一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法技术

本发明专利技术提供一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，属于下料排样优化技术领域，采用了启发式算法的基本逻辑，并在此基础上进一步优化，根据矩形件不同规格分类至对应集合，利用电子开料锯开料的特性，将叠切、矩形区域横纵方向材料利用率以及矩形件二次归属这三方面纳入综合考虑，最后采用剩余矩形填充以及最低水平线搜索两种算法对剩余矩形件进行收尾，从而在提高下料效率的同时兼顾材料利用率。用率。用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法


[0001]本专利技术涉及下料排样优化
，具体涉及一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法。

技术介绍

[0002]大规模定制时代背景下，高效率、低成本地制造和供应产品的能力决定了企业的竞争力。因此，需要在生产物流各个环节中最大限度地优化，而作为流水线作业中承上启下最重要的生产环节——下料，其活动的合理性将直接影响到整个生产物流活动的进程。一个优秀的排样方案能够有效的减少余料的剩余、物料搬运时间、降低生产成本、以及提高材料利用率等，而这也对排样算法也提出了更高的要求。目前尽管各类先进的算法层出不穷，但是仍受到切割设备、工艺约束、工作人员水平等现实因素的限制。
[0003]现有的算法主要分为启发式算法和智能算法两类，后者以其优秀的寻找最优解能力成为现行算法的主流。但是过度地追求最优方案的代价是出现切割路径错综复杂、运算时间过长、参数设置依赖性强等问题。譬如，目前智能排样算法很多在理论上达到了100％的材料利用率，然而在实际生产应用中，由于刀缝、废料的存在80％～90％的材料利用率已经属于相当理想的排样结果。除此之外，很多看似理想的排样图却因其复杂诡谲的刀路致使实际下料过程困难以及加剧刀具磨损。例如如附图1和附图2所示，
[0004]按照理论来说，一个矩形件开料最多四刀便可以将其切出，当对一块矩形区域上的多个矩形件开料时，如果能保证每一刀都能一路切下去且能与尽可能多的矩形件的边重合，那么就能减少下刀的数量以及下刀过程中产生的原料损耗。即证明矩形件数量相同的情况下所需下刀次数越少，原料的损耗就越少，下料的速度就越快。以同一个案例的两种运算结果的第一张板举例(即附图1)，不考虑去毛边，第一刀下去，本专利技术算法能和该路径上所有附近的矩形件的边重合，而第二种算法中(即附图2)要切出028这块矩形件还需要多切一刀。两张板相对比，第一张板有17个矩形件全部开料只需要19刀，第二张板有15个矩形件全部开料需要23刀。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术目的在于针对现有技术中现有算法在实际下料中计算时间过长且切割路径过于复杂的不足，提供一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，采用了启发式算法的基本逻辑，并在此基础上进一步优化，根据矩形件不同规格分类至对应集合，利用电子开料锯开料的特性，将叠切、矩形区域横纵方向材料利用率以及矩形件二次归属这三方面纳入综合考虑，最后采用剩余矩形填充以及最低水平线搜索两种算法对剩余矩形件进行收尾，从而在提高下料效率的同时兼顾材料利用率。
[0006]技术方案：本专利技术所述一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，在于包括如下步骤：
[0007]步骤1、设定矩形区域的基础参数，并建立数学模型；
[0008]步骤2、初步筛选出同种规格矩形件并归类，其中，宽度相同的矩形件归入集合C1中，长度相同的矩形件归入集合C2中，当矩形件的长度和宽度均不相同时，归入余件集合Re中，；
