面向零件的人造板材矩形件锯切排样数学建模及遗传算法求解

【目的】探讨人造板材矩形零件锯切排样的启发式规则,建立锯切排样的数学模型并研究求解方法,为解决由于整体套排导致国产排样系统使开料锯在工作过程中锯路变化繁琐、降低切割效率的问题提供科学依据。【方法】基于一套板式家具下料清单中往往有2种或2种以上零件存在相互配合尺寸的情况,提出基于配合尺寸的分组降维启发式规则,按配合尺寸由大到小排序并将所有矩形零件分组,使每组零件种类不大于4种;以余料面积最小为评价指标,建立面向零件的锯切排样数学模型,通过设定冗余系数估算基材板需求量,以矩形零件数量及在基材板上的排样长度、宽度和面积不超限为约束条件,设立排样宽度系数并通过为矩形零件和基材板的长、宽尺寸增加一个单位的锯路宽度以抵消在基材板最下端和最右端的"虚拟锯路损失";采用遗传算法进行模型求解并利用惩罚函数法处理约束条件,经染色体整数编码、初始种群建立、具有一定自适应性的惩罚因子建立、基于外点惩罚函数的适应度函数建立和遗传操作,利用结合MATLAB遗传算法工具箱而建立的排样算法计算出描述排样方案的向量;通过实例验证模型和算法的可行性。【结果】所有矩形零件的排样方案通过4个参数来描述,即某个排样零件的排放目标板材号、在基材板上的排放行号及横向或竖向的排放方式;排样矩阵的行数为4,列数为矩形零件总数,每列表示1个零件的排样结果。应用实例表明,基于配合尺寸的启发式规则使多种矩形零件分组排样,每组排样方案的最优控制向量可明显划分为高低不同的4段,分别表示4个参数;遗传运算在限定的迭代次数内都趋于收敛,体现出较好的全局寻优能力,排样方案的可视化图形满足"一刀切"的锯切工艺要求,且锯路规整,有利于提高锯切效率。【结论】基于配合尺寸的启发式规则和面向零件的锯切排样模型对于人造板材优化排样具有一定可行性,可为板式家具锯切排样提供新的解决方法,但要提高开料锯的锯切效率,还需将走刀次数、惩罚因子的优化选择等加以综合考虑。     

基于遗传-贪心混合搜索的人造板下料算法

随着定制板式家具的需求扩大,对人造板加工下料中的智能排样技术提出了更高的要求,为此针对有"一刀切"约束的矩形板材排样问题展开研究。选择遗传算法与贪心算法混合使用,首先通过局部随机调序来改进有序种群初始方式,其次通过优化个体序列与工件初始序列中元素的位置映射关系,将其编码为基因序列,通过后检测排样的贪心策略扩大局部解搜索空间,最后以比例选择方式及最优保存策略改进优化遗传算子。结果显示:在非"一刀切"排样算例计算中,相比文献算法平均排样效果提高了2%,而计算时间缩减90%,相比文献同类型算法在获得相同求解效果时,迭代次数缩减50%;在有"一刀切"约束排样算例计算中,相比文献算法平均排样效果提高了2.7%,而平均余料数量减少了50%。试验证明:在进行非"一刀切"排样计算时,具有较高的时间效率和求解质量,同时具有较快的收敛速度,通过少量迭代便可获得较为满意的问题解;在进行有"一刀切"约束条件的排样计算同样可以获得较高的最优利用率,且在该类排样计算中可以明显降低余料碎化,使原料利用率得到进一步提升。     

蚁群算法在定制家具矩形零件排样中的应用

零件排样,是指在一定规格的原料板材上,按照一定规则排布若干个不同尺寸规格的零件,在满足订单配套和切割要求的前提下,达到一定的优化目标.本研究以定制家具的零件排样问题为对象,根据定制家具零件排样生产的实际情况,将零件排样问题与蚁群算法(ACA)结合,以最优化原材料利用率为目标构建批次订单排样的数学模型,搜索得到批次零件的...     

基于贪心算法及局部枚举策略的人造板排样方案研究

人造板排样问题主要为"一刀切"约束下的矩形排样问题,本文通过局部枚举求解的方法,分析原料利用率、运算时间与工件排样顺序之间的关系,并提出贪心排样方案。检测结果表明,工件排样顺序对原料利用率影响较小,原料利用率变化在0.05%以内,但运算时间随着枚举空间扩大而呈现指数级上升;与文献中二叉树排样算法对比,本文算法可提高1.3%的原料板利用率,降低30.8%的余料数量。     

CAPP系统中回转件径向工序尺寸的计算机解算

在计算机辅助工艺设计（CAPP）系统中,回转类零件占有重要地位,其中径向工序尺寸的计算是系统设计中必不可少的环节。讨论了CAPP系统中回转件径向工序尺寸的计算机解算方法,并利用VISUALFOXPRO编制计算机程序,实现回转零件径向工序尺寸及其公差的解算。     

