工業(yè)機柜直角邊零件下料問題的研究論文
1引言
在全球資源日益匱乏和市場競爭日益激烈的形勢下,如何有效的利用現(xiàn)有資源、節(jié)約原材料愈加受到人們的關(guān)注和重視。在現(xiàn)階段的工業(yè)生產(chǎn)中,產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上趨于復雜、數(shù)量上需求大、質(zhì)量上需持續(xù)保證優(yōu)良,同時還要提高與同類產(chǎn)品的競爭力、滿足不同的客戶的需求。因此,冇效的降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率、縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期已成為提高企業(yè)競爭力的關(guān)鍵。設計是制造的第一步,在產(chǎn)品的設計方面產(chǎn)品的成本60%-80%都是由設計階段決定的,傳統(tǒng)的設計一般為串行設計,在出現(xiàn)制造問題時,就需要進行反復多次的重新設計,延長了設計周期也使制造成本無形的增長。生產(chǎn)過程中由于設計的不合理所造成的經(jīng)濟損失是其他環(huán)節(jié)無法挽回的。在產(chǎn)品的下料方面,多數(shù)企業(yè)采用的是依靠人工經(jīng)驗的傳統(tǒng)下料方式,耗時多且材料利用率低。以上兩個方面大大增加了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。如何有效的從產(chǎn)品設計到生產(chǎn)結(jié)束的各個環(huán)節(jié)降低成本是企業(yè)急需解決的問題。
.........
2問題生成器研究
2.1 二維布局問題生成器
本文所提出的問題生成器是基于二維直角邊布局問題設計的。本文所指二維直角邊零件布局是在一個長寬既定的矩形空間內(nèi),盡可能多的布置各類直角邊多邊形。拼接(jigsaw-puzzle)類型則是二維完全不規(guī)則布局問題的一種特例,其具有布局空間利用率為100%的特性,如日常生活中所常見的拼圖游戲便是這類問題的一種簡化形式。同時,此類問題也有很強的實用性,如破碎物品的重組、文件的復原等。
2.2 二維布局問題生成器的實現(xiàn)
根據(jù)Dykhotf (1996)的分類標準其屬于2/V/0/M類問題,根據(jù)Wascher (2006)改進的分類標準,該問題屬于二維不規(guī)則待布物單一背包問題。通常情況下,求解不規(guī)則布局問題要比具有NP-難性質(zhì)的規(guī)則布局問題要困難很多。但是在工程實際中,不規(guī)則布局問題往往有著更廣泛的應用。在求解方面,學者們往往釆用的是啟發(fā)和元啟發(fā)類型的求解策略。測試數(shù)據(jù)往往來源于工程實例或者人工基準,工程實例的應用則可直接有助于工程難題的攻克;為了得到更佳的計算試驗,人工基準類數(shù)據(jù)可在求解的規(guī)模和復雜性上有選擇的獲得。目前,針對拼接類基準數(shù)據(jù)有兩個來源:一是Terashima-Marin(2010)的一刀切類前如圖2-1,二是Dighe提出的非一刀切類如圖2-2。
3基于頂點覆蓋的直角邊零件下料問題算法........25
3.1問題的描述.........25
3.2直角邊零件下料問題0-1整數(shù)規(guī)劃模型...........26
4基于滾動優(yōu)化策略的直角邊零件下料問題算法.........45
4.1滾動優(yōu)化策略.........45
5基于人機結(jié)合的直角邊零件DFM應用............ 69
5.1人機結(jié)合理論.....69
5基于人機結(jié)合的直角邊零件DFM應用
5.1人機結(jié)合理論
