优化下料的复杂约束状态问题及其系统处理方法研究

优化下料是企业实施绿色制造的关键技术和方法之一。国内外研究很多，但缺乏对优化下料复杂约束状态及其处理方法的系统性研究，难以适应企业实际下料问题约束状态的变化性和约束状态模式的多样性，制约了优化下料技术应用的整体效果。本项目研究优化下料约束状态维度构成、影响关系模型、关联关系特性，建立优化下料的六维约束状态系统模型；面向任意约束状态模式下的优化下料问题，提出约束状态分类方法，研究每类约束状态对优化下料问题数学模型的影响及模型求解方案，给出实际下料问题从约束状态抽象、约束状态模式定义、建立或选择数学模型到模型求解的系统处理方法；建立复杂约束状态下优化下料问题的决策过程模型。研究出一套能实现动态增加约束状态、动态增加下料算法、动态定义约束状态模式的一维条材、二维板材的优化下料系统平台，以支撑企业动态变化的约束状态模式。上述研究结论、方法与系统平台在企业进行应用，取得明显应用效果。

优化下料是企业实施绿色制造的关键技术和方法之一，国内外研究缺乏对优化下料复杂约束状态及其处理方法的系统性研究，难以适应企业实际下料问题约束状态的变化性和约束状态模式的多样性，制约了优化下料技术应用的整体效果。本项目对优化下料复杂约束状态的系统特性和复杂约束状态下优化下料的系统处理方法进行研究。. 首次建立了集成优化下料复杂约束状态结构模型、优化下料复杂约束状态关联与影响评价模型和优化下料决策过程模型的面向复杂约束状态的优化下料系统支持模型，为解决当前优化下料领域约束状态复杂、综合效益难以提高等问题提供了系统模型；提出了面向可制造性的三阶段条材优化下料方法，建立了复杂约束状态下以综合资源消耗最少为目标函数的优化下料数学模型，构建了包括逆向优化、正向优化和定长优化的三阶段条材优化下料方法，以实现在维持高原材料利用率的同时，提高下料方案的可制造性；提出了面向大规模数据的网络化优化下料方法，解决了单一下料软件材料优化利用率难于保证、对特殊数据结构的不适应性等问题；提出了基于交叉组合法与筛选法的多原材料选择方法和基于下料数据特征结构的分组优化系统方法，利用筛选法与交叉组合法的纵横向互补性，构造了交叉组合法与筛选法相组合的多原材料选择方法，以零件的相似性特征为基础，实现对大规模零件下料问题的较理想的拆分，从而解决了大规模下料的求解时效性问题，满足了复杂约束状态下集中下料的应用需求；提出了基于无向图最小生成树的板材零件轮廓劈裂提取方法，采用图论方法构建零件轮廓无向图最小生成树MST，通过对封闭轮廓线进行劈裂布尔运算提取正确的板材零件轮廓，实现了工程图纸中板材零件轮廓信息的自动快速提取；提出了基于模板文件的优化下料系统集成方法和基于中间代码与软插件的优化下料数控代码自动生成方法，实现了优化下料系统与设计系统、切割加工设备之间的集成；形成了一套支持复杂约束状态的优化下料实用系统。. 在国内外重要刊物发表论文15篇，其中EI检索13篇；获得教育部科技进步奖二等奖1项，申请国家发明专利3项，其中已获权2项，取得软件著作权2项，培养博士1人，硕士4人。该项目研究成果满足了现代下料生产中的一系列复杂约束状态，提高了我国原材料套裁下料的技术水平，促进了优化下料技术的推广应用，对于我国实施绿色制造、降低资源消耗、发展低碳经济具有重要意义，具有很好的推广应用前景。