胶合板套裁下料微机排样系统

胶合板是家具制造行业消耗的主要原材料之一。采用科学的套裁方法,提高胶合板材的下料利用率,对于家具制造行业降低产品成本具有重要的意义。1 排样系统的输入要求与功能 制造家具所用胶合板大都按矩形毛坯锯切下料。由于产品的复杂性和多样性,往往要用同一种     

按传动角设计尺寸和最小的双曲柄机构设计

提出了一种按照传动角设计尺寸和最小的双曲柄机构设计新方法,并将这种方法推广到最佳传动双曲柄机构设计中。本方法可直接给出解析解,避免了优化计算。     

水轮机分瓣式下环精加工研究

针对水轮机分瓣式下环制造难度大、薄壁易变形、尺寸精度要求高、制造周期长等问题，采用精加工过程中不翻件一次性加工到位的工序流程，以及对合缸工装、装卡找正的方法进行优化设计，通过实际加工尺寸测量，达到图纸尺寸精度要求，验证了水轮机分瓣式下环制造方案的可行性及高效性，解决了水轮机分瓣式下环加工过程中易变形、尺寸精度无法保证等难题，可为大直径薄壁件精加工提供参考。     

双联圆锯径切板优化下锯研究

面对我国森林资源不足、质量不高的状况,研究和应用优化下锯理论实现原木最优下锯,提高木材出材率已成为缓解木材供需矛盾的重要途径之一。本文提出了以最优化技术为基础的原木优化下锯法,以最小余料为目标函数的原木优化下锯方法,采用解析法建立原木优化下锯数学模型,通过计算机辅助排样求解,得出了一种基于梯形下锯法锯切原木的优化下锯算法,为数控双联圆锯径切板优化下锯提供了数学方法和基础,并给出应用实例。     

基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法

木窗是一种以木材或木质复合材料为主要构件的门窗产品,具有良好的生态性能和美观效果,适用于多种建筑形式和风格,其中木窗尺寸是衡量木窗加工是否合格的重要指标。对于传统木窗双端铣削加工中人工测量尺寸方式存在的精度低、效率低等问题,提出一种基于机器视觉的木窗双端铣削加工尺寸测量方法,以期提高尺寸测量精度及加工效率。该方法针对木窗厚度引起的透视效应,提出一种物平面提升法,以消除透视投影带来的误差。首先对木窗图像采取灰度化、平滑去噪、图像增强及轮廓分割等举措,完成图像预处理,提取出木窗内外轮廓区域。对轮廓区域应用Canny算子获取木窗像素级轮廓。通过优化的Zernike矩亚像素边缘提取算法对木窗像素级边缘进行更精确的定位,得到亚像素级轮廓坐标。通过最小二乘法联合RANSAC算法对亚像素轮廓坐标进行拟合,得到拟合轮廓及角点坐标,并使用透视矫正模型计算出木窗尺寸。实验利用3种厚度规格相同但尺寸不同的松木材质矩形木窗,分别测量其内框和外框的边框尺寸及对角线尺寸,并与对应的实际物理尺寸对比,验证了所提木窗尺寸测量方法的检测精度。研究结果表明,所提方法与实际物理尺寸值相比,其绝对误差范围在±0.12 mm之...     

基于GIS模型的地域性灌木园林景观空间平衡性 布局最优规划仿真

针对当前对景观结构与功能相互关系分析的方法缺少,导致灌木面积演化后大幅度减少的问 题,提出基于GIS模型的地域性灌木园林景观空间平衡性布局最优规划仿真。统计基于GIS模型 的地域性灌木高程数据,在ArcGIS中计算灌木景观热力学熵,判断空间布局平衡性。分析地域性 灌木分配均匀度、空间平衡性布局优势度和布局规划维度指标,定量分析景观格局结构与功能的相 互关系。通过空间平衡性布局最优规划指标,计算地域性灌木斑块面积占比和灌木斑块密度指数, 通过GIS模型交互反馈解决规划过程中维度低的问题。将对比度、信息熵、元素间相似程度作为描 述向量,结合最大似然法进行布局最优规划仿真,使用综合指数评价法构建GIS评价模型,按照空 间平衡性设定布局标准,获取合理规划结果。仿真结果表明,采用该方法进行灌木园林景观布局规 划,演化后的灌木面积为5.0×10⁵ hm²,与所研究方法一致。研究结果表明,使用该方法进行地域性 灌木园林景观空间平衡性布局最合理。     

竹材定型弧铣机的研制

加工矩形竹片时上下两弧面的加工余量大,造成竹片坯料利用率低、铣削动力消耗大、刀具磨损严重.为解决上述问题研制出了竹材定型弧铣机.竹材定型弧铣机是以原竹经破竹加工而成的竹片坯条作为加工对象,能一次进行四面定宽定弧铣削加工,加工效率高,可提高竹材利用率25%以上.另外,该机还可显著降低切削加工能耗,具有结构紧凑、操作方便、加工精度高等优点.介绍了该设备的主要结构、工作原理以及进给机构、初定宽铣削机构、竹黄弧形铣削机构、竹青弧形铣削机构、终定宽铣削机构等部分的设计原则.     

