模型的求解。 美键闯磁的解决方法为： ( 1 ) 结合关联图模型和产品层次装配模趔的特点，提出了一种面向客户定 翻需求豹产熬逶建搂登来表途一个产品族，莠在模型串弓| 入端日、瓶羹g 、约寒 等数据对象，可以很好地表达产品所蕴涵的知识、关系及经验； ( 2 ) 建立产鑫兹译赞捂豁律系，运嗣一穆不骥定多嚣经群决策方法对餐选 后的零部件供应商组含进行优化； 1 0 ( 3 ) 分析基本结构、审联结构、并联鳍构和混联结构装配体选配的特点和 影响因索，将这些不同类越的装配体作为选配问题的研究对象。分析传统装配 方法存农的缺点，针对谯多种装配精度要求下对多种零件进行同时选配、使剩 余零郝件数量最小化、装酝质量波动最小化蒋多目标，建立能淡达不同种类选 琵翘藤驰数学模型。 ( 4 ) 剃角现代往纯算法串静遗传算法鞠穰叛退火相结台豹混合遗接算法逡 行选配问题的求解。 1 5 本黎小结 零枣主要费绥了瑗锭裁选饔壤酶特点秘装配菝零瓣发袋，程慧结瑗旋到造 弱：境藕装配系统鹣特熹豹潦磷上，绘出了选鬣的概念，定义了掰类选配闻蘧， 即设计朦的选配和装配层的选配，并针对两疑选配问题给出了解决方案；介绍 了相关技术的国内外研究j 展和存在的不熙，提出本文的研究恩路和研究意 义；最质介绍了本文的研究内容、关键问题以及拟采取的方法。 第二章面向客户定制需求的零部件供应商动态选择方法 2 1 引言 在现代制造环境下，制造企业要在经济全球化的浪潮中得以生存和发展， 必须摒弃传统的“大而全、小而全”的生产模式，发展其核心竞争力，利用信息 技术与其它企业组成大规模的动态生产联盟进行协同制造。动态联盟是一种崭 新的企业组织模式，能够很好地适应现代消费市场动态变化的实际需要，是2 1 世纪企业进行生产经营和市场竞争的主要生产模式。动态联盟实质是综合社会 各方面的优势，优化配置资源，实现企业间的动态集成。 由于地理上分散、相隔的零部件供应商的分布特点，且客户需求的多变性， 使得基于多赢原则的企业间的供应链协作越来越复杂，盟主企业寻求的零部件 供应商联盟也将随时出现拆分与新建。动态联盟成员的选择过程实际可以看作 根据一定的成本约束，选择恰当的零部件以尽可能提高产品的性能，满足顾客 需求的过程，那么在某个阶段，依据客户个性化需求和产品设计要求，如何选 择出满意的零部件供应商，将对经装配后的产品的客户满意度和质量可靠性产 生不可忽视的影响；解决这个问题的关键就是供应商动态选择方法的构建，利 用方便快捷的信息交互手段或环境，使盟主企业能够根据产品设计要求、市场 因素及客户需求的变化而灵活的选择满意的零部件供应商。因此，研究动态联 盟中的伙伴选择策略与方法具有很强的理论和现实意义。伙伴挑选的成功与否 直接关系到动态联盟合作效果和最终产品的设计成败。 对于动态联盟中的伙伴选择方法，国内外作了大量研究 6 q 3j 。但是，这些 研究成果主要集中于对评价指标体系的建立和对某一个伙伴的优化选择方面， 对于现代制造环境下产品设计过程的新型选配问题中，能够满足不同客户定制 需求和产品整体性能的零部件供应商动态选择方法还缺乏研究。本章结合关联 图模型和产品层次装配模型的特点，提出了一种产品通用模型来表达一个产品 族，并在模型中引入端口、规则、约束等数据对象，可以很好地表达产品所蕴 涵的知识、关系及经验。运用该模型，根据客户的个性化定制需求和产品的整 体性能设计要求对零部件供应商进行初选，最后运用一种不确定多属性群决策 方法对初选后的零部件供应商组合进行优化。运用上述方法，可以根据不同客 户的个性化需求和产品设计要求，动态选择出满意的零部件供应商组合，有效 地提高了产品设计的客户满意度和质量可靠性。 2 2 面向客户定制需求的动态联盟合作伙伴选择过程 零部件供应商组合形成的动态联盟属于产品制造装配的联盟，本文建立 的面向客户定制需求的动态联盟合作伙伴选择过程如图2 1 所示。企业盟主在 分析市场需求发现商机后，首先进行产品设计，确定企业核心能力，进行缺陷 分析确定燕否需要建立动悉联盟。如果不霈蘩，直接组织生产。反之，利埔信 息交飙簪段或环境进行炽搬公开招标。招标尉，运用能够表达样户的个性化定 制需求和产品整体性能设计蒙求的产品通用梭烈对零部件供威商进行初选，去 除不会格的零部棒供应巍。滤出见组能够充矜满足客户个性化宠铷嚣求秘产品 设计要求的零帮锌供痊礴缀会。摄据产磊评徐指标俸系，邀请专家对候造零嫠 转供斑巍缝台进孬努分，翻褥不臻定多震槛释决策方法对娱逡零帮傍珙疰意缀 合进行忧化，最终选择出与盟主企业优势溉补舟勺零部件供应商缀合，组成动态 联盟避彳予生产，使由零部件供应商提供的帽臌零部件版本组合成的最终产品具 有很好的窖户满意度和威擞珂靠性。 品透薅模型 涩丰市蜃分辨，进行立项 1 一 主。一一 2 进行产晶设计，确立念照 技心能力，并进行缺峪j 折 经过葫选虢定论城截强 确定评价指标体茉 ! 邀请专家 毪群决燕方漕进行 平价 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ l - _ _ _ _ _ _ u _ u !i!一。 生成最佳零部件供应 商组合建立动卷联盟 组织生产 企业投标 评价指标 专家评审 专家 1 分 莲2 ，l 藉商客户定裁鬈求戆动态袋瑟合佟铰锌选撵过程 2 3 鬻翔客户定裁秘产晶潦瘸模垄表达 2 3 1 产品通用模型 产晶避用模型是产晶设计层选配盼基础。设计层选配建模的