時間：2023-03-16 15:40:47
導語：在自動化職稱論文的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領您探索更多的創(chuàng)作可能。
1.1人工智能技術(shù)不易受其他因素影響
過去傳統(tǒng)的控制器在進行工作的時候會遇到很多外界因素或者機器自身的問題的干擾，并且會對工作造成不良影響。但是人工智能技術(shù)在這方面的優(yōu)勢則比較明顯。例如，人工智能技術(shù)不需要精確的動態(tài)模型，所以，即使模型設置的參數(shù)發(fā)生了變化，也不會對其造成太大的影響，而且其對環(huán)境的要求也不苛刻。所以，人工智能技術(shù)在其運行的過程中，可以不受不確定因素的影響，并且可以實現(xiàn)較為精準的自動化控制。
1.2人工智能技術(shù)產(chǎn)生的誤差小
人工智能技術(shù)在運行過程中基本不受到來自外界的影響，而且其本身的抗干擾能力就很強，所以，一旦提前對系統(tǒng)設定了參數(shù)，那么在操作過程中就不用擔心參數(shù)發(fā)生變動。這些參數(shù)在整個過程中會保持在一個值域之內(nèi)，所以不需要擔心會有較大的差值，因此其工作效率也比較高。
2人工智能在電氣自動化中的應用
2.1智能控制和保護功能
2.1.1進行操作控制。
在進行操作的過程中，使用人員可以通過鍵盤或鼠標對隔離開關、斷路器等進行現(xiàn)場的或者遠程的控制，對勵磁電流進行精準的調(diào)整。除此之外，還能夠進行帶負荷操作和停機操作，對相關的人員的權(quán)限進行限制。
2.1.2對相關數(shù)據(jù)的收集和處理。
人工智能技術(shù)對所有開關量、模擬量數(shù)據(jù)進行實時的采集，而且根據(jù)先前設計好的要求進行定時批量的存貯以及整理等工作。設置和修改某些參數(shù)，及時地保護軟壓板的退投。
2.1.3對設備的管理。
人工智能在對電力系統(tǒng)進行管理的時候，可以對運行日志進行自動保存，并生成報表的存儲或打印、描繪系統(tǒng)運行曲線等。
2.1.4實行有效的監(jiān)控。
智能技術(shù)能夠?qū)δM量與開關量進行全程同步的監(jiān)測，當檢測過程發(fā)生異常時，則可以選擇多種模式進行報警，同時還可有序地記錄系統(tǒng)里的各項事件、在線分析負序量計算等。
2.1.5對畫面的顯示。
人工智能技術(shù)可以運用圖像生成軟件進行真實畫面模擬，可以對有關設備和整個系統(tǒng)的工作運行進行模擬，并且最終以畫面的形式顯現(xiàn)到屏幕上。
2.1.6進行故障錄波。
智能技術(shù)對故障波形的獲取具有良好的功能，在獲取的同時還可以做好相關的記錄，對模擬量故障及時地進行錄波和捕捉相關波形。
2.2智能信息檢索
作為人類智能的模擬理論而產(chǎn)生的新興技術(shù)方法，人工智能具有良好的信息檢索功能。其不僅可以對網(wǎng)絡中出現(xiàn)的較為模糊和不確定性的因素進行科學的換算以及推理，還可以根據(jù)信息檢索的結(jié)果提出一些切實可行的解決方案。人工智能技術(shù)的優(yōu)勢還在于它可以將正確的指令精確無誤的傳達給各種機器，進而機器在接受到指令后能夠進行正確、正常的運轉(zhuǎn)，確保任務的完成。3.3提高電氣自動化性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量人工智能系統(tǒng)具有優(yōu)越的條件，其模擬人類智能，并將人工智能技術(shù)中的遺傳算法投入到電器產(chǎn)品的應用中。利用人工智能技術(shù)，可以將產(chǎn)品的性能優(yōu)化，假如可以科學合理地把人工智能技術(shù)運用到電氣自動化的控制中，那么電子自動化性能就會得到顯著的改善，電氣設備的運行效率也會被大大提高，電氣自動化控制的準確性便有所保障。這樣一來，就可以減少在電氣工程自動化中人力資源的使用，勞動成本也可以隨之降低，進而推進電氣工程事業(yè)的發(fā)展。此外，人工智能技術(shù)還可以在各種電器產(chǎn)品的會設計中輔助進CAD，使產(chǎn)品的開發(fā)周期得到有效縮短，并且能夠?qū)μ岣逤AD技術(shù)的開發(fā)和應用程度有很大的幫助，設計難度也會有所降低，產(chǎn)品的質(zhì)量自然就會提高。
2.4電氣設備優(yōu)化設計
