船體零件數(shù)控切割路徑優(yōu)化研究.pdf

1、博士學(xué)位論文船體零件數(shù)控切割路徑優(yōu)化研究ResearchofNCCuttingRouteOptimizationfortheHullParts學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號(hào)：10608008完成日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要船體零件切割是船舶制造中重要的工序之一，主要包括裝配線劃線、內(nèi)孔切割、零件外輪廓切割三部分內(nèi)容。由于切割工序沒有進(jìn)行合理的規(guī)劃，在實(shí)際生產(chǎn)中存在劃線空走路徑長(zhǎng)

2、、切割點(diǎn)火次數(shù)多、切割空走路徑長(zhǎng)等問題，導(dǎo)致了切割效率的低下和切割成本的浪費(fèi)。本文的研究旨在如何合理有效地減小切割機(jī)的空走路徑長(zhǎng)度，提高切割機(jī)的工作效率，減少切割成本。本文根據(jù)船體零件切割路徑優(yōu)化的特點(diǎn)，分別對(duì)船體零件圖形預(yù)處理技術(shù)、裝配線劃線路徑優(yōu)化、內(nèi)孔切割路徑優(yōu)化及船體零件連續(xù)切割等四個(gè)方面內(nèi)容采用不同的方法進(jìn)行研究。主要內(nèi)容如下：(1)把零件分層和零件定向兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的兩個(gè)重要基礎(chǔ)問題：點(diǎn)與多邊形的包含關(guān)系識(shí)

3、別和多邊形方向識(shí)別。針對(duì)傳統(tǒng)轉(zhuǎn)角和法無法適應(yīng)點(diǎn)與含有圓弧的多邊形包含關(guān)系識(shí)別，對(duì)算法進(jìn)行了改進(jìn)并用實(shí)例驗(yàn)證了算法的性能。提出了一種基于邊的改進(jìn)Qi函數(shù)法判別點(diǎn)與多邊形的包含關(guān)系，并針對(duì)含有圓弧的多邊形進(jìn)行了算法的修正。實(shí)例表明兩種算法都能有效判別點(diǎn)與多邊形包含關(guān)系。提出了一種基于三極點(diǎn)序號(hào)大小的多邊形方向識(shí)別算法。在識(shí)別多邊形方向時(shí)，只需判斷多邊形任意三個(gè)極值頂點(diǎn)在多邊形頂點(diǎn)序列中的序號(hào)大小就能準(zhǔn)確得到多邊形的方向。對(duì)含有圓弧的多邊形，

4、采用折線取代圓弧進(jìn)行識(shí)別。實(shí)例表明基于三極點(diǎn)序號(hào)的多邊形方向識(shí)別算法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、高效并能對(duì)含圓弧的復(fù)雜多邊形進(jìn)行方向識(shí)別。(2)將裝配線劃線路徑優(yōu)化等同于TSP問題，以劃線順序和劃線方向?yàn)閰?shù)，劃線空走路徑最短為目標(biāo)，采用多參數(shù)混合編碼法，建立了劃線路徑優(yōu)化的遺傳算法模型(啪OGA)。運(yùn)用“貪心策略“初始化種群，提高了種群的適應(yīng)度；分別對(duì)劃線順序和劃線方向采用不同的遺傳策略，采用“精英子自進(jìn)化策略”使模型能適應(yīng)特殊的劃線路徑并收斂到最優(yōu)

5、解。仿真試驗(yàn)表明HMPOGA可有效地減少劃線空走路徑。針對(duì)劃線路徑優(yōu)化問題的特殊性，基于最大最小蟻群算法建立了兩種蟻群算法優(yōu)化模型LMPACO和PMPACO，并給出了具體實(shí)現(xiàn)策略；引進(jìn)了局部最差螞蟻信息素更新模型和全局最優(yōu)螞蟻“自變異算子”。仿真試驗(yàn)表明，LMPACO和PMPACO兩種算法具有很好的全局收斂性和收斂速度，能有效地減少劃線空走路徑。通過大量的仿真試驗(yàn)，詳細(xì)分析了蟻群算法求解劃線路徑優(yōu)化模型中各參數(shù)的選取對(duì)算法性能的影響，并