一种板材分包优化方法与流程

本发明涉及板状物料包装的技术领域，具体涉及一种板材分包优化方法。

背景技术：

目前少数板材加工相关企业已经实现使用分包软件将多个订单的板材分别用若干纸箱进行包装，但面临的大多数问题是板材相关企业不能够预先设定参数以满足板材企业的实际需求，比如不能够预先设定纸箱的长度、宽度、高度、重量及其利用率等约束，不能给出详细的板材放置方案，不能够生成供机器人等智能堆放设备使用基础控制代码，不能够生成板状泡沫填充物的填充尺寸、数量与方式及其颗粒状泡沫填充物的容积量，纸箱的利用率不高，这使得这些板材加工相关企业难以实现自动化包装板材，多数板材加工相关企业即使有在使用分包软件，因分包软件无法给出详细的包装方案，只能依赖人工经验去包装板材，无法实现自动化包装,纸箱中如何包装板材也需要依靠人工经验，纸箱的利用率很大程度上依赖于工人的熟练程度，具有不确定性。

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，进而提出一种板材分包优化方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种板材分包优化方法，包括步骤如下：

步骤1：设定纸箱包装的约束条件：所述约束条件为纸箱的长度、宽度、高度及其重量的最大值、纸箱的最小的利用率；

步骤2：若订单数量为多个时，按顺序从多个订单中先取出一个订单；

步骤3：同一订单、同一原材料及其同一厚度的板材作为一个工单，将单个订单拆分成若干个工单；

步骤4：对单个工单进行分包，具体步骤如下：

步骤4.1、将板材组成板材块：将同一个工单的所有板材进行组合，生成板材块，所述板材块的生成满足在长度或者宽度上相等，并且满足设定的纸箱的约束条件下生成，将所有生成的板材块加入blockList中；

步骤4.2、确定单个纸箱的长度和宽度；

a、将生成的blockList按照面积从大到小排序，面积相等的板材块按照长度从大到小排序，长度相等的按照宽度从大到小排序；

b、从blockList中选取最大的一块板材块作为纸箱的长度和宽度，纸箱的初始高度为该板材块的厚度；

步骤4.3、装载单层纸箱；计算单层纸箱的单层利用率；

步骤4.4、判断单层利用率是否大于设定的利用率，若是，将装载好的单层纸箱放入当前纸箱中，若否，回溯到步骤4.2；

步骤4.5、判断当前纸箱是否能够继续装载，若是，回溯到步骤4.3，若否，继续判断当前所有板材是否已经装载完毕；

步骤4.6、若当前所有板材不是已经装载完毕时，回溯到步骤4.2，若当前所有板材是已经装载完毕时，输出当前纸箱的分包方案；

步骤5：判断是否还有订单未分包，若是，回溯到步骤2，若否，输出所有的分包方案并确定所有纸箱的包装顺序；

步骤6：根据分包方案和填充物的类型，生成填充物的方案；

步骤7：根据分包方案生成对应自动包装系统中相关设备的控制指令。

更进一步地，所述步骤4.3中装载单层纸箱，具体步骤如下：

a、从blockList中挑选出长度小于等于纸箱长度，宽度小于等于纸箱宽度的板材块，将其放到boardList；

b、从boardList中挑选板材块，放入到checkList中，checkList中的数量不能超过3块，如果有长度等于纸箱的长度且宽度等于纸箱的宽度得板材块，板材数量较少的板材块排在checkList排在前，如果checkList中没有长度等于纸箱的长度且宽度等于纸箱的宽度得板材块，挑选出长度等于纸箱的长度或者宽度等于纸箱的宽度，加入到checkList中；如果checkList中的板材块数量小于3，继续从boardList中挑选板材块，优先挑选出长度或者宽度较大的矩形块；

c、从checkList中挑选出一块矩形块放置到单层纸箱的左下角，放置矩形块后该层纸箱分成0个、1个或者2个子单层纸箱；

d、当放置的矩形块的长度不等于纸箱的长度和宽度不等于纸箱的宽度时，长度大于等于宽度时，按水平方向将单层纸箱分成两个子纸箱r1、r2，长度小于宽度时，按垂直方向将单层纸箱分成两个子纸箱r1、r2；

e、子纸箱的数量为0时，结束该单层纸箱的装载，子纸箱数量为1或者2时，继续将子纸箱r1、r2按照步骤b、c、d装载，有2个单层子纸箱时，先装载体积较大的子纸箱；

f、在装载单层子纸箱的过程中，总的废弃空间的体积等于所有在装载过程中的单个废弃空间的总和，在产生废弃空间后，计算单层纸箱的单层利用率u＝1-总的废弃空间体积/单层纸箱的体积。

