皮革优化排样技术研究

论文摘要

优化排样是指在给定规格的原材料平面区域上,互不重叠地尽可能多的排放多个相同或者不同的几何图形零件,以得到原材料利用率最高的一种合理布置。其广泛应用于钣金、钢结构、航空、船舶、服装、皮革和纸制品以及玻璃加工等行业生产过程中,是制造业自动化过程中一个关键环节。中国是世界皮革工业大国,但却并非皮革强国,我国的皮革业生产技术与发达国家相比,还处于比较低级的水平,离智能化、自动化的加工技术还存在着很大的差距。这不仅严重阻碍着中国皮革工业的可持续发展,而且直接威胁着中国皮革工业的生存。本论文结合福建省科技计划重点项目(2009H0032),以制鞋业为工业背景,来研究皮革的优化排样问题,以指导工业实际生产,节省原材料,提高生产效率,增强企业竞争力。本文对皮革优化排样问题主要做了以下研究工作:(1)对现有各启发式排样算法进行分析改进,在此基础上得到一种有效的基层排样算法IBLLH。(2)将遗传算法和蚁群算法进行混合改进,提出混合遗传蚁群算法,并以此作为上层智能优化算法,结合基层IBLLH算法,实现对皮革的优化排样。(3)分别从基于矩形包络的多边形排样和基于临界多边形(NFP)的排样两种思路出发,对不规则皮革优化排样问题进行了研究,讨论了具体算法步骤,并进行了实例分析,得出各影响因子取值范围,验证了其可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 排样问题概述
• 1.2 皮革优化排样的研究背景与意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 现实意义
• 1.2.3 理论意义
• 1.3 排样问题的研究现状与发展趋势
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 发展趋势
• 1.4 本课题来源与主要研究内容
• 第二章 二维不规则皮革排样问题分析
• 2.1 二维不规则皮革排样问题的难点分析
• 2.1.1 皮革零件样片和母板形状的复杂性
• 2.1.2 皮革排样约束条件的复杂性
• 2.2 二维不规则零件样片几何表达常用方式
• 2.2.1 原始图形表示法
• 2.2.2 多边形表示法
• 2.2.3 包络法
• 2.2.4 栅格表示法
• 2.2.5 水平线组表示法
• 2.3 启发式排样定位的常用策略
• 2.3.1 BL （Bottom-Left）定位策略
• 2.3.2 外围收缩策略
• 2.3.3 中心膨胀策略
• 2.4 本文采用的样片表达方式和排样定位策略
• 2.5 本章小结
• 第三章 二维排样问题启发式算法
• 3.1 矩形件优化排样问题描述
• 3.1.1 矩形件优化排样问题的数学模型
• 3.1.2 矩形件排样问题的工艺约束
• 3.2 矩形排样问题的启发式排样算法分析
• 3.2.1 BL 算法（Bottom-Left Algorithm, BL）
• 3.2.2 BLF 算法（Bottom-Left-Fill Algorithm, BLF）
• 3.2.3 下台阶算法（Bottom-Left-Downstairs Algorithm, BLD）
• 3.2.4 最低水平线法（Lowest Horizontal Lines Algorithm, BLLH）
• 3.3 本文提出的排样算法 —— 基于最低水平线的改进算法（Improved Lowest Horizontal Lines Algorithm, IBLLH）
• 3.4 算法实例分析比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 二维排样问题的智能优化算法
• 4.1 常用智能优化算法简介
• 4.1.1 模拟退火算法简介
• 4.1.2 遗传算法简介
• 4.1.3 蚁群算法简介
• 4.1.4 粒子群算法简介
• 4.2 基于遗传算法的优化排样
• 4.2.1 适应度函数
• 4.2.2 基于遗传算法排样的求解过程
• 4.2.3 算例测试
• 4.3 基于蚁群算法的优化排样
• 4.3.1 利用蚁群算法求解矩形件排样问题的基本思想
• 4.3.2 蚁群算法求解模型
• 4.3.3 蚁群算法求解矩形件排样步骤
• 4.3.4 算例测试
• 4.4 本文提出的优化算法——混合遗传蚁群算法（HGA-ACO）
• 4.4.1 遗传算法与蚁群算法融合的基本原理
• 4.4.2 基于HGA-ACO 的矩形排样优化
• 4.4.3 算例测试
• 4.5 本章小结
• 第五章 二维不规则皮革优化排样研究
• 5.1 二维不规则皮革优化排样思路
• 5.2 基于矩形包络的不规则皮革排样
• 5.2.1 零件图形预处理
• 5.2.2 利用混合遗传蚁群算法进行不规则皮革优化排样
• 5.3 基于临界多边形（NFP）的不规则皮革排样
• 5.3.1 临界多边形（NFP）
• 5.3.2 多边形凸凹性判断
• 5.3.3 利用Minkowski sum 求解临界多边形
• 5.3.4 多边形排放位置和边界合成
• 5.3.5 利用临界多边形进行不规则皮革排样步骤
• 5.4 利用遗传算法优化基于临界多边形皮革排样的影响因子讨论
• 5.4.1 排样中遗传优化影响因子的确定
• 5.4.2 排样中遗传优化的交叉和变异方式选择
• 5.5 本章小结
• 第六章 皮革优化排样系统设计
• 6.1 皮革优化排样系统设计总目标
• 6.1.1 开发环境
• 6.1.2 设计目标
• 6.2 优化排样系统功能模块设计
• 6.2.1 图形数据输入模块
• 6.2.2 图形预处理模块
• 6.2.3 优化排样模块
• 6.2.4 排样结果输出和存储模块
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 未来展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文
• 致谢