有關電氣設備的優(yōu)化設計工作是比較復雜的，需要結(jié)合多方面的理論知識，比如電磁場、電機電器、電路等相關知識，此外還需要豐富的設計經(jīng)驗知識。過去的電氣產(chǎn)品設計效率很低，一般是因為缺乏相關的技術(shù)的支持，再加上工作量本身就很大，所以整個設計就顯得比較難，很少有科學合理的設計。但是如今計算機技術(shù)發(fā)展迅速，手工設計逐漸被計算機輔助設計（CAD）所代替，產(chǎn)品的開發(fā)周期縮短了，設計人員的設計產(chǎn)品質(zhì)量和設計的效率也提高了，而且設計已經(jīng)越來越趨于智能化和高效化。人工智能技術(shù)在電氣產(chǎn)品的優(yōu)化設計應用中，主要有兩種方法，即專家系統(tǒng)和遺傳算法。其中，遺傳算法可以直接操作結(jié)構(gòu)對象，對優(yōu)化和自動獲取搜索空間、自行調(diào)整搜索的方向方面具有指導作用，而且采用先進的計算方法，計算結(jié)果很精確，因此在電氣產(chǎn)品的智能化優(yōu)化設計中應用廣泛。而專家系統(tǒng)則不同，它是主要依據(jù)相關領域的一個或是多個專家所提供經(jīng)驗與知識來進行工作的，它是一個對專家的決策過程進行模擬的過程，從而對需要人類專家處理的問題進行處理，這種方式也比較重要。當然，除此兩種方法還有很多其他方法，比如神經(jīng)網(wǎng)絡、模糊邏輯等。
3結(jié)束語
關鍵詞:化學需氧量;環(huán)境監(jiān)測;綜述
化學需氧量(COD)是評價水體污染的重要指標之一。COD測定的主要方法有高錳酸鹽指數(shù)法(GB11892 - 89)和重鉻酸鉀氧化法(GTB11914 -89) 。高錳酸鹽指數(shù)法適用于飲用水、水源水和地面水的測定。重鉻酸鉀氧化法(CODCr )適用于工業(yè)廢水、生活污水的測定，但此法要消耗昂貴的硫酸銀和毒性大的硫酸汞，造成嚴重的二次污染，且加熱消解時間長、耗能大，缺點十分明顯，已不適應我國環(huán)境保護發(fā)展的需求。為此，人們從不同方面進行了改進。
1 標準法的改進
1.1 消解方法的改進
為縮短傳統(tǒng)的回流消解時間，早期進行的工作包括密封消解法、快速開管消解法、替代催化劑的選擇等;近期的工作主要包括采用微波消解法、聲化學消解法、光催化氧化法等新技術(shù)。
1.1.1替代催化劑的研究 重鉻酸鉀法所用的催化劑Ag2 SO4 價格昂貴，分析成本高。因此，畢業(yè)論文研究Ag2 SO4 的替代物，以求降低分析費用有一定的實用性。如以MnSO4 代替Ag2 SO4 是可行的，但回流時間仍較長。Ce ( SO4 ) 2 與過渡金屬混合顯示出很好的協(xié)同催化效應，如以MnSO4 - Ce ( SO4 ) 2復合催化劑代替Ag2 SO4[ 1 ] ，測定廢水COD，不但可降低測定費用，還可降低溶液酸度和縮短分析時間，與重鉻酸鉀法無顯著差異。
1.1.2微波消解法 如微波消解無汞鹽光度法測定COD;微波消解光度法快速測定COD;無需使用HgSO4 和Ag2 SO4 測定COD 的微波消解法;氧化鉺作催化劑微波消解測定生活污水COD 等。Ramon[ 2 ]等采用聚焦微波加熱常壓下快速消解測定COD。
與標準回流法相比，微波消解時間從2h縮短到約10min，且消解時無需回流冷卻用水，耗電少，試劑用量大大降低，一次可完成12 個樣品的消解，減輕了銀鹽、汞鹽、鉻鹽造成的二次污染[ 3 ] 。專著[ 4 ]對此作了較全面的總結(jié)。
1.1.3聲化學消解法 盡管微波消解時間短，但消解完后要等消解罐冷卻至室溫仍需一定時間。而超聲波消解方便，設備簡單，且不受污染物種類及濃度的限制，近年來已有一些應用研究[ 5 ] 。鐘愛國[ 6 ]使用自制的聲化學反應器對不同水樣進行了聲化學消解試驗，提高了分析效率，減少了化學試劑用量， COD 測定范圍150mg ·L - 1 ～ 2000mg·L - 1 ，標準偏差≤615% ，加標回收率96% ～120%。超聲波消解時，超聲波輻射頻率和聲強是兩個重要的影響因素。試驗表明，超聲波輻射標準水樣30min 時， 低頻( 20kHz) 、適當高的聲強(80W·cm- 2 )有利于水樣的完全消化。
1.1.4光催化氧化法 紫外光氧化快速、高效，在常溫常壓下進行，不產(chǎn)生二次污染，因此對水和廢水分析的優(yōu)勢特別突出。近幾年來，半導體納米材料作為催化劑消除水中有機污染物的方法已引起了人們的廣泛關注。當用能量等于或大于半導體禁帶寬度(312eV)的光照射半導體時，可使半導體表面吸附的羥基或水氧化生成強氧化能力的羥基自由基( ·OH) ，從而使水中的有機污染物氧化分解。艾仕云等[ 7 ]提出納米ZnO 和KMnO4協(xié)同氧化體系，并據(jù)此建立了測定COD 的方法，所得結(jié)果的可靠性和重現(xiàn)性與標準法相當。他們還使用K2 Cr2O7 氧化劑、納米TiO2 光催化劑測定COD[ 8 ] 。通過光催化還原K2 Cr2O7 生成的Cr3 +濃度變化，可以獲得樣品的COD值。但反應仍需恒溫攪拌，反應液需離心過濾。操作煩瑣，且不能在線快速分析。
1.2 測定方法的改進