更进一步地，所述步骤4.3装载单层纸箱中f的具体步骤如下：

f1、如果u小于初始设定的利用率，这该层子纸箱装载失败，回溯到步骤b,从步骤b中的checkList中挑选下一个矩形块对该子纸箱进行装载；

f2、如果从checkList中挑选的块都不能够使得该子纸箱装载成功，回溯到该子纸箱的上一层，重新装载上一层。

更进一步地，所述步骤5中若所有订单中的板材都分包完毕后，输出所有订单的分包方案，每个纸箱都带有废弃空间的信息，分别对每一个纸箱中的板材和废弃空间进行排序，生成堆叠顺序，具体步骤如下：

将单个纸箱中所有的板材和废弃空间加入到cargoList中，对cargoList中的板材和废弃空间按Z轴升序排序，Z轴相等的按Y轴升序排序，Y轴相等的按X轴升序排序，得到的即为堆叠顺序。

更进一步地，所述步骤6中生成填充物的方案，具体步骤如下：

6.1、处理废弃空间，根据生产的分包方案，分别对每个纸箱中的废弃空间处理；

6.2、根据分包方案及其填充物的类型生成填充物的方案。

更进一步地，所述步骤6中6.1的废弃空间处理，处理规则如下：

6.11、将其合并成一个废弃空间，将合并的废弃空间加入到wasteList中，并将已经合并的两个废弃空间从wasteList中删除，将合并后的废弃空间继续和其他废弃空间进行合并，直到不能合并位置；

6.12、合并完所有能够合并的废弃空间后，遍历所有的废弃空间，当废弃空间的长度或者宽度低于初始设定的阀值，该废弃空间默认可以不作处理，将其从wasteList中删除；

更进一步地，所述步骤6中6.2中生成填充物的方案，具体方法如下：

6.21、使用板状泡沫填充废弃空间时，步骤5中每一个纸箱排好序的cargoList中的废弃空间即为板状泡沫填充物的填充尺寸，坐标信息和堆叠顺序均和cargoList中的一致，利用机械手等实现对纸箱进行自动填充填充物；

6.22、使用颗粒状泡沫填充物填充废弃空间时，步骤5中每一个纸箱排好序的cargoList中的废弃空间的体积和即为当前纸箱的所需要颗粒状泡沫填充物的容积量，利用喷嘴装置等对纸箱进行自动填充填充物。

更进一步地，所述步骤7具体步骤如下：

7.1、根据分包方案、填充物方案，得到每一个纸箱中的板材及其废弃空间的长、宽、高、坐标轴、堆叠顺序等详细的信息，生成可供机器人等智能堆放设备使用基础控制代码，同时提前准备好板状泡沫填充物或者颗粒状泡沫，实现快速自动化堆叠；

7.2、根据优化出来的分包方案，统计尺寸和规格都一样的纸箱，最后得到规格不一样的纸箱及其该规格纸箱的总数量，根据统计的纸箱数量及其对应的尺寸规格，生成可供纸箱成型机构、自动包装机构使用的指令代码，实现自动包装。

本发明的有益效果：1.本发明能够解决板材加工相关企业的分包难题，能够根据客户要求的单包重量与尺寸约束，结合板材堆叠要求、纸箱规格，利用三维堆叠优化方法，优化出最小包装数，给出每个纸箱的废弃空间；结合板材的堆放次序、方向和位置，自动生成可供机器人等智能堆放设备使用基础控制代码，实现快速堆叠；2、通过处理废弃空间，对于使用板状泡沫填充物填充的纸箱自动生成板状泡沫填充物的填充尺寸、数量与方式，利用机械手等实现自动填充；对于使用颗粒状泡沫填充物填充的纸箱自动生产颗粒状泡沫填充物的容积量，利用碰嘴装置等进行自动填充；结合优化出来的包装数量与规格，最后自动生成可供纸箱成型机构、自动包装机构使用的指令代码，实现自动包装，提高了包装的工作效率。

