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二维不规则装箱在快速原型设计中的应用

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 课题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

1.4 本文组织结构

1.5 本章小结

第2章 自动排样算法

2.1 切割布局问题分类

2.1.1 五种分类标准及相应类别

2.1.2 切割布局问题中常见的几个具体问题

2.1.3 本文主要关注的问题

2.2 矩形部件排样算法

2.2.1 面向层Level-Oriented算法

2.2.2 最下最左BL(Bottom-left)算法

2.3 不规则排样算法

2.3.1 不规则部件常用表示方式

2.3.2 重叠检测算法

2.3.3 基于Bottom-left策略的启发式算法

2.3.4 正交多边形近似启发式算法

2.4 本章小结

第3章 Best-fit布排算法

3.1 排样原则

3.1.1 Best-fit布排原则

3.1.2 部件布排次序

3.2 不规则部件及板材的表示

3.3 寻找可行位置策略

3.4 排样位置确定及剩余空间更新

3.5 本章小结

第4章 快速原型设计的排样系统

4.1 排样系统实例及结果比较

4.2 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要的研究成果

致谢

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摘要

快速原型设计,就是按照3D数字模型,用一些二维的材料拼装得到三维的实体模型,其目标是设计一个由计算机独立完成从模型设计到产生切割布局,而不需要人工参与的完整系统。本文主要关注的是为快速原型设计优化排样系统,将给定的一组二维不规则部件布排到一组固定大小的矩形板材上,使得所用的板材数目最小化,在较短时间内得到高质量的排样效果。
  本文提出的二维不规则装箱算法即Best-fit布排算法,参照的原则为布排过程中最大化剩余空间即板材上连通的空白空间,使得后续的部件能排进这些空间的可能性最大。为了实现这样的策略,本算法将不规则部件和板材用半离散化方式表示,使用一种高效的判重方法,快速找到不规则部件在板材上的有效排样点。结合Best-fit装箱算法的思想,优先将大的部件布排到能容纳它并且面积最小的剩余空间,快速找到当前部件在该剩余空间中所有有效排样点,最后按照一定的规则选出最优的位置。
  不规则部件的复杂形状容易引起高度的计算复杂性,导致重叠检测计算量极大且非常耗时,这也是以往文献中二维不规则形状布局问题常用启发式算法的瓶颈之一。而本文提出的算法对于任意复杂形状的多边形不规则部件,能够快速处理,并找到比较好的布排位置。
  本文结合快速原型设计项目,针对不同类型及不同复杂度实例给出了本排样系统的运算结果。根据具体实例的结果分析以及和其他现有算法的结果比较表明,本文提出的Best-fit布排算法能在较快时间内得到高质量的排样效果,并具有较好的实用价值。

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