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

编号 zgly0001527733

文献类型 期刊论文

文献题名 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

作者 张国梁  蔡小娜  侯晓鹏  赵旦  周玉成  葛浙东 

作者单位 河北农业大学木材科学与工程研究所  中国林业科学研究院林业新技术研究所  中国林业科学研究院木材工业研究所  河北农业大学基础课部  中国科学院遥感与数字地球研究所 

母体文献 林业科学 

年卷期 2016年05期

年份 2016 

分类号 O141.4  TP18 

关键词 锯切排样  分组降维  配合尺寸  面向零件  遗传算法  惩罚函数 

文摘内容 【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。