一种面向单规格板材的矩形工件快速排样方法

一种面向单规格板材的矩形工件快速排样方法
【专利摘要】本发明公开了一种面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，包括以下步骤：步骤1，遍历工件的步骤,输入若干个待排放的矩形工件的初始数据，遍历所有待排放的矩形工件的初始数据；步骤2，首件矩形工件排样的步骤，快速举荐一块所述矩形工件作为首件矩形工件，并进行排放，排放所述首件矩形工件按照左下、右下、左上或右上为优先排放,将所述首件矩形工件放在矩形的单块板材的左下角、右下角、左上角或者右上角。所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法下料排样过程满足“一刀切”工艺要求，排样速度快，总体板材利用率高，极大降低了企业的制造成本，满足了企业多品种集中下料的需求，为制造企业的下料生产和选择带来巨大效益。
【专利说明】
一种面向单规格板材的矩形工件快速排样方法
技术领域
[0001] 本发明涉及板材下料排样方法领域，尤其涉及一种面向单规格板材的矩形工件快 速排样方法。
【背景技术】
[0002] 在钣金件加工、玻璃加工、家具制造、服装剪裁等领域中经常需要在单规格矩形原 材料板件上切割出多种规格的矩形工件，因此如何在单规格矩形原材料板件进行排样下料 以提高原材料利用率成为了企业生产极为关注的问题。现有的单规格矩形原材料板件排样 下料方法中无法满足"一刀切"工艺要求，加工难度大，"一刀切"工艺要求从矩形板材的一 端，沿直线方向切割到另一端，将其分割成两个独立的矩形分件，刀具只能走直线，切割过 程中不能拐弯或停顿，即每切一刀均将板材一分为二。而且，现有的单规格矩形原材料板件 排样下料方法中面积小的矩形工件通常会被优先排放，面积大的矩形工件留在后面排放， 造成前面一部分板材利用率较高，后面一部分板材利用率极低，以致板材总体利用率差。

【发明内容】

[0003] 本发明的目的在于提出一种满足"一刀切"工艺约束，优先排放大工件，板材利用 率高的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法。
[0004] 为达此目的，本发明采用以下技术方案： 一种面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，包括以下步骤： 步骤1，遍历工件的步骤，输入若干个待排放的矩形工件的初始数据，遍历所有待排放 的矩形工件的初始数据； 步骤2，首件矩形工件排样的步骤，快速举荐一块所述矩形工件作为首件矩形工件，并 进行排放，排放所述首件矩形工件按照左下、右下、左上或右上为优先排放，将所述首件矩 形工件放在矩形的单块板材的的左下角、右下角、左上角或者右上角； 步骤3，划分待排样区的步骤，对所述单块板材沿着所述首件矩形工件的长边或短边进 行切割，并在切割出的矩形的待排样区继续排放所述矩形工件，直到放不下所述矩形工件 为止，生成若干个单块板材排样方案； 步骤4,筛选单块板材最优排样的步骤，对步骤3中生成的若干个所述单块板材排样方 案进行筛选，选择出板材利用率最高的最优单块板材排样方案； 步骤5，整体排样生成的步骤，依次选择每块板材的所述最优单块板材排样方案，构造 成所有板材的整体排样方案。
[0005] 优选地，步骤2中快速举荐矩形工件的方法为： 首先，按照所述矩形工件的宽和高进行分类，对于单个所述矩形工件，若单个所述矩形 工件的宽和高均分别大于所述单块板材的宽和高的一半，则所述矩形工件为大工件;反之， 则所述矩形工件为小工件;而两两组合的所述矩形工件为二元复合块； 然后，挑选出所有的所述大工件并保存在BigItem集合中，对在所述BigItem集合中的 所述大工件根据第一适应度函数fitnessl的第一适应度值进行降序排列，所述第一适应度 函数fitnessl为： 導一遙處_输土.系_畀無. 挑选出所有的所述小工件和所述二元复合块并保存在NoBigItem集合中，对在所述 NoBigItem集合中的所述小工件和所述二元复合块根据第二适应度函数fitness2的第二适 应度值进行降序排列，所述第二适应度函数f itness2为： 二達 _ 瘈塗 蠢十 11?:一綱 损:材面租 郷冊. 最后，优先按第一适应度值从大到小的顺序，选取所述BigItem集合中对应的所述大工 件进行排放，直到所述BigItem集合中的所述大工件全部排放完毕;再按第二适应度值从大 到小的顺序，选取所述NoBigItem集合中对应的所述小工件和所述二元复合块进行排放。