1. 2. 1分光光度法 分光光度法測定COD是在強酸性溶液中過量重鉻酸鉀氧化水中還原性物質(zhì)， Cr6 +還原為Cr3 + ，英語論文利用分光光度計測定Cr6 +或Cr3 +來實現(xiàn)COD 值測定。Inaga 等以Ce ( SO4 ) 2作氧化劑，加熱反應后測定吸光度，計算出COD值。Konno使用自制的比色計與PC機相聯(lián)測定COD，所得結(jié)果與標準法基本一致。光度法測得COD值快速、準確、成本低等。目前，國內(nèi)外不少COD快速測定儀均是基于光度法原理。如美國HACH公司制造的COD測定儀是美國國家環(huán)保局認可的COD測量方法。
1. 2. 2電化學分析法
(1)庫侖法 庫侖法是我國測定COD的推薦方法，該法利用電解產(chǎn)業(yè)的亞鐵離子作庫侖滴定劑進行庫侖滴定， 根據(jù)消耗的電量求得剩余K2 Cr2O7 量，從而計算出COD。廣州怡文科技有限公司和中國環(huán)境監(jiān)測總站研制的EST22001COD在線自動監(jiān)測儀，采用庫侖滴定原理，測量范圍5mg/L～1000mg/L;測量時間30min～60min，測量誤差≤±5% FS;重復誤差≤±3%FS，與手動分析具有很好的相關性。
(2)電解法 此法既不外加氧化劑，也不加熱消解水樣，而是利用電化學原理直接測量水中有機物的含量，是COD測定方法的突破。方法原理基于特殊電極電解產(chǎn)生的羥基自由基( ·OH)具有很強的氧化能力，可同步迅速氧化水中有機物，較難氧化的物質(zhì)(如煙酸、吡啶等)也均能被·OH氧化。羥基自由基被消耗的同時，工作電極上電流將產(chǎn)生變化。當工作電極電位恒定時，電流的變化與水中有機物的含量成正比關系，通過計算電流變化便可測量出COD 值。作者在這方面作了一些探索工作，取得了初步的結(jié)果[ 9， 10 ] 。由于水樣不需消解，極大縮短了分析流程，還克服了傳統(tǒng)方法中“二次污染”的問題。目前，這類儀器代表產(chǎn)品是德國LAR公司的Elox100A型COD在線自動監(jiān)測儀h[ 11 ] 。儀器測量范圍從1mg/L～10000mg/L，最大可到100000mg/L，測量周期2min～6min。此儀器在歐美各國已得到較廣泛的應用，在我國也獲得國家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局計量器具型式批準證書。
(3)其他電化學分析法 Dugin[ 12 ]提出以Ce( SO4 ) 2 為氧化劑，利用pH電極和氧化還原電極直接測定電勢從而測定COD 值的方法。Belius2tiu[ 13 ]以兩種不同的玻璃電極組成電池，通過直接測定電池電動勢， 對水樣中COD值進行測定。趙亞乾[ 14 ]以一定比例的反應溶液回流10min后，冷卻稀釋，用示波器指示終點進行示波電位滴定測定COD。
Westbroek等[ 15 ]提出Pt - Pt/PbO2 旋轉(zhuǎn)環(huán)形圓盤電極多脈沖電流分析法，通過電化學方法產(chǎn)生強氧化劑，碩士論文有機污染物在圓盤電極表面直接氧化或與產(chǎn)生的氧化物質(zhì)反應而間接被轉(zhuǎn)化。伏安計時電流法和多脈沖計時電流法測COD，可在幾秒中獲得結(jié)果，而且可以在線監(jiān)測。形成的強氧化媒介可使工作電極表面保持清潔。但方法檢測限較高，不適合地表水或輕度污染水的測定。但德忠等[ 16 ]提出混合酸消解和單掃描極譜法快速測COD 的方法。該法基于用單掃描極譜法測定混合酸(H3 PO4 - H2 SO4 )消解體系中過量的Cr6 + ，從而間接測定COD。混合酸消解回流時間只需15min。Venkata等[ 17 ]使用示差脈沖陽極溶出伏安法(DPASV)進行電化學配位滴定確定有機金屬絡合物的絡合能力，從而測定COD。
1.2.3化學發(fā)光法 根據(jù)重鉻酸鉀消解廢水后其最終還原產(chǎn)物Cr3 +濃度與COD值成正比關系，以及在堿性條件下， Luminol - H2O2 - Cr3 +體系產(chǎn)生很強的化學發(fā)光的原理，文獻[ 18， 19 ]提出一種用光電二極管做檢測器測定水體化學需氧量的新方法。
1.2.4紫外吸收光譜法 紫外吸收光譜法是通過測量水樣中有機物的紫外吸收光譜(一般用254nm波長) ，直接測定COD。已有工作表明，不少有機物在紫外光譜區(qū)有很強的吸收，在一定的條件下有機物的吸光度與COD 有相關性，利用這種相關性可直接測定COD。這種方法不像COD、總有機碳( TOC)方法那樣明確，但在特定水體中有極高的相關性，也能真實反映有機物含量。基于紫外吸收原理測定COD 的儀器已有生產(chǎn)。這類方法均不需添加任何試劑、無二次污染、快速簡單，但前提條件是水質(zhì)組成必須相對穩(wěn)定。此方法在日本已是標準方法，但在歐美各國尚未推廣應用，在我國尚需開展相關的研究。
2 自動在線分析技術(shù)
