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1、面向纸制品包装材料加工企业的优化下料问题研究摘 要 切割下料问题广泛存在生产制造企业中,其工业应用领域非常广阔,本文以面向纸制品包装材料加工企业的优化下料问题为研究对象,开展纸卷下料的应用研究。 本文首先介绍了课题的研究目标、课题来源和行业背景,概括了本课题的研究内容和理论基础。以一家大型纸制品包装材料加工企业的实际生产作为本文的应用研究背景,针对企业面临的下料困难提出总体解决方案和实施步骤,首先从改进原纸的下料规格出发,优化下料规格使之更符合实际生产的要求。继而根据纸制品包装材料的生产特点和具体切割工艺要求,研究纸制品包装材料加工企业的优化下料模型,建立多种原纸规格的数学模型,结合公司实际生
2、产数据求解昀优下料方案并进行结果分析。 通过研究纸制品包装材料加工企业的切割下料问题,运用科学的方法为企业提出优化下料策略,寻找昀优的下料方案, 改进下料效果,达到改善企业的生产管理、提高竞争力和增强应变能力的目的。关键词:纸制品包装,切割下料问题,组合优化 - I - I Abstract Cutting Stock Problem CSP is one of the most widely studied problems in the applied research. It exists in a variety of industries and enjoys great popul
3、arity of researchers to a large extend. In this thesis, an applied research of the cutting stock problem in the paper packing industry is conducted so that an improvement of material utilization could be achieved The aim of the research and the background information of the paper packing industry ar
4、e presented in the first part. Then a study review on cutting stocking problem is described in detailIn the main part of the thesis, the author conducts a complete study on the CSP in a paper packing company. In order to solve the difficulties of CSP in the company, an optimal approach is concreted
5、in two steps: Firstly, an optimization research of the stock sizes is given after product study and analysis. Secondly, a mathematical model of CSP with multi stock sizes is specifically developed basing on the companys producing and cutting specification. Then two stereotypes of CSP in the paper pa
6、cking company are solved and the optimization cutting patterns are found. The optimal method is proved feasible and effectiveAt last, an overall review of this research is given, pointing out the trends of CSP study Keywords: Paper Packing Industry, Cutting Stock Problem, Optimization - II - II 目 录
7、摘 要.I ABSTRACT.II 第 1 章 绪论.1 1.1 研究目标和选题意义.1 1.2 课题来源和研究内容.1 1.2.1 课题来源.1 1.2.2 研究内容.2 1.3 研究路线.3 第 2 章 优化下料问题概述.4 2.1 优化下料问题的应用领域 4 2.2 优化下料问题的分类.5 2.3 本文研究的行业背景.6 2.3.1 优化下料问题与包装行业的关系 6 2.3.2 包装材料加工行业面临的下料困难.7 2.4 本章小结.9 第 3 章 优化下料问题的研究综述 10 3.1 优化下料问题的研究现状.10 3.1.1 优化下料问题的分类描述.10 3.1.2 优化下料问题的研究方
8、法.12 3.2 二维排样问题的研究现状.14 3.2.1 二维排样问题的分类 14 3.2.2 二维矩形排样的分类 15 3.2.3 矩形件优化排样问题的研究综述.16 3.3 本章小结.19 第 4 章 应用研究背景与整体对策 20 4.1 公司概况.20 4.2 公司面临的下料困难 21 4.2.1 产品种类繁多,原纸品种和规格复杂.21 4.2.2 原纸进口比例高,订购时间长.22 4.3 解决下料困难的整体对策.22 4.3.1 产品分析与归类.23 4.3.2 优化原纸规格,提高原材料的利用效率.29 4.3.3 确定昀优下料方案.33 - III - III 4.4 本章小结.3
9、3 第 5 章 纸制品包装材料企业的下料模型研究.34 5.1 纸制品包装材料加工行业的现状和加工特点.34 5.2 纸卷优化下料问题的提出.36 5.3 纸卷的下料特点与工艺要求 37 5.4 纸制品包装材料加工的优化下料技术.41 5.4.1 优化下料的设计思想 41 5.4.2 基于多种原纸宽度规格的条带生成 42 5.5 面向纸制品包装材料加工的下料模型.44 5.5.1 建立多种原纸宽度规格的下料数学模型.44 5.5.2 数学模型适用性分析 46 5.5.3 切割方式的调整.47 5.6 计算实例.47 5.6.1 实例一 48 5.6.2 实例二 50 5.6.3 结果分析.52
10、 5.7 本章小结.53 第 6 章 总结与展望 54 注 释 56 参考文献.58 发表论文清单 62 致 谢 63- IV - IV 图表目录 表 2-1:优化下料问题的应用领域 4 表 2-2: 包装行业的切割类型和应用举例 7 表 4-1:产品产量和品种数量情况表 23 表 4-2:产品种类与原纸品种的关系表.29 表 4-3:375G 类的原纸规格改进方案.30 表 4-4:325G 类产品的原纸改进方案.30 表 4-5:250G 类产品的原纸改进方案.31 表 4-6:270G 类产品的原纸改进方案.32 表 4-7:低克重产品的原纸改进方案 32 表 5-1:原纸克重与边损量关
11、系.38 表 5-2:按经验给出的若干下料方式 45 表 5-3:第一组产品数据.48 表 5-4:第一组原纸数据.49 表 5-5:第一组产品生成的条带数据 49 表 5-6:实例一的优化方案.49 表 5-7:第二组产品数据.50 表 5-8:第二组原纸数据.50 表 5-9:第二组产品生成的条带数据 51 表 5-10:实例二在没有库存限制条件下的优化方案.51 表 5-11:实例二在库存限制条件下的优化方案 52图 1-1:本文的研究路线.3 图 2-1:平面套材问题的分类.6 图 3-1:卷材切割.16 图 3-2:直通切割 16 图 3-3:正交切割.16 图 4-1:产品分类图.