[0006] 优选地，步骤3中生成单块板材排样方案的具体方法为： 在切割出的两个独立的所述待排样区上，采用双队列推理排放方法对待排放的所述矩 形工件进行排放； 设置废料阈值，累计每次排放所产生的废料，在排放过程中，若累计所述废料小于所述 废料阈值，则继续排放直至第二适应度值最小的所述小工件或所述二元复合块也放不下为 止，生成所述单块板材排样方案;若累计所述废料等于或大于所述废料阈值，则放弃本次的 所述单块板材排样方案，重新排放以生成新的所述单块板材排样方案。
[0007] 优选地，所述双队列推理排放方法为： 首先，将所述NoBigItem集合中的所有待排放的矩形工件按照高降序排列，若高相同则 按宽降序排列，形成基于高和宽双重选择的存储双队列； 然后，排放时，在所述存储双队列中先按高降序查找所述矩形工件，再按宽降序查找所 述矩形工件； 最后，所述待排样区的所述矩形工件按照排放优先级，从第一级到第五级的顺序进行 排放，所述排放优先级： 第一级，所述矩形工件的宽和高均与所述待排样区的宽和高相等； 第二级，所述矩形工件的宽与所述待排样区的宽相等，或所述矩形工件的高与所述待 排样区的尚相等； 第三级，所述矩形工件满足所述第一级或所述第二级的条件，且面积最大； 第四级，所述矩形工件满足所述第三级的条件，且包含工件最少； 第五级，所述矩形工件满足所述第四级的条件，且对应的第三适应度函数fitness3的 第三适应度值最大，所述第三适应度函数fitness3为 替排样区高::特排样咬宽待腓样区面稂
[0008] 优选地，所述步骤4中的所述单块板材排样方案的筛选方法为： 查找无废料方案的步骤，查找无废料的所述单块板材排样方案，并比较所有的无废料 的所述单块板材排样方案的所述矩形工件数量，选择所述矩形工件数量最少的无废料的所 述单块板材排样方案作为所述最优单块板材排样方案； 二分排样的步骤，若没有查找到无废料的所述单块板材排样方案，则对所有的所述单 块板材排样方案进行二分排样，所述二分排样为： 步骤A，设定废料率上限值为，废料率下限值为alciw=〇,二分法精度ξ的初始值为0.12， 中点 mid= (ahigh+ai?)/2; 步骤8，计算在（(11。1￥，€[1^11)范围内的所述单块板材排样方案的废料率€[ 11(11=1，2， 3，···），并和所述中点mid进行比较： 若在(ai?，ahigh)范围内的所述单块板材排样方案的废料率<^均大于所述中点mid，则 设定 ai0w=mid，重亲jfi十算 mid= (ahigh+ai0w)/2; 反之，即若在(ai?，ahigh)范围内有所述单块板材排样方案的废料率an满足alQW彡a n彡 mid，贝 Ij设定 ahigh=mid，重亲jfi十算 mid= (ahigh+ai0w)/2; 步骤C，重复步骤B直到|ahigh-alQW| <ξ则终止，终止时将在（alQW，ahigh)范围内的所述 单块板材排样方案作为二分排样所得方案进行保存； 步骤D，逐步收紧所述二分法精度ξ，所述二分法精度ξ按照以下公式收紧： ξ = ξ+0·01*(η_4)，η = 0，1，2,3; 重复步骤C直到遍历完所述二分法精度ξ的所有取值，找出每个所述二分法精度ξ对应 的所述二分排样所得方案； 比较所述二分排样所得方案的废料率，将废料率最小的所述二分排样所得方案作为所 述最优单块板材排样方案进行保存。
