数控插补中基于运动曲线的局部优化和基于前瞻控制的整体优化

数控加工在机械制造领域具有举足轻重的作用,如何在满足加工精度的前提下提高加工速度是数控加工的一个关键问题.据数学机械化方法,将插补问题分解为局部优化和整体优化两部分,其中局部优化是在线段连接处通过采用二次曲线(抛物线)和三次曲线族过渡的方法,提高线段连接处的通过速度,使得局部通过速度最优;同时根据加工误差确定线段连接处的插补时间,并以插补时间为参数对线段连接处的插补参数统一进行调整,提高了数控软件的智能性.在局郎优化的基础上进一步进行整体优化,即采用基于直线加减速和S型加减速控制方式的前瞻处理算法,对加工路径进行有效预测,避免了因突然加减速造成机床振动,从一定程度上保证整体加工速度的提高,采用符号与数值混合算法,算法简单,保证了计算精度和速度,满足实时加工的要求.算法在蓝天数控系统上进行了实际加工验证,结果表明该算法达到了预期效果,验证了算法的有效性.与当前已有算法相比,根据机床加工参数不同,加工速度提高了50%-170%.     

基于微段插补模型的数控刀具运动优化控制

针对直线段与圆弧连接处的过渡,采用微小线段插补进行处理;通过前瞻分析的方法,控制直线段与圆弧段过渡处的进给速度提前减速,有效地减少了直线与圆弧过渡处的加工误差,建立混合S型双向加减速曲线模型,实现了圆弧段拐角处速度的控制.为了更好地优化数控刀具的加工时间,改进S型加速曲线原来加速缓慢耗时的前半部分,建立非零启动S型曲线加减速模型,从而减少启动时间,这种改进极大地优化刀具在走圆弧时的时间及平稳性.     

基于目标函数的小线段转接点处的运动规划

小线段插补的转接点处运动规划在很大程度上决定了数控系统加工的质量和效率,以往的做法都是采用某种特定曲线作为过渡曲线,如圆弧过渡、样条过渡等,这些过渡曲线都是人为选取的,没有最优性的考虑.文章另辟蹊径,仅从给定的目标优化函数出发,在加加速度有界的约束下.从理论上推导出最优的过渡曲线.文章首先给出了一种用定积分表示的加加速限制下的转接点处运动学方程,然后根据这些方程的解,从数学上严格证明了.使给定的目标函数取最大值的运动方式必然是分段匀加加速.     

带准备时间的单机指数时间学习效应排序问题

研究带有准备时间的单机学习效应模型,其中工件加工时间具有指数时间学习效应,即工件的实际加工时间是已经排好的工件加工时间的指数函数。学习效应模型考虑工件的实际加工时间同时依赖于工件本身的加工时间和已加工工件的累计加工时间,目标函数为最小化总完工时间。这个问题是NP-难的,提出了一个数学规划模型来求解该问题的最优解。通过分析几个优势性质和下界,提出分支定界算法来求解此问题,并设计启发式算法改进分支定界算法的上界值。通过仿真实验验证了分支定界算法在求解质量和时间方面的有效性。     

基于二次B样条的时间最优轨迹规划

轨迹规划是机器人运动中的基本问题,文章给出带动力学限制的时间最优二次B样条轨迹的规划方法.算法首先搜索可见性图的对偶图得到初始折线路径.在此基础上可以求解带有避障条件的二次B样条拟合问题,到无碰撞光滑的运动轨迹.在此基础上,联合动力学限制建立新的时间最优模型,并用"Bang-Bang-Singular"控制策略求解得到运动轨迹.数值实验表明,文章方法可以求得符合动力学限制的时间最优运动路径.     

基于S型曲线加减速的数控加工刀具运动优化控制

数控机床加工折线时,存在因进给系统反复骤停而加工效率低、加工冲击大等问题.提出折线光滑转接加工优化控制算法,在指定加工误差的条件下,通过引入转接段降低实际转接点附近轨迹精度,从而实现了转接时的速度连续,并给出了转接速度的约束控制条件,对锐角、钝角转接进行了误差分析,验证了控制算法的有效性.针对由直线段和圆弧段组成的连续曲线整体加工控制问题,建立基于S型曲线加减速的加工控制模型,分析了圆弧半径对算法效率的影响.最后针对S型曲线加减速算法中加加速度存在阶跃变化的缺陷,提出了一种加加速度连续的改进算法,从而提高了加工质量.     

