本文關(guān)鍵詞：基于聚類和區(qū)域?qū)?yōu)的零部件排版啟發(fā)式搜索算法研究

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【摘要】：布局問題廣泛存在于多種生產(chǎn)實踐領(lǐng)域,諸如衛(wèi)星艙布置、服裝裁剪、板材下料和電子線路設(shè)計等領(lǐng)域,其研究具有理論價值和實際應(yīng)用價值。Packing和Nesting問題,又稱為裝填問題和排版問題,是兩類典型的布局問題。本文以課題來源單位大型起重機制造為背景,研究基于聚類和區(qū)域?qū)?yōu)的零部件排版問題。其特點是零部件種類繁多、形狀差異很大且多為不規(guī)則形狀。目前課題來源單位使用的是美國開發(fā)的排版軟件SigmaNest10,但對于批量板材的大規(guī)模多形狀零部件排版本問題求解卻是不盡于人意,只好對其排版方案采用人工調(diào)整。為此,本文基于概率論、運籌學(xué)、計算機圖形學(xué)和人工智能理論,對該問題展開研究,提出了解決瓶頸問題和技術(shù)難點的方法,申請了發(fā)明專利1項。本文的工作和創(chuàng)新如下:(1)提出了零部件CAD圖形的DXF文件編碼規(guī)則,開發(fā)了自動生成圖元數(shù)據(jù)文件的軟件。設(shè)計的編碼規(guī)則和開發(fā)的軟件適用于由線段、圓弧及圓圖元組成多形狀二維圖形,圖元數(shù)據(jù)文件包括其最小包絡(luò)矩形。設(shè)計的算法的計算復(fù)雜度低,求解速度快。(2)提出了一種基于區(qū)域?qū)?yōu)的多形狀零部件包絡(luò)矩形排版的啟發(fā)式搜索算法。基于區(qū)域?qū)?yōu)啟發(fā)式搜索算法的排版方案,多形狀二維零件間存在間隙。對此,本文進一步提出一種基于Lagrange乘子和kuhn-Tucker條件的鄰界計算法,使得圖形之間盡量靠緊,得到進一步優(yōu)化的布局方案。(3)在批量鋼板大規(guī)模多形狀零件排版問題中,針對前面排版利用率高,后面排版利用率低這一難點,提出了一種基于聚類的啟發(fā)式搜索算法,并且設(shè)計了排版流程步驟。通過對比實驗表明,本文排版程序運行效率高,布局效果好,材料利用率較高。本文以某制造企業(yè)的大型起重機零部件排版問題為研究背景,針對單塊矩形板排版問題,提出了基于區(qū)域?qū)?yōu)的啟發(fā)式搜索算法和基于Lagrange乘子和kuhn-Tucker條件的鄰界計算法;針對批量矩形鋼板大規(guī)模多形狀零部件排版問題,提出了一種基于聚類的啟發(fā)式搜索算法。通過實驗對比,得出本文算法具有較好的性能。
【關(guān)鍵詞】：布局問題 多形狀二維圖形 包絡(luò)矩形 區(qū)域?qū)?yōu) 鄰界計算 聚類 啟發(fā)式搜索算法
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH21;TP301.6
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題的背景9
• 1.2 二維排版問題現(xiàn)狀綜述9-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-10
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 論文的組織14-15
• 第2章 零部件圖元的數(shù)據(jù)文件生成15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 多形狀二維零件圖形數(shù)據(jù)格式15-16
• 2.3 多形狀二維零件包絡(luò)矩形求解算法16-20
• 2.4 小結(jié)20-22
• 第3章 基于區(qū)域?qū)?yōu)和鄰界計算的零部件排版啟發(fā)式算法22-37
• 3.1 問題的提出22
• 3.2 問題描述及數(shù)學(xué)模型22-23
• 3.3 基于區(qū)域?qū)?yōu)的啟發(fā)式搜索算法23-30
• 3.3.1 前兩個包絡(luò)矩形的定位23-26
• 3.3.2 基于區(qū)域?qū)?yōu)放置其它包絡(luò)矩形26-30
• 3.3.3 基于區(qū)域?qū)?yōu)的啟發(fā)式算法步驟30
• 3.4 鄰界計算法30-35
• 3.4.1 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及核心思想30-31
• 3.4.2 直線與圓弧最小距離求解31-34
• 3.4.3 鄰界計算法流程與步驟34-35
• 3.5 單塊矩形板的排版算法與實例35-36
• 3.5.1 單塊矩形板的排版算法步驟35
• 3.5.2 單塊矩形板的排版實例35-36
• 3.6 小結(jié)36-37
• 第4章 基于聚類的批量板材大規(guī)模零部件排版方法37-43
• 4.1 問題的提出37
• 4.2 問題的數(shù)學(xué)模型37-38
• 4.3 基于聚類的批量板材大規(guī)模零部件排版方法38-39
• 4.3.1 難點的突破38
• 4.3.2 算法思想38-39
• 4.3.3 算法步驟39
• 4.4 實驗結(jié)果與分析39-42
• 4.5 小結(jié)42-43
• 第5章 總結(jié)與展望43-44
• 參考文獻44-47
• 致謝47-48
• 附錄A：攻讀碩士學(xué)位期間科研成果及參與的研究項目48-49
• 附錄B：SIGMANEST排版與本文算法排版效果圖49-54

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本文編號：540384