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

題目：瓶罐玻璃產(chǎn)品自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專(zhuān)?業(yè)?班?級(jí)：測(cè)控技術(shù)與儀器學(xué)號(hào):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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)空瓶進(jìn)行檢驗(yàn)。傳統(tǒng)的人工驗(yàn)瓶方式，精度和速度都很難達(dá)到要求，很難保證檢測(cè)的質(zhì)量。自動(dòng)檢測(cè)可以有效克服人工驗(yàn)瓶的不足，大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度,因此采用自動(dòng)檢測(cè)來(lái)代替人工檢測(cè)已成為一個(gè)發(fā)展方向。瓶罐玻璃產(chǎn)品自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用機(jī)、光、電、氣、計(jì)算機(jī)五大學(xué)科中的先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)集中控制，各執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)配合，對(duì)瓶口殘缺、瓶底部有洗不凈的異物的空瓶進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和剔除。本設(shè)計(jì)利用西門(mén)子S7-300PLC與組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)驗(yàn)瓶機(jī)控制系統(tǒng)的基本功能。所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)基本上實(shí)現(xiàn)了對(duì)自動(dòng)驗(yàn)瓶機(jī)運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)驗(yàn)瓶機(jī)的輸送控制、檢測(cè)控制、剔除控制和裝箱控制等功能。使用該自動(dòng)驗(yàn)瓶機(jī)大大減少了人力資源，同時(shí)節(jié)約了成本，可以迅速提高啤酒產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：可編程控制器；驗(yàn)瓶機(jī)；自動(dòng)檢測(cè)

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(duì)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(duì)方案進(jìn)行編號(hào)排序。根據(jù)沙發(fā)的訂單數(shù)量確定各個(gè)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(jì)算每種方案對(duì)應(yīng)的牛皮裁剪數(shù)量，進(jìn)一步計(jì)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(jìn)行模型求解。沙發(fā)訂單為52件，餐椅訂單為160件。通過(guò)模型一將各部件在牛皮模板上進(jìn)行優(yōu)化排樣，列舉出17種排樣方案（見(jiàn)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(duì)應(yīng)牛皮數(shù)量排樣方案對(duì)應(yīng)牛皮數(shù)量1521054201126301226411913050145265215417016808801752915由表1進(jìn)一步計(jì)算求得：需要總的牛皮數(shù)量為649張，對(duì)牛皮的利用率為57.6%。5.2問(wèn)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(wèn)，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(méi)有給出新增牛皮的種類(lèi)，方便起見(jiàn)，我們假設(shè)新增的牛皮都是大牛皮。我們首先采用第一問(wèn)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(guò)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(duì)應(yīng)牛皮數(shù)量排樣方案對(duì)應(yīng)牛皮數(shù)量1010125113301234513050145651527016285175912）8張牛皮制作椅子的方案對(duì)于問(wèn)題二中新增加的8張牛皮，由于題目中沒(méi)有明確給出牛皮種類(lèi)，為了簡(jiǎn)化問(wèn)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(duì)椅子部件在牛皮模板上進(jìn)行排樣，得到10種切割方式。