多订单混合的板状物料自动分拣包装方法及其控制系统与流程

本发明涉及板状物料分拣包装的技术领域，具体涉及多订单混合的板状物料自动分拣包装方法及其控制系统。

背景技术：
目前大多数板状物料的包装都是根据工人的经验来选择合适的包装箱去包装板状物料，很多企业往往注重外包装的设计而忽略了包装箱的尺寸，这直接导致了包装箱的包装率比较低；由于同一打包的板状物料的规格多种多样(例如家具行业的储物柜，产品出厂时，为了便于运输、存放、打包，都会把柜子进行拆解成一块块的板状物料，然后进行打包运输，到了消费者手中，再进行装配成储物柜)，使得在包装过程中各种类型、规格的包装箱的使用量具有不确定性因素，导致有的包装箱多余而有的包装箱严重不足，包装箱的不足影响订单的出库，而包装箱的多余则造成浪费；许多生产或者需求板状物料的企业对板状物料的分拣均是人工来完成，分拣的效率不高并且很容易导致分拣出来的板状物料出错，使得企业的生产成本进一步提升(因为板材错误，家具到了消费者手上就装配不上了，导致需要重新退货更换)。因此，需要一种能够将上述问题解决的耦合方法。少数企业已经实现了板状物料的自动分拣或者包装，但这些企业只能在自动分拣和包装中二选一，有自动分拣系统的企业在分拣好的板状物料后，需要人工去包装，人工包装效率完全根据工人经验，并且很容易将不同订单的板状物料包装在一起；使用包装系统的企业不能够自动分拣，需要人工分拣好之后包装系统才能对板状物料自动包装，只要人工分拣出现问题，包装系统都不能够正常的包装。

技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术中的不足之处，进而提出多订单混合的板状物料自动分拣包装方法及其控制系统。为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种多订单混合的板状物料自动分拣包装方法，包括步骤如下：步骤A：生成初始包装方案的步骤；采用三维装箱算法对板状物料输出当前的包装方案；步骤B：分拣缓存的步骤；遍历所有板状物料，启动分拣机制，板状物料所对应的分拣缓存区等于所得的缓存系数整除立体仓库的总数量，设置初始的缓存系数为1，若板状物料均属同一订单或批次，缓存系数为1，否则缓存系数加1，以此类推，根据所得缓存系数，通过板状物料输送线把板状物料输送到相应分拣缓存区；步骤C：输送放置的步骤；把分拣缓存区的板状物料放置到相对应的立体仓库里；步骤D：待包装输送的步骤；立体仓库的板状物料在满足初始包装方案中的单个包装箱的条件下，把板状物料按照该包装箱的包装次序输送到包装缓存区；步骤E：包装出库的步骤；包装缓存区的板状物料在包装区域通过包装机械按照给定的包装次序包装到包装箱中，当包装箱对所有板状物料包装完毕后，将包装箱输送到包装箱输出线；更进一步地，步骤A中所述三维装箱算法的具体步骤如下：步骤a：根据板状物料的尺寸大小确定可行的包装箱尺寸；步骤b：生成包装箱的组合序列；假设包装箱的长度为L、宽度为W、高度为H、数量为bj，板材的长度为li，宽度为wi，高度为hi，数量为ci；b1、计算所有板状物料的总数量N1，设置每一种规格的包装箱的数量均为N；b2、计算板状物料的总体积v；其中i＝1，2，...