伴隨著我國加入WTO，發電設備製造企業的生存和發展面臨著更為激烈的市場競爭，為了在競爭中立於不敗之地，一個十分緊迫的任務就是應盡一切可能提高企業的生產效益，而提高生產效益的重要環節就是降低生產成本。發電設備製造下料最佳化排樣是提高材料利用率和降低生產成本的有效途徑。事實上，最佳化排樣問題在實際生產中套用非常廣泛，它在理論上屬於具有最高複雜性的NP完全問題。因此，開展對排樣問題的研究具有重要的理論意義和工程套用價值。通過分析各排樣算法的特點、關鍵步驟與研究趨勢，本文從系統工程的觀點出發，指出提高材料利用率不僅僅只是一個排樣問題的求解，而是要從下料生產管理和最佳化技術方法兩個方面同時入手，建立完整的解決方案。即由生產管理保證“集中下料”模式的實施，最佳化排樣方法提供最省料的方案，同時為計畫、調度、材料庫存提供決策支持信息。基於上述思想，作者研究和開發了集成於發電設備製造下料生產作業信息化系統中的最佳化排樣CAD/CAM系統，重點對排樣最佳化算法進行了研究。
基本介紹
- 中文名：面向發電設備製造的下料最佳化排樣原理與關鍵技術
- 對象：發電設備製造
- 類型：論文
- 屬性：最佳化排樣原理
原理與關鍵技術,章節目錄,
原理與關鍵技術
論文在理論與實踐中的主要研究成果和特色如下：
(1)根據國內外學者對車間生產作業信息化系統的研究成果以及我國企業車間的實際需要，研究了敏捷車間生產作業規劃與管理系統的一般原理及模型。並將其套用於東方電機下料車間的生產作業信息化系統的研究與開發，建立了下料車間生產作業信息管理系統的功能模型。
(2)本文在系統分析遺傳算法特點與改進方法的基礎上，指出將遺傳算法用於排樣問題求解時，採用基於零件編號排列順序的基因編碼更為有效。本文為這種基因編碼設計了實用的選擇、交叉、變異遺傳運算元，並將其用於一維下料方案最佳化問題、矩形件排樣問題的求解；討論了不同工藝要求條件下的適應度定義方法，並用計算實例驗證了其尋優效果。
(3)矩形件排樣不僅適用於矩形零件的排放，也是異形件排樣的一種重要方法。本文在建立矩形件數學模型的基礎上，分析了多種矩形件直接排樣方法的特點，提出了給定排放序列的“最低水平線”排放算法。它克服了其它排放算法對某些排樣圖不能給出排列的缺點，滿足“最左最下”條件，同時排放效果好。將該方法分別與遺傳算法、模擬退火算法相結合，提出了矩形件排樣問題的複合算法。給出了遺傳算法套用於下料問題求解的編碼方法、解碼算法、關鍵參數的確定以及適應度函式的定義方法。通過實驗，對交叉機率、變異機率的確定方法進行了討論。對模擬退火算法用於排樣問題求解時的關鍵參數——冷卻進度表的確定，通過實驗進行了分析。本文的研究表明，將遺傳算法、模擬退火算法與排放算法相結合的複合算法，排樣結果總體上優於單純的排放算法。
(4)異形件排樣多年來一直是研究的熱點和難點問題。本文在分析異形件數學模型的基礎上，對基於圖形運算、包絡矩形的排樣算法以及互動式方法進行了研究。在對基於碰撞、臨界多邊形的排樣算法進行研究的基礎上，通過提取排樣輪廓的“單調鏈”，對碰撞距離求取、臨界多邊形求解等關鍵步驟提出了改進，使算法的複雜度降低，從而提高了效率。為方便排樣圖的編輯，研究和開發了“違約預警”算法，通過顏色變化對違反約束的零件加以警示。在對多種方法研究的基礎上，通過將圖形運算、矩形件排樣算法及互動方法相結合，提出了排樣輪廓“聚塊”預處理——矩形件排樣——互動編輯三步異形件排樣綜合算法，同時考慮了發電設備下料的特殊之處，如大型零件拆分、不同焊接坡口的處理等。(5)對於發電設備製造中厚度較大的零件下料，按照東方電機生產調度的安排需在不同指令代碼格式的數控氣割機上下料。在給出集成化數控編程模組的信息模型的基礎上，通過工藝規劃、數控編程、路徑仿真、數控代碼自動生成與NC代碼仿真幾個步驟，實現了“集中下料”生產管理模式下的自動編程，簡化了下料生產中調度和數控代碼生成工作。(6)在以上理論和算法研究的基礎上，開發設計了基於AutoCAD環境並集成於東方電機下料車間生產作業信息化系統的最佳化排樣SCU-NestingCAD/CAM系統，為下料排樣提供了實用的具有自動排樣和互動排樣功能的工具，對需要切割下料的零件，自動生成對應切割機的數控代碼。
章節目錄
1緒論
1.1排樣問題概述
1.1.1排樣問題的套用領域
1.1.2排樣問題的整體描述
1.1.3排樣問題的名稱
1.1.4排樣問題的分類
1.1.5排樣問題的特點與求解難度
1.2排樣問題的國內外研究現狀與趨勢
1.2.1排樣問題的國外研究現狀
1.2.2排樣問題的國內研究現狀