不規(guī)則零件的布局問題是典型的NP難組合優(yōu)化問題。通常情況下,該類問題的求解都是基于數(shù)學模型和優(yōu)化算法通過計算機強大的計算能力和存儲來完成的。在反應時間、計算能力和持續(xù)工作能力方面,人是很難與計算機相匹敵的。但是在學習能力、創(chuàng)造能力、經(jīng)驗學習、推理歸納、適應性等各個方面,人都有著計算機所無法具備和難以替代的作用。例如在實際的工程中,設計過程是設計者認知對象的過程即對客觀世界建模的過程,是經(jīng)由人實現(xiàn)從具體到抽象,再由抽象到具體的轉(zhuǎn)化。這些都是人在經(jīng)驗學習、感性認知、總結(jié)歸納、創(chuàng)新的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的。而這是計算機所不具備的能力,計算機只有有限的小部分創(chuàng)造能力。但是同時,計算機有著非常強大計算能力和記憶存儲能力,對于符合某特定規(guī)律的大量重復計算、大規(guī)模的數(shù)據(jù)處理、嚴密的`邏輯推理等方面都具備非常強的優(yōu)勢�；谌伺c計算機的各自優(yōu)點,國內(nèi)外學者相繼從不同角度提出了人與機器相結(jié)合智能系統(tǒng)概念。
5.2面向制造設計
DFM (Design for Manufacture)是指產(chǎn)品設計需要滿足產(chǎn)品制造的要求,符合良好的可制造性,使得產(chǎn)品以最低的成本、最短的時間、最高的質(zhì)量制造出來。根據(jù)產(chǎn)品制造工藝的不同,面向制造的設計可分成面向注塑加工的設計、面向沖壓的設計、面向壓禱的設計等;是一種在設計時就考慮產(chǎn)品制造的實踐。其目標就是在保證產(chǎn)品性能的前提下,降低生產(chǎn)成本。DFM的重要性在于:在現(xiàn)階段產(chǎn)品生產(chǎn)日益區(qū)域復雜化、批量化、高質(zhì)量化、低成本的情況下,使用DFM可以實現(xiàn)在最低成本下保證產(chǎn)品的質(zhì)量。
.......
6總結(jié)與展望
6.1主要工作
本論文是在大量現(xiàn)有研究成果的充分學習和總結(jié)分析的基礎(chǔ)上,以工業(yè)機柜直角邊零件下料問題為切入點,從多個角度研究了直角邊零件下料算法,主要內(nèi)容包括:(1)總結(jié)和分析二維布局問題的分類、求解方法及其研究現(xiàn)狀,總結(jié)了現(xiàn)有直角邊布局問題的算法,指出了當前存在的困難與不足。(2)提出了拼接型直角邊布局問題生成器,對生成器算法的實現(xiàn)及復雜度做了詳盡介紹,對生成案例進行了統(tǒng)計。設計了頂點覆蓋問題生成器,采用基于最大度的貪楚算法對頂點覆蓋問題進行了求解。(3)在直角邊零件下料精確算法的基礎(chǔ)上,通過改造精確解數(shù)學模型和自適應多邊形技術(shù)建立了直角邊零件下料的頂點覆蓋模型。通過對頂點覆蓋問題諸多算法的比較,采用了最大共享度的頂點篩選原則對模型進行了求解,對求解結(jié)果進行了統(tǒng)計分析。結(jié)果表明,直角邊零件下料的頂點覆蓋算法較精確算法的求解規(guī)�？稍谠谢A(chǔ)上提高兩倍,可求解至實際板材的二分之一,可為工廠內(nèi)中型尺寸板材的布局提供參考。
6.2創(chuàng)新點
本文是在總結(jié)和分析大量直角邊零件布局算法的基礎(chǔ)上完成的,相較于其他研究文獻,本文的創(chuàng)新點包括以下內(nèi)容:(1)設計了拼接型直角邊布局問題生成器,豐富了該類問題的算例。(2)建立了直角邊零件下料問題與圖論中頂點覆蓋問題的聯(lián)系,并成功應用最大共享篩選原則設計了求解算法,對求解結(jié)果進行了分析。(3)提出了直角邊零件下料的滾
動優(yōu)化算法,通過零件的單排、旋轉(zhuǎn)單排、混排多種算例的測試驗證了算法有效性,通過本算法可有效降低材料的利用率,節(jié)省成本,對企業(yè)生產(chǎn)有一定參考意義。(4)探索了人機結(jié)合的直角邊零件下料的DFM優(yōu)化策略,通過實例驗證了該策略的正確性和有效性。
【工業(yè)機柜直角邊零件下料問題的研究論文】相關(guān)文章：