如下表：表3對(duì)于餐椅的10種剪裁方案部件編號(hào)12345678910123512224212147211331232052212321402813242145154231242262461421211732213241218112324212592012463216101213125132利用上述切割方式對(duì)8張牛皮進(jìn)行優(yōu)化切割，得到制作椅子數(shù)目與各個(gè)椅子部件的數(shù)目，可以計(jì)算得出對(duì)8張牛皮切割得到的椅子部件余量。3)對(duì)余料的利用問(wèn)題在問(wèn)題一中的切割方式不變的情況下，對(duì)40張牛皮進(jìn)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(duì)新加入的8張牛皮獨(dú)立切割時(shí)，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(duì)第一問(wèn)中做出小牛皮的剪裁方式進(jìn)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(zhǎng)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(gè)。我們?cè)诘谝活}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(shí)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(wèn)題一的裁剪方式，對(duì)40張牛皮制作沙發(fā)的裁剪方案進(jìn)行優(yōu)化處理，處理結(jié)果及各部件余量見(jiàn)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(duì)于新增8張牛皮的裁剪方案切割方式采用數(shù)目（無(wú)余料）采用數(shù)目（有余料）1002003104005216007228019211013假設(shè)沒(méi)有余料加入時(shí)，8張牛皮獨(dú)立最多可生產(chǎn)的餐椅數(shù)為15張。加入余料時(shí)，結(jié)果為共可以生產(chǎn)餐椅21把。通過(guò)比較得出，對(duì)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(wèn)題三的求解本文要求在知道歷史數(shù)據(jù)，即近一年來(lái)的訂單，和考慮市場(chǎng)因素的前提下，確定皮件的促銷(xiāo)價(jià)格。在皮革的進(jìn)價(jià)不變，皮革的利用率會(huì)影響單件皮件的生產(chǎn)成本，進(jìn)而影響售價(jià)。5.3.1模型準(zhǔn)備1.市場(chǎng)的需求和價(jià)格以及供應(yīng)量都是相關(guān)聯(lián)的。往往市場(chǎng)的價(jià)格會(huì)隨著供應(yīng)量的上升而下降，這是需求也會(huì)隨之上升；為了促銷(xiāo)，銷(xiāo)售商會(huì)用降低價(jià)格的方法來(lái)增加銷(xiāo)售量以增加利潤(rùn)。降價(jià)帶來(lái)的增加產(chǎn)量的效果不僅和降價(jià)幅度有關(guān)，同時(shí)也和原價(jià)有關(guān)。2.考慮市場(chǎng)需求量即為產(chǎn)品銷(xiāo)量，即假設(shè)生產(chǎn)能力不受限制。5.3.2基于價(jià)格彈性的促銷(xiāo)價(jià)格模型1.價(jià)格彈性公式的推導(dǎo)設(shè)需求曲線為。式中P為價(jià)格，Q為需求量，即銷(xiāo)量。此時(shí)定義表示價(jià)格彈性，則有：（13）從圖3可知，D為需求曲線，期表達(dá)式為，點(diǎn)A的坐標(biāo)為。過(guò)A點(diǎn)的曲線D的切線斜率為（14）式中為切線斜率。圖3價(jià)格彈性公式的推導(dǎo)過(guò)程因?yàn)?，，A點(diǎn)坐標(biāo)為，，，，所以:（15）又因?yàn)楹拖嗨?，所以，由此得到。而且因?yàn)?，，所以（平行切割）。顯然D線上任意一點(diǎn)出的彈性是以切點(diǎn)內(nèi)分上、下部線段的取負(fù)號(hào)的比值。幾何方法得到了切點(diǎn)處的斜率，顯然，切點(diǎn)處的斜率并不代表價(jià)格彈性。這一點(diǎn)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(diǎn)處的價(jià)格彈性均不一樣。當(dāng)價(jià)格P位于P>F且接近c(diǎn)的較高部位時(shí)，降價(jià)可使需求量Q增加；反之，當(dāng)價(jià)格P位于P<F且接近0的較底部位時(shí)，降價(jià)對(duì)需求量的增加將不明顯，效果不會(huì)理想。基于價(jià)格彈性公式的優(yōu)化模型通過(guò)價(jià)格彈性既可以按照上面的評(píng)價(jià)方法，進(jìn)行定性評(píng)價(jià)降價(jià)促銷(xiāo)的可行程度；也可以定量計(jì)算得到最優(yōu)的降價(jià)促銷(xiāo)方案。下面給出基于以上價(jià)格彈性的優(yōu)化模型:1.