支持多任務(wù)集成下料的優(yōu)化下料技術(shù)研究及應(yīng)用.pdf

1、實(shí)施綠色制造與低碳制造是制造業(yè)減少資源消耗強(qiáng)度的重要途徑，減少物料消耗和能源消耗是企業(yè)實(shí)施綠色制造的具體手段。優(yōu)化下料技術(shù)是實(shí)現(xiàn)減少物料消耗的一項(xiàng)具體實(shí)用技術(shù)，作為控制原材料利用率的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，通過采用合理的優(yōu)化下料技術(shù)，對減少有限資源的浪費(fèi)和碳排放起著積極而關(guān)鍵的作用。傳統(tǒng)的優(yōu)化下料注重于排料的數(shù)學(xué)意義上的最優(yōu)，但難于解決實(shí)際工程應(yīng)用中大規(guī)模多任務(wù)集成下料、特殊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性、下料過程自動化、系統(tǒng)集成等一系列復(fù)雜應(yīng)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(wù)集成下料方式，圍繞支持多任務(wù)集成下料的優(yōu)化下料技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了深入研究。
　　 首先，在分析多任務(wù)集成下料問題特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提煉總結(jié)了支持多任務(wù)集成下料的優(yōu)化下料需求，建立了多任務(wù)集成下料的優(yōu)化決策過程模型；針對多任務(wù)集成下料優(yōu)化決策過程中所涉及的重要支持技術(shù)，建立了支持多任務(wù)集成下料的優(yōu)化下料技術(shù)體系，并以關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)作為研究重點(diǎn)給出了論文的解決思路。
　　 然后，針對技術(shù)體系中的主要關(guān)鍵

3、技術(shù)展開了研究，包括多任務(wù)大規(guī)模零件復(fù)雜輪廓信息的自動提取技術(shù)、多任務(wù)大規(guī)模零件的分組優(yōu)化技術(shù)及基于網(wǎng)絡(luò)的零件分組并行優(yōu)化下料技術(shù)。
　　 針對多任務(wù)集成下料中大規(guī)模零件輪廓信息提取過程復(fù)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造和基于有權(quán)無向圖MST的輪廓劈裂提取。其中，零件輪廓路由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的構(gòu)造包括基于拓?fù)渫队暗膱D紙平面化、節(jié)點(diǎn)路由狀態(tài)定義與特征節(jié)點(diǎn)提取和輪廓線重組

4、；基于有權(quán)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(shí)現(xiàn)下料生產(chǎn)對產(chǎn)品設(shè)計(jì)變更的快速響應(yīng)，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(shè)計(jì)變更快速響應(yīng)方法。
　　 針對優(yōu)化算法在處理多任務(wù)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(wù)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(dǎo)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(jié)果不穩(wěn)定等缺點(diǎn)，提出了一種K-means與HCM算法相結(jié)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(guān)聯(lián)進(jìn)行分析，提出了一種基于有權(quán)無向圖MST的大規(guī)模零件自適應(yīng)分組優(yōu)化方法，并通過應(yīng)用實(shí)例驗(yàn)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(wù)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(luò)的零件分組并行優(yōu)化下料方法，通過集成多種計(jì)算資源、多種下料方法，利用開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行零件分組的并行優(yōu)化求解，重點(diǎn)建立了基于網(wǎng)絡(luò)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
　　 最后，以AutoCAD作為系統(tǒng)的圖形支持平臺，建立了支持多任務(wù)集成下料的優(yōu)化下料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系和功能體系，以國家863/CIMS目標(biāo)產(chǎn)品“建筑金屬結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助

7、設(shè)計(jì)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(chǔ)，基于上述研究結(jié)論開發(fā)了支持多任務(wù)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(xué)基金項(xiàng)目的重要組成部分，其研究結(jié)論和開發(fā)的產(chǎn)品是2011年度高等學(xué)?？茖W(xué)研究優(yōu)秀成果獎科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎獲獎項(xiàng)目“支持復(fù)雜應(yīng)用需求的優(yōu)化下料關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)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(yīng)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(yīng)用效果