[0009] 优选地，还包括步骤6,整体排样优化的步骤，计算所述整体排样方案的总废料面 积，若所述总废料面积大于所述单块板材的面积时，启动优化排样机制； 所述优化排样机制包括： 查找锁定步骤，查找并锁定所述整体排样方案中的利用率等于100%且包含所述大工件 的所述最优单块板材排样方案； 拆分重排步骤，将所述整体排样方案中的未锁定的所述最优单块板材排样方案组成重 排序列，拆分并还原所述矩形工件，进行重新排样，并将重排的利用率最高的所述整体排样 方案中作为优化排样方案，计算所述优化排样方案的利用率； 结果生成步骤，重复所述拆分重排步骤，直到当前的所述优化排样方案的利用率与前 一次的所述优化排样方案的利用率相比，所述利用率提高幅度小于0.005时停止所述拆分 重排步骤，则当前的所述优化排样方案作为后优化排样方案； 还包括步骤7，比较选择的步骤，比较步骤6的所述后优化排样方案与步骤5的所述整体 排样方案，选择利用率最高的排样方案作为最终整体排样方案。
[0010] 所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法应用于单一尺寸矩形板材的下料 排样，待排样的所述矩形工件可以是不同尺寸的所述矩形工件，下料排样过程满足"一刀 切"工艺要求。
[0011]所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，采取"大小工件分治"的方法，优 先使用面积大的工件进行排样，面积小的工件在后续的排样中将具有更高的灵活性，显著 提高了整个排样结果的板材利用率。
[0012]而且，所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法筛选出每块板材利用率最高 的所述最优单块板材排样方案，并采用贪婪选择的方法，依次选择每块板材的所述最优单 块板材排样方案，构造成所有板材的整体排样方案。这样，排样速度快，总体板材利用率高， 极大降低了企业的制造成本，满足了企业多品种集中下料的需求，为制造企业的下料生产 和选择带来巨大效益。
【附图说明】
[0013] 附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
[0014] 图1是本发明其中一个实施例的整体流程示意图； 图2是本发明其中一个实施例的整体优化流程示意图； 图3是本发明其中一个实施例的优化排样机制流程示意图； 图4是本发明其中一个实施例的部分测试案例排样结果示意图。
【具体实施方式】
[0015] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0016] 实施例一： 本实施例的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，如图1所示，包括以下步骤： 步骤1，遍历工件的步骤，输入若干个待排放的矩形工件的初始数据，遍历所有待排放 的矩形工件的初始数据； 步骤2，首件矩形工件排样的步骤，快速举荐一块所述矩形工件作为首件矩形工件，并 进行排放，排放所述首件矩形工件按照左下、右下、左上或右上为优先排放，将所述首件矩 形工件放在矩形的单块板材的的左下角、右下角、左上角或者右上角； 步骤3，划分待排样区的步骤，对所述单块板材沿着所述首件矩形工件的长边或短边进 行切割，并在切割出的矩形的待排样区继续排放所述矩形工件，直到放不下所述矩形工件 为止，生成若干个单块板材排样方案； 步骤4,筛选单块板材最优排样的步骤，对步骤3中生成的若干个所述单块板材排样方 案进行筛选，选择出板材利用率最高的最优单块板材排样方案； 步骤5，整体排样生成的步骤，依次选择每块板材的所述最优单块板材排样方案，构造 成所有板材的整体排样方案。
[0017] 所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法应用于单一尺寸矩形板材的下料 排样，待排样的所述矩形工件可以是不同尺寸的所述矩形工件，下料排样过程满足"一刀 切"工艺要求。所述矩形工件即为切割模样，步骤1中排放的矩形工件的初始数据为根据接 收到的订单所要求的产品尺寸和数量，对应生成相同尺寸和数量的矩形工件。单一尺寸矩 形板材的下料排样，即为在给定板材的宽度和长度的情况下，将具有一定种类和数量的矩 形工件排放在板材上，排样目标是使所需的板材数量最少和所有板材的废料总和最小。先 在一块板材排放矩形工件直到尺寸最小的所述矩形工件都放不下为止;若一块板材排放完 毕仍有待排放的矩形工件，则在下一块板材继续排放;如此重复直到所有矩形工件排放完， 因此各块板材的排样方案即各块板材的所述单块板材排样方案可能相互之间有所不同。
