专利名称：数字化造船的套料任务优化管理方法
技术领域：
本发明涉及船舶制造领域，尤其是一种在套料的切割设计过程中应用的三种优化套料方法，具体地说是一种数字化造船的套料任务管理方法。
背景技术：
套料是船舶生产设计中非常重要的环节，所有的板材都是从套料开始，切割生产而出的。套料结果的优劣，直接影响到材料利用率的高低，而最终会影响到企业的生产成本与经济效益。国外对船舶套料的优化问题的研究起步较早，1930年Kantorovich最早提出了一 维套料问题；20世纪60年代初，Gilmore等提出了一维套料方案和二维排样优化问题，完成了布局问题的奠基性工作，他用线性规划建立了一刀切问题的数学模型，并把线性问题的求解转化为一个背包子问题，然后构造求解背包问题的有效算法。主要用到了线性规划、动态规划与背包函数，该算法可用于求解无阶段限制的无约束一二维套料问题；70年代至今，众多学者针对排样问题的一个或几个方面提出算法和解决方案。国内对于排样问题的研究始于20世纪80年代。对冲裁件排样从20世纪80年代开始研究，主要有人机交互法、边界加密法和不相交判别法等，借助人机交互方式进行图形的旋转和平移以达到优化排样的目的；对矩形件排样的研究始于20世纪90年代，主要采用启发式方法，动态规划、整数规划方法等方法完成套料优化的理论研究。目前，国内外船舶套料优化的问题比较经典的处理方法是矩形包络法，也称二步法。即首先确定组合零件的最佳包络矩形，然后将这些最佳包络矩形以最优的方案排放在矩形(或非矩形)板材上。料的管理则涉及到船舶企业中诸多部门，如仓库管理人员、设计技术人员、现场施工人员等。仓库管理人员负责材料的仓储、调配等工作，设计技术人员负责船舶设计、套料等工作，现场施工人员负责板材切割，余料储存等工作。这些部门之间相隔距离远，在传统造船模式中，没有信息化系统支撑，信息的传递过程很慢，也不能及时的反馈，导致船舶制造过程中无效时间的增加，管理的复杂程度提高，最终增加了制造成本，降低了效率和效益。数字化造船的套料优化管理系统一共有两个主要任务，第一是完成在给定的板材上面，按照最优的组合排列方式，排列一组具有不同形状的零件，使得切割后所剩余的材料最少，即利用率最高，完成套料的优化，第二点是可以对套料进行基本的管理，如生成套料图，套料任务报表，切割文件等相关信息，同时将套料的结果例如零件清单，板材利用率，余料使用情况等数据进行汇总统计分析。套料结果的优劣，直接影响到材料利用率的高低，而最终会影响到企业的生产成本与经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字化造船的套料任务管理方法，实现对造船过程中套料的管理以及在套料切割设计过程中的优化处理。
本发明的技术方案是
一种数字化造船的套料任务优化管理方法，它包括套料数据的准备步骤、套料数据的导入和导出步骤、套料后置处理步骤、材料配盘步骤、现场切割步骤、余料录入步骤、套料图纸以及结果报表的输出步骤。本发明的套料数据的准备步骤套料需要零件数据、整料数据以及余料数据，材料一旦进入套料过程，该材料即不可以被其他人员、其他任务作为套料数据的准备，即为进入锁定状态。本发明的套料数据的导入和导出步骤将套料数据准备好后，导出文件，将数据交付给第三方的套料软件来执行套料；第三方套料软件套料结束后，将套料的结果通过接口，导入套料的结果。本发明的套料后置处理步骤采用套料优化方法，将调整好的套料结果进行优化， 最后发布任务并输出套料图纸。本发明的套料数据的导入和导出步骤中，将套料数据准备好后，使用XML技术，将数据导出到XML文件中，再利用第三方的自动套料软件进行自动套料。本发明的套料后置处理步骤中采用三种套料优化方法，将调整好的套料结果进行优化，包括共边优化、过桥优化和过河优化。本发明的共边优化为相邻零件之间，若有一段长度相同的边平行且相邻，则可移动其中一个零件至另一个零件旁，使得相邻的这一段边重合，利用此方法可减少零件切割时的切割长度以及切割空程长度，减少成本。共边优化步骤如下
a)获取用户需要用画的两点，
b)寻找起点所在零件PA，若找不到则返回，
c)寻找终点所在零件PB，若找不到则返回，
d)PA是否等于PB，若等于则返回，
e)已存在优化链表中，是否已有PA与PB，若有则返回，
f)计算两点连线与零件PA、PB的相交边线，
g)此边线是否平行，若不平行且相对角度大于5度，则返回；若不平行且角度小于5度，则旋转PB使得边线平行，
