瓶罐玻璃產(chǎn)品自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計-畢業(yè)設(shè)計及皮件下料優(yōu)化-畢業(yè)論文

題目：瓶罐玻璃產(chǎn)品自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計專?業(yè)?班?級：測控技術(shù)與儀器學(xué)號:姓?名：指導(dǎo)教師： 學(xué)院名稱：電氣信息學(xué)院瓶罐玻璃產(chǎn)品自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計Designoftheglassbottleauto-detectionsystem學(xué)生姓名:指導(dǎo)教師:摘要在啤酒工業(yè)的生產(chǎn)中，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，都需對空瓶進行檢驗。傳統(tǒng)的人工驗瓶方式，精度和速度都很難達(dá)到要求，很難保證檢測的質(zhì)量。自動檢測可以有效克服人工驗瓶的不足，大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度,因此采用自動檢測來代替人工檢測已成為一個發(fā)展方向。瓶罐玻璃產(chǎn)品自動檢測系統(tǒng)運用機、光、電、氣、計算機五大學(xué)科中的先進技術(shù)，通過計算機集中控制，各執(zhí)行機構(gòu)有機配合，對瓶口殘缺、瓶底部有洗不凈的異物的空瓶進行自動檢測和剔除。本設(shè)計利用西門子S7-300PLC與組態(tài)軟件實現(xiàn)了自動驗瓶機控制系統(tǒng)的基本功能。所設(shè)計的系統(tǒng)基本上實現(xiàn)了對自動驗瓶機運行狀況的實時監(jiān)視、自動驗瓶機的輸送控制、檢測控制、剔除控制和裝箱控制等功能。使用該自動驗瓶機大大減少了人力資源，同時節(jié)約了成本，可以迅速提高啤酒產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞：可編程控制器；驗瓶機；自動檢測

AbstractIntheproductionofbeerindustry,emptybottlemustbeinspectedbeforebeingbottledtoguaranteethequalityofproducts.Traditionalinspectionmodewhichreliesonhumaneyescannotbesatisfiedwiththedemandofaccuracyandspeed,andguaranteethequalityofdetection.Automaticinspectioncanovercomethedeficiencyofinspectionwithhumaneyesandenhanceproductionefficiencyandautomaticdegreeofproduction.So,adoptingautomaticinspectioninsteadofdetectionwithhumaneyeshasbecomeadevelopmentdirection.Theglassbottleauto-detectionsystemutilizesmachine,light,electricity,gas,computerfivedisciplines,theadvancedtechnologythroughcomputercentralizedcontrol,eachexecutiveagenciestocooperate,cleverfinishorganicjugandincomplete,bottlethebottom.Havewon'twashcleanemptybottleofforeigntesting,eliminate.ThisdesignmainlyintroduceshowtousetheSiemenss7-300PLCandtheconfigurationsoftwaretorealizethebottlemachinecontrolsystemautomatically.Thisdesignachievesreal-timesurveillanceoftheworksituationofthisautomaticallybottlemachine,andcompletesthetransportcontrol,theexaminationcontrol,therejectioncontrol,theboxcontrolandsoon.Thisbottlemachinereducesthehumanresourcesgreatly.savesthecostsimultaneously,andenhancesthebeerindustry'seconomicefficiencyrapidly.keywords:ProgrammableLogicController;Bottleinspector;Automaticinspection目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 II線段寬度小于部件寬度，在查詢與最低水平線相鄰的左右兩段水平線，將最低水平線提升到與相對高度較低的一段平齊，更新零件最高輪廓線。