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博碩士論文 etd-0727109-002208 詳細資訊
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論文名稱
Title
應用啟發式演算法求解多目標型鋼切割計畫之研究
A Study on Multi-objective Section Steel Cutting Plan Using Meta-Heuristic Approaches
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
61
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2009-06-25
繳交日期
Date of Submission
2009-07-27
關鍵字
Keywords
啟發式演算法、一維原料裁切問題、最佳化
optimization, one-dimensional cutting stock problem, heuristic methods
統計
Statistics
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中文摘要
型鋼通常為訂單導向的生產型態,其成品轉用機率低,同時材料成本佔整體成本比例高,因此提高材料的產出率是促進有效率經營的一個重要途徑,也就是說必須在生產前,產生一份具有經濟效益的合理裁切計畫,並且能依據不同的景氣週期,來考慮合適的最佳化目標。
由於型鋼裁切計畫的規劃屬於一維原料裁切問題,可以算是一個典型的裝箱問題(bin packing problem),在求解上至少屬於NP-hard 問題,當問題規模增長時,其解空間也會急遽增加,因此幾乎不可能透過窮舉法來搜尋解空間。本研究以文獻中切割Pattern的方式來建構其數學模式,並且採用鄰近搜尋法進行求解,搭配門檻值接受法來協助跳離局部最佳解,根據實驗結果能夠有效率地找到一維原料裁切問題的良好解。
為了更進一步改善求解的效能與品質,在鄰近搜尋法的移步過程中,結合分支界限法來加強局部搜尋,並經由撰寫演算程式以不同的移步數量與需求規模來進行測試,根據測試結果顯示,本研究混合兩種演算策略的新求解流程,的確可以明顯的改善求解效率,又若在演算過程中,能動態的改變移步數量,其改善效果更為顯著。另外也模擬在不同景氣條件下,透過調整目標函數的目標權重,的確可以產生合適的裁切計畫,以更貼近產業的實務需求。
Abstract
Section Steel usually is a order-oriented production and not easy to resell. The material cost is large percentages of overall production cost. Hence, the key to boost efficient management is to increase the material output rate. In other words, we need to publish a efficient and reasonable cutting plan before production. And the cutting plan can cope with change to meet the market demand.
The cutting plan designing is a one-dimensional cutting stock problem, and also is a typical bin packing problem. In this study we examine a combined heuristic approach for this problem. The proposed approach combines two themes of solving method:a neighborhood search algorithm with threshold accepting techniques, and a Branch and Bound method.
The performance of the combined heuristic approach was verified by running several benchmarking problems and the results were reported. Experimental results indicate that the proposed solving process can effectively search the feasible region and avoid being trapped in local optimal.
目次 Table of Contents
中文摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程 2
第二章 文獻探討 5
2.1 原料裁切問題 5
2.2 分支界限法 8
2.3 啟發式演算法 10
2.3.1 模擬退火演算法 11
2.3.2 門檻接受法 13
第三章 模式架構與求解方法 16
3.1 問題描述 16
3.1.1 型鋼的生產排程特性 16
3.1.2 切割刀數的定義 17
3.2 模型建構 19
3.2.1 基本假設 19
3.2.2 符號定義 20
3.2.3 數學模型 20
3.3求解方法之發展 21
3.3.1 分支界限法(B & B)求解 21
3.3.2 門檻式演算法(TA)求解 25
3.3.3 結合門檻式演算法與分支界限法(TABB)求解 30
第四章 模式測試與分析 35
4.1 實驗設計 35
4.1.1 求解效率實驗設計 35
4.1.2 求解品質實驗設計 37
4.2 求解效率實驗測試與分析 39
4.3 求解品質實驗測試與分析 41
4.4 剩餘材料權重與切割刀數權重分析 42
4.5 移步改進建議(動態移步) 44
第五章 結論與後續研究 46
5.1 結論 46
5.2 後續研究 46
參考文獻 48
附錄一 切割刀數參考 50
附錄二 文獻測試案例 51
參考文獻 References
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