[0018] 所述"一刀切"工艺要求为从矩形板材的一端，沿直线方向切割到另一端，将其分 割成两个独立的矩形分件，刀具只能走直线，切割过程中不能拐弯或停顿，即每切一刀均将 板材一分为二。步骤3中对所述单块板材沿着所述首件矩形工具的长边或短边进行切割，将 所述单块板材切割成两个矩形的待排样区，满足"一刀切"工艺要求，可降低诸如玻璃、木材 等板型材的加工难度，便于技术人员操作。所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法 筛选出每块板材利用率最高的所述最优单块板材排样方案，并采用贪婪选择的方法，依次 选择每块板材的所述最优单块板材排样方案，构造成所有板材的整体排样方案。这样，排样 速度快，总体板材利用率高，极大降低了企业的制造成本，满足了企业多品种集中下料的需 求，为制造企业的下料生产和选择带来巨大效益。
[0019] 优选地，步骤2中快速举荐矩形工件的方法为： 首先，按照所述矩形工件的宽和高进行分类，对于单个所述矩形工件，若单个所述矩形 工件的宽和高均分别大于所述单块板材的宽和高的一半，则所述矩形工件为大工件;反之， 则所述矩形工件为小工件;而两两组合的所述矩形工件为二元复合块； 然后，挑选出所有的所述大工件并保存在BigItem集合中，对在所述BigItem集合中的 所述大工件根据第一适应度函数fitnessl的第一适应度值进行降序排列，所述第一适应度 函数f itnessl为： _TF響一騰_-麵5?^肇梅聲-越歷里. yuuit, 、夕邕:一.!簡顏：游:：.灌爆處?.槺; 挑选出所有的所述小工件和所述二元复合块并保存在NoBigItem集合中，对在所述 NoBigItem集合中的所述小工件和所述二元复合块根据第二适应度函数fitness2的第二适 应度值进行降序排列，所述第二适应度函数f itness2为： QLOTK第二适?度僮=工件与板材相等边的条数+- --4^· κ)〇α 最后，优先按第一适应度值从大到小的顺序，选取所述BigItem集合中对应的所述大工 件进行排放，直到所述BigItem集合中的所述大工件全部排放完毕;再按第二适应度值从大 到小的顺序，选取所述NoBigItem集合中对应的所述小工件和所述二元复合块进行排放。
[0020] 所述快速举荐所述矩形工件的方法对所述矩形工件进行分类，所述二元复合块为 是宽度、高度、长短边等特征相同的单个工件两两组合在一起的形成的复合矩形工件;然后 采取"大小工件分治"的方法，优先使用面积大的工件进行排样，面积小的工件在后续的排 样中将具有更高的灵活性，显著提高了整个排样结果的板材利用率。现有的板材排样中，面 积小的所述矩形工件通常会被优先排放，面积大的所述矩形工件留在后面排放，造成前面 一部分板材利用率较高，后面一部分板材利用率极低，总体利用率差。而所述快速举荐所述 矩形工件的方法优先排放所述大工件，提高了后续排样的灵活性，从而大大提高了板材利 用率。
[0021] 优选地，步骤3中生成单块板材排样方案的具体方法为： 在切割出的两个独立的所述待排样区上，采用双队列推理排放方法对待排放的所述矩 形工件进行排放； 设置废料阈值，累计每次排放所产生的废料，在排放过程中，若累计所述废料小于所述 废料阈值，则继续排放直至第二适应度值最小的所述小工件或所述二元复合块也放不下为 止，生成所述单块板材排样方案;若累计所述废料等于或大于所述废料阈值，则放弃本次的 所述单块板材排样方案，重新排放以生成新的所述单块板材排样方案。
