金属结构件制造优化方法及应用

　　本书主要基于工业和信息化部智能制造专项“轨道交通盾构机智能制造新模式”（工信厅装函[2017]468号）子课题“基于三维研发平台的自动套料系统”、中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“基于迁移学习的典型重工行业智能套料理论与方法研究”（2019kfyXKJC043）、三峡大学开放实验室基金项目“复杂水电机械结构件焊接过程智能调度优化研究”（2017KJX10）、国家自然科学基金项目“基于迁移学习与知识复用的智能套料理论与方法研究”（51975231）、宜昌市科技局自然科学研究项目“板材套料与切割并行机调度协同优化研究”（A20-3-008）等研究成果，介绍了下料优化、生产调度优化及两者的综合优化方法等，以及基于这些研究成果所开发的相关软件系统及应用情况。本书可作为机械类专业、工业工程等专业研究生参考，也可供重型机器、工程机械、专用车辆、港口机械、钢结构、船舶、桥梁、变压器等制造行业工程技术人员参考。

　　饶运清，博士，华中科技大学机械科学与工程学院二级教授，博士生导师。主讲《生产云运作管理》（本科）、《制造执行系统技术及其应用》（研究生）等课程。长期从事智能优化与智能制造、制造执行系统（MES）与数字化车间等领域的教学、科研与应用开发工作，获国家发明专利授权10项，发表学术论文200余篇（其中SCI/EI收录百余篇），出版学术专著4部，编著教材1部、参编1部。获国家科技进步奖二等奖1项，省部级科技进步奖一等奖2项。

第1章绪论(1)
1.1金属结构件制造流程及特点(1)
1.2金属结构件制造中的有关优化问题(2)
1.2.1原材料下料优化问题(3)
1.2.2车间生产调度优化问题(6)
1.3相关优化技术国内外研究概况(9)
1.3.1下料优化技术(9)
1.3.2生产调度优化技术(10)
1.4本书的主要内容与结构(15)
本章参考文献(16)
第2章型材切割下料优化(25)
2.1型材下料优化问题特点及常用求解方法(25)
2.2型材下料问题的数学模型(28)
2.2.1单一规格原材料下料问题的数学模型(28)
2.2.2多规格原材料下料问题的数学模型(29)
2.3型材下料问题的启发式算法(30)
2.3.1启发式求解算法(30)
2.3.2切割方式的计算方法(31)
2.3.3实例计算与分析(33)
2.4型材下料问题的遗传算法(40)
2.4.1定长编码的遗传算法(40)
2.4.2实例计算与分析(41)
2.5本章小结(45)
本章参考文献(45)
第3章钢板切割下料规划(48)
3.1下料零件分组优化(48)
3.1.1按工艺相似性对下料零件分组(48)
3.1.2按形状特征对下料零件分组(50)
3.1.3人工神经网络算法求解零件分组映射关系(54)
3.1.4实例验证与讨论(57)
3.2套料规划(60)
3.2.1套料规划问题的数学模型(60)
3.2.2套料规划问题的求解框架(61)
3.2.3套料规划实例(63)
3.3钢板规格优化(64)
3.3.1钢板规格优化数学模型(64)
3.3.2基于遗传算法的钢板规格优化模型求解(67)
3.3.3实验验证及分析(71)
3.4本章小结(74)
本章参考文献(74)
第4章钢板套料切割路径优化(76)
4.1切割路径优化问题描述与数学建模(76)
4.1.1切割起点的选取问题(76)
4.1.2切割顺序的排序问题(77)
4.2切割路径优化的启发式算法(79)
4.2.1套料图中的零件位置关系(79)
4.2.2两种启发式排序算法(82)
4.2.3切割起点局部优化算法(86)
4.3切割路径优化的智能算法(89)
4.3.1切割起点选取的优化策略(89)
4.3.2切割路径优化问题的蚁群算法(91)
4.3.3试验结果与讨论(94)
4.4特殊切割路径优化算法(98)
4.4.1防碰撞切割路径优化(98)
4.4.2共边切割路径优化(103)
4.5本章小结(108)
本章参考文献(108)
第5章钢板切割下料生产调度优化(110)
5.1钢板切割调度问题描述(110)
5.2考虑完工时间的建模与启发式求解算法(113)
5.2.1考虑完工时间的钢板切割调度优化问题建模(113)
5.2.2基于启发式规则的钢板切割调度优化方法(115)
5.3.3算例分析(118)
5.3考虑完工时间和交货期的双目标建模与智能求解算法(121)
5.3.1钢板切割双目标调度优化问题建模(121)
5.3.2基于局部搜索的LNSGAⅢ算法设计与数值试验(124)
5.3.3数值实验及结果分析(131)
5.4考虑成本的建模与改进的灰狼求解算法(139)
5.4.1考虑成本的钢板切割调度优化问题建模(139)
5.4.2求解算法设计(141)
5.4.3数值实验及结果分析(145)
5.5本章小结(148)
本章参考文献(149)
第6章大型构件焊接生产调度优化(152)
6.1焊接调度问题描述及其研究现状(152)
6.2焊接生产调度模型建立及算法设计(154)
6.2.1问题描述(154)
6.2.2考虑总拖期和机器负荷的数学模型建立(155)
6.2.3基于重启策略的RNSGAⅢ算法设计(156)
6.2.4数值实验设计及结果对比分析(159)
6.3大型焊接件绿色调度问题建模与算法设计(165)
6.3.1模型假设与符号定义(165)
6.3.2考虑*大完工时间和总能耗的模型建立(166)
6.3.3改进灰狼算法的设计(168)
6.3.4实验及结果分析(171)
6.4本章小结(176)
本章参考文献(176)
第7章结构件制造多车间协同调度优化(178)
7.1切割与机加工车间协同调度问题建模与求解(178)
7.1.1切割与机加工车间协同调度问题建模(179)
7.1.2基于协同奔袭策略的CDGWO算法设计与试验分析(181)
7.1.3试验结果及对比(185)
7.2机加工与焊接车间协同调度问题建模与求解(187)
7.2.1机加工与焊接车间调度特点描述(187)
7.2.2基于调度规则的MGWOⅡ算法设计(190)
7.2.3实验设计与算例分析(193)
7.3切割机加工焊接三车间协同调度问题建模与求解(197)
7.3.1三车间协同调度问题建模(197)
7.3.2基于参考点集的EBGWO算法设计(200)
7.3.3算法对比(203)
7.4本章小结(210)
本章参考文献(210)
第8章多排料方案下的结构件生产调度优化(212)
8.1问题描述与分析(212)
8.2多种排料方案下的生产调度优化问题建模(215)
8.3基于蚁群算法与递阶遗传算法的求解框架(217)
8.3.1算法概述(217)
8.3.2蚁群算法选择排料方案(219)
8.3.3递阶遗传算法求解调度方案(221)
8.4实例验证(226)
8.5本章小结(230)
本章参考文献(230)
第9章金属结构件制造优化平台开发与应用(232)
9.1优化平台开发(232)
9.1.1平台总体架构(232)
9.1.2工作流程(235)
9.1.3网络结构及车间部署(236)
9.1.4主要功能模块(237)
9.2SmartPlatform应用案例一(244)
9.2.1应用背景介绍(245)
9.2.2基于SmartPlatform的解决方案(246)
9.2.3应用效果与优化实例(248)
9.3SmartPlatform应用案例二(252)
9.3.1应用背景介绍(252)
9.3.2总体应用架构及主要功能模块(253)
9.3.3应用效果与优化实例(256)
9.4本章小结(257)