重復(fù)Step2，直至能排入該部件。重復(fù)上述步驟，直至所有部件排放完畢。圖2皮板部件排樣示例4.剪裁方案優(yōu)化模型：確定所有的可行排樣方案后，對方案進行編號排序。根據(jù)沙發(fā)的訂單數(shù)量確定各個部件的裁剪目標(biāo)數(shù)量，并以此做為約束條件，即所裁剪的部件數(shù)量只能大于目標(biāo)數(shù)量。計算每種方案對應(yīng)的牛皮裁剪數(shù)量，進一步計算使用得牛皮總數(shù)。確定優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為：：（6）：（7）式（6）中，k為排樣方案的數(shù)量，分別為沙發(fā)和餐椅的訂單數(shù)量。5.1.3模型求解以2009年8月的訂單為例，進行模型求解。沙發(fā)訂單為52件，餐椅訂單為160件。通過模型一將各部件在牛皮模板上進行優(yōu)化排樣，列舉出17種排樣方案（見附錄二），則最優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：：（8）：（9）求得結(jié)果為:表12009年8月訂單的裁剪方案排樣方案對應(yīng)牛皮數(shù)量排樣方案對應(yīng)牛皮數(shù)量1521054201126301226411913050145265215417016808801752915由表1進一步計算求得：需要總的牛皮數(shù)量為649張，對牛皮的利用率為57.6%。5.2問題二的求解5.2.1模型建立1)40張牛皮制作沙發(fā)的方案第二問，是先用40張牛皮做沙發(fā)，然后用剩下的余料和8張新增牛皮做盡可能多的椅子。由于題目中沒有給出新增牛皮的種類，方便起見，我們假設(shè)新增的牛皮都是大牛皮。我們首先采用第一問的剪裁方式規(guī)劃40張牛皮制作沙發(fā)的裁剪方案，目標(biāo)函數(shù)是牛皮張數(shù)最小，不斷修正調(diào)節(jié)提高沙發(fā)數(shù)目限制，直到牛皮最小張數(shù)超過40，取最后第二次的結(jié)果。規(guī)劃結(jié)果如下表，共用了38張牛皮，制造出8件沙發(fā)，利用率達(dá)到52.03%。表240張牛皮制作沙發(fā)的剪裁方案的規(guī)劃排樣方案對應(yīng)牛皮數(shù)量排樣方案對應(yīng)牛皮數(shù)量1010125113301234513050145651527016285175912）8張牛皮制作椅子的方案對于問題二中新增加的8張牛皮，由于題目中沒有明確給出牛皮種類，為了簡化問題我們將之均假設(shè)為大牛皮，利用矩形包絡(luò)法與遺傳算法對椅子部件在牛皮模板上進行排樣，得到10種切割方式。如下表：表3對于餐椅的10種剪裁方案部件編號12345678910123512224212147211331232052212321402813242145154231242262461421211732213241218112324212592012463216101213125132利用上述切割方式對8張牛皮進行優(yōu)化切割，得到制作椅子數(shù)目與各個椅子部件的數(shù)目，可以計算得出對8張牛皮切割得到的椅子部件余量。3)對余料的利用問題在問題一中的切割方式不變的情況下，對40張牛皮進行優(yōu)化切割，在上述結(jié)果中已經(jīng)生產(chǎn)出了部分的椅子部件，在對新加入的8張牛皮獨立切割時，又生產(chǎn)了一部分椅子部件，兩部分的和就是余料可以生產(chǎn)的椅子模板數(shù)目。4）椅子的生產(chǎn)的整數(shù)規(guī)劃模型然后對第一問中做出小牛皮的剪裁方式進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，使其只包含椅子的模板并和余料可生產(chǎn)的各模板數(shù)相均衡（此消彼長的關(guān)系）。做以下規(guī)劃模型得決策變量：各種剪裁方法的數(shù)量為決策目標(biāo)，目標(biāo)使得椅子數(shù)目最多。