[0022]所述生成单块板材排样方案的具体方法充分考虑所述矩形工件面积对整个排样 结果的影响，结合所述矩形工件排放规则，对所述矩形工件选择次序进行优化，不断调整排 放顺序，最终找到高利用率的排样方案。设置所述废料阈值，在排样过程中持续跟踪排样中 的废料量，快速判断所述单块板材排样方案的有效性，加快排样速度，提高排样准确度。 [0023]优选地，所述双队列推理排放方法为： 首先，将所述NoBigItem集合中的所有待排放的矩形工件按照高降序排列，若高相同则 按宽降序排列，形成基于高和宽双重选择的存储双队列； 然后，排放时，在所述存储双队列中先按高降序查找所述矩形工件，再按宽降序查找所 述矩形工件； 最后，所述待排样区的所述矩形工件按照排放优先级，从第一级到第五级的顺序进行 排放，所述排放优先级： 第一级，所述矩形工件的宽和高均与所述待排样区的宽和高相等； 第二级，所述矩形工件的宽与所述待排样区的宽相等，或所述矩形工件的高与所述待 排样区的尚相等； 第三级，所述矩形工件满足所述第一级或所述第二级的条件，且面积最大； 第四级，所述矩形工件满足所述第三级的条件，且包含工件最少； 第五级，所述矩形工件满足所述第四级的条件，且对应的第三适应度函数fitness3的 第三适应度值最大，所述第三适应度函数fitness3为 QIIOTF 篆二％ G 资链、·..土士色.....+.....-.....+.....:、丄座..... 1?'??? ±?!夸.....一土:1?.匕… t二辦經I '诗鮮?Ι ?祕时關1雜￡备！锻把宽1搏靼鲈。
[0024]所述双队列推理排放方法按所述排放优先级进行排放，使板材下料切割时每一刀 均满足"一刀切"加工要求，而且大大缩小了排样过程的所述矩形工件选择范围，整个排样 过程中排放所述矩形工件的次数显著减少，每一次排放可选择单个所述矩形工件，或者所 述二元复合块进行排样，解决了现有排样方法中由于待排样工件多，严重影响排样时间和 排样效率的问题。
[0025]优选地，如图1所示，所述步骤4中的所述单块板材排样方案的筛选方法为：
[0026]查找无废料方案的步骤，查找无废料的所述单块板材排样方案，并比较所有的无 废料的所述单块板材排样方案的所述矩形工件数量，选择所述矩形工件数量最少的无废料 的所述单块板材排样方案作为所述最优单块板材排样方案； 二分排样的步骤，若没有查找到无废料的所述单块板材排样方案，则对所有的所述单 块板材排样方案进行二分排样，所述二分排样为： 步骤Α，设定废料率上限值为ahigh = 〇. 9,废料率下限值为alciw = 〇,二分法精度ξ的初始 值为〇 · 12，中点mid= (ahigh+alQW)/2; 步骤8，计算在（(11。1￥，€[1^11)范围内的所述单块板材排样方案的废料率€[ 11(11=1，2， 3，···），并和所述中点mid进行比较： 若在(ai?，ahigh)范围内的所述单块板材排样方案的废料率an均大于所述中点mid，则 T^^ai0w=mid, Mlifif #mid= (ahigh+ai0w)/2 ； 反之，即若在(ai?，ahigh)范围内有所述单块板材排样方案的废料率an满足alc)W彡a n彡 mid，贝 Ij设定 ahigh=mid，重亲jfi十算 mid= (ahigh+ai0w)/2; 步骤C，重复步骤B直到I ahigh-alQW I <ξ则终止，终止时将在(alQW，ahigh)范围内的所述单 块板材排样方案作为二分排样所得方案进行保存； 步骤D，逐步收紧所述二分法精度ξ，所述二分法精度ξ按照以下公式收紧： ξ = ξ+0·01*(η_4)，η = 0，1，2,3; 重复步骤C直到遍历完所述二分法精度ξ的所有取值，找出每个所述二分法精度ξ对应 的所述二分排样所得方案； 比较所述二分排样所得方案的废料率，将废料率最小的所述二分排样所得方案作为所 述最优单块板材排样方案进行保存。 所述单块板材排样方案的筛选方法首先查找是否存在无废料的所述单块板材排样方 案，若存在多个则选择所述矩形工件数量最少的无废料的所述单块板材排样方案作为所述 最优单块板材排样方案;若不存在则采用二分排样，通过逐步收紧所述二分法精度ξ找出所 述废料率a最小的所述单块板材排样方案作为所述最优单块板材排样方案。所述二分法精 度ξ越大，虽更容易找到对应的所述单块板材排样方案，但对应的所述废料率a往往偏大，而 所述二分法精度ξ精度越小，最终找到对应的所述单块板材排样方案的所述废料率a通常较 小，因此为了兼顾所述废料率a和整体优化率的关系，设置了动态的所述二分法精度ξ，提高 所述最优单块板材排样方案的利用率。所述二分排样，相对其他排样方法，算法简单，排样 速度快，且能够使得排样过程一直朝着高利用率的方向去寻找排样结果，得到的所述最优 单块板材排样方案的利用率较高。
