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打孔机生产效能的提咼
中文摘要：
基于过孔是印刷线路板 <也称为印刷电路板）的重要组成部分之一，过孔的 加工费用通常占制板费用的30雅V 40%打孔机主要用于在制造印刷线路板流程 中的打孔作业。打孔机在加工作业时，钻头的行进时间和刀具的转换时间是影 响生产效益的两个因素。因此在完成一个电路板的过孔加工时，钻头行进时间 和刀具转换总时间越短，生产效益就越高。钻头行进总时间由钻头进行路线决 定，而刀具转换总时间由线路板上由各孔的位置以及钻头行进方案决定。首先 对刀具行进路径进行建模，应用蚁群算法对行进的最优线路进行求解，并得出 刀具行进时间。考虑刀具转换一次的时间均大于一块电路板上任意某个孔型的 打孔总时间，而若对所有的孔求最优路线，刀具转换的总时间将非常大 < 不符合 实际生产），故采用刀具转换次数最少的方案作为刀具转换方案，通过刀具转 换方案求的最优行进路经的总和，同时求得刀具转换的最优时间。再根据钻头 行进总成本和刀具转换总成本，可得单钻头作业成本。
b5E2RGbCAP 当打孔机设计成双钻头时，由于作业时各钻头相互独立，且有合作间距的 限制，因此在解决双钻头最优作业方案时，我们在单钻头作业的基础上，对双 钻头的孔群加工优化路径进行数学建模，采用遗传算法双质点操作对行进的最 优线路进行求解，得出双转头行进的最优时间，同时保证两转头行进间距在要 求范围之内。利用分析单钻头的行进时间和作业成本的方法，得出双钻头的在 最优作业路线条件下的行进时间和作业成本。 plEanqFDPw 关键字：打孔机生产效能蚁群算法最短路径 问题重述：
1. 附件1提供了某块印刷线路板过孔中心坐标的数据，单位是 1/100密尔
vmil ） <也称为毫英寸，1 inch=1000 mil ），请给出单钻头作业的最优作业线 路
<包括刀具转换方案）、行进时间和作业成本。
DXDiTa9E3d 2. 为提高打孔机效能，现在设计一种双钻头的打孔机
<每个钻头的形状与单
钻头相同），两钻头可以同时作业，且作业是独立的，即可以两个钻头同时进 行打孔，也可以一个钻头打孔，另一个钻头行进或转换刀具。为避免钻头间的 触碰和干扰，在过孔加工的任何时刻必须保持两钻头间距不小于 3cm<#为两钻 头合作间距）。为使问题简化，可以将钻头看作质点。
RTCrpUDGiT ）针对附件1的数据，给出双钻头作业时的最优作业线路、行进时间和 作业成本，并与传统单钻头打孔机进行比较，其生产效能提高多少？
5PCzVD7HxA ）研究打孔机的两钻头合作间距对作业路线和生产效能产生的影响。1 / 10
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打孔机生产效能的提咼
1•问题分析
本文就提高某打孔机的生产效能而做出分析，所谓生产效能就是指单位时 间内的生产能力、加工效率。 所以要提高打孔机的生产效能，我们可以使钻头 行进时间和刀具转换总时间尽量短，所得到的生产效益会更高。 jLBHrnAILg 对于单钻头，我们首先画出所有点的分布图，确定该电路板的对角线大概 是亠I，而且行进速度是 ，粗略估计行进的时间不会很长。对行进的 速度和刀具的转换时间考虑，发现刀具的转换时间要比行进时间大得多，所以 我们便想做到刀具的转换时间最短，才是最优的方法。所以我们使用蚁群算 法，计算出所有点的最短距离和刀具转换次数最少所要走的最短距离 ，将两者 进行比较，得到最优结果。XHAQX74J0X 对于双钻头，因为两钻头可以同时作业，且作业是独立的，即可以两个钻 头同时进行打孔，也可以一个钻头打孔，另一个钻头行进或转换刀具。为避免 钻头间的触碰和干扰，现假设在过孔加工的任何时刻必须保持两钻头间距等于
＜称为两钻头合作间距，我们运用遗传算法做出最优作业线路图，计算得 出最优结果。LDAYtRyKfE 2. 模型假设
单个过孔的钻孔作业时间，这是由生产工艺决定，为了简化问
题，现假定对于同一孔型钻孔作业时间都是相同的；
2 为了计算行进费用，需要计算行进时间，为了简化问题，这里假 定打孔机的行进是匀速的运动。
3 假定针对不同孔型加工作业时，刀具的转换时间相同；
1
4 5
在计算两孔之间距离时，为简化问题，假设打孔机的钻头为一质 点。 为避免钻头间的触碰和干扰，假定保持两钻头间距不小于 丙
3. 模型建立
1、单钻头模型：对于其一给定尺寸的孔，调整好对应的刀具后，从下刀点
开始沿着使该刀具总路程最短的轨迹，从一个孔移动到另一个孔，直到该类孔
中的所有对象都被加工完毕，再转换刀具进行下一尺寸的其它孔的加工，如此 安排。把问题描述成以下优化模型：Zzz6ZB2Ltk 1 变量设计。设有n个孔的集合回 ……0 设W表示集合中任
意两孔、匚表示集合中」两孔之间的距离、M为行进总路程。
2
目标函数。需要在孔集合 中，找到一个不重复的全排列
，求M的最小值。
—I ，令 _ AC ] 3
约束条件：加工路径从一个孔出发，对每一个孔只加工一次遍历
每一个孔，最后回到起点，包括刀具转换在内。
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优化算法：蚁群算法
113图一：刀具的转換流程及刀具对应的打孔孔型次-次 次 图一：刀具的转換流程及刀具对应的打孔?
个钻头同时加工，每个钻头加 时间11 2、双钻头模型n钻头在孔群加工中两
并不确定，那么单一工间的加工时间由耗时较长的钻头决定
dvzfvkwl 假设两个钻头的对刀点分别为和
FFH 1 和
1分别表示第一个钻头加
工的第i个孔和第2个钻头加工的第j个孔，则两条加工路径、分别为
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约束条件：任意一个待加工的孔必须包括在其中一条加工路径中，且加工 过程中两个钻头不发生碰撞。
4.模型求解
4.1单钻头问题结果分析
对于单钻头生产方式，钻孔方式上米用一种刀具钻完对应的全部孔在转换 刀具进行下一种刀具对其对应孔型的钻取方式，工作路线采用蚁群算法，通过 MATLA进行数据处理，得出相应路径最优图形如下 < 按顺序依次为Emxvxotoc。 刀具:d e f ghabcf 孔型：DG DI J FG HF AC B CEIJ EG。
i酰彳亍丙冋题优化结x
图1-DG孔型路
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