，n包装箱的真实体积必须大于等于2倍的板材总体积，其体积V如下：V＝2v；在包装箱组合中，假设第j种规格的包装箱数量为xj，设定包装箱组合boxList为：b3、对boxList中的包装箱进行评估，评估公式如下：将评估结果a大于等于零的包装箱组合挑选出来，a存到与之相对应的assessList中；b4、从assesseList中将评估值a为零的解，将其对应的包装箱组合存入到loseningList中，如果此时loseningList中包装箱组合为空解，则选择评估值最小的包装箱组合；步骤c：放宽式选取包装箱组合；步骤d：确定包装箱装载的顺序；根据选择或者放宽后选择出来的包装箱组合，确定包装箱组合中每种规格包装箱的装载顺序；步骤e：装载单个包装箱；步骤f：包装箱组合是否能装载下所有板材；若该包装箱组合不能装载下所有的板状物料，回溯到步骤c，替换包装箱组合、体积放宽机制；步骤g：部分包装箱的装载进行后处理优化；步骤h：输出当前包装方案；根据选择或者放宽后选择出来的包装箱组合，确定该包装箱组合中每种规格包装箱的包装顺序，输出最终解方案中的包装箱组合和板材的放置方式，计算最终方案的利用率。更进一步地，步骤f中所述后处理优化的方法，具体步骤如下：g1：计算当前装载了板状物料的所有包装箱的总利用率U及单个包装箱的利用率u；g2：如果包装箱只有一种规格，则不进行后处理，如果有两种规格以上，将进行后处理；g3：最后一个包装箱的利用率u只有0.2时进行后处理；g4：总利用率U小于0.45时进行后处理；g5：将拆分后的板状物料重新包装,计算当前包装了板状物料的所有包装箱的总利用率U，如果比之前的利用率高0.1％，则后处理成功，否则使用之前的解。更进一步地，步骤a中所述确定包装箱尺寸的具体步骤如下：a1：将所有板状物料进行分类，把标准的板状物料加入标准板材列中，把非标准的板状物料加入非标准板材列中；a2：对于标准板材列中的板状物料，根据板材尺寸的大小确定标准的包装箱大小，对非标准板材列中的板状物料，遍历非标准板材列中的所有板状物料，根据库存所有包装箱选取包装箱，将所确定的包装箱加入到包装箱列中。更进一步地，步骤c中所述放宽式选取包装箱组合的具体步骤如下：c1：根据贪婪原则，选择loseningList中最小的包装箱组合，即该包装箱组合的总体积最小，其中该包装箱组合必须能够装载下所有的板材；c2：若包装箱组合装载中有包装箱装载失败，选择loseningList中下一组包装箱组合进行装载；c3：当遍历完loseningList中所有的包装箱组合仍没有将板状物料装载完，放宽V，放宽的V必须大于原来的V，形成新的loseningList。更进一步地，步骤e中所述装载单个包装箱的具体步骤如下：e1、启动生成复合块机制；对所有板状物料在长度和宽度的方向进行组合；e2、单个包装箱包装机制；具体步骤如下：e2.1、计算当前包装箱的废弃率Q；若有特殊保护要求的板状物料，当前废弃率Q设定初始的包装箱废料率为0.5，若没有特殊要求的设置为0，当前包装箱的废弃率Q为单个包装箱中所有保护垫的体积之和S保除以当前包装箱的体积V当；e2.2、保护垫的放置方法；若有特殊保护要求的板状物料，包装箱的第一层必须垫上保护垫，若没有特殊要求的则不放置保护垫，若有废弃空间，废弃空间填充满保护垫；e2.3、启动包装机制；若保护垫的累积体积S保小于包装箱废弃的最大体积，则对该包装箱继续进行包装；反之，当前包装箱重新包装；e2.4、求包装的适合解；若满足不了包装机制，按一定的比例，提高包装箱的废弃率，最终求解到适合的解。更进一步地，步骤e中所述启动生成复合块机制为：若一块板状物料和另一块的在长度或宽度相等时，且满足不超过设定的面积、高度、质量和长宽的数值条件下，即生成复合块。一种使用上述的多订单混合的板状物料自动分拣包装的控制系统，包括板状物料输送线、分拣缓存区、输送小车、立体仓库、小车导轨、包装缓存区、包装区域和板状物料输出线；所述板状物料输送线的一侧与所述分拣缓存区的一端相连接，所述小车导轨的两端分别设置于所述分拣缓存区和所述包装缓存区的一侧，所述小车导轨上设置有可滑动的所述输送小车；所述分拣缓存区的另一端设置有所述立体仓库，所述立体仓库的一端设置有所述包装缓存区，所述包装缓存区的一端设置有所述包装区域，所述包装区域的一端与所述板状物料输出线的一侧相连接。