h)计算平行线距离及垂线方向，计算垂点，计算平行线距离，移动零件PB，使得零件PB与PA重合，
i)在垂点位置创建PA1、PA2、PBUPB2,加入PA、PB的相交边线，并标记为优化点， j)将优化对象加入套料板优化链表。本发明的过桥优化为相邻零件之间若有相近的边，但不平行，则可在其边之间“搭桥”，切割时可一刀割多个零件，再使用手工焊开搭桥即可，以减少切割时的空程长度，提高切割机的切割效率。过桥优化步骤如下
a)首先获取用户需要优化的两点，
b)寻找起点所在零件PA，若找不到则返回，
c)寻找终点所在零件PB，若找不到则返回，d)PA是否等于PB，若等于则返回，
e)已存在优化链表中，是否已有PA与PB，若有则返回，
f)计算两点连线与零件PA、PB边框的交点，
g)设定过桥宽度，将连线扩大为平行线，计算平行线与零件边框交点PA1，PA2，PBl,
PB2,
h)建立零件基本点，将PAl、PA2加入零件PA边框之间，并标记为优化点，将PBl、PB2加入零件PB边框之间，并标记为优化点，
i)将该优化加入套料板优化链表。本发明的过河优化为零件内孔与外框之间连接，通常情况下，零件内孔与外框是分开切割，会增加切割空程长度，进行过河优化后，可减少空程长度，一刀割完内孔与外框。过河优化步骤如下
a)首先获取用户需要优化的两点，
b)若起点/终点在零件内，则判断是否在零件内孔内，若是，则设起点为A，另一点为B,否则返回 ，
c)判断B是否在零件外，若不在则返回，
d)设内孔框为EA，零件外框为EB，
e)已存在优化链表中，是否已有EA与EB，若有则返回，
f)计算两点连线与零件EA、EB的交点，
g)设定过河宽度，将连线扩大为平行线，计算平行线与EA、EB交点PA1，PA2，PB1，PB2，
h)建立零件基本点，将PA1、PA2加入零件内孔EA之上之间，并标记为优化点，将PB1、PB2加入零件外框EB之间，并标记为优化点，
i)将该优化加入套料板优化链表。本发明的有益效果
本发明的套料任务优化管理方法，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。本发明结合管理和生产诸多方面的因素，针对当前企业内用于套料的材料信息管理与优化，在本方法内完成所有套料工作，并且可对套料的数据进行查询统计分析，减少切割的空程长度，提高了造船系统的信息化程度，降低了企业成本，也减少了许多不必要的工作。
图I是共边优化的对比图。图2是过桥优化的对比图。图3是过河优化的对比图。
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。本发明在套料管理的优化中，主要在以下七个方面对套料进行基本的管理
(O套料数据的准备套料需要零件数据、整料数据以及余料数据，材料一旦进入套料过程，该材料即不可以被其他人员、其他任务作为套料数据的准备，即为进入锁定状态。本发明可以有效的将材料加入任务数据，使得材料的量(面积)大于或者等于零件的量(面积)，提高了套料的成功率，尽量避免产生因材料不足而返回重新套料的操作，减少了无效时间。(2)套料数据的导入和导出本发明将套料数据准备好后，导出文件，将数据交付给第三方的套料软件来执行套料。第三方套料软件套料结束后，将套料的结果通过接口，导入返回本发明中，得到套料的结果。降低了开发成本，也减少了不必要的工作。具体实现如 下
将套料数据准备好后，使用XML技术，将数据导出到XML文件中，再利用第三方的自动套料软件进行自动套料。套料完成后，再导入本方法进行优化和后置处理。任务XML数据的组织分为四部分，零件、材料、套料板，组织方式与类的数据结构类似，先记录零件的基本信息，包括零件的数据库ID、类型、材质、名称等，再描述零件的图形信息，图形信息采用世界坐标点描述，材料信息记录材料的材质、规格、类型以及数据库ID，此处的数据库ID为预加入材料时生产的ID，不是材料本身的ID，其与任务的管理在数据库以及任务对象中存储，套料板信息包括套料板的基本信息，包括ID、名称、材质、规格等，此类信息在导出时为空，导入时由第三方软件填写，但是ID和名称为默认值(O和空字符串)，在导入本方法时，由系统根据数据库已有的值动态生成并存储赋值，除基本信息外，套料板还有图形数据，以零件的ID、偏移、翻转、旋转、序号表示零件在套料板中的位置，来储存套料结果。