[0027] 优选地，如图2所示，还包括步骤6，整体排样优化的步骤，计算所述整体排样方案 的总废料面积，若所述总废料面积大于所述单块板材的面积时，启动优化排样机制； 如图3所示，所述优化排样机制包括： 查找锁定步骤，查找并锁定所述整体排样方案中的利用率等于100%且包含所述大工件 的所述最优单块板材排样方案； 拆分重排步骤，将所述整体排样方案中的未锁定的所述最优单块板材排样方案组成重 排序列，拆分并还原所述矩形工件，进行重新排样，并将重排的利用率最高的所述整体排样 方案中作为优化排样方案，计算所述优化排样方案的利用率； 结果生成步骤，重复所述拆分重排步骤，直到当前的所述优化排样方案的利用率与前 一次的所述优化排样方案的利用率相比，所述利用率提高幅度小于0.005时停止所述拆分 重排步骤，则当前的所述优化排样方案作为后优化排样方案； 还包括步骤7，比较选择的步骤，比较步骤6的所述后优化排样方案与步骤5的所述整体 排样方案，选择利用率最高的排样方案作为最终整体排样方案。
[0028] 由于步骤4采取贪婪选择的方法，依次选择每块板材的所述最优单块板材排样方 案，构造成所有板材的整体排样方案，有可能所述总废料面积大于所述单块板材的面积，造 成巨大的浪费，因此设置所述整体排样优化的步骤。所述整体排样优化的步骤包括所述优 化排样机制，所述优化排样机制可对所述整体排样方案中的利用率低于100%的所述单块板 材排样方案拆分重排，并比较每次拆分重排的利用率提高幅度，确定最终的所述后优化排 样方案。由于所述拆分重排步骤找到的所述优化排样方案仅为当前利用率最高的，但不一 定为真正利用率最高的，因此需重复所述拆分重排步骤，直到当前的所述优化排样方案的 利用率与前一次的所述优化排样方案的利用率相比，所述利用率提高幅度小于0.005时才 停止。还设置所述步骤7,比较步骤6的所述后优化排样方案与步骤5的所述整体排样方案， 选择利用率最高的排样方案作为最终整体排样方案。通过后优化和比较选择，大大地提高 了所述最终整体排样方案的利用率，为企业生产带来极大的经济效益。
[0029]本实施例的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法具有以下有益效果： 1.所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法满足"一刀切"工艺要求，大大缩小了 排样过程的所述矩形工件选择范围，整个排样过程中排放所述矩形工件的次数显著减少， 解决了现有排样方法中由于待排样工件多，严重影响排样时间和排样效率的问题。
[0030] 2.采取"大小工件分治"的方法，优先使用面积大的工件进行排样，面积小的工件 在后续的排样中将具有更高的灵活性，显著提高了整个排样结果的板材利用率。
[0031] 3.所述单块板材排样方案的筛选方法设置了动态的所述二分法精度g，提高所述 最优单块板材排样方案的利用率。所述二分排样，相对其他排样方法，算法简单，排样速度 快，且能够使得排样过程一直朝着高利用率的方向去寻找排样结果，得到的所述最优单块 板材排样方案的利用率较高。
[0032] 实施例二： 对实施例一的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法进行测试，设计21组测试案例 集，每组测试案例集所述矩形工件的规格和数量不同，所述单块板材的规格也不同，测试本 实施例的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法对应每组测试案例集需使用的所述单 块板材的数量、所述整体排样方案的利用率和排样时间，测试结果如表1所示：
