基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法技术

一种基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，它涉及一种应用于智能制造领域的排样优化和订单组批方法。它解决了当前个性化工业产品中方形件的最优切割问题。本发明专利技术的步骤为：一、确定相似条件，对每份订单建立一个需求材料的一维数组；二、应用Pearson相关系数确定各订单相似性，将相似订单组合成一个批次；三、在同一组批中，分材料切割，对同种材料的方形件数据进行预处理；四、应用以原片宽度为分辨基准的大产品项切割法开始进行切割；五、应用小产品项密集铺贴法对剩余小产品项进行排布。本发明专利技术充分利用订单信息和产品信息，结合生产实际，提出了一种二阶段的切割方法，有效提高了板材利用率，适用于大数量多种类的个性化定制方形件的批量切割。数量多种类的个性化定制方形件的批量切割。数量多种类的个性化定制方形件的批量切割。

【技术实现步骤摘要】
基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法


[0001]本专利技术涉及智能制造领域的方法，具体涉及一种基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，用于个性化工业产品中方形件的最优切割。

技术介绍

[0002]针对个性化定制品种多和订单数量庞大的特点，目前生产组织多采用“订单组批+批量生产+订单分拣”的模式进行生产。在这种生产模式下，订单组批与排样优化十分重要。
[0003]订单组批是将不同的订单在实际产能的限制下组合成一定数量的批次，组批时要解决个性化与生产高效性之间的矛盾；排样优化实质是下料问题，优化方形件在板材原片上的布局，以减少下料过程中的板材浪费，简化切割过程。
[0004]在对订单组批时，一般按照不同订单的相似性，将相似的订单组成若干批次，这样做利于批处理，提高生产效率，缩短交货周期。
[0005]在进行切割时，根据切割工艺的不同，可以分为齐头切和非齐头切两种方式，齐头切的方式是指垂直于方形件的一条边进行直线切割，每次切割都将方形件分成两块；非齐头切的方式则不必在每次切割时都将方形件分成两块。对比两种方法，齐头切的切割过程更简单，非齐头切的下料方式更多样。
[0006]齐头切又可以细分精确方式和非精确方式。精确方式可以在具体的切割阶段后得到所有产品，而非精确方式切割的部分产品需要比其它产品多出一个切割阶段才能得到。在确定切割阶段后，精确方式能在完成所有切割阶段后得到所有的产品，而非精确方式会在完成所有切割阶段基础上增加切割工作量。/>[0007]上文提到的切割阶段是在切割的过程中由于每次切割方向不同而提出来的，同一个阶段切割方向相同。阶段过少得不到想要的产品，阶段过多会增加切割工作量，所以要选取合适的切割阶段来做到最大效率的完成切割任务。常见的切割阶段最多为3
‑
4个。以3阶段的切割为例，第1阶段切割生成的模块本专利技术称之为stripe(条带)，如Stripe1和Stripe2；第2阶段切割生成的模块本专利技术称之为stack(栈)，如Stripe1继续被切割分成Stack1、Stack2等等；第三阶段切割生成的模块本专利技术称之为item(产品项)，如Stack1继续被切割分成Item1、Item2等等。
[0008]订单组批和排样优化的最主要目的就是使板材利用率达到最大，即满足：
[0009][0010]其中，γ是板材利用率，S
i
是每个产品项面积，n是产品项总数，n
原
是原片数目，S
原
是原片面积。
[0011]目前对订单组批的研究多数采用聚类的方法，根据不同订单的特性选择合适的目标，在特定约束下建立聚类模型。然而对不同生产领域的产品订单进行组批就会有不同的约束，优化的目标也有差异。方形件产品存在订单组批与排样优化相互耦合的问题，因此需
要组批与排样协同优化。而现在对于排样优化问题的研究更多是在理论层面，没有考虑齐头切或非齐头切的方式和切割阶段等实际面临的情况对生产效率产生的影响，优化时针对等高块等特殊形状的方形件进行优化。面对多种多样的产品订单，数量庞大和种类多样的方形件产品，很多方法并不能普遍适用。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提出一种基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，克服当前订单组批和排样优化问题研究因未考虑两者之间的耦合问题以及传统排样优化方法本身无法普遍适用“小批量，种类多”的方形件订单而产生的不适应生产实际的主要问题；通过以不同订单所需板材材料为相似目标，应用Pearson相关系数对订单进行组批，以此使同一组批尽量应用相同的板材方法，解决组批与排样的协同优化问题；在满足齐头切、3切割阶段和精密排样的约束下，通过考量板材原件的特征和不同方形件的特征来对需要同种板材的一组方形件数据进行预处理，区分出大产品项和小产品项，进而对方形件进行排布，使该排布方法在切割方形件时切割效率更高且对各种方形件普遍适用，适应方形件生产的生产实际，能更好的指导企业生产工作。