更进一步地，还设置有包装机械，所述包装机械设置于所述包装缓存区与所述包装区域之间的一侧。优选地，所述分拣缓存区为至少两个的设置方式设置，相应地，所述包装缓存区、所述输送小车、所述包装区域和所述包装机械设置为至少两个。本发明的有益效果：1.本发明的自动分拣方法能把不同订单或批次的板状物料分拣成同一订单或同一批次放置在一起，采取分拣与排序结合方式机制，按订单分拣进入立体仓库，再按堆放次序出库；同时基于三维装箱原理的出库序列的包装方法，该包装方法支持多种规格板状物料的包装、自动确定包装箱规格、自动放置保护垫、同批次订单放置在同一个包装箱等约束，能够给出可视化的板状物料包装方式和包装箱方案，并最大化包装箱的利用率；本发明的自动分拣和包装方法的分拣效率高，使用可靠，提高了板状物料相关企业的分拣和包装效率，能够将自动分拣与包装实现全自动化，解决了板状物料相关企业分拣与包装的耦合问题；2.设置多个所述分拣缓存区、包装缓存区、输送小车、包装区域和包装机械，能使得对大批量的板状物料进行同时流水线进行分拣和包装工作，能缩短分拣和包装的时间，大大提高工作效率；3.通过设置有包装机械，所述包装机械把所述包装缓存区的板状物料放置到所述包装区域，再在所述包装区域按照给定的包装次序包装到包装箱中，通过所述包装机械自动地把板状物料搬运到所述包装区域，实现智能自动化作业。附图说明下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是本发明的一个实施例的三维装箱算法的原理流程图；图2是本发明的一个实施例的控制系统的原理结构示意图。其中：板状物料输送线1、分拣缓存区2、输送小车3、立体仓库4、小车导轨5、包装缓存区6、包装机械7、包装区域8、板状物料输出线9。具体实施方式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。一种多订单混合的板状物料自动分拣包装方法，如图1和图2所示，包括步骤如下：步骤A：生成初始包装方案的步骤；采用三维装箱算法对板状物料输出当前的包装方案；根据初始多个订单或者多批次的板状物料初步生成包装方案。板状物料未生产或加工之前，板状物料的订单和批次均为客户或者企业需求部门所提供，因此在未生产或加工前可将单个订单或同一批次的板状物料初步生成包装方案，以一个订单或者同一批次的板状物料包装为例，其他订单或其他批次包装方案的生成均相同,将该包装问题是个三维装箱问题；步骤B：分拣缓存的步骤；遍历所有板状物料，由于不能够确定板状物料输送线传送过来板状物料的次序，必须给分拣制定规则，第一块来的板状物料分拣到第一个分拣缓存区，第二块来的板状物料和第一块属于同一个订单或批次时和第一块均分拣到第一个分拣缓存区，此时，缓存系统设置为1，如果不相同时，将第二块分拣到第二个缓存分拣去，缓存系数加1，以此类推，后面来的板状物料的分拣均先查找是否有属于同一批次或同一订单的已经分拣到分拣缓存区，如果有，将该板状物料分拣到和先到达的同一订单或批次相同的分拣缓存区，如果没有，根据得到的缓存系数整除立体仓库的总数量，得到的数即为该板状物料所对应的分拣缓存区；步骤C：输送放置的步骤；通过输送小车把分拣缓存区的板状物料放置到相对应的立体仓库里；每一个缓存分拣区所分拣出来的板材为第一个仓库所能够容纳下的批次或者订单，同一订单或者同一批次的板状物料摆放在一起，并且板块之间不能够出现重叠的情况；步骤D：待包装输送的步骤；立体仓库的板状物料在满足初始包装方案中的单个包装箱的条件下，把板状物料按照该包装箱的包装次序输送到包装缓存区；当某个立体仓库的中存储的某个订单的板状物料满足初始的包装方案中的一个包装箱时，通过输送小车将这些板状物料输送到包装缓存区，这些板状物料的出库必须满足包装板状物料到包装箱的次序，即先出包装在包装箱最底部的板状物料。