【精品】PPT课件 打孔机生产效能的提高
提高潜孔钻穿孔效率(ppt 35页)
型号：KQ-200 直径：200mm 角度：75º、45º
末端因素六、地质结构复杂，节理破碎
地质结构复杂，岩性变化无规律。姑山采 场地质结构极其复杂，岩质分层，有时钻进土 质层，将钻头风孔堵塞，导致穿孔无法继续， 必须把钻杆提出，导通风孔才能继续穿孔，大 大降低穿孔效率；节理破碎，钻机高压风无法 将孔内岩粉排出，影响穿孔效率，此为客观存 在且无法改变的因素 ，为非主要因素。
末端因素四、保养不及时
由于姑山采场特殊的地质条件，地表水较 多，潜孔钻工作面较差，对设备运转有较大 的影响，如果设备保养不及时，导致设备经 常出现故障，临时维修频繁，影响了潜孔钻 穿孔效率，为主要因素。
末端因素五、设备老旧
姑山采场采用KQ-200型潜孔钻，相比较其 他矿山使用的穿孔设备，比较落后，但根据车 间多年的生产情况可知，基本上能够满足生产 要求，为非主要因素。
马钢集团公司 QC成果发布材料
提高潜孔钻穿孔效率
马钢（集团）公司姑山矿业公司 姑山采矿车间QC小组 2011年2月
一、小组概况 二、现状调查 三、选择课题 四、确定目标 五、分析原因 六、要因确认 七、制定对策 八、实施对策 九、效果分析 十、巩固措施 十一、体会及打算
目录
一、小组概况
姑山采矿车间QC小组成立于1998年，现有成员6人，其中车 间主任2名，工段长1名，技术组长1名。小组主要任务是对姑山 采场进行全方位的生产管理和工艺优化改造，成员接受TQC教 育面100%。
地点
主题 主讲人 应到 实到 出席率 人数 人数
2010年5月19日
车间大会 议室
经验交流会
黄仕平
14
14
100%
2010年7月27日
车间大会 议室
基于打孔机生产效能提高的数学模型
基于打孔机生产效能提高的数学模型提高打孔机工作生产效能的数学模型摘要本文主要解决了提高打孔机生产效能的问题。
路径的优化程度是印刷电路板打孔机性能的重要指标。
欲提高打孔机的生产效率可通过优化孔群加工路径，缩短刀具转换时间来实现，本文建立了空群加工路径规划的数学模型，并将其归纳为多目标组合优化问题。
孔群加工路径优化问题为典型的旅行商问题，简称为TSP。
对于单钻头的孔群路径优化问题多利用蚁群算法，但由于线路板孔数过多，单一的蚁群算法会在程序运算求解时面临很大的困难，而我们用matlab作出过孔中心散点图后发现，很多同种类型的孔分布相对集中在不同的区域，有的甚至呈完美的直线排列，因此，我们先把大规模孔点分成若干个子分区，并且分区时尽量将同类型相对集中的孔分在同一区域，从而减少换刀次数。
当得到大规模孔点的子分区后，我们对呈直线排列的孔群区域采用正交路径法，其余子分区采用蚁群算法求取局部最优解，最后把每个子区域的中心用蚁群算法求取它们之间的最优路线，从而得到整个TSP问题的满意解。
对于双钻头进行孔群加工，我们通过修改用于单钻头孔群加工路径优化的遗传算法中染色体的表达方式和适应度函数的计算方法, 得到基于双钻头的孔群加工路径优化算法。
实验结果表明, 与单钻头的最优加工路径相比, 在不同钻孔速度下使用双钻头同时加工的新算法都能节省近一半的加工时间, 有效提高了孔群加工的效率关键词：路径优化正交路径法蚁群算法遗传算法问题重述在印刷线路板的制造过程中，由打孔机完成的过孔所需要的加工费用占制板费用的30%到40%，本文旨在通过建立数学模型来提高打孔机的生产效能。
我们主要研究并解决的是如下两个问题：1. 由于打孔机的生产效能主要取决于钻头的行进时间和道具的转换时间，因此我们要根据已知线路板上过孔中心的坐标数据，建立数学模型求解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。
2. 建立数学模型，针对同一线路板，研究在双钻孔作业下的最优作业线路、行进时间和作业成本，计算相对于单钻头作业其生产效能提高的幅度，并研究两钻头间距对作业路线和生产效能的影响。
打孔机生产效能的提高(1)
2012年“深圳杯”全国大学生数学建模夏令营承诺书我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则.我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问题。
我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正文引用处和参考文献中明确列出。
我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。
