钣金零件排样优化技术研究

摘要

钣金件以其独特的优越性在各种金属加工业中得到了广泛的应用，随着中国经济的腾飞，钣金件的需求量越来越大，因此提高钣金材料的利用率不仅能提高钣金企业的竞争力，对于整个节约型社会都是十分有意义的。在钣金企业中有大量的技术工人从事着钣金零件排样的工作，传统钣金零件的排样方法排样精度低、效率低，需要大量的劳动力资源。随着计算机技术的高速发展，自动排样技术在传统钣金行业中得到了应用，这极大地降低了劳动强度，并且排样精度更高、效率更高。钣金零件成型软件中的自动化排样功能较为简单，在实际应用中使用较少，因此研究适合于钣金零件的自动化排样技术及应用系统是非常必要的。
　　本文首先系统地研究了钣金零件的轮廓特征，总结出了钣金零件的基本特点以及钣金零件在展开过程中尺寸的变化，将钣金零件经过展开和搭边处理后转化为二维平面的不规则零件，从而把钣金零件的排样优化问题转化为二维不规则零件的排样优化问题。然后建立了不规则零件的排样优化算法，将已经展开的钣金零件二维图形进行凸化，并求出最小的包络矩形，最后通过基于矩形零件的排样算法对钣金零件进行排样优化。通过本文的研究建立了钣金零件排样优化的整体思路及解决方法，同时为更深层次的研究提供了坚实的基础。
　　通过观察在生活中先后将石块、沙粒和面粉依次装入杯子的方法，本文提出了有条件的组合式算法。将石块、沙粒、面粉三种个体体积不同的物体放到同一个杯子中时，我们通常选择先将石块放入杯子中，然后将沙粒放入杯子中，此时个体体积较小的沙粒就会填充石块所产生的空隙，最后将面粉放到杯子中，由于面粉颗粒十分细小，所以面粉颗粒会填充由石块和沙粒产生的空隙。如果按面粉、沙粒、石块的顺序装入杯子中时，我们会发现原先杯中的石块不能全部放回被子里了。同理当我们要在同一板材上排放大小不同的零件时，通过模仿装杯子的过程本文建立了有条件的组合式算法，从而起到提高板材的利用率。通过建立程序验证，结果表明有条件的组合式算法在排样过程中是有效的，特别是在大小零件进行混合排样的情况时排样效果更明显。
　　根据本文提出的有条件的组合式算法，开发了钣金零件排样优化应用软件。给出了排样优化应用软件的操作界面并详细介绍了各个按钮的作用。当遇到不同的排样问题时可以通过不同的操作流程产生不同的排样算法。在本排样系统中提出了将排样结果反馈的思想，通过对排样结果的评价自动地调节程序中的控制参数，以得到最佳的排样结果、获得最高排样效率。本文最后介绍了钣金零件排样系统的总体框架和软件流程，给出了部分核心程序。在实际的运用过程中本系统的运行结果是稳定的。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 常用软件概况

1．2．4 钣金零件排样优化的发展趋势

1．3 排样问题的分类

1．4 研究内容

1．4．1 课题研究的意义

1．4．2 本论文研究的内容

第2章 钣金零件的轮廓特征

2．1 钣金的分类

2．1．1 按几何形状分类

2．1．2 按板厚分类

2．1．3 按零件成型分类

2．2 钣金件轮廓特征

2．3 平板类零件尺寸特征

2．4 弯曲类零件尺寸特征

2．5 成型类零件尺寸特征

2．6 本章小结

第3章 钣金排样算法

3．1 求最小包络矩形

3．1．1 求多边形的凸包

3．1．2 最小包络矩形求解

3．2 常用的启发式排样定位策略

3．2．1 下台阶算法

3．2．2 最低水平线算法

3．2．3 剩余矩形算法

3．3 人工智能算法

3．3．1 禁忌搜索算法在排样中的应用

3．3．2 模拟退火算法在排样中的应用

3．3．3 遗传算法在排样中的应用

3．3．4 粒子群算法在排样中的应用

3．3．5 蚁群算法在排样中的应用

3．4 小章总结

第4章 有条件的组合式排样算法

4．1 模仿装杯子过程的有条件组合式算法

4．2 大小零件转动效果分析

4．3 小零件插空效果分析

4．3．1 长宽比较明显的小零件插空效果分析

4．3．2 长宽比不明显但尺寸较大的小零件插空效果分析

4．3．3 长宽比不明显且尺寸较小的小零件插空效果分析

4．4 矩形零件初期处理

4．5 搅拌过程及参数控制

4．5．1 旋转功能

4．5．2 组合排列功能

4．5．3 参数控制分析

4．6 矩形零件的定位与插空处理

4．6．1 矩形零件的定位方法

4．6．2 矩形零件插空的实现

4．7 小章总结

第5章 排样软件系统开发

5．1 系统的总体框架及软件流程

5．1．1 系统开发环境

5．1．2 软件总体框架及流程

5．1．3 排序模块主程序

5．1．4 旋转主程序

5．1．5 组合排列程序

5．2 软件应用及实例

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 有待解决的问题

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况