专利名称：一种精益造船方法
技术领域：
本发明涉及船舶制造领域，尤其是一种智能化造船方法，具体地说是一种包含六个子系统、实现了船体套料工作的集成信息化的的精益造船方法。
背景技术：
目前，船舶建造系统是以船体平台为支撑，由很多子系统有机集成而成。每个子系统由数千的零件和配套设备构成。通过加工大量的零件，并进行复杂的逐级装配后，才可完成整个船舶系统的制造。近几年我国的船舶制造业虽然发展有所起色，在技术和产量上缩短了与国外造船强国差距，但是目前我国的船舶制造业在信息化水平方面还明显落后于国夕卜。我国船舶制造业与国外造船强国的主要差距是智能化程度弱、物资统计的杂乱与信息不同步；致使在船舶制造中，传统模式下无效时间占的比重远远大于有效时间的比重。产品开发周期长，生产效益低下。
发明内容
本发明的目的是针对船舶制造中，传统模式下无效时间占的比重远远大于有效时间的比重。产品开发周期长，生产效益低下的问题，提出一种精益造船系统，主要针对船舶套料使用全过程中的信息进行计算，将套料结果进行高效的优化和整合，并能进行对套料的基本智能化管理操作。本发明的技术方案是一种精益造船方法，它包括整版材料和余料数据库的建立步骤；零件数据库的建立步骤；套料的步骤；切割的步骤；以及余料录入和结果输出的步骤。本发明的方法具体包括以下步骤(a)、整版材料和余料数据库的建立购买材料，采用测量仪器对整版材料和余料的尺寸进行检测，并且记录相关材料的尺寸和数量，录入相应的数据库；(b)、零件数据库的建立步骤根据待建船只需要的零件建立零件数据库，记录所需零件的尺寸、数量以及各零件所处的分段位置、优先级；(C)、套料的步骤选择船只中优先级高的分段和分段中优先级高的零件，优先选择余料数据库中的余料进行套料；如果余料中不满足条件，则在整版材料数据库中进行套料；(d)、切割的步骤完成对整个船只的零件进行套料后，进行切割；(e)、余料录入和结果输出的步骤本发明的套料的步骤包括在船只的优先级高的分段中选择优先级高的零件进行套料，依次查看零件化成矩形块后的槽形水平线、梯形水平线，如果余料库中的材料不满足匹配条件，则从整版材料库中进行选择。本发明的套料的步骤具体包括
已知η个零件化成的矩形件Rl，R2，…，Rn，宽和高一定，设小矩形件Ri的宽为Wi，高为hi;以Wi，h表示；i=l，2，…，η ;余料或整版材料矩形件的宽为W，高为H，以W，H表示；步骤I若当前待套料零件的最低槽形水平线的高hmin ^ H，或所有零件化成的矩形块件均被排放完，则转步骤6 ;否则，转步骤2 ;步骤2采用最优组合算法依次对待套料零件的槽形水平线进行位置配置，找到其最优组合；
设第i个槽形水平线的长度为Li，对应的最优矩形件组合为(wn，hn)，(wi2,hi2),…，(win，hin)，设du是第i个槽型水平线的长度，计算第i个槽形水平线的长度与组合矩形总宽度之差du=Li-Swu ；n表示的是最优矩形件组合中小矩形的个数；定义dmin表示槽形水平线的长度与组合矩形总宽度之差最小的值；，I表示满足dij=dmin的所有dij的集合；设111表示集合I含有元素的个数；若dmin=0，即槽型水平线的长度与组合矩形的总宽度相等，则转到步骤3 ;否则，转到步骤4 ；步骤3若I I I =1，即只有一条槽形水平线满足，则对所有矩形块按排放算法对其最优组合矩形块进行排放；否则选择最低的槽形水平线优先排放，并返回步骤I;若有多条最低槽型水平线，则选择组合高度数最小的矩形块优先排放，并返回步骤I ;若有多条满足组合高度数最小，则优先排放最左边的槽型水平线；步骤4对所有的梯形水平线，判断是否存在最优梯形水平线，若存在这样的梯形水平线，若满足条件的梯形唯一，则优先排放，返回步骤I ;否则优先排放面积大的矩形到对应的梯形，返回步骤I;若有多个满足排放面积最大的矩形，则优先排放最左边的梯形，返回步骤I;步骤5若11|=1，则由排放算法对其最优组合矩形块进行排放；否则在所有已排放的矩形块中选择最低的槽形水平线优先排放，转步骤I;若有多条槽型水平线满足，则在所有已排放的矩形块中选择组合高度数最小的优先排放，转步骤I ;若有多个矩形块满足组合高度数最小，则优先排放最左边的槽形水平线；步骤6终止；输出套料排样图。