如有违反竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。
我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： D我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）：所属学校（请填写完整的全名）：天津农学院参赛队员(打印并签名) ：1. 王柔玉2. 张润芳3. 刘东洋指导教师或指导教师组负责人(打印并签名)：日期：年月日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：2012年“深圳杯”全国大学生数学建模夏令营编号专用页赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：打孔机生产效能的提高摘要过孔是印刷线路板（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%到40%，打孔机主要用于在制造印刷线路板流程中的打孔作业。
因此提高打孔机的生产效能是降低印刷线路板成本的最主要途径。
本文通过实现刀具转换最优顺序的前提下，运用蚁群算法找到最优线路，及最短距离。
使行进成本和刀具转换成本均达到最低，以此减少打孔机总打孔成本。
问题一：单钻头进行作业时，首先根据钻头上各个刀具的分布，结合各孔型对刀具的具体要求，经过分析找到了刀具转换次数最少并能完成各孔型对刀具加工次序特殊要求的换刀顺序：d-c-b-a-h-g-f-e-c。
然后运用蚁群算法，在整个区域内分别计算出十种孔型的最优路线和最短路径，再分别计算行进时间，及作业成本。
打孔加工中的加工效率提升技术
打孔加工中的加工效率提升技术现代工业生产中，加工效率的高低直接关系着企业的生产成本和生产效率。
而在金属材料加工中，打孔加工是一项重要而常见的生产工序。
因此，如何提高打孔加工的加工效率，不仅是生产过程中的重要问题，也是企业生产成本控制的重要环节。
本文将从磨具的选择、刀具的优化、工艺参数的控制以及创新研发等多个方面探讨打孔加工中的加工效率提升技术。
一. 磨具的选择磨具是打孔加工中不可或缺的一个工具，它的选择不仅影响着加工精度和加工质量，同时也直接关系着加工效率的提升。
因此，选用优质的磨具，对于打孔加工的加工效率提升来说至关重要。
1. 优质磨具的选择在选用磨具时，应优先选择高品质、高强度的磨具，以确保其能够承受高强度的工作负荷，提高其使用寿命。
同时，应考虑磨具的尺寸、气孔大小和数量等因素，以与工件的大小和形状匹配，减少加工中的过剩材料。
2. 磨孔策略在磨具的使用过程中，应根据加工对象的特点选用不同的磨孔策略。
例如，对于表面硬度较高的工件，优先选用取心孔位，以减少工具断裂的可能。
而对于内部复杂几何形状的工件，需要选择具有强韧性和可曲性的磨具，以满足加工要求。
二. 刀具的优化刀具是打孔加工的重要工具之一，其表面的耐磨性和强度直接影响着加工效率和质量。
因此，优化刀具的使用效能，可以显著提高打孔加工的加工效率和质量。
1. 刀材的选择在选择刀材时，应优先考虑其耐磨性和强度，选择较硬的刀材，以提高刀具的使用寿命。
例如，喷丸硬化的钨钢、石墨碳化物涂覆的钨钢和刚石涂覆的钨钢等，都是较为常见的刀材。
2. 刀具的修整在使用刀具时，由于长时间的使用和磨损，刀具表面可能会产生微观毛刺和磨损，导致刀具的切削效果下降。
因此，需要对刀具进行修整，以保证刀具表面的平整度和刃口的尖锐度，提高切削效果。
三. 工艺参数的控制在打孔加工的过程中，处于不同加工阶段的工艺参数控制也对加工效率产生着重要影响。
1. 喷淋冷却液喷淋冷却液可以有效地减少加工过程中产生的热量，降低孔壁表面的摩擦系数，从而减轻切削力，提高切削质量和加工效率。
打孔机生产效能提高的优化方案
问题二:
• （i）首先在问题一的基础上，我们把双钻头作业路线转 化为单钻头二次行走路线问题，为了得到最大生产效能， 又设计两套方案分别进行求解，通过比较三套方案生产效 能得出最优作业线路进而得到行走时间和作业成本. • （ii）问题研究的是两钻头合作间距对作业线路和生产效 能产生的影响. • 考虑到两钻头间距d是一个不定变量，它随着线路改变 不断发生变化，因此我们有选择性的选取一组d值，在钻 头间距d值不断变化下，求出对应的最优作业路线和最大 生产效能，然后绘制出生产效能随两钻头工作间距随d值 变化的曲线.然后利用图像分析法得到最优值d时的最优路 线和生产效能. • 通过曲线可以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.