当某个立体仓库的某个订单的所有板状物料已经全部输送到包装分拣区时，重新给该立体仓库分配容量，使得有足够的容量能够存储下后续来的订单，并给后续的订单分配立体仓库；步骤E：包装出库的步骤；包装缓存区的板状物料在包装区域通过包装机械按照给定的包装次序包装到包装箱中，当包装箱对所有板状物料包装完毕后，将包装箱输送到包装箱输出线；步骤F：二次分拣的步骤；启动分拣机制，对已包装好的板状物料输出线中的包装箱进行二次分拣。本发明的自动分拣方法能把不同订单或批次的板状物料分拣成同一订单或同一批次放置在一起，采取分拣与排序结合方式机制，按订单分拣进入立体仓库，再按堆放次序出库；同时基于三维装箱原理的出库序列的包装方法，该包装方法支持多种规格板状物料的包装、自动确定包装箱规格、自动放置保护垫、同批次订单放置在同一个包装箱等约束，能够给出可视化的板状物料包装方式和包装箱方案，并最大化包装箱的利用率；本发明的自动分拣和包装方法的分拣效率高，使用可靠，提高了板状物料相关企业的分拣和包装效率，能够将自动分拣与包装实现全自动化，解决了板状物料相关企业分拣与包装的耦合问题。更进一步地，如图1所示，步骤A中所述三维装箱算法的具体步骤如下：步骤a：根据板状物料的尺寸大小确定可行的包装箱尺寸；步骤b：生成包装箱的组合序列；假设包装箱的长度为L、宽度为W、高度为H、数量为bj，板材的长度为li，宽度为wi，高度为hi，数量为ci；b1、计算所有板状物料的总数量N1，根据库存中有的包装箱设定包装箱的数量，由于包装箱可以根据一个订单来之后再生产，设置每一种规格的包装箱的数量均为N；b2、计算板状物料的总体积v；其中i＝1，2，…，n由于板状物料材质均为木质，为了防止在运输过程中板材受挤压等造成损坏，包装板材时，板材的上下都必须要有保护垫，为了包装板材，泡沫的体积几乎占包装箱体积的二分之一，因此包装箱的真实体积必须大于等于2倍的板材总体积，其体积V如下：V＝2v；在包装箱组合中，假设第j种规格的包装箱数量为xj，设定包装箱组合boxList为：b3、对boxList中的包装箱进行评估，评估公式如下：将评估结果a大于等于零的包装箱组合挑选出来，a存到与之相对应的assessList中；b4、从assesseList中将评估值a为零的解，将其对应的包装箱组合存入到loseningList中，如果此时loseningList中包装箱组合为空解，则选择评估值最小的包装箱组合；步骤c：放宽式选取包装箱组合；步骤d：确定包装箱装载的顺序；根据选择或者放宽后选择出来的包装箱组合，确定包装箱组合中每种规格包装箱的装载顺序；步骤e：装载单个包装箱；步骤f：包装箱组合是否能装载下所有板材；若该包装箱组合不能装载下所有的板状物料，回溯到步骤c，替换包装箱组合、体积放宽机制；步骤g：部分包装箱的装载进行后处理优化；步骤h：输出当前包装方案；根据选择或者放宽后选择出来的包装箱组合，确定该包装箱组合中每种规格包装箱的包装顺序，输出最终解方案中的包装箱组合和板材的放置方式，计算最终方案的利用率。根据初始多个订单或者多批次的板状物料初步生成包装方案。板状物料未生产或加工之前，板状物料的订单和批次均为客户或者企业需求部门所提供，因此在未生产或加工前可将单个订单或同一批次的板状物料初步生成包装方案，以一个订单或者同一批次的板状物料包装为例，其他订单或其他批次包装方案的生成均相同,因此这包装问题采用三维装箱算法来解决。