矩形毛坯帶排樣算法研究.pdf

1、排樣是計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的產(chǎn)物。排樣問題的目標(biāo)就是盡最大可能在材料上放置盡可能多的零件，以減少材料損失。計(jì)算機(jī)輔助排樣是廣泛應(yīng)用的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)之一，具有板材利用率高，耗時(shí)短，費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。計(jì)算機(jī)輔助優(yōu)化排樣的目的在于尋求某種優(yōu)化的布局方式，使平面區(qū)域的面積利用率較高。凡是需要進(jìn)行材料分割的行業(yè)，都可以應(yīng)用計(jì)算機(jī)排樣技術(shù)。 排樣問題屬于典型的組合優(yōu)化問題，在現(xiàn)實(shí)生活中有著廣泛的應(yīng)用，具有很高的計(jì)算復(fù)雜性。對(duì)于規(guī)模較大的排樣

2、問題，不但手工排樣不可能做到真正的優(yōu)化，即使采用計(jì)算機(jī)也必須開發(fā)高效的算法，才能實(shí)現(xiàn)利用率相對(duì)較高的優(yōu)化切割。本文利用啟發(fā)式搜索方法，使得在較短的時(shí)間內(nèi)，能夠求得問題的近優(yōu)解。 本文研究的問題是用寬度固定、長(zhǎng)度無限的矩形板材切出一組尺寸已知的矩形毛坯，使得所消耗的板材面積盡可能小，即要求排完全部毛坯所占用的板材長(zhǎng)度盡可能小。要求矩形毛坯的邊和板材的邊平行，能夠用剪床下料。這個(gè)問題稱為矩形帶排樣問題（Rectangular Str

3、ip Packing），它是兩維條帶排樣（2D-SPP，two dimensional strip packingproblem）問題的RG 子類型，這里R 表示允許毛坯轉(zhuǎn)90 度排列，G 表示可以剪切下料。 本論文研究的目標(biāo)：緊密結(jié)合企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)需要，以提高原材料的利用率、降低企業(yè)的原材料成本為主要研究?jī)?nèi)容，開發(fā)出相應(yīng)的排樣軟件，能夠給出材料利用率較高的排樣方式，供理論研究和實(shí)際應(yīng)用參考。 全文包括兩個(gè)部分：

4、 (1) 前面部分給出一個(gè)兩維矩形毛坯帶排樣問題的改進(jìn)啟發(fā)式遞歸算法。它基于遞歸結(jié)構(gòu)和分枝定界技術(shù)。為了使切出全部毛坯所需板材的總長(zhǎng)度盡可能小，使用了一些改進(jìn)的啟發(fā)式方法。首先初始化板材作為一個(gè)塊。考慮目前的塊，算法選擇一個(gè)毛坯，將毛坯放在塊的左下角，然后用水平或豎直的剪切線將未使用空間分為兩個(gè)更小的塊，便于進(jìn)一步遞歸求解。使用上下界來去除無用的分枝，使用改進(jìn)的啟發(fā)式方法來縮短運(yùn)算時(shí)間。測(cè)試結(jié)果表明，該算法的計(jì)算速度比文獻(xiàn)中最近報(bào)道的一

5、種啟發(fā)式遞歸算法要快。 (2) 后半部分是一個(gè)遺傳算法與上述改進(jìn)的遞歸方法相結(jié)合的算法。首先對(duì)遺傳算法做了系統(tǒng)介紹，包括遺傳算法的特點(diǎn)、基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)等。遺傳算法是借鑒生物的自然選擇和進(jìn)化機(jī)制的一種全局優(yōu)化自適應(yīng)概率搜索算法，具有快速隨機(jī)的全局搜索能力。對(duì)于非常復(fù)雜、高度非線性問題的優(yōu)化求解，表現(xiàn)出比其它傳統(tǒng)優(yōu)化方法更優(yōu)越的性能，是21 世紀(jì)智能計(jì)算中的核心技術(shù)之一。對(duì)求解矩形件優(yōu)化排樣問題的遺傳算法的設(shè)計(jì)及具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)討論