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面向发电设备制造的下料优化排样原理与关键技术

贾志欣  
【摘要】: 伴随着我国加入WTO,发电设备制造企业的生存和发展面临着更为激烈的市场竞争,为了在竞争中立于不败之地,一个十分紧迫的任务就是应尽一切可能提高企业的生产效益,而提高生产效益的重要环节就是降低生产成本。发电设备制造下料优化排样是提高材料利用率和降低生产成本的有效途径。事实上,优化排样问题在实际生产中应用非常广泛,它在理论上属于具有最高复杂性的NP完全问题。因此,开展对排样问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。 通过分析各排样算法的特点、关键步骤与研究趋势,本文从系统工程的观点出发,指出提高材料利用率不仅仅只是一个排样问题的求解,而是要从下料生产管理和优化技术方法两个方面同时入手,建立完整的解决方案。即由生产管理保证“集中下料”模式的实施,优化排样方法提供最省料的方案,同时为计划、调度、材料库存提供决策支持信息。基于上述思想,作者研究和开发了集成于发电设备制造下料生产作业信息化系统中的优化排样CAD/CAM系统,重点对排样优化算法进行了研究。论文在理论与实践中的主要研究成果和特色如下: (1)根据国内外学者对车间生产作业信息化系统的研究成果以及我国企业车间的实际需要,研究了敏捷车间生产作业规划与管理系统的一般原理及模型。并将其应用于东方电机下料车间的生产作业信息化系统的研究与开发,建立了下料车间生产作业信息管理系统的功能模型。 (2)本文在系统分析遗传算法特点与改进方法的基础上,指出将遗传算法用于排样问题求解时,采用基于零件编号排列顺序的基因编码更为有效。本文为这种基因编码设计了实用的选择、交叉、变异遗传算子,并将其用于一维下料方案优化问题、矩形件排样问题的求解;讨论了不同工艺要求条件下的适应度定义方法,并用 四川大学博士学位论文 计算实例验证了其寻优效果。 *)矩形件排样不仅适用于矩形零件的排放,也是异形件排样的一种重要方法。 本文在建立矩形件数学模型的基础上,分析了多种矩形件直接排样方法的特点,提 出了给定排放序列的“最低水平线”排放算法。它克服了其它排放算法对某些排样 图不能给出排列的缺点,满足“最左最下”条件,同时排放效果好。将该方法分别 与遗传算法、模拟退火算法相结合,提出了矩形件排样问题的复合算法。给出了遗 传算法应用于下料问题求解的编码方法、解码算法、关键参数的确定以及适应度函 数的定义方法。通过实验,对交叉概率、变异概率的确定方法进行了讨论。对模拟 退火算法用于排样问题求解时的关键参数一一冷却进度表的确定,通过实验进行了 分析。本文的研究表明,将遗传算法、模拟退火算法与排放算法相结合的复合算法, 排样结果总体上优于单纯的排放算法。 ()异形件排样多年来一直是研究的热点和难点问题。本文在分析异形件数学 模型的基础上,对基于图形运算、包络矩形的排样算法以及交互式方法进行了研究。 在对基于碰撞、临界多边形的排样算法进行研究的基础上,通过提取排样轮廓的“单 调链”,对碰撞距离求取、临界多边形求解等关键步骤提出了改进,使算法的复杂度 降低,从而提高了效率。为方便排样图的编辑,研究和开发了“违约预警”算法, 通过颜色变化对违反约束的零件加以警示。在对多种方法研究的基础上,通过将图 形运算、矩形件排样算法及交互方法相结合,提出了排样轮廓“聚块”预处湮L一一 矩形件排样一一交互编辑三步异形件排样综合算法,同时考虑了发电设备下料的特 殊之处,如大型零件拆分、不同焊接坡口的处理等。 * 对于发电设备制造中厚度较大的零件下料,按照东方电机生产调度的安排 需在不同指令代码格式的数控气割机上下料。,在给出集成化数控编程模块的信息模 型的基础上,通过工艺规划、数控编程、路径仿真、数控代码自动生成与NC代码 仿真几个步骤,实现了“集中下料”生产管理模式下的自动编程,简化了下料生产 中调度和数控代码生成工作。 间在以上理论和算法研究的基础上,开发设计了基于AlltOCAD环境并集成于 东方电机下料车间生产作业信息化系统的优化排样比UNestingC汕亿AM系统, 为下料排样提供了实用的具有自动排样和交互排样功能的工具,对需要切割下料的 零件,自动生成对应切割机的数控代码。


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