流動分析( FA)用于水樣COD的測定可將樣品消解和測定實現(xiàn)一體化，留學生論文使整個過程實現(xiàn)在線化、自動化。Korinaga[ 20 ]提出以Ce ( SO4 ) 2 為氧化劑，采用空氣整段間隔連續(xù)流動分析法對環(huán)境水樣中的COD進行測定，采樣頻率達90次/h，但需特制的閥，且管長達18m。陳曉青等[ 21 ]提出測定COD的流動注射停流法，系統(tǒng)以微機控制蠕動泵的啟停，并記錄分光光度計檢測到的信號。由于停流技術(shù)的引入，解決了慢反應中樣品的過度分散問題。
Cuesta等[ 22 ]提出COD的微波消解火焰原子吸收光譜- 流動注射分析法。用微波加熱消解樣品，未被樣品中有機物質(zhì)還原的Cr6 +保留在陰離子交換樹脂上， Cr6 +經(jīng)洗脫后用火焰原子吸收光譜法測定。這種方法在檢測中沒有基體效應的影響。
盡管流動注射分析的優(yōu)勢突出，但仍免不了傳統(tǒng)加熱方式。為了提高在線消解效率，不得不加長反應管或采用停留技術(shù)，這又導致分析周期延長或低的采樣頻率。醫(yī)學論文微波在線消解效果雖好，但去除產(chǎn)生的氣泡使流路結(jié)構(gòu)復雜化。但德忠等[ 23 ]將流動注射和紫外光氧化技術(shù)引入高錳酸鹽指數(shù)的測定中，建立了紫外光催化氧化分光光度法測定高錳酸鹽指數(shù)的流動分析體系，并對多種標準物質(zhì)(葡萄糖、鄰苯二甲酸氫鉀、草酸鈉等)進行了研究，反應僅需約115min，回收率8310%～11110%，檢測限為016mg/L。用此方法成功測定了COD質(zhì)控標準(QCSPEX - PEM - WP)和英格蘭普利茅斯Tamar河水樣品。
Yoon - Chang[ 24 ]將光催化劑二氧化鈦鋪助紫外光消解與流動分析技術(shù)聯(lián)用測定化學耗氧量，獲得了好的相關性。李保新等[ 25 ]把化學發(fā)光系統(tǒng)和流動分析法結(jié)合測定高錳酸鹽指數(shù)，有機物在室溫條件下發(fā)生化學氧化反應， KMnO4 還原為Mn2 +并吸附在強酸性陽離子交換樹脂微型柱上，同時過量的MnO-
4 通過微型柱廢棄。吸附在微型
柱上的Mn2 + 被洗脫出來使用H2O2 發(fā)光體系檢測。若換用職稱論文重鉻酸鐘氧化劑，在酸性條件下，重鉻酸鉀還原生成的Cr ( Ⅲ)催化Luminol - H2O2 體系產(chǎn)生強的化學發(fā)光可測定COD。該方法已用于地表水樣COD的測定。
基于流動技術(shù)，綜合電化學技術(shù)、現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應用技術(shù)、現(xiàn)代光機電技術(shù)研制的COD 在線監(jiān)測儀，一般包括進樣系統(tǒng)、反應系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分。進樣系統(tǒng)由輸液泵、定量管、電磁閥、管路、接口等組成，完成對水樣的采集、輸送、試劑混合、廢液排除及反應室清洗等功能;反應系統(tǒng)主要有加熱單元或(和)反應室，完成水樣的消解和的反應;檢測系統(tǒng)包括單片機(或工控機) 、時序控制和數(shù)據(jù)處理軟件、鍵盤和顯示屏等，完成在線全過程的控制、數(shù)據(jù)采集與處理、顯示、儲存及打印輸 參考文獻
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關鍵詞：計算機應用;裝配規(guī)劃;綜述;虛擬現(xiàn)實;軟計算;協(xié)同裝配
裝配是產(chǎn)品生命周期的重要環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)產(chǎn)品功能的主要過程。寫作畢業(yè)論文裝配成本占產(chǎn)品制造成本40%～50%，裝配自動化一直是制造自動化中的瓶頸問題。裝配規(guī)劃是在給定產(chǎn)品與相關制造資源的完整描述前提下，得到產(chǎn)品詳細的裝配方案的過程，對指導產(chǎn)品可裝配性設計、提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量和降低裝配成本具有重要意義。產(chǎn)品的裝配規(guī)劃通常需要得到零部件的裝配序列、裝配路徑、使用的工裝夾具和裝配時間等內(nèi)容[1]~[3]。
較早的傳統(tǒng)裝配規(guī)劃采用人工方式，工藝人員根據(jù)設計圖紙和技術(shù)文檔，通過分析產(chǎn)品裝配圖中零件的幾何形狀和位置關系，必要時再和設計人員進行討論，進一步明確設計者的真正意圖，利用自己的經(jīng)驗和知識規(guī)劃出產(chǎn)品的裝配方案。這種方法工作量大、效率低，且難于保證裝配方案的經(jīng)濟性。