更进一步地，步骤f中所述后处理优化的方法，具体步骤如下：g1：计算当前装载了板状物料的所有包装箱的总利用率U及单个包装箱的利用率u；g2：如果包装箱只有一种规格，则不进行后处理，如果有两种规格以上，将进行后处理；g3：最后一个包装箱的利用率u只有0.2时进行后处理；具体步骤如下：g3.1拆分最后一个包装箱的包装结果，并将当前包装箱和包装了的板状物料重新加入到未包装的包装箱和板状物料列表中，重新选择包装箱；g3.2如果重新选择的包装箱组合体积要大于之前拆分的包装箱，继续拆分已经包装好的包装箱，此时从已经包装完的包装箱组合第一个包装箱开始删除，将删除后的包装箱和板状物料重新加入到未包装的包装箱和板状物料列表中，根据未包装的板状物料放宽式搜索包装箱组合；g3.3当放宽式搜索后得到的包装箱组合的体积小于拆分了的包装箱总体积后，拆分结束，将拆分后的板状物料重新包装,包装完毕后计算当前包装了板状物料的所有包装箱的总利用率，如果比之前的利用率高0.1％，则后处理成功，否则返回；g4：总利用率U小于0.45时进行后处理；具体步骤如下：g4.1将包装了板状物料的单个包装箱利用率不小于0.45加入到好的结果集中，小于0.45的加入到坏的结果集中，分别从好的结果集和坏的结果集中拆分三分之一的包装箱，将拆分后的包装箱和板状物料加入到为包装的包装箱和板状物料列表中，放宽式搜索包装箱组合；g4.2将拆分后的板状物料重新包装,计算当前包装了板状物料的所有包装箱的总利用率，如果比之前的利用率高0.1％，则后处理成功，否则使用之前的解。g5：将拆分后的板状物料重新包装,计算当前包装了板状物料的所有包装箱的总利用率U，如果比之前的利用率高0.1％，则后处理成功，否则使用之前的解。更进一步地，步骤a中所述确定包装箱尺寸的具体步骤如下：a1：将所有板状物料进行分类，把标准的板状物料加入标准板材列中，把非标准的板状物料加入非标准板材列中；a2：对于标准板材列中的板状物料，根据板材尺寸的大小确定标准的包装箱大小，对非标准板材列中的板状物料，遍历非标准板材列中的所有板状物料，根据库存所有包装箱选取包装箱，将所确定的包装箱加入到包装箱列中。根据板材的尺寸大小确定可行的包装箱尺寸，先把所有板状物料进行分类，以便于后续分拣和包装的处理方案，提高包装的利用率和分拣的工作效率。更进一步地，步骤c中所述放宽式选取包装箱组合的具体步骤如下：c1：根据贪婪原则，选择loseningList中最小的包装箱组合，即该包装箱组合的总体积最小，其中该包装箱组合必须能够装载下所有的板材；c2：若包装箱组合装载中有包装箱装载失败，选择loseningList中下一组包装箱组合进行装载；c3：当遍历完loseningList中所有的包装箱组合仍没有将板状物料装载完，放宽V，放宽的V必须大于原来的V，形成新的loseningList。可概括为：根据贪婪原则，选择包装箱组合的总体积最小的，根据选定的包装箱组合对该组合中的包装箱逐个进行包装，一旦该包装箱组合包装中有包装箱包装失败，选取包装箱组合序列中的下一组包装箱组合，然后进行包装；当遍历完该包装箱组合序列中所有的包装箱组合仍没有将板状物料包装完，放宽所有板状物料的总体积，放宽的总体积必须大于原来的总体积，形成新的包装箱组合序列。通过所述放宽式选取包装箱组合，能使未能被包装箱所包装上的板状物料重新用新的包装组合进行包装，放宽设定的体积，来增大使用包装箱的利用率。