专利名称：大规模角度的二维不规则版片下料方法
技术领域：
本发明涉及版片下料方法领域，特别涉及一种应用于大规模角度的二维不规则版片下料方法。
背景技术：
“下料问题”是把相同形状的一些原材料分割加工成若干个不同规格大小的零件的问题，此类问题在工程技术和工业生产中有着重要和广泛的应用。可应用的行业包括钣金件加工、服装行业、纸业与玻璃业、木材制品、印刷业排版、集装货物、微电子工业的排版等众多领域，上述印刷业排版涉及对各种书刊的排版，服装行业涉及各种布料皮革定级中的优化排样等，集装货物涉及将货物优化地装入有限空间的集装箱中，微电子工业涉及集成电路的排布等，可见，对下料问题的相关研究具有十分重要的实际意义。有一篇华东理工大学理学院数学系(上海200237)发表的论文“关于有交货时间限制的大规模实用下料问题”，对于一维下料问题得到一个有各自交货时间的模型，该模型提出一种DP贪婪算法，材料利用率高，有效节约了成本。关于规则版片下料方法，有一篇来自华中科技大学计算机科学与技术学院(武汉 430074)名称为“一种求解矩形块状填问题的拟人算法”的论文，该算法使用了两个主要的思想策略，即矩形块选择策略和矩形块放置策略，对求解矩形块装填问题十分有效。二维版片下料问题，在原材料切割生产时，有着很重要的意义。排版布局的优劣， 直接与材料成本、经济效益有关。沈阳工业大学信息科学与工程学院发布的一篇名称为“二维不规则形状自动排料算法的研究与实现”的文献，它是针对二维不规则形状自动排料问题，给出了自动排料的求解思路，并对自动排料的主要算法作出了研究和改进。主要内容包括自动排料过程描述与自动排料主要算法，所述自动排料过程是将新排零件与已排零件或原料边界保持接触且不重叠，新零件的最优位置与其方向和已排零件的位置有关，最佳方向和相对位置的确定， 只能靠已排零件边界移动的试探法来寻找，这将非常耗时，而且很难准确确定新零件的位置。目前存在的主要问题是，材料利用率低，造成了巨大的浪费，特别是对于生产规模较大，原材料成本很高的企业来说，即使将材料利用率提高少许，也会带来巨大的经济效益，而现有技术尚未研究出能很好解决上述问题的二维版片的下料方法，所以对二维不规则版片下料的算法研究，具有十分重要的意义。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供一种应用于大规模角度的二维不规则版片下料方法，有效提高了原材料的利用率，降低了企业的运行成本，提高了其计算速度和整体工作效率。本发明的技术方案如下所述
大规模角度的二维不规则版片下料方法，是将二维版片下料问题，建模成旅行商问题，利用郭涛演化算法(已被应用的工程算法，出自计算机辅助设计与图形学学报第12 卷第7期，中图法分类号TP3791. 72)对旅行商问题出色的处理能力，群体爬山策略在前期迅速地进行收敛，有效地解决玩具版片下料中，运算量巨大、收敛速度慢等问题，然后利用既定的规则，顺序和角度放置样片，经过一定代数的运算，达到较好排列的结果。具体过程包括以下步骤(1)先将上述二维不规则版片归类为占角、贴边与正常三种类型，将每个版片依次放入容器摆放的次序作为遗传因子，随机生成多个遗传因子作为初始群体，每个遗传因子对应每个版片的放置顺序和旋转角度。(2)将上述十个遗传因子进行逆转变异操作，保留优胜的遗传因子，进化到下一代。(3)重复上述步骤( 的过程，直到进化到第N代，停止上述过程，选取最优的遗传因子作为问题的解，根据最优遗传因子当中每个版片的角度和排列次序，将版片旋转制定角度后，逐个放入容器内。(4)从容器底部中点开始，先宽度后高度，逐个像素的搜索适合放置的位置，直到找到适合放下的位置，然后将上述版片放下。(5)重复步骤(4)所述的方法，放置下一个版片，如果版片为占角或贴边类型，则先从角上和边上开始寻找放置位置。进一步，上述步骤(1)中所述多个遗传因子可以为十个、二十个或者其它数目的遗传因子作为初始群体；上述步骤C3)中N的数目一般为五十代左右，当然越大越好，最后选择的遗传因子更优。