工業機柜直角邊零件下料問題的研究論文

工業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,如何有效的利用現有資源、節約原材料愈加受到人們的關注和重視。在現階段的工業生產中,產品在結構上趨于復雜、數量上需求大、質量上需持續保證優良,同時還要提高與同類產品的競爭力、滿足不同的客戶的需求。因此,冇效的降低生產成本、提高生產效率、縮短產品生產周期已成為提高企業競爭力的關鍵。設計是制造的第一步,在產品的設計方面產品的成本60%-80%都是由設計階段決定的,傳統的設計一般為串行設計,在出現制造問題時,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。生產過程中由于設計的不合理所造成的經濟損失是其他環節無法挽回的。在產品的下料方面,多數企業采用的是依靠人工經驗的傳統下料方式,耗時多且材料利用率低。以上兩個方面大大增加了產品的生產成本。如何有效的從產品設計到生產結束的各個環節降低成本是企業急需解決的問題。

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　　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,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

　　根據Dykhotf (1996)的分類標準其屬于2/V/0/M類問題,根據Wascher (2006)改進的分類標準,該問題屬于二維不規則待布物單一背包問題。通常情況下,求解不規則布局問題要比具有NP-難性質的規則布局問題要困難很多。但是在工程實際中,不規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和元啟發類型的求解策略。測試數據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,人工基準類數據可在求解的規模和復雜性上有選擇的獲得。目前,針對拼接類基準數據有兩個來源: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整數規劃模型...........26

　　4基于滾動優化策略的直角邊零件下料問題算法.........45

　　4.1滾動優化策略.........45

　　5基于人機結合的直角邊零件DFM應用............ 69

　　5.1人機結合理論.....69

　　5基于人機結合的直角邊零件DFM應用

　　5.1人機結合理論

　　不規則零件的布局問題是典型的NP難組合優化問題。通常情況下,該類問題的求解都是基于數學模型和優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、創造能力、經驗學習、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,是經由人實現從具體到抽象,再由抽象到具體的轉化。這些都是人在經驗學習、感性認知、總結歸納、創新的基礎上實現的。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,對于符合某特定規律的大量重復計算、大規模的數據處理、嚴密的邏輯推理等方面都具備非常強的優勢。基于人與計算機的各自優點,國內外學者相繼從不同角度提出了人與機器相結合智能系統概念。

　　5.2面向制造設計

　　DFM (Design for Manufacture)是指產品設計需要滿足產品制造的要求,符合良好的可制造性,使得產品以最低的成本、最短的時間、最高的質量制造出來。根據產品制造工藝的不同,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品制造的實踐。其目標就是在保證產品性能的前提下,降低生產成本。DFM的重要性在于:在現階段產品生產日益區域復雜化、批量化、高質量化、低成本的情況下,使用DFM可以實現在最低成本下保證產品的質量。

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　　6總結與展望

　　6.1主要工作

　　本論文是在大量現有研究成果的充分學習和總結分析的基礎上,以工業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,主要內容包括:(1)總結和分析二維布局問題的分類、求解方法及其研究現狀,總結了現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及復雜度做了詳盡介紹,對生成案例進行了統計。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上,通過改造精確解數學模型和自適應多邊形技術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,對求解結果進行了統計分析。結果表明,直角邊零件下料的頂點覆蓋算法較精確算法的求解規�？稍谠�有基礎上提高兩倍,可求解至實際板材的二分之一,可為工廠內中型尺寸板材的布局提供參考。

　　6.2創新點

　　本文是在總結和分析大量直角邊零件布局算法的基礎上完成的,相較于其他研究文獻,本文的創新點包括以下內容:(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,對求解結果進行了分析。(3)提出了直角邊零件下料的滾

　　動優化算法,通過零件的單排、旋轉單排、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,節省成本,對企業生產有一定參考意義。(4)探索了人機結合的直角邊零件下料的DFM優化策略,通過實例驗證了該策略的正確性和有效性。

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