1.2.3排樣問題的軟體開發與工程套用
1.2.4排樣問題的研究趨勢
1.3大型發電設備板材下料現狀與研究問題
1.3.1大型發電設備板材下料現狀
1.3.2發電設備板材下料的特點
1.3.3求解策略
1.4下料生產車間作業信息化系統開發與套用概況
1.4.1車間生產管理模式
1.4.2車間級生產作業信息化系統
1.4.3國外研究現狀
1.4.4國內研究現狀
1.5智慧型最佳化算法及其研究進展
1.5.1智慧型最佳化算法起源及其套用
1.5.2智慧型最佳化算法的研究趨勢
1.6課題的來源、技術路線、主要工作
1.6.1課題的來源與技術路線
1.6.2本文的主要工作
2發電設備製造下料車間生產作業信息系統的總體結構
2.1敏捷化車間生產作業信息系統模型
2.1.1單元化製造系統和製造執行系統
2.1.2敏捷化車間生產作業規劃系統的概念模型
2.2下料車間生產作業信息系統總體框架
2.2.1需求與目標
2.2.2生產作業信息系統的功能模型
2.2.3下料車間生產作業信息系統軟體模型
2.3下料最佳化排樣cad/cam系統
2.3.1下料排樣cad/cam系統的框架結構
2.3.2最佳化排樣計算的求解原則
2.3.3下料最佳化排樣cad/cam系統的求解過程
2.4本章小結
3一維下料方案最佳化問題的遺傳算法求解
3.1一維下料方案最佳化問題的數學模型
3.1.1問題的定義
3.1.2數學模型
3.1.3切縫問題
3.1.4視作組合最佳化問題
3.2遺傳算法求解原理
3.2.1遺傳算法
3.2.2採用遺傳算法對問題求解的關鍵方法
3.3基於遺傳算法的一維下料最佳化問題的求解
3.3.1解的編碼方法
3.3.2解碼方法
3.3.3適應度函式
3.3.4一維下料方案遺傳算法求解過程
3.3.5套用實例
3.4本章小結
4基於智慧型最佳化算法的矩形件排樣問題的研究
4.1矩形件排樣的數學模型
4.1.1矩形件排樣的問題描述
4.1.2數學模型
4.2矩形件排樣的啟發式算法
4.2.1矩形件切割方式及板材情況
4.2.2矩形件的排放的三種算法
4.2.3給定排放順序的排放算法
4.2.4最低水平輪廓線法
4.3矩形件排樣的遺傳算法求解
4.3.1編碼方法
4.3.2解碼算法
4.3.3適應度函式的定義
4.3.4遺傳運算元
4.3.5矩形零件排樣的遺傳算法求解過程
4.3.6算例分析
4.3.7關鍵參數的確定
4.4矩形件排樣的模擬退火算法求解
4.4.1模擬退火算法
4.4.2套用模擬退火算法解決矩形件的排樣問題
4.4.3冷卻進度表參數的確定
4.5矩形件排樣套用實例—拼圖排樣問題的求解
4.6本章小結
5異形件最佳化排樣算法研究
5.1異型件最佳化排樣的數學模型
5.1.1異型件最佳化排樣的問題定義
5.1.2異型件排樣問題的數學模型
5.2基於自動碰撞的最佳化排樣算法
5.2.1一般多邊形的平移碰撞算法
5.2.2由直線、圓弧構成零件的碰撞算法
5.2.3基於自動碰撞的排樣算法
5.3基於臨界多邊形的異形件排樣算法
5.3.1臨界多邊形的求解
5.3.2nfp狀態評估
5.3.3多邊形的合成
5.3.4基於臨界多邊形的排樣算法
5.4異形件排樣的違約預警算法
5.4.1算法的基本思想
5.4.2技術實現方法
5.4.3違約預警算法的流程圖
5.4.4違約預警算法的特點
5.5異形件排樣的綜合算法
5.5.1異型件排樣綜合最佳化算法的流程
5.5.2異型件排樣綜合最佳化算法的主要方法
5.6本章小結
6大型發電設備數控下料生產中的自動編程技術
6.1概述
6.1.1現狀和需求
6.1.2數控氣割機的工藝特點
6.2集成化數控編程模組的信息模型
6.3工藝規劃
6.3.1起割孔及切入線
6.3.2切割順序及預留坡口
6.3.3局部一刀切
6.3.4共邊切割
6.4數控編程、路徑仿真與後置處理
6.4.1數控編程
6.4.2路徑仿真
6.4.3後置處理
6.4.4nc代碼仿真
6.5本章小結
7東方電機下料車間生產作業信息管理系統的開發
7.1東方電機下料車間生產作業信息化系統
7.1.1生產作業信息化系統的運行環境
7.1.2生產作業信息化系統的總體功能結構
7.1.3生產作業信息化系統的運行示例
7.2最佳化排樣cad/cam系統的的功能結構
7.3最佳化排樣cad/cam系統程式開發中的關鍵技術
7.3.1objectarx2000開發方法的套用
7.3.2面向對象技術的套用
7.4系統運行實例
7.4.1一維下料方案最佳化實例
7.4.2矩形件下料最佳化實例
7.4.3異形件最佳化排樣、生成nc代碼實例