表1 如表1所示，21组测试案例集均能找到利用率为100%的最优解，表明所述面向单规格板 材的矩形工件快速排样方法对测试案例可以很快找到其最优解，具有良好的爬山特性，部 分测试案例的排样图如图4所示，从图4可知所述面向单规格板材的矩形工件快速排样方法 满足"一刀切"工艺约束，所述矩形工件排布合理，利用率高。
[0033]以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的 原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术 人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它【具体实施方式】，这些方式都将落入 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，遍历工件的步骤，输入若干个待排放的矩形工件的初始数据，遍历所有待排放 的矩形工件的初始数据； 步骤2，首件矩形工件排样的步骤，快速举荐一块所述矩形工件作为首件矩形工件，并 进行排放，排放所述首件矩形工件按照左下、右下、左上或右上为优先排放，将所述首件矩 形工件放在矩形的单块板材的的左下角、右下角、左上角或者右上角； 步骤3，划分待排样区的步骤，对所述单块板材沿着所述首件矩形工件的长边或短边进 行切割，并在切割出的矩形的待排样区继续排放所述矩形工件，直到放不下所述矩形工件 为止，生成若干个单块板材排样方案； 步骤4,筛选单块板材最优排样的步骤，对步骤3中生成的若干个所述单块板材排样方 案进行筛选，选择出板材利用率最高的最优单块板材排样方案； 步骤5，整体排样生成的步骤，依次选择每块板材的所述最优单块板材排样方案，构造 成所有板材的整体排样方案。2. 根据权利要求1所述的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，其特征在于，步骤 2中快速举荐矩形工件的方法为： 首先，按照所述矩形工件的宽和高进行分类，对于单个所述矩形工件，若单个所述矩形 工件的宽和高均分别大于所述单块板材的宽和高的一半，则所述矩形工件为大工件;反之， 则所述矩形工件为小工件;而两两组合的所述矩形工件为二元复合块； 然后，挑选出所有的所述大工件并保存在Bigltem集合中，对在所述Bigltem集合中的 所述大工件根据第一适应度函数fitnessl的第一适应度值进行降序排列，所述第一适应度 函数f itnessl为：挑选出所有的所述小工件和所述二元复合块并保存在NoBigItem集合中，对在所述 NoBigltem集合中的所述小工件和所述二元复合块根据第二适应度函数fitness2的第二适 应度值进行降序排列，所述第二适应度函数f itness2为：最后，优先按第一适应度值从大到小的顺序，选取所述Bigltem集合中对应的所述大工 件进行排放，直到所述Bigltem集合中的所述大工件全部排放完毕;再按第二适应度值从大 到小的顺序，选取所述NoBigltem集合中对应的所述小工件和所述二元复合块进行排放。3. 根据权利要求2所述的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，其特征在于，步骤 3中生成单块板材排样方案的具体方法为： 在切割出的两个独立的所述待排样区上，采用双队列推理排放方法对待排放的所述矩 形工件进行排放； 设置废料阈值，累计每次排放所产生的废料，在排放过程中，若累计所述废料小于所述 废料阈值，则继续排放直至第二适应度值最小的所述小工件或所述二元复合块也放不下为 止，生成所述单块板材排样方案;若累计所述废料等于或大于所述废料阈值，则放弃本次的 所述单块板材排样方案，重新排放以生成新的所述单块板材排样方案。4. 