支持多任務集成下料的優(yōu)化下料技術研究及應用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、實施綠色制造與低碳制造是制造業(yè)減少資源消耗強度的重要途徑,減少物料消耗和能源消耗是企業(yè)實施綠色制造的具體手段。優(yōu)化下料技術是實現(xiàn)減少物料消耗的一項具體實用技術,作為控制原材料利用率的重點環(huán)節(jié),通過采用合理的優(yōu)化下料技術,對減少有限資源的浪費和碳排放起著積極而關鍵的作用。傳統(tǒng)的優(yōu)化下料注重于排料的數(shù)學意義上的最優(yōu),但難于解決實際工程應用中大規(guī)模多任務集成下料、特殊數(shù)據(jù)結構適應性、下料過程自動化、系統(tǒng)集成等一系列復雜應用需求問題。論文針對目

2、前企業(yè)普遍采用的多工程、多任務集成下料方式,圍繞支持多任務集成下料的優(yōu)化下料技術及應用進行了深入研究。
   首先,在分析多任務集成下料問題特點的基礎上,提煉總結了支持多任務集成下料的優(yōu)化下料需求,建立了多任務集成下料的優(yōu)化決策過程模型;針對多任務集成下料優(yōu)化決策過程中所涉及的重要支持技術,建立了支持多任務集成下料的優(yōu)化下料技術體系,并以關鍵技術攻關作為研究重點給出了論文的解決思路。
   然后,針對技術體系中的主要關鍵

3、技術展開了研究,包括多任務大規(guī)模零件復雜輪廓信息的自動提取技術、多任務大規(guī)模零件的分組優(yōu)化技術及基于網(wǎng)絡的零件分組并行優(yōu)化下料技術。
   針對多任務集成下料中大規(guī)模零件輪廓信息提取過程復雜、提取工作量大等問題,提出了一種零件輪廓分層路由提取的MST生長算法,包括零件輪廓路由拓撲結構的構造和基于有權無向圖MST的輪廓劈裂提取。其中,零件輪廓路由拓撲結構的構造包括基于拓撲投影的圖紙平面化、節(jié)點路由狀態(tài)定義與特征節(jié)點提取和輪廓線重組

4、;基于有權無向圖MST的輪廓劈裂提取包括無向圖MST求解和輪廓線布爾劈裂。同時,為了實現(xiàn)下料生產(chǎn)對產(chǎn)品設計變更的快速響應,避免傳統(tǒng)上更改傳遞的冗余過程,提出了基于產(chǎn)品模型重建的設計變更快速響應方法。
   針對優(yōu)化算法在處理多任務集成下料問題時易陷入時間效率和材料利用率矛盾的問題,提出了基于下料特征的多任務大規(guī)模零件分組優(yōu)化策略,將零件的相似性特征和下料配合特征作為分組約束,并利用樣本零件的導向作用加速零件分組過程,研究了具體的

5、零件分組優(yōu)化方法。一方面,為了克服傳統(tǒng)無監(jiān)督聚類算法中聚類中心需事前確定、聚類結果不穩(wěn)定等缺點,提出了一種K-means與HCM算法相結合的大規(guī)模零件分組優(yōu)化方法;另一方面,利用圖論工具對零件的下料特征關聯(lián)進行分析,提出了一種基于有權無向圖MST的大規(guī)模零件自適應分組優(yōu)化方法,并通過應用實例驗證了兩種方法的可行性和有效性。
   針對目前不同優(yōu)化方法及其優(yōu)化軟件對不同下料數(shù)據(jù)優(yōu)化效果具有不確定性的問題,為了避免零件分組形成的下料

6、子任務優(yōu)化效果不理想而影響最終下料方案的形成,提出了一種基于網(wǎng)絡的零件分組并行優(yōu)化下料方法,通過集成多種計算資源、多種下料方法,利用開放的網(wǎng)絡環(huán)境進行零件分組的并行優(yōu)化求解,重點建立了基于網(wǎng)絡的零件分組并行優(yōu)化下料模型,并給出了零件分組并行優(yōu)化下料的物理拓撲結構。
   最后,以AutoCAD作為系統(tǒng)的圖形支持平臺,建立了支持多任務集成下料的優(yōu)化下料系統(tǒng)的結構體系和功能體系,以國家863/CIMS目標產(chǎn)品“建筑金屬結構計算機輔助

7、設計與生產(chǎn)管理集成系統(tǒng)”中的條材/板材優(yōu)化下料子系統(tǒng)為基礎,基于上述研究結論開發(fā)了支持多任務集成下料的優(yōu)化下料系統(tǒng)。
   論文的研究內(nèi)容是國家自然科學基金項目的重要組成部分,其研究結論和開發(fā)的產(chǎn)品是2011年度高等學??茖W研究優(yōu)秀成果獎科學技術進步二等獎獲獎項目“支持復雜應用需求的優(yōu)化下料關鍵技術及應用”的重要組成內(nèi)容,軟件系統(tǒng)已經(jīng)在上百家企業(yè)中得到推廣應用;在減少物料資源消耗、提高企業(yè)的生產(chǎn)制造水平方面,取得了較好的應用效果

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