带权的误工排序问题的最优算法

研究工件有不同的权(重要性)、但是与工件加工时间有反向"一致性"关系,并且在保证工件的一个子集T中的工件必须不误工的前提下,使得带权的误工工件的个数(误工造成损失的费用)为最少的排序问题1∣T,(pi≤pj ) (wi≥wj)∣∑wjUj ;提出该问题的最优算法,证明提出的算法得到的排序是最优排序,而且证明这个最优排序在所有最优排序中不误工工件总的加工时间为最小.     

基于改进蚁群算法的无人仓的多AGV避碰路径优化策略

对无人仓库中多AGV系统的避碰路径优化问题进行了研究,提出了一种基于弹性时间窗和改进蚁群算法的多AGV避碰路径优化策略.通过对传统蚁群算法改进启发式信息和信息素更新策略,来提高算法的执行速度和寻优能力,提出AGV任务优先级排序并改进冲突解决策略来解决多AGV之间的不同路径冲突.基于电商物流无人仓库的环境,利用MATLAB仿真软件对多AGV避碰路径规划进行建模分析.实验结果表明,基于弹性时间窗和改进蚁群算法的可以实现多AGV避碰路径规划,并能够短时间内找到避碰最优路径.     

基于退化效应的两台机器流水作业可拒绝排序

考虑了工件具有退化效应的两台机器流水作业可拒绝排序问题,其中工件的加工时间是其开工时间的简单线性增加函数.每个工件或者被接收,依次在两台流水作业机器上被加工,或者被拒绝但需要支付一个确定的费用.考虑的目标是被接收工件的最大完工时间加上被拒绝工件的总拒绝费用之和.证明了问题是NP-难的,并提出了一个动态规划算法.最后对一种特殊情况设计了多项式时间最优算法.     

折扣加权总完工时间问题的半在线排序算法

讨论到达时间任意,加工时间具有上下限约束,目标函数为带折扣的加权总完工时间的单机排序问题1|rj,Pmin≤Pj≤Pmax|∑ωj(1-e-βCj),给出了此问题在任意半在线算法下的竞争比下界,并提出了求解此问题的一种半在线算法D-αWDSPT,通过分析算法竞争比说明该算法是一种近似最优算法.同时指出,算法在问题的三种特殊情况下是最优算法.第一种问题是最小加工时间P→0,第二种问题是折扣因子β→0,第三种问题是工件加工时间相同Pmin=Pmax     

双圆弧等截点与等积线段

<正>《中学生数学》2020年2月下(初中版)刊登陈金华老师的文章《双圆弧中点与等腰三角形》[1],文中对双圆弧的中点运动变化,变化出很多问题,根据运动变化中的不变量,变化后依然是等腰三角形.我们把双圆弧的中点分裂为等截点,原问题中的相等线段,变化为等积线段,拓展原问题,与老师和同学们交流.     

加工时间可控和恶化的单机最大完工时间排序

本文研究加工时间可控并随开工时间简单线性增长的单机最大完工时间排序问题.该问题将加工时间可控排序和加工时间恶化排序两类研究连接到一起.通过比较技术证明了该问题存在满足以下性质的最优解:每个工件的加工时间或者完全压缩,或者完全不压缩;加工时间完全压缩的工件的顺序由一个工件参数和控制变量的函数的递增序给出,完全不压缩的工件在完全压缩的工件之后以任意序加工.通过将问题等价转换为0-1非线性整数规划问题,给出了单机排序问题的贪婪算法.     