隨著計算機集成制造CIMS和并行工程CE技術(shù)的發(fā)展和應用，一方面對裝配相關的設計技術(shù)提出了計算機化的要求，以提高和產(chǎn)品開發(fā)過程中其他環(huán)節(jié)的集成化程度。另一方面要求裝配方案的優(yōu)化以降低成本和縮短規(guī)劃時間以加快產(chǎn)品開發(fā)進程。受“需求牽引”和“技術(shù)推動”兩方面的影響，80年代初，出現(xiàn)了對計算機輔助裝配規(guī)劃(ComputerAidedAssemblyPlanning，CAAP)技術(shù)的研究。到目前為止，CAAP經(jīng)歷了幾個不同的發(fā)展階段，出現(xiàn)了4種代表性的方法，按照出現(xiàn)的時間順序及方法的特點，筆者將其歸結(jié)為經(jīng)典裝配規(guī)劃方法、虛擬裝配規(guī)劃方法、裝配規(guī)劃軟計算方法和協(xié)同裝配規(guī)劃方法。
1經(jīng)典裝配規(guī)劃方法
早期CAAP的研究側(cè)重于裝配序列的規(guī)劃，以產(chǎn)品CAD裝配模型為基礎，寫作碩士論文一般采用幾何推理的方法，通過產(chǎn)品裝配建模、裝配序列推理和表達以及裝配序列評價和選擇為產(chǎn)品面向裝配的設計和裝配工藝規(guī)劃提供指導和支持，其過程通常如圖1所示。
1.1產(chǎn)品裝配建模
產(chǎn)品裝配模型是裝配規(guī)劃的基礎，為裝配規(guī)劃提供裝配體和零部件的相關信息。常用的裝配信息表達模型可分為圖模型和矩陣模型。法國學者Bourjauct提出了聯(lián)系圖模型[4]，將零件之間的物理接觸關系定義為聯(lián)系即裝配關系，圖中的節(jié)點對應零件，邊表示所連接的零件間至少有一種裝配關系。關系模型[5]進一步區(qū)分了零件之間的接觸關系和聯(lián)接關系，圖中包含3種實體類型：零件、接觸和聯(lián)接，邊表達了實體間的關系。產(chǎn)品等級裝配模型[6]將裝配體看成具有層次結(jié)構(gòu)性，即裝配體可以分解為子裝配體，子裝配體又可分解為下級子裝配體和零件的集合，以此表達產(chǎn)品的裝配組成。
矩陣比圖易于計算機表達和實現(xiàn)。Dini和Santochi[7]利用干涉矩陣、接觸矩陣和連接矩陣表達產(chǎn)品，干涉矩陣描述了零部件間沿坐標軸方向裝配時相互間的干涉情況，接觸矩陣描述了零部件間的物理接觸狀態(tài)，連接矩陣描述了零部件間的連接類型。為減少矩陣的數(shù)量，Huang[8]等把6個干涉矩陣合并為一個拆卸矩陣，集成的表達零部件間沿坐標軸方向的干涉情況。
1.2裝配序列推理和表達
基于聯(lián)系圖模型，Bourjauct采用人機交互“問答式”方法獲取裝配優(yōu)先約束關系[4]，寫作醫(yī)學論文隨后DeFazio和Whitney[9]，Baldwin[10]等人的工作進一步較少了需要由用戶回答問題的數(shù)量，然后通過對裝配優(yōu)約束關系進行推理得到聯(lián)絡建立優(yōu)先關系的層次模型表達產(chǎn)品的裝配序列。
“割集”法是基于拆卸策略的裝配規(guī)劃中通常采用的圖論算法。HomemdeMell和Sanderson[5]通過對產(chǎn)品聯(lián)接圖進行縮并，利用“割集”算法對聯(lián)接圖進行循環(huán)分解，生成所有可能的子裝配體，直到不可再分。并提出了裝配序列的AND/OR圖表達方法，圖中的節(jié)點對應裝配過程中的子裝配體或零件，超弧表達將子裝配體或零件聯(lián)接在一起形成更大子裝配體的裝配操作。因為“割集”算法的計算復雜性為O(3N)(N為零件個數(shù))，因此，對于復雜產(chǎn)品的裝配順序規(guī)劃存在指數(shù)爆炸問題，這是難以讓人接受的。
1.3裝配序列評價和選擇
裝配序列的選擇對裝配線設計、裝配成本、裝配設備選擇有很大影響，寫作職稱論文而評價是選擇的基礎。裝配序列的評價可分為定性和定量兩方面因素[11]~[13]，定性因素主要考慮的有裝配方向換向的頻度、子裝配體的穩(wěn)定性和安全性、裝配操作任務間的并行性、子裝配體的結(jié)合性和模塊性、緊固件的裝配、零件的聚合等。定量因素主要考慮的有整個裝配時間(包括子裝配體的操作時間、運輸時間等)、整個裝配成本(包括勞動成本、夾緊和加工成本)、產(chǎn)品在裝配中再定位的次數(shù)、夾具的數(shù)目、操作者的數(shù)目、機器人手爪的數(shù)目、工作臺的數(shù)目等。
更多的經(jīng)典裝配規(guī)劃方法研究文獻可以參見TexasA&M大學Wolter教授的“AssemblyPlanningBibliography”[14]，其中收集了自1980年起近15年經(jīng)典裝配規(guī)劃方法的相關研究。經(jīng)典方法一般表達出全部的序列解空間，這使它可能從中找出最優(yōu)的裝配序列，但隨著產(chǎn)品中零件數(shù)量的增加，解空間的組合爆炸給序列的存儲、選優(yōu)帶來極大困難；且序列的幾何推理方法不易融入人類的裝配知識，難免產(chǎn)生眾多幾何可行但工藝不可行的序列結(jié)果。
