圓形件優(yōu)化排樣問題研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化排樣是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造(CAD/CAM)技術(shù)的重要分支之一，解決的問題就是在給定的原材料上放置所需求的各種毛坯零件，使毛坯的布局最優(yōu)，目的是在滿足毛坯需求的前提下，最大限度地提高原材料的利用率，降低生產(chǎn)成本。在生產(chǎn)實(shí)踐中，優(yōu)化排樣問題廣泛存在于機(jī)械制造業(yè)、服裝加工業(yè)、家具制造業(yè)、木材加工業(yè)以及皮革制品制造業(yè)等行業(yè)，大量應(yīng)用于線材、卷材、板材以及三維物品的分割排樣。傳統(tǒng)的排樣工作都是由人工完成，存在時(shí)間耗費(fèi)大而且下料利用

2、率低等缺點(diǎn)，造成原材料的浪費(fèi)，加大了企業(yè)的生產(chǎn)成本。因此，對(duì)排樣問題進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)行之有效的排樣算法具有深遠(yuǎn)的理論和實(shí)際意義。對(duì)優(yōu)化排樣問題的研究，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者都給予了足夠的重視，特別是針對(duì)矩形毛坯和二維不規(guī)則件的排樣問題提出了許多算法，如：動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法、多項(xiàng)式時(shí)間算法、連分?jǐn)?shù)算法以及分支定界算法等確定性算法，也有禁忌搜索算法、蟻群算法、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等概率性算法。然而，針對(duì)圓形件優(yōu)化排樣問題的研究卻比較少，圓形件優(yōu)化排樣作為二

3、維優(yōu)化排樣的一個(gè)分支，在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中也非常普遍。因此，針對(duì)圓形片排樣問題開展研究非常必要。本文研究的是圓形件剪沖排樣問題：在指定長(zhǎng)度和寬度的板材上，首先在剪切階段用剪床將板材切割成水平或豎直條帶，每根條帶中所含圓片的直徑相同；然后在沖裁階段用沖床從條帶上沖出圓片。生成的排樣方案應(yīng)在滿足所有圓形毛坯需求量的前提下，使得所消耗的板材盡可能地少，以達(dá)到提高利用率、節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。本文的主要內(nèi)容包括以下兩個(gè)方面：第一，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了圓片無約束排

4、樣算法，用于生成排樣方式。采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法和背包算法相結(jié)合的方式，在精確求解的基礎(chǔ)上，選取規(guī)范尺寸的子集進(jìn)行計(jì)算，確定條帶在板材上的最優(yōu)布局，使得板材所含圓片的總價(jià)值最大。第二，將圓片無約束排樣算法和線性規(guī)劃方法(LP：Linear Programming)相結(jié)合來求解大規(guī)模的二維圓片剪沖下料問題：已知庫(kù)存板材尺寸、m種圓片的直徑和需求量，對(duì)庫(kù)存板材進(jìn)行剪沖下料，要求確定排樣方案，在滿足所有毛坯需求的前提下，使得所消耗板材的總成本最小。

5、本文使用單純形法來求解線性規(guī)劃問題，在求解過程中，需要反復(fù)迭代調(diào)用圓片無約束排樣算法，根據(jù)毛坯的當(dāng)前價(jià)值，生成一個(gè)能使目標(biāo)改善的排樣方式，最終生成最優(yōu)圓片下料排樣方案。由于使用單純形法求解線性規(guī)劃問題的過程中需要反復(fù)調(diào)用無約束排樣算法，因此無約束排樣算法的效率對(duì)于整個(gè)排樣方案生成算法的效率至關(guān)重要。本文在實(shí)現(xiàn)無約束排樣算法時(shí)，引入了規(guī)范尺寸以及合適的規(guī)范尺寸子集選取策略對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，以提高算法的運(yùn)行效率。設(shè)計(jì)開發(fā)了圓形件下料排樣系統(tǒng)，并

6、采用了文獻(xiàn)中報(bào)道的例題和生產(chǎn)實(shí)例對(duì)本文算法的有效性進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)排樣方式例題的計(jì)算結(jié)果表明，本文算法生成的排樣方式的利用率比部分三塊排樣方式以及全部T型排樣方式的利用率都有所提高，與精確算法生成的排樣方式的利用率相同，計(jì)算時(shí)間卻相對(duì)較少；對(duì)下料方案例題的計(jì)算結(jié)果表明，本文算法生成的排樣方案的利用率比全部T型排樣方案以及直切排樣方案的利用率都有所提高；對(duì)生產(chǎn)實(shí)例的計(jì)算結(jié)果表明，本文算法的計(jì)算時(shí)間能滿足實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用的要求，生成的排樣方案效果明