本发明的套料的步骤中，最优组合算法是对已排放矩形构成的槽形水平线，从未排矩形中找其最优组合，使最优组合尽量排满该水平线，包括以下步骤步骤I对所有剩余未排小矩形，取出能排放到该槽形水平线上的矩形件，构成可排矩形件集合，记为S。步骤2对集合S中的小矩形件，按照面积或者高度排序，利用贪婪算法，找到其最优组合。本发明的套料的步骤中，排放算法包括以下步骤对已排放矩形构成的某槽形水平线，及其对应的最优组合矩形块，步骤I在该槽形水平线的最优组块中，判断是否有排放后刚好与该水平线左、右相邻水平线等高的小矩形件；若存在这种矩形件，则优先排放，若排放后，与左相邻水平线等高，则紧贴左端排放；
若排放后，与右相邻水平线等高，则紧贴右端排放。步骤2根据槽形水平线的左、右相邻水平线的高低，对剩余的最优组合块进行排放；具体做法是若该水平线对应的组合矩形块只有一个，则沿水平线高端排放；否则，将其对应的小矩形件组合块按高到低排序，使新的组合块的高端紧挨该水平线的高端排放。定义(I)槽形、梯形、凸形水平线每一个排放状态，对应一条排放轮廓线，由已排放的最上面的小矩形件的边构成，该轮廓线使得所有已排放的小矩形件在其下方。在图I中，轮廓线由较粗的线段构成。轮廓线中水平方向的线段，称为水平线。若某条水平线的左、右相邻水平线均高于该水平线，称之为槽形水平线。 若某条水平线的左、右相邻水平线中，有一条高于该水平线而另一条低于该水平线，称之为梯形水平线。若某条水平线的左、右相邻水平线均低于该水平线，称之为凸形水平线。例如，在图2中，矩形I和4上方的水平线为槽形水平线；矩形2的为凸形水平线；矩形3与5上的为梯形水平线。初始排放状态下，大矩形件的底边为槽形水平线，其相邻的左右水平线，看成高为H的梯形水平线。若槽形水平线的左相邻水平线低于右相邻水平线，称槽形水平线的左端为低端，而右端为高端。否则，称槽形水平线的左端为高端，而右端为低端。(2)最优槽形水平线对已排放矩形构成的某槽形水平线，从未排矩形件中找出一组小矩形件，使其尽量能填充满该槽形水平线。这样，每个槽形水平线都对应一个组合矩形块。用组合矩形块填充之后，剩余的槽形宽度越小，则该槽形水平线与其组合矩形块越匹配。若某个槽形水平线对应的矩形组合块，与该槽形水平线匹配得最好，称其为最优槽形水平线。(3)最优梯形水平线对某梯形水平线，若存在某未排矩形件排放于此，刚好能填充满该水平线，称该水平线为最优梯形水平线。(4)组合高度数对一组矩形件，将相同高度的矩形件合并成一个矩形件，形成新的矩形件的数量，称为该组矩形件的组合高度数。(5)矩形件排样的优化问题，是将数量大的小矩形件尽可能多地、无重叠地排放到一个定宽、定长(或无限长)的矩形板材上，使其利用率达到最大。本发明的有益效果本发明的精益造船系统，智能化程度高，套料损耗低，在船舶制造过程中消除不必要的浪费，提高效率降低成本。精益生产把产品生产全过程分成有效时间和无效时间。在船舶制造中，传统模式下无效时间占的比重远远大于有效时间的比重。产品生产就是为了尽量的减少无效时间，才能缩短产品开发周期，提高生产效益。本发明的精益造船系统，通过集成零件、材料以及套料的方法，实现了船体套料工作的集成信息化，提高了工作效率，缩短了生产周期。本发明主要针对船舶套料使用全过程中的数据匹配，将套料结果进行优化和整合，降低无效时间，提高效率，并且能及时的发布和反馈套料的材料库存、分配状态，以及套料任务的进度，套料的结果，余料的使用状态等，并且最后加以分析统计，以调整管理策略，最终可提高企业的整体效益。
图I是已排放零件构成的轮廓线图。图2是已排放零件构成的水平线图。图3是本发明的套料流程图之一。图4是本发明的套料流程图之二。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。 如图3、4所示，一种精益造船系统，其中套料任务管理子系统是本发明的重点；套料任务管理子系统将任务划分为五大阶段，分别为准备、后置、配盘、现场和已完成，五大阶段形成一个套料的流程。a)准备此阶段任务为准备零件、材料数据的阶段，其中零件数据由零件模块中而来，材料数据由材料模块中而来，并且材料的加入是通过材料的预估功能加入,其中可以实时看到零件面积与材料面积的当前关系。