2虛擬裝配規(guī)劃方法
虛擬現(xiàn)實技術(shù)為裝配規(guī)劃的“人－機”協(xié)同工作提供了契機。虛擬裝配是指由操作者通過數(shù)據(jù)手套和三維立體顯示設備直接三維操作虛擬零部件來模擬裝配/拆卸過程，無需產(chǎn)品或支撐過程的物理實現(xiàn)，通過分析、先驗模型、可視化和數(shù)據(jù)表達等手段，利用計算機工具來安排或輔助與裝配有關的工程決策[15]。虛擬裝配過程中，人機可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，即人通過直覺/裝配經(jīng)驗和知識決定產(chǎn)品的裝配過程，但不能精確地判斷當前所有可能裝配的零件，也不太可能準確判定裝配某一零件后裝配體的穩(wěn)定性等因素，而通過一定算法和規(guī)則實現(xiàn)的機器智能剛好彌補人的不足。虛擬裝配方法得到的不僅僅是零件的順序，還可以包括零件路徑、裝配工具、夾具和工作臺等信息。圖2為虛擬裝配規(guī)劃的工作步驟。
國外虛擬裝配規(guī)劃的研究以沉浸式虛擬裝配環(huán)境VADE[16],[17](VirtualAssemblyDesignEnvironment)為代表，寫作英語論文通過建立一個裝配規(guī)劃和評價的虛擬環(huán)境來探索運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行設計、制造的潛在技術(shù)可能性，為機械系統(tǒng)裝配體的規(guī)劃、評價和驗證提供支持。在虛擬環(huán)境中，利用提取并導入的CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的裝配約束信息引導裝配過程；通過引入了質(zhì)量、慣性和加速度等物理屬性，基于物理特性進行裝配建模，逼真地模擬真實裝配環(huán)境；支持雙手的靈活裝配和操作；記錄虛擬裝配過程中產(chǎn)生的掃體積和路徑信息并可進行編輯；建立了工具/零件/人相互作用模型，支持裝配工具在虛擬裝配環(huán)境中的運用。
國內(nèi)管強等[18]將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與面向裝配設計的理論相結(jié)合，建立了一個虛擬環(huán)境下的面
向裝配設計系統(tǒng)（VirDFA）。萬華根等[19]建立了一個具有多通道界面的虛擬設計與虛擬裝配系統(tǒng)（VDVAS），通過直接三維操作和語音命令方便地對零件進行交互拆裝以建立零件的裝配順序和裝配路徑等裝配信息。在面向過程與歷史的虛擬設計與裝配環(huán)境（VIRDAS）中，張樹有等[20]通過識別裝配關系進行裝配運動的導航，實現(xiàn)虛擬拆卸/裝配順序規(guī)劃、虛擬裝配分析。從集成的觀點出發(fā)，姚珺等[21]提出面向產(chǎn)品設計全過程的虛擬裝配體系結(jié)構(gòu)，從方案設計、結(jié)構(gòu)設計和裝配工藝設計3個層次上分階段地對產(chǎn)品可裝配性進行分析與評價。田豐等[22]提出一個面向虛擬裝配的三維交互平臺（VAT），簡化了虛擬裝配應用系統(tǒng)的構(gòu)造，便于應用的快速生成。
應用虛擬現(xiàn)實環(huán)境開展裝配規(guī)劃，提供了一種新的思路和工具。但是，虛擬環(huán)境的構(gòu)建需要較大資金的軟硬件投入，另外，虛擬現(xiàn)實技術(shù)本身（如圖形的高速刷新）及其相關硬件技術(shù)（如力觸覺設備）的不成熟使得虛擬裝配的研究仍處于探索階段。
3裝配規(guī)劃軟計算方法
1994年，Zadeh教授將模糊邏輯與智能技術(shù)結(jié)合起來，提出了軟計算方法（softcomputing）[23]。軟計算以模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡和概率推理為基礎，不追求問題的精確解，以近似性和不確定性為主要特征，所得到的是精確或不精確問題的近似解。為避免組合爆炸同時又能得到較優(yōu)的裝配規(guī)劃方案，近來，基于建模、表達和尋優(yōu)一體化的裝配規(guī)劃軟計算方法得到廣泛關注。
3.1裝配規(guī)劃神經(jīng)網(wǎng)絡方法
