二維不規(guī)則排樣CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì).pdf

1、本文研究了二維不規(guī)則圖形的排樣問題，它對(duì)制造、船舶、服裝、模具等眾多行業(yè)有重要意義。二維排樣是一個(gè)平面布局優(yōu)化問題，目的是在平面板材上盡可能多的布置不同形狀的零件，并滿足以下約束條件：(1) 零件布置于板材內(nèi)部且布置的零件盡可能的多；(2) 各零件之間互不重疊；(3) 滿足一定的工藝要求。它的優(yōu)化目標(biāo)是：尋求一個(gè)優(yōu)化零件布局方案，使得浪費(fèi)的板材面積為最小，亦即材料利用率為最大。針對(duì)目前二維排樣問題中的難點(diǎn)和關(guān)鍵問題，本文就幾何計(jì)算、定位

2、規(guī)則以及智能優(yōu)化等3個(gè)方面，進(jìn)行了廣泛而深入的理論研究，提出了一系列解決方案和算法，并將其編入CAD應(yīng)用系統(tǒng)。研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)可概括如下： (1)臨界多邊形NFP算法研究：采用了一種新的基于軌跡線計(jì)算的臨界多邊形快速求解算法，解決了NFP求解的準(zhǔn)確性問題，并在NFP的計(jì)算速度上有了較大的提高。 NFP算法是二維排樣問題中的基礎(chǔ)性幾何計(jì)算問題，也是目前限制二維排樣算法發(fā)展的瓶頸問題。長期以來缺乏準(zhǔn)確、穩(wěn)定、快速的NFP算

3、法，使得零件定位優(yōu)化、多角度旋轉(zhuǎn)、板材帶孔洞等問題得不到很好的解決，而NFP算法的計(jì)算速度也限制了排樣問題往智能優(yōu)化方面發(fā)展。 本文提出了一種新的臨界多邊形快速求解算法，力求比較徹底地解決NFP計(jì)算問題。該算法將多邊形滑動(dòng)碰撞問題轉(zhuǎn)化為頂點(diǎn)和邊之間的軌跡線計(jì)算，從而可引入幾何索引算法降低時(shí)間復(fù)雜度，并可統(tǒng)一處理板材孔洞、內(nèi)部靠接NFP等特殊情況。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明新的NFP算法的計(jì)算速度較優(yōu)化移動(dòng)碰撞法有較大提高(降低一個(gè)數(shù)

4、量級(jí))。 (2)零件定位規(guī)則研究：提出了基于重心NFP的最點(diǎn)重心點(diǎn)定位算法，通過選擇多角度重心NFP中的最低重心位置來確定零件的排樣位置，從而使得排樣后的邊界能夠保持水平，同時(shí)提高了零件分布密度。 (3)智能排樣算法研究：結(jié)合NFP中幾何計(jì)算的特點(diǎn)，提出采用遺傳算法(GA)負(fù)責(zé)零件調(diào)度優(yōu)化，遺傳算法部分涉及個(gè)體編碼、種群進(jìn)化過程、適應(yīng)度計(jì)算等方面；最后討論了GA與NFP計(jì)算的結(jié)合與優(yōu)化，并進(jìn)行了實(shí)例計(jì)算和對(duì)比。實(shí)驗(yàn)表