基于蚁群算法的打孔机生产效能提高问题.pdf

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1、基于蚁群算法的打孔机生产效能提高问题摘要过孔是印刷线路板的重要组成部分之一,打孔机主要用于在制造印刷线路板流程中的打孔作业。本问题旨在提高某类打孔机的生产效能。对于问题一，首先，根据刷线路板过孔中心的坐标，用MATLAB作出各个孔的位置平面图，并区分了各种孔型的位置。考虑到刀具转换的成本远大于钻头行进的成本，我们在钻头转换次数最少的前提下对钻头的行进路径进行研究。根据分析，得到了c-d-e-g-f-h-a-b-c的刀具转换顺序，再对该顺序下各刀具所需加工的坐标位置进行绘图描述。同时，根据坐标平面图中各点的分布情况，确定采用分区域的蚁群算法或分点集的蚁群算法，接着，运用MATLAB编程对蚁群算

2、法(antcolonyoptimization,ACO)进行实现，寻找到每种刀具的优化路径。最后，计算出行进时间和作业成本。对于问题二，我们在问题一的基础上进行分析。由于问题一中已经把各个刀具的走刀路线划分为几个不同的区域，采用双钻头打孔时，首先把已经划分好的区域进行改进使之能均衡分配，然后按照相同均衡度的原则分配给两个钻头进行打孔，画出各个钻头的行进路线图。并计算出总的行进时间和作业成本。通过计算可以得到：单钻头作业的行进时间为5894.4s，作业成本为929.6元。双钻头作业的行进时间为2196.081s，作业成本为875.38元。与单钻头的打孔机比较，双钻头的打孔机时间缩短了（5894

3、.4-2196.081）/5894.4=62.74%成本降低了（929.6-875.38）/929.6=5.83%由此看出我们的作业路线效果很好，也有必要推广双钻头的打孔机关键词：蚁群算法区域划分优化路径四维空间1一、问题重述过孔是印刷线路板（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。本问题旨在提高某类打孔机的生产效能。打孔机的生产效能主要取决于以下几方面：（1）单个过孔的钻孔作业时间，这是由生产工艺决定，为了简化问题，这里假定对于同一孔型钻孔作业时间都是相同的；（2）打孔机在加工作业时，钻头的行进时间

4、；（3）针对不同孔型加工作业时，刀具的转换时间。目前，实际采用的打孔机普遍是单钻头作业，即一个钻头进行打孔。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。abhcgdfe图1：某种钻头上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。相邻两刀具的转换时间是18s，例如，由刀具a转换到刀具b所用的时间是18s，其他情况以此类推。作业时，可以采用顺时针旋转的方式转换刀具，例如，从刀具a转换到刀具b；也可以采用逆时针的方式转换刀具，例如，从刀具a转换到刀具h。将任一刀具转换至其它刀具处，所需时间是相应转

5、换时间的累加，例如，从刀具a转换到刀具c，所需的时间是36s（采用顺时针方式）。为了简化问题，假定钻头的行进速度是相同的，为180mm/s，行进成本为0.06元/mm，刀具转换的时间成本为7元/min。刀具在行进过程中可以同时进行刀具转换，但相应费用不减。不同的刀具加工不同的孔型，有的孔型只需一种刀具来完成，如孔型A只用到刀具a。有的孔型需要多种刀具及规定的加工次序来完成，如孔型C需要刀具a和刀具c，且加工次序为a，c。表1列出了10种孔型所需加工刀具及加工次序（标*者表示该孔型对刀具加工次序没有限制）。表1：10种孔型所需加工刀具及加工次序孔型ABCDEFGHIJd,g,所需刀具aba,c

6、d,e*c,fg,h*he,cf,cf一块线路板上的过孔全部加工完成后，再制作另一线路板。但在同一线路板上的过孔不要求加工完毕一个孔，再加工另一个孔，即对于须用两种或两种以上刀具加工的过孔，只要保证所需刀具加工次序正确即可。请建立相应的数学模型，并完成以下问题：（1）附件1提供了某块印刷线路板过孔中心坐标的数据，单位是1/100密2尔（mil）（也称为毫英寸，1inch=1000mil），请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，现在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

7、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）针对附件1的数据，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二、问题分析2.1问题一的分析