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板材分包优化方法的基本原理流程图；

图2是本发明的一个实施例的单个工单的分包方法的原理流程图。

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。

一种板材分包优化方法，如图1-2所示，包括步骤如下：

步骤1：设定纸箱包装的约束条件：所述约束条件为纸箱的长度、宽度、高度及其重量的最大值、纸箱的最小的利用率；

步骤2：若订单数量为多个时，按顺序从多个订单中先取出一个订单；

步骤3：按照板材加工相关企业的需求，同一订单、同一原材料及其同一厚度的板材作为一个工单，将单个订单拆分成若干个工单；

步骤4：对单个工单进行分包，具体步骤如下：

步骤4.1、将板材组成板材块；将同一个工单的所有板材进行组合，生成板材块，所述板材块的生成满足在长度或者宽度上相等，并且满足设定的纸箱的约束条件下生成，将所有生成的板材块加入blockList中；

步骤4.2、确定单个纸箱的长度和宽度；

a、将生成的blockList按照面积从大到小排序，面积相等的板材块按照长度从大到小排序，长度相等的按照宽度从大到小排序；

b、从blockList中选取最大的一块板材块作为纸箱的长度和宽度，纸箱的初始高度为该板材块的厚度，设置wasteList，用于存放废弃空间；

步骤4.3、装载单层纸箱；计算单层纸箱的单层利用率；

步骤4.4、将装载好的单层纸箱装载方案放置到当前纸箱中，当前纸箱的高度为当前纸箱的高度加上单层纸箱的高度；将当前纸箱的高度加上单个板材的厚度，其值若大于初始设定的限定的高度，该纸箱不再继续装载，计算当前纸箱的质量加上单层利用率为100％时的单层纸箱的质量，其值若大于初始设定限制的质量，该纸箱不再继续装载，单个纸箱装载完毕后按一定编码规则生成纸箱的编码，其中纸箱的编码与之前的纸箱编码不能够重复，纸箱带有wasteList的信息。

判断单层利用率是否大于设定的利用率，若是，将装载好的单层纸箱放入当前纸箱中，若否，回溯到步骤4.2；

步骤4.5、判断当前纸箱是否能够继续装载，若是，回溯到步骤4.3，若否，继续判断当前所有板材是否已经装载完毕；

步骤4.6、若当前所有板材不是已经装载完毕时，回溯到步骤4.2，若当前所有板材是已经装载完毕时，输出当前纸箱的分包方案；

步骤5：判断是否还有订单未分包，若是，回溯到步骤2，若否，输出所有的分包方案并确定所有纸箱的包装顺序；

步骤6：根据分包方案和填充物的类型，生成填充物的方案；

步骤7：根据分包方案生成对应自动包装系统中相关设备的控制指令。

通过使用本发明的分包优化方法，对多个订单的板材用若干纸箱进行包装，给出每一块板材在纸箱上的详细具体的放置位置，并给出每个纸箱的废弃空间，生成可供机器人等智能堆放设备使用基础控制代码，对于用板状泡沫填充的纸箱，生成板状泡沫填充物的填充尺寸、数量与方式，对于用颗粒状泡沫填充物填充的纸箱，生成颗粒状泡沫填充物的容积量；最后生成可供纸箱成型机构、自动包装机构使用的指令代码。

更进一步地，所述步骤4.3中装载单层纸箱，具体步骤如下：

a、从blockList中挑选出长度小于等于纸箱长度，宽度小于等于纸箱宽度的板材块，将其放到boardList；

b、从boardList中挑选板材块，放入到checkList中，checkList中的数量不能超过3块，如果有长度等于纸箱的长度且宽度等于纸箱的宽度得板材块，板材数量较少的板材块排在checkList排在前，如果checkList中没有长度等于纸箱的长度且宽度等于纸箱的宽度得板材块，挑选出长度等于纸箱的长度或者宽度等于纸箱的宽度，加入到checkList中；如果checkList中的板材块数量小于3，继续从boardList中挑选板材块，优先挑选出长度或者宽度较大的矩形块；

c、从checkList中挑选出一块矩形块放置到单层纸箱的左下角，放置矩形块后该层纸箱分成0个、1个或者2个子单层纸箱；

d、当放置的矩形块的长度不等于纸箱的长度和宽度不等于纸箱的宽度时，长度大于等于宽度时，按水平方向将单层纸箱分成两个子纸箱r1、r2，长度小于宽度时，按垂直方向将单层纸箱分成两个子纸箱r1、r2；

e、子纸箱的数量为0时，结束该单层纸箱的装载，子纸箱数量为1或者2时，继续将子纸箱r1、r2按照步骤b、c、d装载，有2个单层子纸箱时，先装载体积较大的子纸箱；

f、在装载单层子纸箱的过程中，如果有子纸箱已经放置不下任何矩形块，则这个是废弃的空间，将当前的废弃空间加入到wasteList中，当前的废弃空间带有长度、宽度、高度、坐标轴信息，总的废弃空间的体积等于所有在装载过程中的单个废弃空间的总和。在装载单层子纸箱的过程中，总的废弃空间的体积等于所有在装载过程中的单个废弃空间的总和，在产生废弃空间后，计算单层纸箱的单层利用率u＝1-总的废弃空间体积/单层纸箱的体积。