将上述方法应用于皮料的生产中经过实践获知，200片样板，排1. 5X IOm的范围， 耗时10分钟，原材料利用率达到90 %，相对于通常的手工下料，原材料节约了 20 %，效率提高了 10倍，不仅帮企业节省了大量的资金，也有力地推动了数控切割设备如激光切割机在原材料切割应用上的推广。本发明的有益效果是，方法新颖，独特巧妙，有效解决了二维不规则版片的下料复杂问题，简化了程序，节约了时间，将该方法应用于各类有需要的行业当中去，能够为企业节约成本，提高实际运作效率。
图1为本发明的流程示意图。
具体实施例方式为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本发明。实施例参看图1，本发明大规模角度的二维不规则下料方法，通过一定的规则， 顺序和角度放置样片，经过一定代数的运算，达到较好排列的结果。具体过程包括以下步骤
首先，进行步骤Si，将二维不规则版片归类，分为占角、贴边与正常三种类型；步骤S2，将每个版片依次放入容器摆放的次序作为遗传因子，随机生成十个遗传因子作为初始群体，每个遗传因子对应每个版片的放置顺序和旋转角度。步骤S3，对上述十个遗传因子进行逆变异操作，保留优胜的遗传因子，进化到下一代。重复上述此过程，直到进化到第五十代才停止，选取最优的遗传因子作为问题的解。最后进行步骤S4，根据所述最优遗传因子当中每个版片的角度和排列次序，将版片旋转制定角度后，逐个放入容器内。此时，从容器底部中点开始，先宽度后高度，逐个像素的搜索适合放置的位置，直到找到适合放下的位置，然后将上述版片放下。重复步骤S4将每个版片放到合适的位置，如果版片为占角或贴边类型，则先从角上和边上开始寻找放置位置。通过上述方法，有效提高了原材料的利用率，降低了企业的运行成本，提高了其计算速度和整体工作效率。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.大规模角度的二维不规则版片下料方法，其特征在于，它主要包括以下步骤(1)将二维不规则版片归类，为占角、贴边与正常三种类型，将每个版片依次放入容器摆放的次序作为遗传因子；(2)将上述多个遗传因子进行逆转变异操作，保留优胜的遗传因子，进化到下一代，然后再进化；(3)选取进化到最后一代的最优遗传因子作为问题的解，根据最优遗传因子当中每个版片的角度和排列次序，将版片旋转制定角度后，逐个放入容器内；(4)从所述容器底部中点开始，先宽度后高度，逐个像素的搜索适合放置的位置，直到找到适合放下的位置，然后将上述版片放下；(5)重复步骤(4)所述的方法，放置下一个版片，如果版片为占角或贴边类型，则先从角上和边上开始寻找放置位置。
2.根据权利要求1所述的大规模角度的二维不规则版片下料方法，其特征在于，上述步骤( 将优胜的遗传因子进化五十代或更多代，再选取最后一代的最优遗传因子作为问题的解。
3.根据权利要求1所述的大规模角度的二维不规则版片下料方法，其特征在于，在步骤(1)后随机选取十个遗传因子作为初始群体，在进行下一步逆变异操作。
全文摘要
本发明公开了一种应用于大规模角度的二维不规则版片的下料方法，它主要是将二维版片下料问题，建模成旅行商问题，利用郭涛演化算法对旅行商问题出色的处理能力，群体爬山策略在前期迅速地进行收敛，有效地解决版片下料中运算量巨大、收敛速度慢等问题，然后利用既定的规则，顺序和角度放置样片，经过一定代数的运算，达到较好排列的结果。本发明方法独特，有效提高了原材料的利用率，降低了企业的运行成本，提高了其计算速度和整体工作效率。
文档编号G06F17/50GK102236730SQ20101016410
公开日2011年11月9日 申请日期2010年4月29日 优先权日2010年4月29日
发明者朱冲, 朱顺兴, 陆晓燕 申请人:上海咔咻智能科技有限公司