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上海交通大学
硕士学位论文
船体零件自动排料及优化问题的研究
姓名:龙哲
申请学位级别:硕士
专业:船舶与海洋结构物设计制造
指导教师:夏利娟
20080101
上海交通大学硕士学位论文
船体零件自动排料及优化问题的研究

摘要

排料问题,简单的说,是指在给定的区域内,排放几何形状的零件,
使零件不重叠,并且尽可能的节省材料,是一个二维优化问题。排料问
题在工业生产中应用十分广泛,如造船工业、汽车工业、服装生产、皮
革加工、纸张及木材加工工业等都需要处理排料问题。
目前,我国的船舶工业处在一个飞速发展的黄金时期,然而,船体
零件外形复杂,不规则,而且数量巨大,传统的手工排料方法,不仅需
要耗费大量的人力,而且存在着耗时长,钢材利用率不高等缺点,严重
制约了我国船舶工业的发展。因此,如何提高排料的效率以及钢材的利
用率就显得尤为重要;同时,在提倡“科学发展观”,“建设节约型社会”
的背景下,排料及优化问题也有着很强的现实意义。
本文首先比较了几种常用的解决优化问题的方法,如动态规划方法,
模拟退火算法和遗传算法,分析了它们各自的特点;然后在日本的自动
排料计算模块“FINEST”的基础上,开发了船体零件自动排料系统,分
为数据输入、排料计算和结果输出三个模块,实现了零件信息和钢板信
息的自动输入、零件的检索、输入文件的自动生成、自动排料计算、以
及排料结果和排料图纸的输出等功能;随后应用该自动排料系统对一批
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船体零件进行排料,大大提高了排料的时间效率和钢板的利用率,验证
了排料系统良好的应用性能;同时在计算机图形学的基础上,对自动排
料的算法进行了一些研究,已经通过 Visual C++实现了基于 BL 策略的船
体零件自动排料,并通过遗传模拟退火算法对结果进行了优化,有一定
的效果。

关键字:排料,自动排料系统,计算机图形学,遗传模拟退火算法

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STUDIES ON AUTOMATIC
NESTING AND ITS OPTIMIZATION
FOR HULL PARTS

ABSTRACT

Nesting is about how to arrange geometric parts in specified areas. We
should not overlap parts and save raw materials as much as possible. So we
can make a conclusion that nesting is a two-dimensional optimization
problem. Nesting is widely used in industrial areas, such as shipbuilding
industry, automobile industry, fashion producing, leather processing, paper
making and so on.
Now, China’s shipbuilding industry is in full flower. However, this
industry is influenced by two key factors: traditional manual nesting which is
labor and time consuming and inefficient, and numerous parts which are
plicated and irregularly. So in a society advocating developing in
a scientific way and thrift, it is very crucial to promote the efficiency of
nesting and the yield rate of raw steel materials.
Firstly the pares mon nesting ways such as
dynamic programming, simulated annealing algorithm and ic algorithm,
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and analyses their characteristics. Then the author designs automatic ne