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1. 研究目的与意义（文献综述）
1.1 研究目的及意义
2013年4月在汉诺威工业博览会上，德国政府正式提出工业4.0概念，其核心目的是为了提高德国工业的竞争力，在新一轮工业革命中占领先机。在《德国2020高技术战略》一文中德国政府将工业4.0列为未来十大项目之一，并投资2亿欧元进行相关研发。受此影响，2015年5月19日中国国务院签发《中国制造2025》，期望通过“三步走”实现制造强国的战略目标：第一步，到2025年迈入制造强国行列；第二步，到2035年中国制造业整体达到世界制造强国阵营中等水平；第三步，到新中国成立一百年时，综合实力进入世界制造强国前列。制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。十八世纪中叶开启工业文明以来，世界强国的兴衰史和中华民族的奋斗史一再证明，没有强大的制造业，就没有国家和民族的强盛。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。
当代中国已成为世界工业大国，尤其在制造业方面拥有着雄厚的实力。而数控机床在工业制造的过程中扮演着极其重要的角色，根据相关数据显示，目前中国已拥有近一千万台数控机床，是名副其实的数控机床大国。随着数字化设计制造技术的高速发展，工业制造对数控机床加工效率的要求越来越高。传统制造业由于历史局限性等因素的限制，导致绝大多数的数控机床的现阶段加工效率普遍较低，其直观地反映为单位零件的总加工时间较长。数控机床的总加工时间主要有切割时间和非切割时间构成，现阶段主流的减少总加工时间的方式通常是通过优化切割参数、更换刀具的顺序以及优化切割过程中的刀具的轨迹来缩短切割时间，进而减少总加工时间。这样做虽然效果显著，但其不仅实现的难度较大，而且问题的复杂程度更为繁杂，需要面临各方各面的技术考验和投入大量的人力物力。而实际上，在数控机床加工过程中还存在着大量的非切割时间，当加工过程中存在着大量的位移运动时，非切割时间对总加工时间的影响将远大于实际切割时间。根据相关统计数据显示，刀具切割时间平均占总加工时间的70%，而根据模型分布的复杂程度和模型的数目，非切割时间占整个总加工时间的15%~30%。若加工过程中存在大量重复的移位和下刀抬刀等操作，不合理的非切割路径规划将会非切割时间的延长，导致加工效率的降低。因此，合理地规划非切割路径会显著缩短加工时间，提高加工效率，提高我国制造业的竞争实力。
2. 研究的基本内容与方案
本文以数控机床路径规划为背景，通过对现有的遗传算法进行改进优化，并利用Matlab进行仿真设计，通过输入多模型CAD工图，系统自动规划出元件加工顺序，从而实现模型加工过程中的非切割路径规划。
对于任何多模型设计而言，其模型分布可简化为平面分布，既取模型设计中的表层图形为研究对象，利用模型在表层的平面形状代替模型的立体位置。计算机辅助设计（CAD）可输出JPG格式的文件，Matlab可对JPG文件进行内容读取，通过对读取的平面图纸进行运算处理，求得不同的模型平面的几何中心，代替为模型平面的平面位置。通过对所得模型几何中心进行编码，即对任意两点之间进行连线，得到若干条路径，并求得相应的路径长度。按照所有点都包含和路径首尾连续原则，对所有编码过的路径进行随机选择分配，得到一定数量的可行解（每个可行解即为遗传算法中的染色体），所有得到的可行解组成初始种群。对所有可行解运用适应度函数进行适应度评估，得到舒适度较高的多条染色体作为父代染色体，从中随机选择两条父代染色体进行迭代交叉，当到达局部最优解的情况下引入变异，生成若干条新的染色体，组成新的种群，再进行新的适应度评估，筛选得到新的父代，如此反复迭代交叉、选择、变异，最终得到与实际最接近的解。
3. 研究计划与安排
第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解研究所需理论基础。确定方案，完成开题报告。
第4－5周：熟悉掌握基本理论，完成英文资料的翻译，熟悉开发环境。
第6－9周：编程实现各算法，并进行仿真调试。
4. 参考文献（12篇以上）
[1] 张硕.数控机床典型加工过程仿真及能耗优化方法研究[D].哈尔滨工业大学，2015.
[2] 宋万万,曹超.数控机床加工精度的影响因素及优化措施[J]. 中国新技术新产品,2017(24). 1673-9957
[3] 管梅谷.关于中国邮递员问题研究和发展的历史回顾[J]. 运筹学学报,2015(3). 1007-6093
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