工业机柜直角边零件下料问题研究

摘要

二维下料问题是有着广泛工程应用背景的典型NP难组合优化问题，其目标是确定一种下料方案将板材按要求切割为所需毛坯件，并达到材料利用率最高。目前，二维下料问题可分为两类:规则零件下料问题和不规则零件下料问题;而在工业实际生产中常会出现内角为90°或270°的零件，此类零件属于特殊的不规则零件。本文针对此类下料问题进行了研究。旨在探索出一种能够支持工业实际生产的直角边零件下料问题的求解方法，使得板材利用率最高。主要研究内容如下:
　　(1)提出直角边拼接类型问题生成器和顶点覆盖问题生成器，采用最大度贪婪算法对顶点覆盖问题进行了求解。
　　(2)基于顶点覆盖的直角边零件下料问题算法研究:通过对下料问题数学模型的改造、求解及求解结果的干涉检查，构建直角边零件下料问题的顶点覆盖模型，采用最大共享度求解模型。
　　(3)基于滚动优化策略的直角边零件下料算法研究:提出适用于下料问题的滚动优化机制，在此基础上，设计了滚动优化算法;对多种零件的单排、混排进行了算例测试;总结了测试结果。
　　(4)以多支型钣金零件为例，在计算机求解结果的基础上结合DFM理论对布局方案进一步优化，探索了新的布局优化方法。
　　研究结果表明，直角零件下料问题的滚动优化算法可用于支持工业直角边零件下料，求解规模可达实际生产标准，求解结果优于传统布局;同时可为设计者提供多种零件的布局思路，进一步优化布局方案。

目录

声明

致谢

摘要

序言

1 引言

1．1 研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 布局问题

1．2．1 布局问题的分类

1．2．2 二维布局问题的描述及分类

1．2．3 二维布局问题的求解方法

1．2．4 布局问题的复杂性分析

1．3 国内外研究现状

1．4 课题的提出及研究内容

1．4．1 课题的提出

1．4．2 课题研究内容

1．4．3 文章结构

1．5 本章小结

2 问题生成器研究

2．1 二维布局问题生成器

2．1．1 问题生成器的提出

2．1．2 生成器设计原理

2．2 二维布局问题生成器的实现

2．2．1 问题生成器算法

2．2．2 问题生成器设计要点

2．2．3 问题生成器算法复杂度分析

2．2．4 生成实例

2．3 顶点覆盖问题生成器

2．3．1 问题生成器算法

2．3．2 生成实例

2．4 顶点覆盖问题的贪婪算法

2．5 本章小结

3 基于顶点覆盖的直角边零件下料问题算法

3．1 问题的描述

3．2 直角边零件下料问题0-1整数规划模型

3．2．1 0-1整数规划模型的建立

3．2．2 基于面向对象的下料模型精确算法

3．3 顶点覆盖直角边零件下料模型

3．3．1 基于松弛的0-1整数规划模型

3．3．2 干涉检查策略

3．3．3 顶点覆盖下料模型的建立

3．4 直角边零件下料问题的顶点覆盖模型求解

3．4．1 顶点覆盖算法的选择

3．4．2 算法的求解步骤

3．4．3 算法的实现

3．5 算例分析

3．6 本章小结

4 基于滚动优化策略的直角边零件下料问题算法

4．1 滚动优化策略

4．1．1 滚动优化策略概述

4．1．2 直角边零件下料问题的滚动优化基本思想

4．1．3 直角边零件下料问题滚动机制的选择

4．2 直角边零件下料问题滚动优化算法

4．2．1 算法的步骤

4．2．2 算法的实现

4．3 算例测试

4．3．1 测试结果

4．3．2 算例分析

4．4 本章小结

5 基于人机结合的直角边零件DFM应用

5．1 人机结合理论

5．2 面向制造设计

5．2．1 面向制造设计概述

5．2．2 直角边零件下料的面向制造设计

5．3 应用实例

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 主要工作

6．2 创新点

6．3 研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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