a h g f e b c d
某种钻头上8种刀具的分布情况
•
并且8种刀具的顺序固定，不能调换.钻孔在加工作业时，一种刀具使 用完毕后，可以转换使用另一种刀具.相邻两刀具的转换时间是18 s， 作业时，可以采用顺时针旋转的方式转换刀具，也可以采用逆时针的方 式转换刀具.将任一刀具转换至其它刀具处，所需时间是相应转换时间 的累加，例如，从刀具a转换到刀具c，所需的时间是36s（采用顺时针 方式）. • 为了简化问题，假定钻头的行走速度是相同的，为180 mm/s，行走成本 为0.06元/mm，刀具转换的时间成本为7元/min.刀具在行走过程中可以 同时进行刀具转换，但相应费用不减. • 不同的刀具加工不同的孔型，有的孔型只需一种刀具来完成，如孔型A 只用到刀具a.有的孔型需要多种刀具及规定的加工次序来完成，如孔型 C需要刀具a和刀具c，且加工次序为a，c.下表列出了10种孔型所需加工 刀具及加工次序（标*者表示该孔型对刀具加工次序没有限制）. • 我们要建立的数学模型需要完成以下问题：
打孔机生产效率的提高[1]
![打孔机生产效率的提高[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/77e8db62783e0912a2162ac2.png)
打孔机生产效能的提高一，摘要本文对印刷电路板过孔的生产效益如何提高进行了研究。
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。
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。
钻头行进的路线的确定我们用遗传算法模拟。
令{}0,1ij e ∈，当1ije =示(,)i j 在得到的最优路径上；当0ij e =表示(,)i j 不在得到的最优路径上。
通过这个变量建立起路线与费用的桥梁关系，进而写出总费用的表达式，建立最优模型，用遗传算法求解。
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再加上另一个钻头作业所需的各种费用并增加约束条件，保证合作间距在要求范围之内。
关键词:遗传算法; 优化模型; 印刷线路板；生产效益分析印刷线路板过孔加工费用有以下三个因素决定:1、单个过孔的做空作业时间；2、打孔机钻头行进时间；3、针对不同孔型加工作业时，刀具转换时间； 给出最优作业方案，就要使3两个因素决定。
钻头行进时间和刀具转换时间越小，加工总费用越小，作业路线最优。
并且加工总费用Z =刀具行进费用1Z +刀具转换费用2Z 。
对此，我们建立优化模型{}{}12min ,..0,1,1,2,ij Z Z Z s t e i j N =+∈∈ 、，通过遗传算法能较为准确的求出最优解，进而确定最优路线，行进时间和作业成本。
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再加上另一个钻头作业所需的各种费用并增加约束条件，保证合作间距在要求范围之内。
一、 基本假设1、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，这里假设对于同一孔型钻孔作业时间都是相同的；2、在计算两孔之间距离时，为了简化问题，这里假设打孔机的钻头看作一个质点；3、为了计算行进费用，需要计算行进时间，为了简化问题，这里假设打孔机的行进是一个匀速运动。
打孔机生产效能的提高优秀作品
电路板的打孔机工作流程设计摘要打孔机完成的打孔作业在印刷电路板的生产过程中占有极其重要的地位，通过合理优化打孔路线，进而减少生产时间及生产成本，提高生产效能，是生产作业过程中必须解决的问题。
论文以总工作时间最短为目标函数，建立数序模型，寻找最优路径，最短工作时间以及最少生产成本。
忽略打孔时间，认为总的工作时间为钻孔行进时间和刀具转换时间的叠加。
总的作业成本为行进成本和刀具转换成本之和。
为了解决问题，建立了以下三种模型：模型一：机械模型，按照所需刀具种类和打孔次序，将孔进行分类，并合理安排打孔刀具的顺序，进行分块局部优化。
认为用一种刀具打完相应所有孔后，再换刀；通过蚁群算法解得最短路径62480000mil,最短工作时间：2.46h，加工过程总费用95999.328(元)。
模型二：简化模型，以所有点为研究对象，进行全局优化。
假定钻孔行进过程中不进行换刀操作，打完某一孔后，先换刀，再行进。