[0013]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：对每份订单建立一个需求材料的一维数组，将数组归一化，应用Pearson相关系数得到每份订单之间的相似性，将相似性高的订单按照生产约束条件组合成一个批次。在同一批次中，所有需要相同原片材料的方形件统一切割。在切割前，先对产品项数据预处理，分出大产品项和小产品项，之后先切割大产品项，最后对小产品项进行密集铺贴，实现排样优化。
[0014]本专利技术的流程图如图1所示，具体步骤如下：
[0015]步骤一：确定相似条件。
[0016]本专利技术先统计所有订单中材料的所有种类，对每份订单建立一个需求材料的一维数组。若订单中有需要某材料的产品项，则数组对应位置填入需要该材料的产品项数目，若没有，则对应位置填零，最后将数组归一化。
[0017]步骤二：应用Pearson相关系数将相似订单组合成一个批次。
[0018]每份订单的材料数组可以反映出每份订单的材料需求情况。这样，本专利技术只要对每份订单的材料数组进行相似度比对，就可以知道每份订单的材料需求是否相似。若相似度为1，则两份订单需求相同的材料。若相似度不大于0，则两份订单需求的材料没有一样的。本专利技术通过应用Pearson相关系数公式来计算各材料数组之间的相关系数，进而得到每份订单之间的相关系数矩阵。Pearson相关系数公式如下：
[0019][0020]其中，r为相关系数，x，y为两个变量。
[0021]相关系数矩阵如图2所示。得到每份订单之间的相关系数矩阵后，按照相关系数从大到小的顺序选择不同的订单组成同一组批。
[0022]步骤三：在同一组批中，分材料切割，对同种材料的方形件数据进行预处理。
[0023]首先把每个产品项的长边长度作为产品项的长度，把每个产品项的短边长度作为
产品项的宽度，以原片规格为2440*1220(mm)为例。将产品项中长度在1220mm
‑
2440mm之间的数据提取出来组成集合A。
[0024]步骤四：应用以原片宽度为分辨基准的大产品项切割法开始进行切割。
[0025]以A中产品项长度最大值L
a1
对第一块原片进行切割，首先对左侧空间进行排布。以原片长边减去L
a1
所得长度L
b1
作为第一块原片对应数据分类准，所有长度小于1220mm，宽度小于或等于L
b1
的数据组成第一块原片的对应数据组B1。若对应数据组数据为空，则第一刀切割后所得短板皆为废料。若对应数据组数据不为空，则第一阶段切割后，在长板上从L
a1
开始按从长到短的顺序以宽度为约束继续切集合A中板材，直至原片剩余宽度无法排布下一个产品项，此时剩余板材暂时计入废料集合C。此为左侧第一阶段切割，如图3所示。
[0026]在进行左侧第二阶段切割时，寻找宽度小于当前原片剩余宽度的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，其特征在于它包括以下步骤：步骤一：先统计所有订单中材料的所有种类，对每份订单建立一个需求材料的一维数组；步骤二：每份订单的材料数组可以反映出每份订单的材料需求情况，应用Pearson相关系数将相似订单组合成一个批次；步骤三：把每个产品项的长边长度作为产品项的长度，把每个产品项的短边长度作为产品项的宽度，结合原片规格信息筛选出大产品项；步骤四：应用以原片宽度为分辨基准的大产品项切割法开始进行切割，先切割大产品项，切割大产品项后的原片剩余部分用于切割合适的小产品项；步骤五：应用小产品项密集铺贴法对剩余小产品项进行排布，最终完成所有产品的切割。2.根据权利要求1所述的基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，其特征在于所述的步骤一为：若订单中有需要某材料的产品项，则数组对应位置填入需要该材料的产品项数目，若没有，则对应位置填零，最后将数组归一化。3.根据权利要求1所述的基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，其特征在于所述的步骤二为：1)通过应用Pearson相关系数公式来计算各材料数组之间的相关系数，进而得到每份订单之间的相关系数矩阵，Pearson相关系数公式如下：其中，r为相关系数，x，y为两个变量；2)得到每份订单之间的相关系数矩阵后，按照相关系数从大到小的顺序选择不同的订单组成同一组批。4.根据权利要求1所述的基于方形件特征和Pearson相关系数的排样优化和订单组批方法，其特征在于所述的步骤四为：1)以A中产品项长度最大值La1对第一块原片进行切割，首先对左侧空间进行排布，以原片长边减去La1所得长度Lb1作为第一块原片对应数据分类准，所有长度小于1220mm，宽度小于或等于Lb1的数据组成第一块原片的对应数据组B1，若对应数据组数据为空，则第一刀切割后所得短板皆为废料，若对应数据组数据不为空，则第一阶段切割后，在长板上从La1开始按从长到短的顺序以宽度为约束继续切集合A中板材，直至原片剩余宽度无法排布下一个产品项，此时剩余板材暂时计入废料集合C，此为左侧第一阶段切割；2)在进行左侧第二阶段切割时，寻找宽度小于当前原片剩余宽度的未排布产品项，若该产品项长度小于La1，则可放入...

【专利技术属性】
技术研发人员：王纪元，张智冠，宋效才，周徐斌，王伟，赵万良，张淼，汪自军，李东禹，李绍良，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：