二维板材优化排样及自动切割系统的设计.doc

二维板材优化排样及自动切割系统的设计

摘  要

二维矩形件优化排样问题普遍存在于玻璃、钢板、木材、纸张、制衣和船舶等行业中。一个好的排样方案可以节省原材料，降低生产成本，直接给企业带来经济效益，提高企业的核心竞争力。因此，开展对二维矩形件优化排样问题的研究具有重要的理论意义和工程应用价值。本文简单介绍了矩形件优化排样问题和自动切割系统，构建了一个排样效率高、计算速度快和排样效果好的一种近似算法。算法的主要思想是采用启发式搜索和背包算法，使每次排样都达到局部最优，从而得到局部最优解。本文在分析矩形件优化排样问题特点的基础上，建立了该问题的数学模型，分别介绍几种优化方法，并与本文算法进行了比较。软件设计部分结合计算机网络的大量应用，将算法应用于分布式排样系统，这里只列出二维排样的程序流程图。硬件设计部分主要设计一个简单的自动切割系统，使其能利用排样效果图和排样数据表切割，主要设计自动控制部分，完成电气控制、交流伺服单元和恒压力系统设计，并提出数据交换途径。

关键词：矩形件优化排样， 自动切割控制系统，启发式搜索， 背包算法， 分布式系统
 

ABSTRACT

The problem of two-dimensional optimal layout for rectangular parts widely exists in many manufacturing industries, such as glasswork, steel plate machining, lumbering, rag trade, shipbuilding and so on. A good packing scheme can not only save raw material and reduce the production cost, but also bring economic benefits for enterprises and enhance the competitiveness of enterprises. Therefore, research on the problem of two-dimensional optimal layout for rectangular parts is very important in theory and applications.This paper introduced the two-dimensional optimal layout program and the automatic incise system in brief, then presented a approximate algorithm which can rapidly, set up a optimal layout with high speed and satisfactory layout results. Adopting Heuristic search and Knapsack algorithm , the algorithm makes each layout optimal locally and obtained the approximate optimal solution. In this paper, the features of the problem are studied and its mathematical model is established. Then several methods are applied to solving the problem and compared with the arithmetic in this paper. The algorithm integrated with widespread of computer network was been applied to the distributed cutting stock system,just a layout flow has been list in this paper. Then present a automatic incise system use the optimal layout result, merely design a automatic control system , complete the electrocitcuit control、the operational servo and invariable pressure system , present a method for data exchange.

Key words: two-dimensional optimal layout, automatic incise system, Heuristic search, Knapsack algorithm, distributed system

目   录

摘  要 I
ABSTRACT II
1  引言 1
1.1 绪论 1
1.2 优化排样问题的提出 1
1.3 自动切割问题的提出 2
1.4 课题的主要工作 3
2  二维板材优化排样算法设计 5
2.1 排样算法简介 5
2.1.1 典型的几种排样算法 5
2.1.2 排样材料利用率的计算 7
2.2 基于背包算法的矩形件排样 8
2.2.1 板宽条料的产生 8
2.2.2 条料的补充方案一 9
2.2.3 条料的补充方案二 9
2.2.4 背包问题 10
2.3 基于启发式搜索算法的矩形件排样 10
2.4 排样算法设计 13
2.4.1 算法初步确定 14
2.4.2 余料A的排样方案 15
2.4.3 整块板材排样算法描述 16
2.4.4 与其它两种近似算法的比较 16
3  优化排样系统的设计和实现 18
3.1 系统实现途径 18
3.1.1 排样系统软件开发方法 18
3.1.2 排样系统开发平台的确定 18
3.2 优化排样系统结构设计 19
3.2.1 系统结构模式 19
3.2.2 系统架构及功能 19
3.3 排样系统软件设计 20
    3.4 排样系统应用实例……………………………………………………………………..22
4  自动切割系统设计 28
4.1 切割系统整体设计 28
4.1.1 切割机运行特点及控制要求 28
4.1.2 电控系统设计思想及结构框图 28
4.1.3 系统功能实现 30
4.2 电控系统硬件设计 31
4.2.1 通用操作电路板的设计 31
4.2.2 交流伺服单元设计 33
4.2.3 恒压力系统设计 37
4.3 控制程序设计 42
5  结论与展望 44
5.1 总结 44
5.2 今后的展望 44
参考文献………………………………………………………….…………………………………………46
致谢……………………………………………………………………………………………...48
附录A……………………………………………………………………………………………49