更进一步地，步骤4.3装载单层纸箱中f的具体步骤如下：

f1、如果u小于初始设定的利用率，这该层子纸箱装载失败，回溯到步骤b,从步骤b中的checkList中挑选下一个矩形块对该子纸箱进行装载；

f2、如果从checkList中挑选的块都不能够使得该子纸箱装载成功，回溯到该子纸箱的上一层，重新装载上一层。

通过分包优化中的装载单层纸箱这步骤，能计算出单层纸箱的单层利用率，通过单层利用率u判断是否大于设定的利用率，如果大于原始值，把装载好的单层纸箱放入当前纸箱中，大大提高包装效率和利用率，节约成本。

更进一步地，所述步骤5中若所有订单中的板材都分包完毕后，输出所有订单的分包方案，每个纸箱都带有废弃空间的信息，分别对每一个纸箱中的板材和废弃空间进行排序，生成堆叠顺序，具体步骤如下：

将单个纸箱中所有的板材和废弃空间加入到cargoList中，对cargoList中的板材和废弃空间按Z轴升序排序，Z轴相等的按Y轴升序排序，Y轴相等的按X轴升序排序，得到的即为堆叠顺序，结合板材堆叠要求、纸箱规格，利用三维堆叠优化方法，优化出最小包装数，给出每个纸箱的废弃空间。

更进一步地，所述步骤6中生成填充物的方案，具体步骤如下：

6.1、处理废弃空间，根据生产的分包方案，分别对每个纸箱中的废弃空间处理；

6.2、根据分包方案及其填充物的类型生成填充物的方案。

更进一步地，所述步骤6中6.1的废弃空间处理，处理规则如下：

6.11、将其合并成一个废弃空间，将合并的废弃空间加入到wasteList中，并将已经合并的两个废弃空间从wasteList中删除，将合并后的废弃空间继续和其他废弃空间进行合并，直到不能合并位置；

6.12、合并完所有能够合并的废弃空间后，遍历所有的废弃空间，当废弃空间的长度或者宽度低于初始设定的阀值，该废弃空间默认可以不作处理，将其从wasteList中删除；

更进一步地，所述步骤6中6.2中生成填充物的方案，具体方法如下：

6.21、使用板状泡沫填充废弃空间时，步骤5中每一个纸箱排好序的cargoList中的废弃空间即为板状泡沫填充物的填充尺寸，坐标信息和堆叠顺序均和cargoList中的一致，利用机械手等实现对纸箱进行自动填充填充物；

6.22、使用颗粒状泡沫填充物填充废弃空间时，步骤5中每一个纸箱排好序的cargoList中的废弃空间的体积和即为当前纸箱的所需要颗粒状泡沫填充物的容积量，利用喷嘴装置等对纸箱进行自动填充填充物。

更进一步地，所述步骤7具体步骤如下：

7.1、根据分包方案、填充物方案，得到每一个纸箱中的板材及其废弃空间的长、宽、高、坐标轴、堆叠顺序等详细的信息，生成可供机器人等智能堆放设备使用基础控制代码，同时提前准备好板状泡沫填充物或者颗粒状泡沫，实现快速自动化堆叠；

7.2、根据优化出来的分包方案，统计尺寸和规格都一样的纸箱，最后得到规格不一样的纸箱及其该规格纸箱的总数量，根据统计的纸箱数量及其对应的尺寸规格，生成可供纸箱成型机构、自动包装机构使用的指令代码，实现自动包装。

根据客户要求的单包重量与尺寸约束，结合板材堆叠要求、纸箱规格，利用三维堆叠优化方法，优化出最小包装数，给出每个纸箱的废弃空间；结合板材的堆放次序、方向和位置，自动生成可供机器人等智能堆放设备使用基础控制代码，实现快速堆叠；处理废弃空间，对于使用板状泡沫填充物填充的纸箱自动生成板状泡沫填充物的填充尺寸、数量与方式，利用机械手等实现自动填充；对于使用颗粒状泡沫填充物填充的纸箱自动生产颗粒状泡沫填充物的容积量，利用碰嘴装置等进行自动填充；结合优化出来的包装数量与规格，最后自动生成可供纸箱成型机构、自动包装机构使用的指令代码，实现自动包装。

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。