在已知模板數(shù)目的情況下，需要確定最大能做的椅子數(shù)。在重新給出的十種方案中選擇合適的切割分配方案：每種方案選擇的牛皮數(shù)目為。得到矩陣B（10）其中表示第j種切割方式切出第i種零件h個。我們在第一題的基礎(chǔ)上重新建立規(guī)劃模型：（11）（12）不斷增加沙發(fā)數(shù)的下限n，直到已知的沙發(fā)模板數(shù)目可以做成n件沙發(fā)，而不能做成n+1件沙發(fā)的時候就得到了最大能做成的椅子數(shù)目。5.2.2模型求解應(yīng)用問題一的裁剪方式，對40張牛皮制作沙發(fā)的裁剪方案進行優(yōu)化處理，處理結(jié)果及各部件余量見附錄三。用模型二求解，得出新增牛皮的裁剪方案，如表4所示：表4對于新增8張牛皮的裁剪方案切割方式采用數(shù)目（無余料）采用數(shù)目（有余料）1002003104005216007228019211013假設(shè)沒有余料加入時，8張牛皮獨立最多可生產(chǎn)的餐椅數(shù)為15張。加入余料時，結(jié)果為共可以生產(chǎn)餐椅21把。通過比較得出，對于余料的再利用的確在一定程度上提高了牛皮的利用率。5.3問題三的求解本文要求在知道歷史數(shù)據(jù)，即近一年來的訂單，和考慮市場因素的前提下，確定皮件的促銷價格。在皮革的進價不變，皮革的利用率會影響單件皮件的生產(chǎn)成本，進而影響售價。5.3.1模型準(zhǔn)備1.市場的需求和價格以及供應(yīng)量都是相關(guān)聯(lián)的。往往市場的價格會隨著供應(yīng)量的上升而下降，這是需求也會隨之上升；為了促銷，銷售商會用降低價格的方法來增加銷售量以增加利潤。降價帶來的增加產(chǎn)量的效果不僅和降價幅度有關(guān)，同時也和原價有關(guān)。2.考慮市場需求量即為產(chǎn)品銷量，即假設(shè)生產(chǎn)能力不受限制。5.3.2基于價格彈性的促銷價格模型1.價格彈性公式的推導(dǎo)設(shè)需求曲線為。式中P為價格，Q為需求量，即銷量。此時定義表示價格彈性，則有：（13）從圖3可知，D為需求曲線，期表達(dá)式為，點A的坐標(biāo)為。過A點的曲線D的切線斜率為（14）式中為切線斜率。圖3價格彈性公式的推導(dǎo)過程因為，，A點坐標(biāo)為，，，，所以:（15）又因為和相似，所以，由此得到。而且因為，，所以（平行切割）。顯然D線上任意一點出的彈性是以切點內(nèi)分上、下部線段的取負(fù)號的比值。幾何方法得到了切點處的斜率，顯然，切點處的斜率并不代表價格彈性。這一點可以從表達(dá)式中看出，。顯然，AB上，AC上。這樣，即使是同一條需求曲線D上不同點處的價格彈性均不一樣。當(dāng)價格P位于P>F且接近c的較高部位時，降價可使需求量Q增加；反之，當(dāng)價格P位于P<F且接近0的較底部位時，降價對需求量的增加將不明顯，效果不會理想。基于價格彈性公式的優(yōu)化模型通過價格彈性既可以按照上面的評價方法，進行定性評價降價促銷的可行程度；也可以定量計算得到最優(yōu)的降價促銷方案。下面給出基于以上價格彈性的優(yōu)化模型:1.基于最大利潤的考慮針對考慮價格因素的變化，使得銷售量增加從而使得收益增加，即使得下面式子最大：（16）式中，是促銷之前的賣出單個產(chǎn)品的利潤，是促銷之前的銷售量，是利潤。是降價幅度，是隨著的降價隨之的銷量增加幅度。為了便于計算，考慮價格變化的連續(xù)性和可微性，于是P和Q在微小區(qū)間就保持不變，即確定價格彈性公式中的項保持不變，即?？梢愿鶕?jù)一年以來的銷量和價格，計算出每次調(diào)整價格的，則第i次調(diào)整價格時:（17）由此我們得到了平均的價格彈性E：（18）這個平均價格彈性的意義在于，它描述了具體的商品對價格變化的敏感程度。敏感程度較高的是奢侈品，敏感程度較低的是生活必需品。價格彈性越大，說明敏感程度越高。根據(jù)以上分析，建立下面優(yōu)化模型表達(dá)式：（19）根據(jù)過去一年的銷量和價格的數(shù)據(jù)，通過上面的優(yōu)化得到使得利潤最大時的降價促銷方案。模型評價1.本題在處理不規(guī)則零件切割的時候，使用了矩形包絡(luò)法對不規(guī)則零件和不規(guī)則的牛皮進行了處理，將不規(guī)則圖形轉(zhuǎn)化成了規(guī)則的矩形來處理，大大降低了后續(xù)處理算法的復(fù)雜度。2.本題在解決排樣問題的時候，先用遺傳算法對模板與零件進行優(yōu)化排樣，得出牛皮的若干種切割方案，然后在根據(jù)給出的切割方案，建立整數(shù)優(yōu)化模型，切合實際情況，可行性較高。3.在處理牛皮時，由于舉出的切割方式有限，只能得出局部最優(yōu)解，所以對牛皮的利用率不是非常高。