基于最大利潤(rùn)的考慮針對(duì)考慮價(jià)格因素的變化，使得銷(xiāo)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(xiāo)之前的賣(mài)出單個(gè)產(chǎn)品的利潤(rùn)，是促銷(xiāo)之前的銷(xiāo)售量，是利潤(rùn)。是降價(jià)幅度，是隨著的降價(jià)隨之的銷(xiāo)量增加幅度。為了便于計(jì)算，考慮價(jià)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(jià)格彈性公式中的項(xiàng)保持不變，即?？梢愿鶕?jù)一年以來(lái)的銷(xiāo)量和價(jià)格，計(jì)算出每次調(diào)整價(jià)格的，則第i次調(diào)整價(jià)格時(shí):（17）由此我們得到了平均的價(jià)格彈性E：（18）這個(gè)平均價(jià)格彈性的意義在于，它描述了具體的商品對(duì)價(jià)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(jià)格彈性越大，說(shuō)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(guò)去一年的銷(xiāo)量和價(jià)格的數(shù)據(jù)，通過(guò)上面的優(yōu)化得到使得利潤(rùn)最大時(shí)的降價(jià)促銷(xiāo)方案。模型評(píng)價(jià)1.本題在處理不規(guī)則零件切割的時(shí)候，使用了矩形包絡(luò)法對(duì)不規(guī)則零件和不規(guī)則的牛皮進(jìn)行了處理，將不規(guī)則圖形轉(zhuǎn)化成了規(guī)則的矩形來(lái)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(wèn)題的時(shí)候，先用遺傳算法對(duì)模板與零件進(jìn)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(shí)際情況，可行性較高。3.在處理牛皮時(shí)，由于舉出的切割方式有限，只能得出局部最優(yōu)解，所以對(duì)牛皮的利用率不是非常高。4.在問(wèn)題二處理余料時(shí)，對(duì)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(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。5.問(wèn)題三的將促銷(xiāo)所引起的需求量的變化分為價(jià)格影響和消費(fèi)者心理等其它因素的影響，由需求價(jià)格彈性公式出發(fā)，模型合理易懂，合理反映符合實(shí)際情況，可操作性強(qiáng)。缺點(diǎn)在于確定促銷(xiāo)時(shí)考慮簡(jiǎn)單的銷(xiāo)量與價(jià)格關(guān)系，會(huì)和實(shí)際有一定的偏差。7.模型改進(jìn)與推廣在問(wèn)題中不使用矩形包絡(luò)法處理圖形，直接做出圖樣的點(diǎn)覆蓋，設(shè)定圖樣的旋轉(zhuǎn)參數(shù)，用遺傳排樣算法進(jìn)行優(yōu)化排樣處理，更貼近實(shí)際，結(jié)果更準(zhǔn)確。在對(duì)問(wèn)題二進(jìn)行處理時(shí)，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(huì)使材料利用率大大提高。通過(guò)此問(wèn)題的模型與求解，我們可以完善優(yōu)化，得到針對(duì)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(duì)衣物，皮革，元件等等工業(yè)制造廠家有很大的實(shí)用性。參考文獻(xiàn)【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(qiáng)，騰貴法，matlab數(shù)學(xué)計(jì)算范例教程，北京：中國(guó)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。【4】楊紅梅，價(jià)格彈性問(wèn)題及應(yīng)用問(wèn)題，山西煤炭管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，1，2004。【5】徐生菊，王命延，基于專(zhuān)家系統(tǒng)法的異形件最小包絡(luò)矩形求解，計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，9，2007?！?】李明，張光新，周澤魁，基于改進(jìn)遺傳算法的二維不規(guī)則排樣，湖南大學(xué)學(xué)報(bào)，33（2），2006.4。附錄一矩形包絡(luò)預(yù)處理后的部件尺寸：編號(hào)數(shù)量原面積（m^2）寬（mm）長(zhǎng)（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(duì)于沙發(fā)的17種裁剪方案對(duì)應(yīng)的、每個(gè)部件的裁剪個(gè)數(shù)：12345678910111210123141