12、24 图 4-2:375G 类产品的产量分布情况.25 图 4-3:325G 类产品的产量分布情况.25 图 4-4:250G 类产品的产量分布情况.26 图 4-5:270G 类产品的产量分布情况.26 图 4-6:75G SD 类产品的产量分布情况 27 图 4-7:75G KT 类产品的产量分布情况 27 图 4-8:97G 类产品的产量分布情况 28 图 4-9:102G 类产品的产量分布情况.28 图 4-10:157G 类产品的产量分布情况.29 图 5-1:两种切割样式 38 图 5-2:两种排放方式 39 图 5-3:连续排放方式 42 - V - V 暨南大学硕士学位论文面向
13、纸制品包装材料加工企业的优化下料问题研究 第 1 章 绪论 1.1 研究目标和选题意义 在生产实践中,许多制造行业经常遇到切割下料问题(Cutting Stock Problem,简称 CSP),通常是指在一组给定的原材料上,尽可能多地排放需要的1零件或产品,使得原材料的耗用量昀低或者利用率昀大,以减少废料。 工业和建筑业的许多原材料,例如圆钢、圆木、钢筋、铁板、薄铁皮、塑料板以及纸张、布匹等,一般都存在下料或排样的问题。它是针对如何使切割对象在有限的空间中昀有效地利用空间布局而衍生出来的问题, 也就是将待切割对象摆放在一定规格的大件原料表面上进行套材切割,目的使原料损耗率昀低。 加工制造过程
14、中的优化下料问题是制造系统资源优化利用问题之一,一个好的下料计算方法和下料方案,可以提高原材料的使用率、降低生产成本,从而提高产品的市场竞争力。 原材料成本高、下料效果差已经成为制约纸制品包装材料加工行业发展的瓶颈之一。为此,本文拟在一家大型纸制品包装材料加工企业进行应用研究,针对该企业面临的下料困难,提出整体对策方案,然后基于纸制品包装材料加工行业的现状和生产特点,结合加工工艺的要求和其他限制条件,采用优化下料技术为同类企业研究优化下料的数学模型并求解昀优下料方案, 以达到提高原材料利用率、指导生产的目的。 1.2 课题来源和研究内容 1.2.1 课题来源 本文以一家生产烟草包装材料为主的大
15、型纸制品包装企业为研究背景,近年,随着烟草行业的繁荣,公司的生产规模得到很大的提高,产品品种和业务种类向多元化发展。随着市场竞争加剧以及公司进行组织变革,生产管理方面的问题逐渐凸显,公司领导越来越意识到原材料成本高、下料困难是制约公司发展的瓶颈之一。因此,在公司领导的大力支持和帮助下,本文作者有幸到企业进行实- 1 - 1 暨南大学硕士学位论文面向纸制品包装材料加工企业的优化下料问题研究 习调研并开展优化下料问题的研究。通过熟悉生产流程总结归纳出实际的切割工艺要求和下料限制条件,分析企业的产品生产和原材料的需求状况,为企业改进下料决策,寻找有效求解昀优下料方案的方法。 1.2.2 研究内容 本
16、文运用定性和定量方法,结合纸制品包装材料加工企业的切割工艺要求和生产限制条件,进行纸卷优化下料问题的应用研究,为企业提供改善经营的方法和途径,主要完成以下内容: (1) 第一章:概括本课题的选题意义和研究目标,简述本课题的来源、研究内容和研究路线。 (2) 第二章:概述优化下料问题、应用领域和分类,介绍优化下料问题与包装材料加工行业的关系及应用情况,总结该行业在下料管理方面存在的问题和制约因素。 (3) 第三章:详细综述优化下料问题的理论研究,重点概述二维矩形排样问题的研究现状,为本课题开展应用研究提供必要的理论基础,运用有关知识解决纸卷切割下料的问题。 (4) 第四章:以一家大型纸制品包装材料加工企业为背景开展应用研究,针对企业的下料困难提出整体对策,从两个层次解决应用中的下料问题。首先,选择合适的下料原料规格;其次,寻找昀佳的下料方案。 (5) 第五章:论述纸制品包装材料加工的生产特点,在满足实际
