二維石材鋸切割路徑優(yōu)化問(wèn)題研究.pdf

1、隨著石材行業(yè)的興起以及石材產(chǎn)品需求量的日益漸增，各企業(yè)對(duì)石材加工效率提升的要求越來(lái)越高。為了提升加工效率，切割路徑自然成了眾多學(xué)者研究的對(duì)象。一條的好切割路徑，使得企業(yè)直接在不增加成本的基礎(chǔ)上就能提升加工效率。因此，尋找最優(yōu)切割路徑，意義重大。
　　為了研究石材鋸切割路徑優(yōu)化這一問(wèn)題，本文先介紹了石材橋式切割機(jī)的結(jié)構(gòu)和功能，并分析了鋸切割的工藝流程。由于鋸加工過(guò)程中涉及到刀具旋轉(zhuǎn)角度大小的問(wèn)題，且刀具旋轉(zhuǎn)角度耗時(shí)與角度的大小成正比

2、關(guān)系。區(qū)別于基于空走行程最短的切割路徑優(yōu)化，本文提出了一種基于加工時(shí)間最短的切割路徑優(yōu)化算法。為了建立基于加工時(shí)間最短的切割路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，本文分析了鋸切割過(guò)程中的刀向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角，引入圖案內(nèi)刀向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角和圖案間刀向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角的概念，并分析了完整切割路徑的組成部分以及各部分加工時(shí)間的決定因素，最終得到數(shù)學(xué)模型。
　　分析模型可知，切割路徑優(yōu)化問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題。結(jié)合組合優(yōu)化問(wèn)題解空間的特點(diǎn)，本文采用分步求解的思想對(duì)切割路徑優(yōu)

3、化問(wèn)題進(jìn)行求解，通過(guò)分步思想實(shí)現(xiàn)問(wèn)題簡(jiǎn)化，并加速求解。第一步通過(guò)采用本文提出的一種最小內(nèi)角法，確定各圖案的切割起止點(diǎn)。第二步采用遺傳算法求解所有已確定切割起止點(diǎn)的圖案的切割順序，最終實(shí)現(xiàn)切割路徑的優(yōu)化。最小內(nèi)角法為一種啟發(fā)式算法，它是以各圖案內(nèi)刀向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角最小為原則來(lái)確定切割起止點(diǎn)的一種方法，能快速的確定各圖案的起止切割點(diǎn)。結(jié)合圖案間刀向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角和刀具水平空走行程對(duì)圖案切割順序的共同約束，對(duì)遺傳算法進(jìn)行設(shè)計(jì)。以刀向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)角所耗時(shí)間和刀具

4、水平空走所耗時(shí)間之和的倒數(shù)為適應(yīng)度函數(shù)，對(duì)不同的切割順序進(jìn)行評(píng)價(jià);以單點(diǎn)部分交叉算子進(jìn)行配對(duì)交叉操作，以隨機(jī)位置基因互換的方式對(duì)個(gè)體進(jìn)行變異操作。在MATLAB軟件中，實(shí)現(xiàn)實(shí)例切割路徑優(yōu)化仿真求解。將得到的結(jié)果與采用最鄰近算法確定圖案切割起止點(diǎn)，再采用蟻群算法確定圖案切割順序的切割路徑進(jìn)行對(duì)比分析，采用本文算法得到的基于加工時(shí)間最短的切割路徑的部分加工時(shí)長(zhǎng)是基于空走行程最短的切割路徑的部分加工時(shí)長(zhǎng)的88.9％，證明了本文提出算法的有效性