根据权利要求3所述的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，其特征在于，所述 双队列推理排放方法为： 首先，将所述NoBigI tem集合中的所有待排放的矩形工件按照高降序排列，若高相同则 按宽降序排列，形成基于高和宽双重选择的存储双队列； 然后，排放时，在所述存储双队列中先按高降序查找所述矩形工件，再按宽降序查找所 述矩形工件； 最后，所述待排样区的所述矩形工件按照排放优先级，从第一级到第五级的顺序进行 排放，所述排放优先级： 第一级，所述矩形工件的宽和高均与所述待排样区的宽和高相等； 第二级，所述矩形工件的宽与所述待排样区的宽相等，或所述矩形工件的高与所述待 排样区的尚相等； 第三级，所述矩形工件满足所述第一级或所述第二级的条件，且面积最大； 第四级，所述矩形工件满足所述第三级的条件，且包含工件最少； 第五级，所述矩形工件满足所述第四级的条件，且对应的第三适应度函数fitness3的 第三适应度值最大，所述第三适应度函数fitness3为5. 根据权利要求1所述的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，其特征在于，所述 步骤4中的所述单块板材排样方案的筛选方法为： 查找无废料方案的步骤，查找无废料的所述单块板材排样方案，并比较所有的无废料 的所述单块板材排样方案的所述矩形工件数量，选择所述矩形工件数量最少的无废料的所 述单块板材排样方案作为所述最优单块板材排样方案； 二分排样的步骤，若没有查找到无废料的所述单块板材排样方案，则对所有的所述单 块板材排样方案进行二分排样，所述二分排样为： 步骤A，设定废料率上限值为，废料率下限值为alciw = 〇，二分法精度|的初始值为〇 . 12， 中点 mid= (ahigh+alt)W)/2; 步骤B，计算在(alc)W，ahigh)范围内的所述单块板材排样方案的废料率an(n = 1，2，3，…）， 并和所述中点mid进行比较： 若在(ai?,ahigh)范围内的所述单块板材排样方案的废料率an均大于所述中点mid，则设 /Eai〇w=mid, M0fif #mid= (ahigh+ai〇w)/2 ； 反之，即若在(ai?，ahigh)范围内有所述单块板材排样方案的废料率an满足alc)W<a n彡 mid，则设定 ahigh=mid，重新计算 mid= (ahigh+alt)W)/2; 步骤C，重复步骤B直到| ahigh-alQW | <|则终止，终止时将在(alQW，ahigh)范围内的所述单 块板材排样方案作为二分排样所得方案进行保存； 步骤D，逐步收紧所述二分法精度所述二分法精度|按照以下公式收紧： 1 = 1+0.01*(n_4)，n = 0，1，2，3; 重复步骤C直到遍历完所述二分法精度|的所有取值，找出每个所述二分法精度|对应 的所述二分排样所得方案； 比较所述二分排样所得方案的废料率，将废料率最小的所述二分排样所得方案作为所 述最优单块板材排样方案进行保存。6.根据权利要求1所述的面向单规格板材的矩形工件快速排样方法，其特征在于： 还包括步骤6,整体排样优化的步骤，计算所述整体排样方案的总废料面积，若所述总 废料面积大于所述单块板材的面积时，启动优化排样机制； 所述优化排样机制包括： 查找锁定步骤，查找并锁定所述整体排样方案中的利用率等于100%且包含所述大工件 的所述最优单块板材排样方案； 拆分重排步骤，将所述整体排样方案中的未锁定的所述最优单块板材排样方案组成重 排序列，拆分并还原所述矩形工件，进行重新排样，并将重排的利用率最高的所述整体排样 方案中作为优化排样方案，计算所述优化排样方案的利用率； 结果生成步骤，重复所述拆分重排步骤，直到当前的所述优化排样方案的利用率与前 一次的所述优化排样方案的利用率相比，所述利用率提高幅度小于0.005时停止所述拆分 重排步骤，则当前的所述优化排样方案作为后优化排样方案； 还包括步骤7,比较选择的步骤，比较步骤6的所述后优化排样方案与步骤5的所述整体 排样方案，选择利用率最高的排样方案作为最终整体排样方案。
【文档编号】G06F17/50GK106055747SQ201610342983
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】刘强, 王磊, 张 浩, 吴兰彬
【申请人】广东工业大学