b)后置后置阶段分为两部分，待套料和后置中。待套料任务为已准备好零件、材料数据，并且已经导出数据，等待第三方软件套料完成后导入套料结果的任务。此阶段的零件和材料数据为锁定状态，不可再改动；后置中任务为已将第三方软件的套料结果导入系统，在本系统中可以进行手动调整套料结果，增加、复制、删除零件，调整材料(包括互换材料，增加、删除套料板)，优化套料，定义余料，定义零件顺序，定义启割点，生产图纸等操作。c)配盘此状态下任务已经生成图纸，将任务发布下去，仓管员在系统中参照材料所在的堆位堆层，将材料分配给任务。此状态任务只可配置材料，不可修改零件与材料数据。d)现场现场阶段即为任务的待确认阶段，此状态下任务数据解锁，但是只有部分功能开放给现场切割工人，工人在现场进行切割后，需在此确认切割套料板或者任务，使得切割结果写入数据库，反馈到零件与材料模块的数据和状态上。e)已完成已完成任务即为已切割完成的任务，其中的零件全部已变为实体的零件，材料已被切割，数据不可改变，任务进入此状态即为只读状态，不可有任何操作。在本发明中，提供两种材料预估的方法，分别为自动预估和手动预估。手动预估方法由用户自行根据计算结果调整不同规格的材料选取，材料数据将保存在任务数据以及数据库中。自动预估的流程如图3所示，自动预估中，系统可自动计算需要的材料面积，材料的选取，可交给用户选择(面积大/小优先，长宽比大/小优先，余料优先，随机)，也可由程序自动从任务所在船舶的材料数据库中选取材料进行预估；精细的预估可利用零件的矩形外框，和矩形排样算法，材料由用户选取，同时参照零件的利用率。采用矩形排样方法，可较快的找到较为优的结果，满足了在预估过程中需要快速计算并且相应的要求，其方法描述如下,方法流程如图4 (I)所需基础方法排放状态，以链表方式实现，链表表不一连串不同高度的水平线；水平线，建立水平线类，其特征由水平线所在的链表左右相邻水平线高度确定，若为最左水平线或最右水平线，则由水平线链表所在的大矩形高度确定特征；最优槽型水平线，建立判断方法，从未排样的零件矩形中，找到一组组合矩形块，与该槽型水平线匹配的最好(如下文(2)中描述);最优梯形水平线，建立判断方法，若能从未排样的零件矩形中，找到一块矩形可正好填充该水平线(如下文(3)中描述);组合高度数，建立计算方法(如下文(4)中描述)。( 2 )查找最优槽形水平线的方法通过循环大矩形内的水平线链表，查找槽型水平线，再依照最优槽型水平线的判断方法，得知此水平线是否为最右槽型水平线；查找最优梯形水平线，通过遍历大矩形内的水平线链表，查找梯形水平线，再依照最优梯形水平线的判断方法，得知此水平线是否为最优梯形水平线；排放槽型水平线的准则，若确定排放此槽型水平线，并且已找到最优组合，则按照从高到低并且靠高端排放。(3)最优组合算法利用贪婪算法，从可放入槽型水平线的零件矩形集合中，按照设定的优先级排序，寻找最优组合. (4)排放算法在槽型水平线的最优组合中，若有正好与相邻水平线同高度的零件矩形块，则优先排放此矩形块，剩余的矩形块依照高低排练，靠着高端进行排放。本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种精益造船方法，其特征是它包括整版材料和余料数据库的建立步骤；零件数据库的建立步骤；套料的步骤；切割的步骤；以及余料录入和结果输出的步骤。
2.根据权利要求I所述的精益造船方法，其特征是所述的方法具体包括以下步骤 (a)、整版材料和余料数据库的建立购买材料，采用测量仪器对整版材料和余料的尺寸进行检测，并且记录相关材料的尺寸和数量，录入相应的数据库； (b)、零件数据库的建立步骤根据待建船只需要的零件建立零件数据库，记录所需零件的尺寸、数量以及各零件所处的分段位置、优先级； (C)、套料的步骤选择船只中优先级高的分段和分段中优先级高的零件，优先选择余料数据库中的余料进行套料；如果余料中不满足条件，则在整版材料数据库中进行套料； (d)、切割的步骤完成对整个船只的零件进行套料后，进行切割； (e)、余料录入和结果输出的步骤
3.根据权利要求I所述的精益造船方法，其特征是所述的套料的步骤包括 在船只的优先级高的分段中选择优先级高的零件进行套料，依次查看零件化成矩形块后的槽形水平线、梯形水平线，如果余料库中的材料不满足匹配条件，则从整版材料库中进行选择。