4.在問題二處理余料時，對40張牛皮制作沙發(fā)的方案得出的沙發(fā)余料忽略，使椅子的制作數(shù)量較少，可以進行進一步優(yōu)化。5.問題三的將促銷所引起的需求量的變化分為價格影響和消費者心理等其它因素的影響，由需求價格彈性公式出發(fā)，模型合理易懂，合理反映符合實際情況，可操作性強。缺點在于確定促銷時考慮簡單的銷量與價格關(guān)系，會和實際有一定的偏差。7.模型改進與推廣在問題中不使用矩形包絡(luò)法處理圖形，直接做出圖樣的點覆蓋，設(shè)定圖樣的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，用遺傳排樣算法進行優(yōu)化排樣處理，更貼近實際，結(jié)果更準(zhǔn)確。在對問題二進行處理時，可以將40張牛皮制作沙發(fā)后的沙發(fā)余料作為新的牛皮模板，應(yīng)用遺傳排樣算法制定新的切割方案，切割椅子部件，會使材料利用率大大提高。通過此問題的模型與求解，我們可以完善優(yōu)化，得到針對各種不規(guī)則二維圖樣的排樣優(yōu)化系統(tǒng)，廣泛適用于生產(chǎn)生活各各方面。對衣物，皮革，元件等等工業(yè)制造廠家有很大的實用性。參考文獻【1】謝金星，薛毅，優(yōu)化建模與LINDO/LINGO軟件，北京：清華大學(xué)出版社，2005?！?】石博強，騰貴法，matlab數(shù)學(xué)計算范例教程，北京：中國鐵道出版社，2004?！?】姜啟源，謝金星，葉俊，數(shù)學(xué)模型（第三版），北京：高等教育出版社，2003.8?！?】楊紅梅，價格彈性問題及應(yīng)用問題，山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報，1，2004?！?】徐生菊，王命延，基于專家系統(tǒng)法的異形件最小包絡(luò)矩形求解，計算機與現(xiàn)代化，9，2007?！?】李明，張光新，周澤魁，基于改進遺傳算法的二維不規(guī)則排樣，湖南大學(xué)學(xué)報，33（2），2006.4。附錄一矩形包絡(luò)預(yù)處理后的部件尺寸：編號數(shù)量原面積（m^2）寬（mm）長（mm）包絡(luò)矩形面積（m^2）130.0531095360.059230.0531095360.059310.061656260.103410.031862140.04510.03864820.041620.0351802100.038730.0371293000.039810.036940.038920.0441293510.0451010.036814740.0391110.0171092060.0221220.0261202490.031320.0261202490.031420.0351802100.0381510.031222720.0331610.0391293150.0411720.0681096710.0731820.0681096710.0731920.028734070.032020.028734070.032120.1854314910.2112220.1854314910.2112320.1854244800.2042420.1854244800.2042520.123004200.1262620.123004200.1262760.112165250.1142860.112165250.1142960.112165250.1143060.112165250.1143160.112165250.1143260.112165250.1143310.162596170.163420.355766450.3723520.355766450.3723620.376067910.483720.376067910.483820.535949110.5413920.535949110.5414010.112913880.1134210.0551314820.0634320.0441293510.0454430.0371293000.0394530.0371293000.0394610.016862210.019椅110149椅210.0106415360.022椅310.0079432080.009椅410.08582764200.116椅510.06752313410.079椅610.05072083320.069椅710.0136433490.015椅810.06032044370.089椅910.03091822040.037椅1010.01961032850.029附錄二對于沙發(fā)的17種裁剪方案對應(yīng)的、每個部件的裁剪個數(shù)：12345678910111210123141