神經(jīng)網(wǎng)絡是模擬人類形象思維的一種人工智能方法，它是由大量神經(jīng)元廣泛互連而成的復雜網(wǎng)絡系統(tǒng)，寫作留學生論文單一神經(jīng)元可以有許多輸入、輸出，神經(jīng)元之間的相互作用通過連接的權(quán)值體現(xiàn)，神經(jīng)元的輸出是其輸入的函數(shù)。若將優(yōu)化計算問題的目標函數(shù)與網(wǎng)絡某種狀態(tài)函數(shù)(通常稱網(wǎng)絡能量函數(shù))對應起來，網(wǎng)絡動態(tài)向能量函數(shù)極小值方向移動的過程就可視作優(yōu)化問題的求解過程，穩(wěn)態(tài)點則是優(yōu)化問題的局部或全局最優(yōu)解。
Hong和Cho[24]用于機器人裝配順序優(yōu)化的Hopfiled神經(jīng)網(wǎng)絡中，考慮裝配約束、子裝配體穩(wěn)定性和裝配方向改變等因素建立網(wǎng)絡的能量方程，基于優(yōu)先約束推理和專家系統(tǒng)提供的裝配成本驅(qū)動網(wǎng)絡的進化方程得到優(yōu)化的序列。但由于神經(jīng)網(wǎng)絡缺乏全局搜索能力，計算結(jié)果顯示，該方法容易產(chǎn)生不優(yōu)化的裝配順序，且常常只能得到一個局部最優(yōu)的裝配序列。另外，參數(shù)選擇和初始條件對網(wǎng)絡的靈敏度影響大；神經(jīng)網(wǎng)絡在應用前須進行訓練，而訓練時要由專家提供較多可行的順序作為樣本。而樣本可能是針對某種類型的產(chǎn)品，對其它類型的產(chǎn)品則不一定適用，該方法的應用范圍窄。
3.2裝配規(guī)劃模擬退火算法
模擬退火算法源于固體退火思想，將一個優(yōu)化問題比擬成一個熱力學系統(tǒng)，將目標函數(shù)比擬為系統(tǒng)的能量，將優(yōu)化求解過程比擬成系統(tǒng)逐步降溫以達到最低能量狀態(tài)的退火過程，通過模擬固體的退火過程獲得優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解。
Saeid等[25]利用模擬退火算法進行裝配序列規(guī)劃時，根據(jù)產(chǎn)品裝配模型獲得裝配優(yōu)先關系，將裝配過程總裝配時間和重定向次數(shù)運用多屬性應用理論組合成單一目標函數(shù)，作為裝配序列優(yōu)化的評價函數(shù)。Hong和Cho[26]將裝配約束和裝配過程的成本映射為裝配序列能量函數(shù)，利用模擬退火算法使裝配序列能量函數(shù)擾動地逐步減小，經(jīng)過多次迭代，直到能量函數(shù)不再變化為止，最后得到具有最小裝配成本的裝配序列。作者將該方法應用到一個電子繼電器裝配體上，并將其性能與利用神經(jīng)網(wǎng)絡[24]的裝配規(guī)劃方法進行了比較，結(jié)果顯示基于模擬退火的裝配序列優(yōu)化方法可以產(chǎn)生較好的裝配序列并且在運算時間上優(yōu)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法。
模擬退火算法具有較強的局部搜索能力，并能使搜索過程避免陷入局部最優(yōu)，但模擬退火算法對整個搜索空間的狀況了解不多，不能使搜索過程進入最有希望的搜索區(qū)域，從而使得算法的運算效率不高。
3.3裝配規(guī)劃遺傳算法
在眾多軟計算方法中，遺傳算法得到了眾多研究者的重視。寫作工作總結(jié)遺傳算法是模仿生物自然選擇和遺傳機制的隨機搜索算法，它將問題的可能解組成種群，將每一個可能的解看作種群的個體，從一組隨機給定的初始種群開始，持續(xù)在整個種群空間內(nèi)隨機搜索，按照一定的評估策略即適應度函數(shù)對每一個體進行評價，不斷通過復制、交叉、變異等遺傳算子的作用，使種群在適應度函數(shù)的約束下不斷進化，算法終止時得到最優(yōu)/次最優(yōu)的問題解。圖3為裝配規(guī)劃遺傳算法的一般流程。
裝配規(guī)劃遺傳算法的研究重點集中于設計裝配序列的基因編碼方式以包含更多的裝配過程信息、設計基因操作的形式和改進遺傳算法的局部搜索能力上。Lazzerini等[27]的分段編碼遺傳算法中，將染色體分為3段編碼，第1段表示參與裝配的零件編號，第2段表示零件的可行裝配方向，第3段表示裝配工具，從而使染色體包含了部分工藝信息。為了提高算法的性能，文中將裝配體分解為子裝配體進行裝配，減少了參加裝配序列規(guī)劃的零件數(shù)目；Guan等[28]采用基因團編碼方式，一個基因團表達一個零件的裝配操作，由被裝配零件號裝配元、裝配工具裝配元、裝配方向裝配元和裝配類型裝配元組成。在擴大采樣空間選擇下一代種群的基礎上，通過交叉和多層次變異實現(xiàn)裝配序列并行優(yōu)化。廖小云和陳湘鳳[29]在裝配序列規(guī)劃遺傳算法中設計了復制、交叉、變異、剪貼和斷連5種遺傳算子尋找裝配序列優(yōu)化解。在Smith等[30]的增強型遺傳算法中，選擇下一代個體并不完全依靠適應度，而是先把一定數(shù)量較優(yōu)的個體復制到下一代，將適應度低但幾何可行的序列用于繼續(xù)產(chǎn)生序列，直到滿足下一代種群中序列個數(shù)的需求，從而使算法能跳出局部最優(yōu)點，在全局范圍內(nèi)搜索最優(yōu)解。
