服装自动排料系统的研究与设计

论文摘要

本文研究了计算机辅助制造技术在排料领域的应用及实现问题。计算机辅助排料的研究产生于上世纪六十年代,随着计算机技术的发展,其研究也越来越深入,其应用越来越受到重视。自动排料问题是一个NP完全问题,具有很高的计算复杂度,但它在生产中可以大大提高生产效率,节约成本,因而具有重要的研究价值和实际意义。综述了自动排料问题的研究背景和其国内外发展现状,并简单介绍了计算机辅助排料技术。详细介绍了自动排料算法的设计。由于自动排料问题属于NP完全问题,随着排料零件数量的增加,解空间呈指数倍地扩大,出现组合爆炸现象,用动态规划、分支定界等基于穷举思想的算法都无法解决,采用启发式搜索的方法求解自动排料问题得到了广泛的认同。在基于人工智能的启发式搜索方法的基础上提出了一种将遗传算法和排料约束条件相结合的自动排料算法。这种自动排料算法利用了遗传算法的收敛速度快和排料约束条件可以缩小问题的解空间的优点,从而可以大大提高排料速度。自动排料算法中还充分考虑了人工排料经验,对不同的零件作不同的处理,对于面积较大的零件排在轮廓多边形的外部,而对于面积较小就进行插空排,不仅可以提高排料的速度,同时也可以提高材料的利用率。同时使用这种启发式搜索方法也便于对已排零件的位置进行人机交互修改。较为详细地介绍了服装自动排料系统的设计,内容包括衣片数据的获取与处理、图形数据的显示、相关图形学算法、人机交互排料的设计、排料结果的输出。重点介绍了排料系统中几种重要工艺的实现,包括衣片外轮廓的提取、外轮廓线中圆弧段的处理、用于图形显示的裁剪算法、线段的判交算法、点在多边形内部的判断算法、多边形相交检测算法等。最后介绍了系统的自动排料实例,对湘潭奥斯曼软件有限公司提供的原始数据进行了排料,结果表明提出的自动排料算法在材料利用率和运算速度上都取得了比较好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景与研究意义
• 1.2.1 研究背景
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 自动排料问题的研究现状
• 1.4 计算机辅助排料技术
• 1.5 本论文的工作和论文编排
• 第二章 自动排料的理论基础
• 2.1 NP 完全问题
• 2.2 数学规划
• 2.3 现代优化算法
• 2.4 遗传算法
• 2.4.1 遗传算法的特点
• 2.4.2 遗传算法的理论基础
• 2.4.3 遗传算法的关键要素
• 第三章 自动排料算法
• 3.1 自动排料问题的数学描述
• 3.2 泊靠算法
• 3.2.1 跌代移动
• 3.2.2 求碰撞距离
• 3.3 多边形合并
• 3.4 自动排料算法的实现
• 3.4.1 排料约束条件
• 3.4.2 排料位置的表示
• 3.4.3 Xi 值的求解方法
• 3.4.4 用遗传算法求解最佳Yi、θi 值
• 3.5 实验结果与分析
• 3.5.1 实验结果
• 3.5.2 实验分析
• 第四章 服装自动排料系统的设计
• 4.1 衣片数据的获取与处理
• 4.1.1 几何信息的获取
• 4.1.2 衣片外轮廓的提取
• 4.1.3 图形预处理
• 4.1.4 内外轮廓的判定
• 4.1.5 外轮廊线中圆弧段的处理
• 4.2 图形显示
• 4.2.1 坐标系
• 4.2.2 窗口与视区
• 4.2.3 裁减算法
• 4.3 二维图形相关问题
• 4.3.1 线段判交
• 4.3.2 几何变换
• 4.3.3 点在多边形内部的判断
• 4.3.4 多边形相交检测算法
• 4.3.5 多边形面积计算
• 4.4 人机交互排料
• 4.4.1 交互排料的概要描述
• 4.4.2 交互排料的过程描述
• 4.5 排料结果输出
• 4.6 自动排料实例
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间发表的论文及参与的课题）