竹材复合板的试件尺寸对静曲强度及弹性模量测试值的影响

采用二次正交旋转组合设计试验,研究了竹材复合板静曲试件的宽厚比、跨厚比对静曲强度及弹性模量测试值的影响。结果表明：在试验研究范围内,试件的宽度不影响静曲强度、弹性模量的检测结果;试件长度（或试验跨距）对静曲强度、弹性模量的测试值影响显著;合理的跨厚比为２５左右。为保证试件的代表性及在弯曲过程中的稳定性,建议试件宽度为５０ｍｍ左右。     

烟草叶片组织块悬浮培养合成辅酶Q（10）的动力学研究

以新鲜烟草（Nicotiana tobaccum L.）叶片制得的组织块为研究对象,建立一种烟草叶片组织块悬浮培养合成辅酶Q10的方法。用优化的培养体系进行烟草叶片组织块悬浮培养,在不同的培养时间,对组织块的干重、培养液中水溶性总糖、对羟基苯甲酸以及组织块中辅酶Q10的含量进行测定,在分析影响底物消耗和产物合成的内在因素的基础上,提出相应的烟草叶片组织块悬浮培养动力学模型。本文建立的动力学模型可以很好地描述烟草叶片组织块悬浮培养的过程。     

基于改进蚁群优化算法的车间布局优化

为了实现车间布局优化的最小物流费用,对车间布局优化的问题建立二次分配模型,并采用一种改进的蚁群优化算法（最大最小蚂蚁系统）来求解二次分配模型,这种方法克服了传统的蚁群优化算法,收敛速度慢、陷入局部最优、运算时间长等缺陷。同时建立车间布局构建图,对车间布局的蚁群算法实现进行详细的描述,并引入局部搜索的方法对问题求解进行局部优化,以便实现全局最优。最后,给出一个有12个生产单元的车间布局仿真算例,运用VC＋＋6．0编程实现算法,计算结果显示,新布局方案物料搬运成本要比原布局方案节约10％。这个结果表明改进的蚁群算法在求解二次分配模型具有很好地能力,对于解决车间布局优化问题的求解是可行和有效的。     

毛竹竹片上染率影响因子研究

对毛竹竹地板的基本单元毛竹竹片进行染色试验的结果表明:染料种类不同,毛竹竹片的上染率亦不同,酸性染料更适于毛竹竹片的染色;毛竹竹片含竹节时的上染率小于不含竹节的毛竹竹片;染料浓度对毛竹竹片的上染率有重要影响,酸性大红对毛竹竹片染色时的较佳浓度为1%;染色温度对毛竹竹片的上染率有较大影响,适宜的染色温度为90℃;随着染色时间的延长,上染率逐渐增大;染料溶液适宜的pH值为4.5;与常压染色相比,真空加压染色能显著提高毛竹竹片的上染率,且随着真空加压染色时间的延长,上染率增大。     

两种提取红松种子蛋白质的工艺方法比较研究

为寻找新的植物蛋白资源,研究发现,红松种子中蛋白质含量在13％～20％,具有明显的生理活性,是一种新的具有活性的植物蛋白质资源。以脱脂红松种子粉为原料,比较PBS-NaCl缓冲液盐溶法和NaOH碱溶法提取红松种子蛋白质工艺。分别通过单因素和正交试验,确定最佳的提取工艺：研究了料液比、提取温度、提取时间、溶液浓度对蛋白质提取率的影响,并进行了L9（4^5）的正交试验,并测定了两种工艺得到的红松种子蛋白的等电点。PBS-NaCl缓冲液盐溶法得到的红松种子蛋白等电点pI=3．7,碱溶法提取蛋白的等电点pI=4．0。PBS-NaCl缓冲液盐溶法提取红松种子蛋白质的提取工艺：在温度30℃水浴环境下,以0．12mol／LPBS-NaCl缓冲液盐溶液提取,按1：25的料液比搅拌浸提150min,蛋白提取率达到62．86％。碱溶法提取红松种子蛋白质的最佳工艺参数是以0．0005mol／LNaOH溶液,按1：30料液比,在45℃条件下低速搅拌浸提60min,此时蛋白的提取率为72．07％。结论：从蛋白质提取率的角度考虑,碱溶法优于PBS-NaCl缓冲液盐溶法;从蛋白质稳定性和提取率两方面考虑,PBS-NaCl缓冲液盐溶法优于碱溶法。     

大幅面刨切薄竹的生产工艺

采用竹材制成竹片、竹板、竹方的加工工艺,再刨切制得刨切薄竹,与无纺布(纸)粘贴,制成大幅面刨切薄竹产品.实践表明:薄竹大幅面的工业化生产切实可行,克服了以往刨切薄竹脆性大、易破损、幅面小等缺陷,提高了竹材资源利用率和拓展了精、深加工的途径.     

生态经济沟综合治理的布局规划

把自然地理沟系这种特定地域空间作为对象，依据生态经济滂原理，实施综合治理，以促进环境，资源和人类之间关系的协调发展。治理生态经济沟， 考虑生态，经济、人口三个子系统在整个生态经济系统中的相互作用。