[0009]步骤3、初始化信息，将相同集合的矩形件按顺序依次排列在矩形区域上，结束后更新各集合内的矩形件元素；
[0010]上述中各集合指同类型矩形件集合Cj{Ri},(i,j＝1,2,3,
…
,n)，余件集合Re{Ri},(i＝1,2,3,
…
,n)，余料集合Rs{Si},(i＝1,2,3,
…
,n)，这些都是由所有同种矩形件排样完毕后，剩下不满足排样条件的矩形件Ri以及满足余料条件的Si得来；矩形件元素指这些集合内的单个矩形件，
[0011]步骤4、设定矩形区域宽度方向排样最小利用率P
min
，获取同类别矩形件在所述矩形区域横放和竖放的利用率P
W
、P
L
，根据最小利用率P
min
对同类别的矩形件进行成组处理，将结果依次排列到矩形区域内，更新余件集合Re和余料集合Rs；
[0012]步骤5、计算剩余矩形件在余料中的适应度函数值，根据适应度函数值对余料区域依次填充,更新余件集合Re；
[0013]步骤6、按照最低水平线搜索算法对余件集合Re内的矩形件依次排列；排列规则为按照面积大小(相同面积长度优先)的顺序依次排列，
[0014]步骤7、输出对应的矩形区域K、材料利用率U及排样图；
[0015]材料利用率计算公式为：
[0016][0017]式中，U为材料利用率、W为矩形区域的宽度、L为矩形区域的长度、Wi为某一矩形件元素Ri的宽度，Li为某一矩形件元素Ri的长度，N为某一矩形件元素在矩形区域K上排列的数量，n为矩形区域K上矩形件的种群数量。
[0018]种群就是矩形件的种类，种群数量即该矩形件的数量，例如R1，R2，R3分别指代三个不同规格的矩形件，也指三个种群，集合可以只包含一个种群(矩形件)，譬如同种类型的矩形件，也可以包含不同种群，譬如同类型的矩形件集合Cj、余料集合Rs、余件集合Re，都是包含各个种群(矩形件)的集合。
[0019]进一步地，步骤1具体为：
[0020]步骤1.1、设立长度为L、宽度为W、编号为K的矩形区域，初始值K为0，锯路宽度W
r
；
[0021]步骤1.2、将矩形件元素按照R
i
[W
i
，L
i
，N，Deg＝0
°
]，(i＝1,2,3,
…
,n)的规则进行编号，
[0022]其中，Ri为对种群的编号，W
i
代表该矩形件的宽度，L
i
代表该矩形件的长度，N代表该矩形件的数量，De代表该矩形件的旋转角度，角度初始值为0
°
；
[0023]另外，将余料按照S
i
[W
i
，L
i
，K],(k＝1,2,3,
…
,n)的规则进行编号，
[0024]其中，W
i
代表该矩形件的宽度，L
i
代表该矩形件的长度，K代表该矩形件元素所在矩形区域的编号；
[0025]比如种群编号为R1的有四个，在其他集合里可以如{R1，R1，R1，R1，
……
}表示，N指该种群的数量，每排列一个R1，N就会减一。
[0026]步骤1.3、设立同类别矩形件集合Cj{Ri},(i,j＝1,2,3,
…
,n)，余件集合Re{Ri},(i＝1,2,3,
…
,n)，余料集合Rs{Si},(i＝1,2,3,
…
,n)；
[0027]例如种群R1[W1＝400，L1＝800，N＝11，Deg＝0
°
][0028]R2[W2＝400，L1＝600，N＝14，Deg＝0
°
][0029]R3[W3＝550，L3＝900，N＝21，Deg＝0
°<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、设定矩形区域的基础参数，并建立数学模型；步骤2、初步筛选出同种规格矩形件并归类，其中，宽度相同的矩形件归入集合C1中；长度相同的矩形件归入集合C2中；当矩形件的长度和宽度均不相同时，归入余件集合Re中；当一个矩形区域排样完成后会对未利用的区域进行筛选，满足筛选条件的矩形余料则归入余料集合Rs中；步骤3、初始化信息，将相同集合的矩形件按顺序依次排列在矩形区域上，结束后更新各集合内的矩形件信息；步骤4、设定矩形区域宽度方向材料最小利用率P
