基于和声搜索算法的矩形优化排样研究与应用

摘要

近年来，随着我国制造能力的提升，制造加工企业对原材料的需求越来越旺盛。如何对原材料的高效和绿色利用成为了这些企业或行业密切关注的问题。本文对木材行业内的带工艺约束的矩形排样下料问题进行了深入的研究，其主要的研究工作如下：
　　首先，在分析和总结了矩形件排样问题的国内外研究现状的基础上，深入学习了该问题的理论基础，归纳了该问题的分类、处理方法与不足以及未来趋势，并确立了全文主要研究内容与组织框架。基于此，本文提出了一种改进和声搜索算法与剩余矩形匹配度相结合的求解方法：将GA算法中的交叉变异算子融合到和声搜索算法中，并利用其优化矩形件排入顺序；提出一种带致密度匹配项的匹配度计算方法，利用该方法为当前矩形选择最匹配的剩余矩形，并将该剩余矩形的左下角位置作为当前矩形排放位置。通过定宽不定长和定宽定长板材的两类经典算例的测试结果验证了新提出算法的有效性。
　　然后，研究了木材加工行业中带工艺约束的矩形件排样问题。归纳了该行业内矩形排样问题中常见的工艺约束：考虑板材纤维方向、“一刀切”、最大剪切长度以及同类型矩形件尽量排放到一起，并为之建立了对应的数学模型。针对这些工艺约束，本文提出了一种组合填充放置策略：针对同一类型矩形件以及当前剩余矩形，按照4种方式去填充该剩余矩形，并计算4种调整后的子布局图的匹配度，选择匹配度最高的作为该类矩形件相对于此剩余矩形的匹配度。另外，本文针对常用的大规模矩形件排样问题提出了一种按种类编码的大规模矩形件排样算法。通过一个工程测试算例的结果验证了新提出算法的有效性。
　　最后，根据南兴木工机械有限公司的实际应用背景以及本文提出的一系列算法，设计开发了一款二维木材排样软件系统。详细介绍了软件系统的数据结构和数据库以及对应的系统界面的设计。经过该公司的两个生产实例验证了该排样软件系统的实用性。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题概述

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容和组织框架

1.4 本章小结

2 矩形优化排样问题理论基础与求解框架

2.1 引言

2.2矩形优化排样问题理论基础

2.3 矩形拼排样优化问题的求解框架

2.4 本章小结

3 基于和声搜索算法的矩形排样优化研究

3.1引言

3.2 和声搜索算法

3.3剩余矩形和匹配度

3.4基于和声搜索算法的矩形排样方法

3.5实例验证

3.6 本章小结

4 带工艺约束的矩形排样优化研究

4.1引言

4.2带工艺约束的矩形排样问题的理论基础

4.3组合填充放置策略

4.4基于种类编码的大规模矩形排样问题

4.5实例验证

4.6 本章小结

5 软件设计与开发应用

5.1引言

5.2应用背景

5.3功能模块

5.4系统实现

5.5 应用实例

5.6 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

附录1攻读硕士学位期间科研成果

附录2 矩形排样测试数据[69]

附录3基于数目编码方法排样结果图

附录4基于种类编码方法排样结果图

附录5应用实例二矩形板件信息表