任务数据在导入时，会验证是否为本任务的数据文件，若不是则禁止导入，若是，则只读取套料结果，以防零件和材料信息在导出后发生改动，所有的零件、材料信息，以本系统数据库中为准。任务XML文件数据组织如图2。(3)套料后置处理在本系统中，可以有简单的手工套料功能，包括零件的增加、删除、移动、旋转、反向等操作。同时，本方法应用了相应的套料优化算法，将调整好的套料结果进行优化，最后发布任务并输出套料图纸。(4)材料配盘阶段现存的套料流程中，配盘是由套料技术员提出申请单，再由仓管员进行材料配盘，配盘主要的依据是，将吊车的运行成本降至最低。材料管理模块的堆层堆位信息，可作为配盘的依据，供仓库管理员参考。(5)现场切割阶段本方法需要将套料的部分权限开放给现场切割工人，可以现场调整套料图，然后直接使用最新的套料结果，生产NC文件用来切割。(6)余料管理本发明可以记录余料的来源，并在下一次套料切割设计的过程中考虑到所有可用余料，根据其面积，形状等特点利用相应的方法决定是否使用余料。(7)套料图纸以及结果报表输出目前的套料结果报表，是以TB格式为介质储存，格式不规范，难以查询统计，更难针对多任务的统计分析。本发明将所有的报表储存数据库，并且在任务结束时要及时更新任务相关的零件、材料的状态。本发明描述的优化套料算法，实现了零件的共边优化、过桥优化、过河优化。以下简述三种优化的方法思想。(I)共边优化，其效果图如图I所示。a)获取用户需要用画的两点，
b)寻找起点所在零件PA，若找不到 则返回，
c)寻找终点所在零件PB，若找不到则返回，
d)PA是否等于PB，若等于则返回，
e)已存在优化链表中，是否已有PA与PB，若有则返回，
f)计算两点连线与零件PA、PB的相交边线，
g)此边线是否平行，若不平行且相对角度大于5度，则返回；若不平行且角度小于5度，则旋转PB使得边线平行，
h)计算平行线距离及垂线方向，计算垂点，计算平行线距离，移动零件PB，使得零件PB与PA重合，
i)在垂点位置创建？八1、？42、？81、？82，加入？八、？8的相交边线，并标记为优化点， j)将优化对象加入套料板优化链表。(2)过桥优化，其效果图如图2所示。a)首先获取用户需要优化的两点，
b)寻找起点所在零件PA，若找不到则返回，
c)寻找终点所在零件PB，若找不到则返回，
d)PA是否等于PB，若等于则返回，
e)已存在优化链表中，是否已有PA与PB，若有则返回，
f)计算两点连线与零件PA、PB边框的交点，
g)设定过桥宽度，将连线扩大为平行线，计算平行线与零件边框交点PA1，PA2，PBl,
PB2,
h)建立零件基本点，将PAl、PA2加入零件PA边框之间，并标记为优化点，将PBl、PB2加入零件PB边框之间，并标记为优化点，
i)将该优化加入套料板优化链表。(3)过河优化，其效果图如图3所示。a)首先获取用户需要优化的两点，
b)若起点/终点在零件内，则判断是否在零件内孔内，若是，则设起点为A，另一点为B，否则返回
c)判断B是否在零件外，若不在则返回
d)设内孔框为EA，零件外框为EB，
e)已存在优化链表中，是否已有EA与EB，若有则返回，
f)计算两点连线与零件EA、EB的交点，
g)设定过河宽度，将连线扩大为平行线，计算平行线与EA、EB交点PA1，PA2，PB1，PB2，
h)建立零件基本点，将PA1、PA2加入零件内孔EA之上之间，并标记为优化点，将PB1、PB2加入零件外框EB之间，并标记为优化点，
i)将该优化加入套料板优化链表。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
1.一种数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是它包括套料数据的准备步骤、套料数据的导入和导出步骤、套料后置处理步骤、材料配盘步骤、现场切割步骤、余料录入步骤、套料图纸以及结果报表的输出步骤。
2.根据权利要求I所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的套料数据的准备步骤套料需要零件数据、整料数据以及余料数据，材料一旦进入套料过程，该材料即不可以被其他人员、其他任务作为套料数据的准备，即为进入锁定状态。
3.根据权利要求I所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的套料数据的导入和导出步骤将套料数据准备好后，导出文件，将数据交付给第三方的套料软件来执行套料；第三方套料软件套料结束后，将套料的结果通过接口，导入套料的结果。
