打孔机生产效能的提高终极

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1、打孔机生产效能的提高摘要本文研究单钻头作业的最优作业线路以及刀具转换最佳顺序，运用蚁群模型以及最优化模型的方法找到最佳换刀顺序，提高了某类打孔机的生产效能。模型一：针对问题一，建立蚁群模型，在完成一个电路板的过孔加工时，钻头行进时间和刀具转换总时间越短，生产效益越高。钻头行进总时间由钻头进行路线决定，而刀具转换时间由线路板上由各孔的位置以及钻头行进方案决定。在此过程中，只要考虑钻头行进时间以及刀具转换时间两个过程即可。考虑最先使用的刀具与最后使用的重合以及尽量使刀具转化次数达到最小值。得到以下刀具转换方式最优解:d-c-b-a-h-g-f-e-d-c-d，根据刀具的转换方式可知，我们需要加工

2、孔型的次序为：DG—E—B—AC—FH—FG—EG—DI—CIJ。通过matlab2010进行拟合，得到各刀具的最佳行进路线（结果见表一至七），刀具转换成本为18.9元。模型二：针对问题二，建立最优化模型。当打孔机设计成双钻头时，由于作业时各钻头相互独立，为了解决双钻头最优作业方案，为避免钻头间的触碰和干扰，我们采取了分区域的方法，即两个钻头分开作业。我们将所有孔型的孔点显示在同一个图像中（图11），并将其均分为四个区域，使一个转头工作在区域一、三，同时另一个转头工作在区域二、四。使用matlab2010编程后得区域一刀区域二的最短路线为10000，区域三到区域四的最短路线为

3、22047（结果见表八至表十一），此外得到此情况下刀具装换成本为75.6元。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、加工效率、生产效能。关键词：蚁群模型最短路径最优化模型20一、问题重述1.1问题背景过孔是印刷线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。打孔机的生产效能主要取决于单个过孔的钻孔作业时间、钻头的行进时间、以及刀具的转换时间。现有某种钻头，上面装有8种刀具a，b，c，…,h，依次排列呈圆环状，如图1所示。图1：某种

4、钻头上8种刀具的分布情况而且8种刀具的顺序固定，不能调换。在加工作业时，一种刀具使用完毕后，可以转换使用另一种刀具。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。1.2需要解决的问题（1）单钻头作业的最优作业线路、行进时间和作业成本。（2）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。（3）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。二、问题分析1、问题1：根据题目我们可以得出：打孔机工作时间=钻头行进时间+刀具转换时间+钻孔时间。但是对于同一孔型，钻孔时间相同，此时只要考虑钻头行

5、进时间以及刀具转换时间两个过程即可，在此问题中我们只要考虑以上两个因素的总时间最短。在此钻头行进和刀具转换是相互独立的，要使总时间最短，即钻头行进时间和刀具转换时间分别是最短的。根据以上分析，我们可以得到一个关系式：总时间=钻头行进时间+刀具转换时间。行进成本为：总路程*0.06元/mm刀具转换的时间成本=刀具转换时间*7元/分在工作过程中，我们需要首先确定刀具的转换方向，这里需要考虑两点：（1）由于一块板加工完毕后需要加工下一块板，而且连两块板的加工方式是一样的，那么刀具在最后必须转换回第一次用的刀具；20（2）刀具转化次数达到最小值。我们可以很容易得出结论，第一次使用的刀具必定不需要转换

6、便可以直接运用到加工过程，否则会增加刀具转换的时间。除此之外，我们还要尽可能一次使用同一种刀具不进行更换，以避免过多更换刀具浪费不必要的时间。除了要确定刀具转换时间外，我们还需要确定钻头的最佳行进路线。此外，根据附件给出的信息，我们按照孔型（A——J）过孔中心坐标的数据，应用matlab2010画出各孔型在xy平面的散点图。A、B、C类型的孔数目多，且排列较为杂乱，给处理数据带来一定的困难，以A类型为例进行分析。图2孔型A各孔分布我们注意到孔型Ａ的各孔主要集中分布在下半部分，则ａ刀具主要在此部分运动，且孔分布不对称间隔无规律，刀具行走的路径情况很多，处理起来需要一定的时间。D、E、F类型的孔

7、数目相对较多，但是排列有一定的规律，根据排列规律找到方法较容易，以D类型为例进行分析。图3孔型D各孔分布20我们注意到孔型Ｄ的各孔在整个平面分布较为匀称，则ｄ，ｅ刀具需要运动范围较广，且孔分布有一定规律，则钻头的路径也会遵循一定规律。同时，由于Ｄ孔需要两种刀具进行加工，因此要注意刀具在同一个孔工作的顺序。G、H、I类型的孔排列规律不是很明显，但是孔数目少，数据处理起来较为容易。（如下图所示）图４孔型I各孔分布