利用贪婪算法和蚁群算法的混合算法解得，最短路径为54941000mil，最短工作时间：2.60h，加工过程总费用84570(元)。
模型三：改进模型，认为钻孔行进过程中进行换刀操作，通过引入有效换刀时间，将总的工作时间分为钻头行进时间和有效换刀时间。
利用贪婪算法和蚁群算法的混合算法解得，最短路径为55231000mil，最短工作时间：2.347h，加工过程总费用84570(元) ，经分析该模型精确度更高，具体的刀具转换方案及最优路径见附录（一）。
在模型二和模型三建立的过程中，将衡量孔的坐标由原始的二维空间坐标，扩充为四维坐标：二维空间坐标，所需刀具种类坐标，加工次序坐标。
这样将一个需要多种刀具才能打完的孔型，扩充为多个只需一种刀具的孔，有效的解决了不必一次性打完一个孔型的问题。
关键词：蚁群算法贪婪算法坐标维度扩充群孔加工路线设计Ⅰ问题的提出与重述印刷电路板（PCB）制造技术是电子信息制造业的重要基础和组成部分，而由打孔机完成的过孔作业在其生产中占有重要的地位。
打孔机生产效能的提高
二、 问题分析
针对问题一，这是一个优化问题，我们主要考虑钻头行进的成本和时间，以 及转换刀具的成本和时间。 我们需要找到走遍所有点的最优路径，从而使打孔机 的生产效能达到最高。 首先我们得到附录中各种孔型的孔的分布情况，然后根据 这个分布情况选择使用刀具顺序。 而且根据题中随后要求我们求的单钻头作业的 最优作业路线（包括刀具转换方案）以及已知钻头行进速度，行进成本和刀具转 换时间成本不变， 我们只要求出钻头行进的最短路程和刀具的最少转换次数即可， 这样就可以达到最小的成本，我们采用模拟退火算法得到了这个优化模型的解。 为了提高打孔机的效能， 现在设计出了一种双钻头的打孔机（其中每个钻头 的形状与单钻头的形状相同） 。这两个钻头可以同时工作并且工作独立，为了避 免钻头之间的碰撞和干扰， 在加工过孔的任何时间都必须保持两钻头间距不小于
2
3cm， 因此我们将整块线路板按照横坐标来分成这样 4 个区域。 在这四个区域 （Ⅰ， Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ）内分别按照模拟退火算法算出其最优作业路线、行进时间和作业成 本。最后将这些数据做一个总和，然后与第一问中的数据进行比较，从而得出两 种钻头的生产效率。 最后除了将各种孔型之间的打孔顺序将前一种孔型求出的最 短路径的最后一点坐标与后一种孔型的第一个点坐标相连之外， 还要将同一个钻 头在上一个区域的终点与下一个区域的起点相连，即得到钻头行进的最优路径。 总的来说这里也是一个优化的过程，找到走遍所有点的最优路径，使得打孔机的 生产效能达到最高。
打孔机生产效能的提高 摘要
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%到 40%，打孔机主要用于在制造印刷线路板流程中 的打孔作业。本题旨在研究某类打孔机的最优作业路线（包括刀具转换方案） 、 行进时间和作业成本，从而寻找提高打孔机的生产效能的方法。 针对问题一， 我们考虑到钻头行进速度、 行进成本和刀具转换时间成本不变， 因此我们只要求出钻头行进的最短路程和刀具的最少转换次数即可， 刀具的转换 次数最少的顺序为： d e f g h a b c d e f 。这样不仅 降低了刀具转换成本， 而且使得刀具转换时间缩小到最少。对于求解最优作业路 线的问题， 我们建立了关于路线的优化模型，运用模拟退火算法来模拟出了钻头 的行进路线，最后算出单钻头过孔的最优路线的行进时间为 1674.12s，作业成本 为 961.872 元。 针对问题二，双钻头的打孔机作业时相互独立，但为了避免钻头间的干扰， 我们采取了分区域的做法，将两个钻头分区域来工作。根据分析，我们将整个线 路板分成 4 个区域，A 钻头在 2，4 区域工作，B 钻头在 1，3 区域工作，此时刀 具转换次数最小时的顺序为： d c b a h g f e d c 。求解 方式与第一问相似， 经过模拟退火算法模拟得到最优路线的行进时间为 990.21s， 作业成本为 1304.77 元， 生产效率提高了 40.86%。 当考虑到打孔机的两钻头合作 间距对作业路线和生产效能的影响时， 我们的结论是适当的减小两钻头之间允许 的间距，其作业路线和成本都会达到更优，提高了生产效能。
打孔机生产效能的提高
封二
答卷编号（参赛学校填写） ：
答卷编号（竞赛组委会填写） ：
评阅情况（学校评阅专家填写） ： 学校评阅况（联赛评阅专家填写） ：
联赛评阅 1.
