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PCB多工作板尺寸单一下料的精确算法研究

2020-12-08阅读(648)

PCB多工作板尺寸单一下料的精确算法研究

论文摘要

企业购入的板材尺寸往往超出PCB生产设备的最大切割尺寸,因此不能直接利用专用设备将板材切割成PCB单元板,而是需要将工作板作为板材切割PCB单元板的过渡阶段,即先将板材分割成一定尺寸范围内的工作板,再将工作板分割出PCB单元板。板材下料方案的材料利用率往往会因为排入的工作板种数增多而提高,因此可以通过提升板材下料方案中的工作板种数来降低材料成本。工业中针对每种尺寸的工作板都需要单独制版(印制电路板),因此工作板种数的提升会带来加工成本的增加。针对上述情况,本文提出不限制工作板种数和限制工作板种数的PCB多工作板尺寸单一下料的精确算法。其中,不限制工作板种数算法的材料利用率高,可以降低材料成本,适用于昂贵材料的切割任务;限制工作板种数的算法可以通过控制板材下料方案中的工作板种数来平衡加工成本和材料成本。本文主要工作如下:(1)不限制工作板种数的算法:本算法通过动态规划算法和拼合算法确定出板材下料方案,是精确算法。首先通过动态规划算法确定出所有可能的工作板尺寸以及PCB单元板在其中的排布方式;之后通过拼合算法完全枚举所有工作板在板材中的排布情况,拼合过程中通过设置一定的边界条件来收缩搜索范围,减少算法的计算时间。选择PCB单元板产出量最大的下料方案作为最终结果。(2)限制工作板种数的算法:该算法在不限制工作板种数算法的基础上加以改进,增加了对工作板种数的限制条件。其中,两种算法在动态规划算法部分相同。对于拼合算法部分,由于板材下料方案中所含工作板种数的提升会增加加工成本,因此本算法通过控制板材下料方案中的工作板种数来平衡加工成本和材料成本。用户可以通过控制板材下料方案中的工作板种数,结合实际情况来选择最合理的下料方案。(3)使用C#语言设计开发优化下料实验系统,分别将上述两种算法与文献中报道的算法以及现有商业软件进行对比分析,大量的测试数据表明:本文提出的不限制工作板种数的算法可以获得更高的材料利用率;限制工作板种数算法的工作板种数上限越高,提升其下料方案中工作板种数所带来的材料利用率的回报越低,算法的计算时间越长。由于提升板材下料方案中的工作板种数会增加加工成本,因此在下料过程中,企业可以通过观察限制工作板种数算法对于不同工作板种数的计算结果,综合考虑加工成本和材料成本,选出最合理的下料方案。因此,本文算法具有一定的意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  •   1.1 引言
  •   1.2 下料问题概述
  •     1.2.1 按照空间维度分类
  •     1.2.2 按照下料方式中所含毛坯种数分类
  •     1.2.3 按照切割工艺分类
  •   1.3 二维下料问题的定义与研究现状
  •     1.3.1 二维下料问题的定义
  •     1.3.2 矩形毛坯单一排样问题的研究现状
  •     1.3.3 套裁排样问题的研究现状
  •     1.3.4 参考算法概述
  •     1.3.5 PCB下料问题概述
  •   1.4 课题研究意义
  •   1.5 本文的主要工作
  •   1.6 全文组织结构
  • 第二章 PCB下料问题的描述与相关基础算法介绍
  •   2.1 PCB下料问题
  •     2.1.1 问题描述
  •     2.1.2 下料问题的数学模型
  •   2.2 相关概念
  •     2.2.1 条带
  •     2.2.2 工作板
  •     2.2.3 板材下料方式
  •   2.3 下料算法介绍
  •     2.3.1 动态规划算法
  •     2.3.2 分支定界算法
  • 第三章 不限制工作板种数的PCB下料算法
  •   3.1 算法实现的基本流程
  •   3.2 运用动态规划算法确定工作板的最大价值
  •     3.2.1 实现过程
  •     3.2.2 优化策略
  •     3.2.3 绘制工作板布局图
  •   3.3 文献算法描述
  •     3.3.1 确定有潜力的工作板
  •     3.3.2 运用背包算法确定段的最大价值
  •     3.3.3 利用背包算法确定板材下料方案
  •     3.3.4 比较排样方式确定最终的排样方式
  •   3.4 拼合算法生成排样方案
  •     3.4.1 估算上界
  •     3.4.2 拼合判断尺寸
  •     3.4.3 淘汰劣质板块
  •     3.4.4 拼合算法分析
  •   3.5 本章算法实现步骤
  • 第四章 限制工作板种数的PCB下料算法
  •   4.1 对比本章算法与第三章算法
  •   4.2 本章算法实现步骤
  •   4.3 拼合算法确定板材排样方案
  •     4.3.1 判断工作板种数
  •     4.3.2 拼合判断尺寸
  •     4.3.3 淘汰劣质块
  •     4.3.4 拼合过程描述
  • 第五章 系统实现与实验结果分析
  •   5.1 系统实现
  •     5.1.1 硬件环境
  •     5.1.2 软件环境
  •   5.2 测试数据说明
  •   5.3 不限制工作板种数的算法
  •     5.3.1 实验例题以及实验分析涉及的公式
  •     5.3.2 测试结果
  •     5.3.3 测试结果分析
  •   5.4 限制工作板种数的算法
  •     5.4.1 实验例题以及实验分析涉及的公式
  •     5.4.2 测试结果说明
  •     5.4.3 测试结果分析
  •   5.5 实验结果总结
  • 第六章 总结与展望
  •   6.1 总结
  •   6.2 展望
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表论文情况

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 王睿

    导师: 崔耀东

    关键词: 单元板,工作板,动态规划算法,拼合算法

    来源: 广西大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,信息科技

    专业: 数学,无线电电子学

    单位: 广西大学

    分类号: TN41;O221.3

    总页数: 70

    文件大小: 4593K

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