提高打孔机生产效能

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1、答卷编号（参赛学校填写）：答卷编号（竞赛组委会填写）：论文题目：基于提高打孔机生产效能的数学模型组别：本科生参赛学校：长春理工大学报名序号：（可以不填）参赛队员信息(必填)：姓名专业班级及学号联系电话参赛队员1陈洋应用物理学10012222618704497184参赛队员2朱保琨电子信息工程09041133515543118624参赛队员3金钊应用物理学10012222018704497311答卷编号（竞赛组委会填写）：评阅情况（省赛评阅专家填写）：省赛评阅1：省赛评阅2：省赛评阅3：省赛评阅4：省赛评阅5：摘要基

2、于过孔是印刷线路板（也称为印刷电路板）的重要组成部分之一，过孔的加工费用通常占制板费用的30%到40%，打孔机主要用于在制造印刷线路板流程中的打孔作业。欲提高打孔机的生产效率可通过缩短钻头的加工路径长度来降低钻头移动时间，路径的优化程度是印刷电路板打孔机性能的重要指标。对其优化利于缩短打孔机的作业、刀具转换、钻头行进时间以提高生产效能。首先对刀具路径进行建模，应用蚁群算法对刀具路径进行求解，然后引入双钻头对孔群同时加工，并对双钻头的孔群加工优化路径进行数学建模，采用遗传算法得到基于单钻头的孔群加工优化路径。选择单钻

3、头对环境进行建模简单，根据单钻头模型得出打孔机工作最优路线，且行进时间等于作业最短距离除以钻头的行进速度再减去刀具转换总时间，根据钻头行进总成本和刀具转换总成本，可得单钻头作业成本。再则，利用分析单钻头的行进时间和作业成本方法，得出双钻头的在最优作业路线条件下的行进时间和作业成本，并与传统单钻头打孔机进行比较，同时考虑打孔机的两钻头的合作间距对作业路线和生产效能产生的影响。实验结果表明，双钻头最优加工路径与单钻头的最优加工路径相比，在不同钻孔速度下使用双钻头同时加工的新算法能节省加工时间，有效提高了打孔机的加工质量

4、、加工效率、生产效能。关键词：生产效能蚁群算法遗传算法路径优化1问题重述（1）由某块印刷线路板过孔中心坐标的数据，单位是密尔（mil）（也称为毫英寸，1inch=1000mil），给出单钻头作业的最优作业线路（包括刀具转换方案）、行进时间和作业成本。（2）为提高打孔机效能，设计一种双钻头的打孔机（每个钻头的形状与单钻头相同），两钻头可以同时作业，且作业是独立的，即可以两个钻头同时进行打孔，也可以一个钻头打孔，另一个钻头行进或转换刀具。为避免钻头间的触碰和干扰，在过孔加工的任何时刻必须保持两钻头间距不小于3cm（称为

5、两钻头合作间距）。为使问题简化，可以将钻头看作质点。（i）针对坐标数据，给出双钻头作业时的最优作业线路、行进时间和作业成本，并与传统单钻头打孔机进行比较，其生产效能提高多少。（ii）研究打孔机的两钻头合作间距对作业路线和生产效能产生的影响。2问题分析本题旨在解决如何提高某类打孔机的生产效能。所谓生产效能，即单位时间内的生产能力、加工效率。欲提高打孔机的生产效率可通过缩短钻头的加工路径长度来降低钻头移动时间。孔群加工路径优化问题为典型的旅行商问题，简称为TSP，对于单钻头的孔群路径优化问题多利用蚁群算法进行计算，双钻

6、头加工中的两条路径去掉对刀点合并后也是一个待加工孔的序列，因此通过类似的染色体表示双钻头孔群加工路径问题的可能解，即利用遗传算法进行解析。根据数学知识先求单钻头问题，行进时间等于作业最短距离除以钻头的行进速度再减去刀具转换总时间，根据钻头行进总成本和刀具转换总成本，可得单钻头作业成本。当使用双钻头作业时，为使问题简化，可以将钻头看作质点，双钻头的两钻头可以同时作业，且作业是独立的，即可以两个钻头同时进行打孔，也可以一个钻头打孔，另一个钻头行进或转换刀具，为避免钻头间的触碰和干扰，现假设在过孔加工的任何时刻必须保持两

7、钻头间距等于3cm（称为两钻头合作间距），利用上述遗传算法做出双钻头最优作业路线图，可知双钻头最短工作路线，可利用分析单钻头的行进时间和作业成本方法得出双钻头的在最优作业路线条件下的行进时间和作业成本并与传统单钻头打孔机进行比较，可知其生产效能提高了多少。最后研究打孔机的两钻头的合作间距对作业路线和生产效能产生的影响。3模型设计1）假定对于同一孔型钻孔作业时间都是相同的；2）假定钻头的行进速度是相同的；3）假定在过孔加工的任何时刻必须保持两钻头间距等于3cm；4）假定将钻头看做质点。5）假设用数控钻铣床进行孔加工时

8、，单钻头、双钻头加工过程如下：单钻头：对某一给定尺寸的孔，抑止对应的刀具后，从下刀点开始，沿着使该刀具总的窄程最短的轨迹，从一个孔移动到另一个孔，直到该类孔中的所有对象都被加工完毕，再进行下一尺寸的也孔的加工，如此循环。把问题描述成以下优化模型：-1-（1）变量设计。设有n个孔的集合V,VV设D,表示集合中任意两孔之间的距12,nij离。（2）目标函数。需