面向对象的工序排序算法测试软件开发

论文总字数：31747字

摘 要

零件加工工序排序是计算机辅助工艺规划（CAPP）中的重要环节，也是工艺规划的难点所在。然而，目前大部分的CAPP系统仍然采用了传统的排序方法，需要工艺设计人员参与决策，排序问题依旧处于依赖工序设计人员的经验来决定策略的阶段。

为解决以上问题，本文设计了一个面向对象的工序排序算法测试软件平台，采用VC 编写了代码，此平台可用来对工业实际案例和随机生成案例进行分析。首先使用面向对象的统一建模语言（ UML）来建立软件系统的模型；采用 UML中用例图，类图，交互图等来描述软件平台。接着设计了表示工序先后顺序约束的优先图的自动生成算法。然后设计后处理类，以比较各个算法之间的优缺点。针对生成的优先图，调用不同优化算法进行测试，分别找到最优解之后，将不同算法的测试结果进行对比，最后分析出不同优化算法的效果。在所开发的软件平台上，通过采用多种算法对多个算例进行对比测试验证了所开发平台的扩展性和有效性。

关键词：工序排序；全拓扑算法；遗传算法； UML；面向对象的语言；

Design and development of object-oriented test software for operation sequencing algorithms

Abstract: Machining operation sequencing is an important task in computer-aided process planning (CAPP.However, the traditional sequencing methods that are based on technicians’ decision making have still be used in most of the CAPP systems. Operation sequencing problem is still in a stage dependent on the experience of technicians .

To overcome above mentioned flaw, this paper aims to build an object-oriented platform that can assess each algorithm’s performance by applying them to solve real problems and random instances. The VC is adopted to code the platform. This platform can analyze both industry cases and random cases. Using UML (Unified Modeling Language) methods, the diagrams of classes, interaction and use case and so on are designed. Next, the design of the automatic generation algorithm which can produce the precedence diagram of the sequence of processes is performed. Then, the post processing classes are designed, in order to compare the advantages and disadvantages of each algorithm. For the precedence graphs, different optimization algorithms are employed to find the optimal solution so that the test results of each algorithm can be compared. The feasibility and validity of the software are verified by using different algorithms to test different cases. .

Keywords: Sequencing of manufacturing procedures; Full topological sort; Genetic Algorithms;
Unified Modeling Language; Object-oriented language.

目录

第一章绪论 3

1.1课题背景 3

1.2工序排序发展现状 3

1.3 存在问题及解决途径 4

1.4 论文内容及规划 5

第二章面向对象程序设计方法与建模 6

2.1 面向对象简介 6

2.2 UML建模语言简介 6

2.3 排序问题的UML建模 8

2.4 本章小结 9

第三章前处理类设计 10

3.1 工业案例及其简介 10

3.2 随机案例介绍 10

3.3 前处理类用例图 12

3.4 前处理类类图的设计 14

3.5优先图类的设计和实现 15

3.6本章小结 16

第四章排序算法类及后处理设计 17

4.1 全拓扑算法 17

4.1.1全拓扑算法简介 17

4.1.2拓扑排序的理论方法 17

4.1.3全拓扑排序算法的优缺点 17

4.2 遗传算法类 18

4.2.1遗传算法简介 18

4.2.2遗传算法运算过程 18

4.2.3排序问题中的遗传算法染色体编码 18

4.2.4遗传算法的优缺点 20

4.3 粒子群算法类 20

4.3.1粒子群算法简介 20

4.3.2粒子群算法的种群更新理论 20

4.3.3粒子群算法与遗传算法的比较 20

4.3.4粒子群算法的优缺点 20

4.4 算法类库的设计与实现 21

4.5后处理类用例图 21

4.6后处理类类图设计 22

4.7本章小结 23

第五章工序排序软件验证 24

5.1 软件主要功能与界面 24

5.2 软件有效性和可扩展性验证 26

5.3 本章小结 28

第六章结论 29

6.1 主要工作与结论 29

6.2 主要工作与结论 29

致谢 30

参考文献 31

附录 32

1. 绪论

1.1课题背景

CAPP（Computer Aided Process Planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理的功能来制定零件机械加工工艺过程。CAPP的研究和发展起源于上个世纪60年代所涉及的 CAPP 系统的基本功能为：工艺路线的制定，每道工序的详细设定，切削用量的选择，时间定额的制定等。国内近年来也开发了一些 CAPP 系统投入使用，但由于零件形状和加工技术的复杂性和多样性开发 CAPP系统的技术难度还是相当大的。尽管国内对 CAPP 系统的开发与应用研究十分活跃，在工序排序问题上的论述并不多见。

CAPP系统主要作用是对加工工序进行评判比较选择其最优的排序。虽然目前已经开展了一些对优化算法的研究，并且研究出了一些新型的算法比如，遗传算法，全拓扑算法等等。但是只是对算法进行了研究而没有一个统一的平台来测试各种方法，从而可以比较个方法之间的不同。从而造成在生产实际中不知如何选择合适的优化算法的问题。为此，本课题将开发一个面向对象的扩展灵活的排序算法测试软件平台，以方便地比较不同算法性能，为算法选择提供决策支持。

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