带强制工期的双机开放车间排序问题

讨论了强制工期相等的n个工件在双机开放车间加工.在允许机器空闲的条件下,寻找一个工件排序,使得最大提前完工时间最小.由于工件不允许延迟,同题可能会无可行排序.先讨论了问题的可行性.如果问题可行,找出一个可行序列作为预排序列,并提出了一个算法计算每个工件尽可能迟的开工时间.而后,提出了一个多项式时间最优算法,在预排序列的基础上,通过调整两台机器上最先加工的工件来获得最优排序.     

基于乐观抱怨值和悲观抱怨值的合作博弈最优妥协值的求解模型

基于乐观抱怨值和悲观抱怨值,通过建立二次规划模型求解(Hou,et al.,2018)定义的平衡博弈的最优妥协值,二次规划模型及求解方法比(Hou,et al.,2018)提出的字典序方法简单易操作.此外,文章进一步给出了同时满足个体合理性和群体有效性的乐观最优妥协值的求解算法.最后,通过数值实例说明文章建立的模型和方...     

加工时间可控和简单线性增长的平行机排序

本文研究加工时间可控并随开工时间简单线性增长的平行机排序问题.证明了该问题为NP-难问题,该问题存在满足以下性质的最优排序:每个工件的加工时间要么完全压缩,要么完全不压缩;每台机器的工件排序由一个工件参数和控制变量的函数的递增序给出.通过将问题等价转换为0-1非线性整数规划问题,给出了平行机排序问题的贪婪算法.     

一类广义分式规划问题的完全多项式时间近似算法

本文对一类广义分式规划问题,提出一种求其全局最优解的完全多项式时间近似算法,给出该算法的理论分析和计算复杂性,通过数值算例验证该算法是有效可行的.     

具有机器故障的单机随机JIT排序问题

对中断－继续和中断－重复两种模型研究具有机器故障的单机随机JIT排序问题, 目标函数是期望完工时间 与工期方差和. 对中断－继续模型证明SSDE问题的最优排序具有关于期望加工时间的V-形性质, 并给出了一个拟多项式 的动态规划算法. 同时对SSDE问题和ESSD问题 进行了比较, 证明了SSDE问题的最优解是一个非常好的ESSD问题的近似最优解. 在一定的条件下, SSDE问题 的最优解就是ESSD问题的最优解. 对中断－重复模型, 由于完工时间的方差无法求出, JIT排序问题至今没得到解决, 故从实际 应用角度用SSDE问题替代ESSD问题, 证明了SSDE问题最优解具有关于期望占用机器时间的V-形性质, 并给出了 一个拟多项式的动态规划算法, 提出了一个研究JIT问题的中断－重复模型的新思路.     

总权误工工件数的单机双代理可拒绝排序问题

文章研究了工件可拒绝的单机双代理排序问题.可拒绝意味着决策者会选择拒绝一些获利较小耗费资源多的工件,但拒绝会产生相应的拒绝费用.第一个代理工件可拒绝,目标函数为总误工、总权误工损失、总完工时间与拒绝费用之和.在第二个代理工件的总权误工工件数不超过定值的情况下,寻找一个使得第一个代理的目标函数值最小的排序方案.文章提出了相应排序问题的最优性质及伪多项式时间动态规划算法,分析了算法的时间复杂度,最后通过算例来说明了算法的可行性.     

模糊线性规划的最优解

本文说明模糊线性规划的模糊优越集C_f,在一般情况下是去掉端点x~((0))的线段。在线段上有且只有一个模糊线性规划问题的最优解。最后提出了解模糊线性规划的一个比较简便的算法。根据本文的结论,可以证明Zimmermann算法的最优值因此,Zimmermann算法的最后一步可简单地用代替,从而节省了大量的计算工作量。[3]指出,当模糊判决用乘法或凸组合运算时,导出的规划往往是非线性的,求解比较困难。然而,用本文的结论,问题能容易地得到解决。     

线性分式多乘积规划问题的完全多项式时间近似算法

本文针对线性分式多乘积规划问题,通过Charnes-Cooper转化将原问题转化为一个等价问题,借助此等价问题提出一个获得原问题全局近似最优解的算法,最终证明了算法的收敛性,且提供了算法运算时间的理论分析.