min
，获取每种规格矩形件在矩形区域横放和竖放的利用率P
W
、P
L
，根据最小利用率P
min
对每种矩形件进行成组处理，将结果依次排列到矩形区域内，更新余件集合Re和余料集合Rs；步骤5、计算剩余矩形件在余料中的适应度函数值，根据适应度函数值对余料区域依次填充,更新余件集合Re；步骤6、按照最低水平线搜索算法对余件集合Re内的矩形件依次排列；步骤7、输出对应的矩形区域K、材料利用率及排样图；材料利用率计算公式为：式中，U为材料利用率、W为矩形区域的宽度、L为矩形区域的长度、Wi为某一矩形件元素Ri的宽度，Li为某一矩形件元素Ri的长度，N为某一矩形件元素在矩形区域K上排列的数量，n为矩形区域K上矩形件的种群数量。2.根据权利要求1所述的一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，其特征在于：所述步骤1具体为：步骤1.1、设立长度为L、宽度为W、编号为K的矩形区域，初始值K为0，锯路宽度W
r
；步骤1.2、将矩形件元素按照R
i
[W
i
，L
i
，N，Deg＝0
°
]，(i＝1,2,3,
…
,n)的规则进行编号，其中，Ri为对种群的编号，W
i
代表该矩形件的宽度，L
i
代表该矩形件的长度，N代表该矩形件的数量，De代表该矩形件的旋转角度，角度初始值为0
°
；另外，将余料按照S
i
[W
i
，L
i
，K],(i＝1,2,3,
…
,n)的规则进行编号，其中，W
i
代表该矩形件的宽度，L
i
代表该矩形件的长度，K代表该矩形件元素所在矩形区域的编号；步骤1.3、设立同类别矩形件集合Cj{Ri},(i,j＝1,2,3,
…
,n)，余件集合Re{Ri},(i＝1,2,3,
…
,n)，余料集合Rs{Si},(i＝1,2,3,
…
,n)；步骤1.4、计算矩形区域利用率P，矩形件横纵方向摆放利用率P
W
和P
L
，矩形区域宽度方向利用率规定最小值P
min
。3.根据权利要求1所述的一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，其特征在于：所述步骤2具体为：步骤2.1、计算矩形件R
i
[W
i
，L
i
，N，Deg＝0
°
],(i＝1,2,3,
…
,n)在矩形区域宽度方向横放利用率P
W
和竖放利用率P
L，
P
W
＝[Wi*N+(N
‑
1)*Wr]/W；式中，W
i
代表该矩形件的宽度，N代表该矩形件的数量，Wr代表锯路宽度，W代表矩形区域
的宽度；P
L
＝[Li*N+(N
‑
1)*Wr]/W，式中，L
i
代表该矩形件的长度，N代表该矩形件的数量，Wr代表锯路宽度，W代表矩形区域的宽度；步骤2.2、比较P
W
和P
L
，若P
W
＜P
L
，选取P
L
，若P
W
≥P
L
，选取P
W
；步骤2.3、将步骤2.2中选取的数值与矩形区域宽度方向规定最小值P
min
比较，若选取的数值≥Pmin，则归为同类别矩形件，若选取的数值＜P
min
，则将矩形件Ri放入同类型集合Cj中；若集合Cj中的元素个数小于等于1，则将该元素移动至余件集合Re中。4.根据权利要求1所述的一种基于电子开料锯开料优化的矩形件排样方法，其特征在于：所述步骤3具体为：步骤3.1、初始化信息，更新集合，设置矩形区域初始编号K，K＝0，锯路宽度Wr，步骤3.2、更新矩形区域编号K＝K+1；步骤3.3、判断是否存在需要排列的矩形件R
i
，若存在则转至步骤3.4，否则转至步骤3.7；步骤3.4、计算矩形件R
i
[W
i
，L
i
，N，Deg＝0
°
],(i＝1,2,3,
…
,n)在矩形区域宽度方向的横放利用率P
W...

【专利技术属性】
技术研发人员：李荣荣，黄尚伟，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：