更进一步地，步骤e中所述装载单个包装箱的具体步骤如下：e1、启动生成复合块机制；对所有板状物料在长度和宽度的方向进行组合；e2、单个包装箱包装机制；具体步骤如下：e2.1、计算当前包装箱的废弃率Q；若有特殊保护要求的板状物料，当前废弃率Q设定初始的包装箱废料率为0.5，若没有特殊要求的设置为0，当前包装箱的废弃率Q为单个包装箱中所有保护垫的体积之和S保除以当前包装箱的体积V当；e2.2、保护垫的放置方法；若有特殊保护要求的板状物料，包装箱的第一层必须垫上保护垫，若没有特殊要求的则不放置保护垫，若有废弃空间，废弃空间填充满保护垫；e2.3、启动包装机制；若保护垫的累积体积S保小于包装箱废弃的最大体积，则对该包装箱继续进行包装；反之，当前包装箱重新包装；e2.4、求包装的适合解；若满足不了包装机制，按一定的比例，提高包装箱的废弃率，最终求解到适合的解。根据每一个生成的复合块和未能生成复合块的板状物料，在满足不超过给定的最大高度和最大质量前提下，生成一系列包装箱，其中生成的包装箱规格均为不同，相同规格的包装箱只添加一次，为了满足包装箱能够装下所有的板状物料，包装箱可以按需求生成，故为了能够包装完所有的板状物料，将该系列包装箱的数量均设置为板状物料的总数量。更进一步地，步骤e中所述启动生成复合块机制为：若一块板状物料和另一块的在长度或宽度相等时，且满足不超过设定的面积、高度、质量和长宽的数值条件下，即生成复合块。通过所述启动生成复合块机制，通过两种组合方式来生产复合块，增加了板状物料的包装数量，从而提高包装箱的利用率。一种使用上述的多订单混合的板状物料自动分拣包装的控制系统，如图2所示，包括板状物料输送线1、分拣缓存区2、输送小车3、立体仓库4、小车导轨5、包装缓存区6、包装区域8和板状物料输出线9；所述板状物料输送线1的一侧与所述分拣缓存区2的一端相连接，所述小车导轨5的两端分别设置于所述分拣缓存区2和所述包装缓存区6的一侧，所述小车导轨5上设置有可滑动的所述输送小车3；所述分拣缓存区2的另一端设置有所述立体仓库4，所述立体仓库4的一端设置有所述包装缓存区6，所述包装缓存区6的一端设置有所述包装区域8，所述包装区域8的一端与所述板状物料输出线9的一侧相连接。当板状物料自动分拣包装的控制系统工作时，采用三维装箱算法输出当前的包装方案，启动分拣机制，遍历所有板状物料，通过所述板状物料输送线1把板状物料输送到相应所述分拣缓存区2；采取分拣与排序结合方式机制，按订单通过所述输送小车3把所述分拣缓存区2的板状物料放置到相对应的所述立体仓库4里；当所述立体仓库4的板状物料在满足初始包装方案中的单个包装箱的条件下，通过所述输送小车3把板状物料输送到所述包装缓存区6；所述包装缓存区6的板状物料通过所述包装机械7在所述包装区域8按照给定的包装次序包装到包装箱中，当包装箱对所有板状物料包装完毕后，将包装箱输送到所述板状物料输出线9，对已包装好的所述板状物料输出线9中的包装箱进行二次分拣。通过上述系统全自动化地对板状物料进行分拣和包装，高效智能，节约能源，提高了板状物料相关企业的分拣和包装效率，从而提高生产工作效率。更进一步地，还设置有包装机械7，所述包装机械7设置于所述包装缓存区6与所述包装区域8之间的一侧。通过设置所述包装机械7，所述包装机械把所述包装缓存区6的板状物料放置到所述包装区域8，再在所述包装区域8按照给定的包装次序包装到包装箱中，通过所述包装机械7自动地把板状物料搬运到所述包装区域8，实现智能自动化作业。优选地，所述分拣缓存区2为至少两个的设置方式设置，相应地，所述包装缓存区6、所述输送小车3、所述包装区域8和所述包装机械设置为至少两个。当系统工作时，多订单或者多批的混合的板状物料同时在板状物料输送线11上，设置多个所述分拣缓存区2、包装缓存区6、输送小车3、包装区域8和包装机械，能使得对大批量的板状物料进行同时流水线进行分拣和包装工作，能缩短分拣和包装的时间，大大提高工作效率。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。