4.根据权利要求I所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的套料后置处理步骤采用套料优化方法，将调整好的套料结果进行优化，最后发布任务并输出套料图纸；所述的套料优化方法包括共边优化、过桥优化和过河优化。
5.根据权利要求4所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的共边优化为相邻零件之间，若有一段长度相同的边平行且相邻，则移动其中一个零件至另一个零件旁，使得相邻的这一段边重合。
6.根据权利要求5所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的共边优化步骤如下 a)获取用户需要用画的两点， b)寻找起点所在零件PA，若找不到则返回， c)寻找终点所在零件PB，若找不到则返回， d)PA是否等于PB，若等于则返回， e)已存在优化链表中，是否已有PA与PB，若有则返回， f)计算两点连线与零件PA、PB的相交边线， g)此边线是否平行，若不平行且相对角度大于5度，则返回；若不平行且角度小于5度，则旋转PB使得边线平行， h)计算平行线距离及垂线方向，计算垂点，计算平行线距离，移动零件PB，使得零件PB与PA重合， i)在垂点位置创建？八1、？42、？81、？82，加入？八、？8的相交边线，并标记为优化点， j)将优化对象加入套料板优化链表。
7.根据权利要求4所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的过桥优化为相邻零件之间若有相近的边，但不平行，则在其边之间搭桥，切割时一刀割多个零件，再使用手工焊开搭桥即可。
8.根据权利要求7所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的过桥优化步骤如下 a)首先获取用户需要优化的两点， b)寻找起点所在零件PA，若找不到则返回， c)寻找终点所在零件PB，若找不到则返回， d)PA是否等于PB，若等于则返回， e)已存在优化链表中，是否已有PA与PB，若有则返回，f)计算两点连线与零件PA、PB边框的交点， g)设定过桥宽度，将连线扩大为平行线，计算平行线与零件边框交点PA1，PA2，PBl,PB2, h)建立零件基本点，将PAl、PA2加入零件PA边框之间，并标记为优化点，将PBl、PB2加入零件PB边框之间，并标记为优化点， i)将该优化加入套料板优化链表。
9.根据权利要求4所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的过河优化为将零件内孔与外框连接，一刀割完内孔与外框。
10.根据权利要求9所述的数字化造船的套料任务优化管理方法，其特征是所述的过河优化步骤如下 a)首先获取用户需要优化的两点， b)若起点/终点在零件内，则判断是否在零件内孔内，若是，则设起点为A，另一点为B,否则返回， c)判断B是否在零件外，若不在则返回， d)设内孔框为EA，零件外框为EB， e)已存在优化链表中，是否已有EA与EB，若有则返回， f)计算两点连线与零件EA、EB的交点，g)设定过河宽度，将连线扩大为平行线，计算平行线与EA、EB交点PA1，PA2，PBl,PB2, h)建立零件基本点，将PAl、PA2加入零件内孔EA之上之间，并标记为优化点，将PBl、PB2加入零件外框EB之间，并标记为优化点， i)将该优化加入套料板优化链表。
全文摘要
一种数字化造船的套料任务优化管理方法，它包括套料数据的准备步骤、套料数据的导入和导出步骤、套料后置处理步骤、材料配盘步骤、现场切割步骤、余料录入步骤、套料图纸以及结果报表的输出步骤。本发明将套料结果进行高效的优化和整合，减少切割空程长度，并能进行对套料的基本智能化管理操作。
文档编号G06Q10/04GK102903017SQ20121037450
公开日2013年1月30日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者李千目, 刘婷, 戚湧, 张宏, 侯君, 刘振, 侍球干, 李嘉 申请人:无锡南理工科技发展有限公司