联赛评阅 2.
联赛评阅 3.
打孔机生产效能的研究
摘要
本文对 D 问题进行了分析和研究。 过孔是印刷电路板的重要组成部分之一，过孔的费用约占总费用的 30%~40%，而 一块电路板通常有很多孔。因此，一条合理有效的过孔加工路线对印刷电路板的生产效 率及加工成本有很大影响。鉴于印刷电路板孔群的复杂性与多样性，我们采用了全局搜 索能力较强的遗传算法对孔群的加工线路进行优化。首先，对所给数据进行编码，根据
4.定义适应度函数 假设 x 为种群中的一个个体，其对应的路径之和为 Td ( x) ，故在此定义个体 x 的适应 度函数为：
m
F( x )
⎡ T ( x) − Td ( x) min ⎤ = ⎢1 − d ⎥ ⎣ Td ( x) max − Td ( x) min ⎦
(2)
其中 F( x ) 为个体 x 的适应值， Td ( x) 为 x 个体的路径长度， Td ( x) min 为某一代种群中 最小路径值， Td ( x) max 为某一代种群中最大路径值，m 为淘汰加速指数。 5.轮盘赌选择 首先根据适应度函数计算出每个染色体的适应值， 然后计算出此代中各个染色体的 适应值占此代所有染色体适应值总和的比例，得出相对适应度，再通过轮盘赌随机选择
f = ( f (1), f ( 2), f ( 3), ⋯, f (n ) )即表示一个个体，全体个体组成的集合 M ，即为群体。
3.生成初始种群 随机的从群体 M 中选择若干个个体组成初始种群 M 1 ，并对 M 1 中的个体进行编号
打孔机生产效能的提高
线路划分、接力打孔
双钻头问题方法介绍
线路划分 ①、两条线路所用时间较均衡 ②、两条线路可满足刀具使用顺序
的要求 接力打孔 在不满足合作间距的时间区间内轮
解决双钻头作业问题的模型
双钻头作业——问题分析
孔型 所需刀具
, ,* , ,* ,,
,,
以打孔时间为为例，研究双钻头打孔过程
表：经编号的各端点坐标表
序端 号点
坐标
坐标
序 号
端 点
坐标
坐标
Ｍ求解最小连接距离
距离
最短连接距离为
迭代次数
单钻头作业总模型
作业时间最优——结果呈现
刀具 孔型
作业路程 最短行进时间 作业成本元
作业成本最优分析
① 旅行商问题 ② 规模较大 ③ 有先后顺序的要求
求解方法分析
一、沿用贪心遗传算法，对所有点（个）进 行整体优化。（计算时间过长）
以合作间距为为例计算 影响的作业时间为 因此双钻头完成作业的时间为() 生产效能提高[()]*
合作间距对生产效能的影响
以为间隔分别计算合作间距从－变化 时对双钻头生产效能提高率产生的影 响
孔型 所需刀具
, ,* , ,* ,,
,,
依次设……孔型的打孔时间为……
则当……取值不同时，双钻头作业的情 形均不相同。
双钻头作业——模型一
孔型 所需刀具
, ,* , ,* ,,
,,
首先，我们不考虑打孔时间 建立双钻头问题的模型一
单钻头作业具体结果
序 号
刀具
孔型
作业行程
时间 花费元
改良的遗传算法
１、以时间最优路径作为初始解 ２、针对性地产生遗传交换点