船體零件數(shù)控切割路徑優(yōu)化研究.pdf

1、博士學(xué)位論文船體零件數(shù)控切割路徑優(yōu)化研究ResearchofNCCuttingRouteOptimizationfortheHullParts學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號：10608008完成日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要船體零件切割是船舶制造中重要的工序之一，主要包括裝配線劃線、內(nèi)孔切割、零件外輪廓切割三部分內(nèi)容。由于切割工序沒有進(jìn)行合理的規(guī)劃，在實際生產(chǎn)中存在劃線空走路徑長

2、、切割點火次數(shù)多、切割空走路徑長等問題，導(dǎo)致了切割效率的低下和切割成本的浪費。本文的研究旨在如何合理有效地減小切割機(jī)的空走路徑長度，提高切割機(jī)的工作效率，減少切割成本。本文根據(jù)船體零件切割路徑優(yōu)化的特點，分別對船體零件圖形預(yù)處理技術(shù)、裝配線劃線路徑優(yōu)化、內(nèi)孔切割路徑優(yōu)化及船體零件連續(xù)切割等四個方面內(nèi)容采用不同的方法進(jìn)行研究。主要內(nèi)容如下：(1)把零件分層和零件定向兩個關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)化為計算機(jī)圖形學(xué)中的兩個重要基礎(chǔ)問題：點與多邊形的包含關(guān)系識

3、別和多邊形方向識別。針對傳統(tǒng)轉(zhuǎn)角和法無法適應(yīng)點與含有圓弧的多邊形包含關(guān)系識別，對算法進(jìn)行了改進(jìn)并用實例驗證了算法的性能。提出了一種基于邊的改進(jìn)Qi函數(shù)法判別點與多邊形的包含關(guān)系，并針對含有圓弧的多邊形進(jìn)行了算法的修正。實例表明兩種算法都能有效判別點與多邊形包含關(guān)系。提出了一種基于三極點序號大小的多邊形方向識別算法。在識別多邊形方向時，只需判斷多邊形任意三個極值頂點在多邊形頂點序列中的序號大小就能準(zhǔn)確得到多邊形的方向。對含有圓弧的多邊形，

4、采用折線取代圓弧進(jìn)行識別。實例表明基于三極點序號的多邊形方向識別算法簡單、穩(wěn)定、高效并能對含圓弧的復(fù)雜多邊形進(jìn)行方向識別。(2)將裝配線劃線路徑優(yōu)化等同于TSP問題，以劃線順序和劃線方向為參數(shù)，劃線空走路徑最短為目標(biāo)，采用多參數(shù)混合編碼法，建立了劃線路徑優(yōu)化的遺傳算法模型(啪OGA)。運用“貪心策略“初始化種群，提高了種群的適應(yīng)度；分別對劃線順序和劃線方向采用不同的遺傳策略，采用“精英子自進(jìn)化策略”使模型能適應(yīng)特殊的劃線路徑并收斂到最優(yōu)

5、解。仿真試驗表明HMPOGA可有效地減少劃線空走路徑。針對劃線路徑優(yōu)化問題的特殊性，基于最大最小蟻群算法建立了兩種蟻群算法優(yōu)化模型LMPACO和PMPACO，并給出了具體實現(xiàn)策略；引進(jìn)了局部最差螞蟻信息素更新模型和全局最優(yōu)螞蟻“自變異算子”。仿真試驗表明，LMPACO和PMPACO兩種算法具有很好的全局收斂性和收斂速度，能有效地減少劃線空走路徑。通過大量的仿真試驗，詳細(xì)分析了蟻群算法求解劃線路徑優(yōu)化模型中各參數(shù)的選取對算法性能的影響，并