基于工業(yè)背景的矩形板材排樣優(yōu)化研究.pdf

1、板材排樣優(yōu)化在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，而矩形板材排樣優(yōu)化又是其中最為常見的一類問題。給定一定數(shù)量的矩形板材以及目標(biāo)零件的尺寸與數(shù)量，矩形板材排樣優(yōu)化需要找出生產(chǎn)成本最低的切割方案。而生產(chǎn)成本的高低主要由原料使用多少、切割加工難度決定。根據(jù)加工工藝的不同，矩形板材排樣問題又可以分為有“一刀切”約束和無“一刀切”約束這兩類，本文研究的是有“一刀切”約束的矩形板材排樣優(yōu)化問題，其典型的應(yīng)用場景包括玻璃、石材、木材等板材的生產(chǎn)加工。

2、>　　本文首先介紹了目前排樣優(yōu)化問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出了針對石材行業(yè)多類型、多尺寸原料輸入情況下設(shè)計(jì)排樣優(yōu)化算法的背景與意義，然后分析了在現(xiàn)有加工工藝下矩形板材排樣的約束條件，將“易于切割”進(jìn)行量化并加入到了待優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，從而彌補(bǔ)了以往僅僅靠出材率評(píng)價(jià)排樣方案的不足，最終建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。接著介紹了矩形板材排樣問題已有的經(jīng)典算法，著重介紹了剩余矩形算法。接下來研究了遺傳算法在排樣優(yōu)化問題中的應(yīng)用，提出了將原料加入染色體編碼的

3、方案，從而解決了排樣優(yōu)化中的多規(guī)格原料輸入問題；使用數(shù)學(xué)模型中的目標(biāo)函數(shù)合成非線性的適應(yīng)度評(píng)價(jià)函數(shù)；設(shè)計(jì)符合排樣優(yōu)化的染色體交叉算子。然后分析了前面設(shè)計(jì)的遺傳算法在同一規(guī)格的原料、零件數(shù)量較多時(shí)存在的不足，提出了同類復(fù)用策略，并嘗試將其融入到遺傳算法中，最終使用貪心算法實(shí)現(xiàn)同類復(fù)用策略，并通過分階融合的方式將其與遺傳算法結(jié)合使用，從而解決了遺傳算法排樣結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)習(xí)慣不夠契合的問題。在此基礎(chǔ)上，提出了進(jìn)一步改進(jìn)排樣算法的整體擺放策略，

4、并將其應(yīng)用到貪心算法當(dāng)中。對于未充分利用的原料，提出了二分搜索策略來提高余料的可用性。接下來使用前面提出的排樣算法設(shè)計(jì)并編碼實(shí)現(xiàn)了針對石材行業(yè)的自動(dòng)排樣系統(tǒng)，將其分為UI模塊和算法模塊兩部分，使其具有較高的可維護(hù)性，同時(shí)加入了一些石材行業(yè)的常用功能，提高了排樣系統(tǒng)的實(shí)用性。
　　最終，我們通過一個(gè)符合實(shí)際生產(chǎn)需要的具有多類型、多規(guī)格原料與零件的測試用例對自動(dòng)排樣系統(tǒng)進(jìn)行測試，成功計(jì)算出所有220個(gè)目標(biāo)零件的排樣方案，整體出材率為9