4.根据权利要求3所述的精益造船方法，其特征是所述的套料的步骤具体包括 已知η个零件化成的矩形件R1, R2,…，Rn，宽和高一定，设小矩形件Ri的宽为Wi，高为hi;以Wi, h表示；i=l，2，…，η ;余料或整版材料矩形件的宽为W，高为H，以W，H表示； 步骤I若当前待套料零件的最低槽形水平线的高hmin ^ H，或所有零件化成的矩形块件均被排放完，则转步骤6 ;否则，转步骤2 ; 步骤2采用最优组合算法依次对待套料零件的槽形水平线进行位置配置，找到其最优组合； 设第i个槽形水平线的长度为Li,对应的最优矩形件组合为(wn, hn), (wi2, hi2), ···,(win, hin)，设du是第i个槽型水平线的长度，计算第i个槽形水平线的长度与组合矩形总宽度之差=Clu=Li-Swu ;n表示的是最优矩形件组合中小矩形的个数；定义dmin表示槽形水平线的长度与组合矩形总宽度之差最小的值；，！表示满足du=dmin的所有du的集合；设|1表示集合I含有元素的个数； 若dmin=0，即槽型水平线的长度与组合矩形的总宽度相等，则转到步骤3 ;否则，转到步骤4; 步骤3若111 =1，即只有一条槽形水平线满足，则对所有矩形块按排放算法对其最优组合矩形块进行排放；否则选择最低的槽形水平线优先排放，并返回步骤I ;若有多条最低槽型水平线，则选择组合高度数最小的矩形块优先排放，并返回步骤I ;若有多条满足组合高度数最小，则优先排放最左边的槽型水平线； 步骤4对所有的梯形水平线，判断是否存在最优梯形水平线，若存在这样的梯形水平线，若满足条件的梯形唯一，则优先排放，返回步骤I ;否则优先排放面积大的矩形到对应的梯形，返回步骤I ;若有多个满足排放面积最大的矩形，则优先排放最左边的梯形，返回步骤I ; 步骤5若111=1，则由排放算法对其最优组合矩形块进行排放；否则在所有已排放的矩形块中选择最低的槽形水平线优先排放，转步骤I ;若有多条槽型水平线满足，则在所有已排放的矩形块中选择组合高度数最小的优先排放，转步骤I;若有多个矩形块满足组合高度数最小，则优先排放最左边的槽形水平线； 步骤6终止；输出套料排样图。
5.根据权利要求4所述的精益造船方法，其特征是所述的套料的步骤中，最优组合算法是对已排放矩形构成的槽形水平线，从未排矩形中找其最优组合，使最优组合尽量排满该水平线，包括以下步骤 步骤1对所有剩余未排小矩形，取出能排放到该槽形水平线上的矩形件，构成可排矩形件集合，记为S。
步骤2对集合S中的小矩形件，按照面积或者高度排序，利用贪婪算法，找到其最优组合。
6.根据权利要求4所述的精益造船方法，其特征是所述的套料的步骤中，排放算法包括以下步骤 对已排放矩形构成的某槽形水平线，及其对应的最优组合矩形块， 步骤1在该槽形水平线的最优组块中，判断是否有排放后刚好与该水平线左、右相邻水平线等高的小矩形件； 若存在这种矩形件，则优先排放， 若排放后，与左相邻水平线等高，则紧贴左端排放； 若排放后，与右相邻水平线等高，则紧贴右端排放。
步骤2根据槽形水平线的左、右相邻水平线的高低，对剩余的最优组合块进行排放；具体做法是若该水平线对应的组合矩形块只有一个，则沿水平线高端排放；否则，将其对应的小矩形件组合块按高到低排序，使新的组合块的高端紧挨该水平线的高端排放。
全文摘要
一种精益造船方法，它包括整版材料和余料数据库的建立步骤；零件数据库的建立步骤；套料的步骤；切割的步骤；以及余料录入和结果输出的步骤。本发明的精益造船系统，智能化程度高，套料损耗低，在船舶制造过程中消除不必要的浪费，提高效率降低成本。精益生产把产品生产全过程分成有效时间和无效时间。在船舶制造中，传统模式下无效时间占的比重远远大于有效时间的比重。产品生产就是为了尽量的减少无效时间，才能缩短产品开发周期，提高生产效益。
文档编号G06Q10/06GK102880940SQ20121036355
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者李千目, 刘婷, 戚湧, 侯君, 余立功, 路国翠, 汪欢 申请人:无锡南理工科技发展有限公司