理論上，找到全局最優(yōu)裝配序列要求參加演化計算的種群規(guī)模要足夠大，迭代次數(shù)要無限
多，但在計算資源和時間限制下是達不到要求的。因此，遺傳算法求解裝配規(guī)劃問題的效率和結(jié)果依賴于初始種群規(guī)模及其質(zhì)量、遺傳算子及其操作概率等因素。
4協(xié)同裝配規(guī)劃方法
裝配體作為實現(xiàn)產(chǎn)品功能的載體，零部件可能由不同的企業(yè)設計，零部件和產(chǎn)品可能在不同的裝配工廠完成裝配過程，因此需要設計團隊的協(xié)同工作和決策以保證裝配質(zhì)量和降低裝配成本。計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的快速發(fā)展縮短了異地人員在時間和空間上的距離，為實時的“人－機－人”協(xié)同裝配工作提供了可能。
Wisconsin-Madison大學[31]提出網(wǎng)絡環(huán)境下的電子化裝配（e-Assembly），探討在Internet/Intranet上利用3D模型進行協(xié)同虛擬裝配和拆卸的方法論和工具，擬實現(xiàn)的關鍵技術(shù)包括3D交互可視化、協(xié)同裝配/拆卸/維護/回收等。目前已開發(fā)了Motive3D系統(tǒng)，利用Synthesizer模塊可以交互/自動進行產(chǎn)品的裝配建模和規(guī)劃，Visualizer模塊為用戶在Web平臺上提供裝配序列規(guī)劃結(jié)果的可視化仿真，但缺少交互修改、調(diào)整功能。在ATS項目[32]實施中，為了向異地的開發(fā)人員展示裝配設計和裝配規(guī)劃結(jié)果，嘗試利用VRML作為可視化工具，一方面供設計團隊瀏覽零部件設計，另外將裝配模型用文本編輯軟件進行編輯，生成裝配序列的VRML仿真文件，供異地的設計團隊實時進行評價和提出修改意見。但手工編輯文件不但花費的時間長達一周，而且每次設計修改后都必須重新編輯；同時，仿真文件僅具有瀏覽功能，不能進行交互修改。
Web環(huán)境下的協(xié)同裝配規(guī)劃方法[33]采用協(xié)同工作環(huán)境下的裝配建模、裝配規(guī)劃任務分配和裝配序列合成等技術(shù)，通過對復雜產(chǎn)品裝配規(guī)劃問題的分解，即降低了單機規(guī)劃工作模式的復雜度，又便于集中不同地域多專家的裝配知識和經(jīng)驗進行裝配規(guī)劃方案的協(xié)同決策。面向協(xié)同廣義裝配[34]通過確定裝配子任務編碼方法、裝配人員評價指數(shù)和制定協(xié)同裝配協(xié)議，以VRML為產(chǎn)品模型載體實現(xiàn)協(xié)同裝配系統(tǒng)。在裝配知識和規(guī)則的支撐下，支持局域網(wǎng)內(nèi)多用戶實施產(chǎn)品預裝配、驗證零部件可裝配性，相關的裝配人員能夠協(xié)同討論裝配方案。Web環(huán)境下3D交互裝配可視化仿真結(jié)構(gòu)是一個符合開放技術(shù)標準的可視化裝配系統(tǒng)[35]，它基于VRML-Java實現(xiàn)裝配場景的動態(tài)生成、裝配控制、碰撞檢測以及裝配過程的動畫回放等功能，目前完成了基于“堆疊”思路的裝配驗證方式。但該系統(tǒng)屬于單用戶系統(tǒng)，不能支持多用戶的實時協(xié)同裝配工作。
5結(jié)論與展望
CAAP的研究在理論上取得了一定的成果，在工業(yè)界也得到了一定的應用，但相對而言還很少，這說明該技術(shù)距離工業(yè)實用還存在較大差距。裝配規(guī)劃是一個經(jīng)驗和知識密集型的工作，同時又與具體行業(yè)和產(chǎn)品有緊密的關系。經(jīng)典裝配規(guī)劃方法的精確推理在保證序列的幾何可行性方面具有優(yōu)勢，而軟計算技術(shù)能夠?qū)⑷说哪：R融入規(guī)劃過程中，使得結(jié)果具有更好的工藝可行性，兩者的適當結(jié)合將有利于模仿人類裝配專家的實際裝配規(guī)劃過程，從而得到合理的裝配方案。
跨地域、跨國家的網(wǎng)絡化、協(xié)同化產(chǎn)品設計和制造新模式的形成使產(chǎn)品裝配成為一個需要協(xié)同工作和決策的問題。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的進一步發(fā)展，建立基于網(wǎng)絡的協(xié)同裝配決策平臺和虛擬環(huán)境，支持異地多人員協(xié)同裝配方案決策將是新形勢下裝配規(guī)劃研究的新趨勢。
參考文獻
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