一种面向余料集中的矩形件优化下料方法与流程

本发明涉及一种在矩形原材料上切割出矩形零件的下料方法。

背景技术：

在矩形零件制造企业中，矩形零件都是安装订单的方式进行批量式的生产加工。矩形件的下料切割属于一种连线阶段性的制造过程，在每个制造阶段中，矩形零件的下料切割都会产生一定量的余料，余料面积的大小和形状决定了是否能被二次利用。现有技术中，每个制造阶段仅以原材料利用率最大作为生产目标，矩形原材料切割加工后会产生多个分散的小块矩形余料，余料不能集中，余料分散严重，不能进行二次利用，只能以废料的形式处理。这次余料碎化现象对于矩形零件的连续生产加工来说，会造成潜在的、持续性的浪费，进而影响企业的直接经济效益和可持续发展。因此，综合考虑原材料利用率和余料集中对矩形零件的下料方法的优化具有重要意义。

矩形零件的下料方案是由若干排样组成的，每种排样是又由若干排样板条组成的。如图1所示，排样板条分为4种类型：1)水平长板条1a：多个同种矩形零件的宽边两两相邻拼接并按水平方向排列所组成的沿零件长边方向的条材；2)水平宽板条1b：多个同种矩形零件的长边两两相邻拼接并按水平方向排列所组成的沿零件宽边方向的条材；3)垂直长板条1c：多个同种矩形零件的宽边两两相邻拼接并按垂直方向排列所组成的沿零件长边方向的条材；4)垂直宽板条1d：多个同种矩形零件的长边两两相邻拼接并按垂直方向排列所组成的沿零件宽边方向的条材。

同一原材料上，任意一种矩形零件根据该原材料的尺寸约束可形成4种候选的排样板条，如图1所示，每种候选的排样板条在原材料上排样后产生的阴影部分为余料部分2e。对于水平长板条与水平宽板条来说余料部分中沿水平方向的长度称为余料长；对于垂直长板条与垂直宽板条来说余料部分中沿垂直方向的长度称为余料长；由于原材料尺寸的约束余料长的取值大于等于零。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种面向余料集中的矩形件优化下料方法，在保证较高原材料利用率的前提下，实现矩形原材料上余料集中化，简化矩形零件下料切割工艺，提高余料二次利用率。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段：一种面向余料集中的矩形件优化下方法，包括以下步骤：

步骤101：初始化以下数据信息：

原材料基本信息集合(M,L,W,S)，其中，M表示原材料的种类数，L表示原材料的长度尺寸集合,W表示原材料的宽度尺寸集合，S表示原材料的供应量集合，原材料供应量充足；第j种原材料的基本信息为(j,L_j,W_j,S_j)，j∈{1,2,...,M}，L_j∈L，W_j∈W，S_j∈S；

矩形零件基本信息集合(n,l,w,d_o)，其中，n表示矩形零件的种类数，l表示矩形零件的长度尺寸集合，w表示矩形零件的宽度尺寸集合，d_o表示矩形零件的目标需求量；

令当前零件需求量d＝d_o；第i种矩形零件的基本信息为(i,l_i,w_i,d_i)，i∈{1,2,...,n}，l_i∈l，w_i∈w，d_i∈d，d＝{d₁,d₂,...,d_n}。

步骤102：遍历原材料基本信息集合(M,L,W,S)，根据排样板条优选规则为每种原材料挑选出一种临时排样(j,I_j,F_j,s)，其中，j表示第j种原材料；I_j表示该临时排样中矩形零件的种类编号集合；F_j表示该临时排样中矩形零件的数量集合；s表示排样板条的排列方向，s＝0表示从原材料的左上角开始水平排列，s＝1表示从原材料的左上角开始垂直排列；

其中，排样板条优选规则为：每次选取第j种原材料上余料长最短的候选板条作为排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)，其中，f_i表示该排样板条中第i种矩形零件的数量；若同时存在两个或两个以上余料长最短的候选板条，则选取面积最大的候选板条作为排样板条(i,l,w,f,s)；并且，所有排样板条的排列方向一致。

步骤103：计算每种临时排样的原材料利用率，挑选出原材料利用率最大的一种临时排样作为优选排样(j,I,F,s)，并计算剩余零件需求量d_r＝d-F。

步骤104：判断剩余零件需求量d_r是否为零，若否，则令d＝d_r，并回到步骤102；若是，则获得由优选排样(j,I,F,s)组成的满足目标需求量d_o下料方案。

步骤105：根据下料方案进行下料。

进一步的，步骤102中第j种原材料的临时排样的挑选按如下步骤进行：

步骤201：初始化第j种原材料的原材料当前尺寸：当前长度尺寸L_Q＝L_j，当前宽度尺寸W_Q＝W_j。

步骤202：根据排样板条优选规则和原材料当前尺寸确定出第一排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)。

步骤203：根据第一排样样板条的排列方向确定后续排样板条的排列方向：后续排样板条的排列方向均与第一排样板条的排样方向一致。

步骤204：计算剩余零件需求量d_p＝d-f_i；同时计算原材料剩余部分的尺寸约束：当s＝0时，L_p＝L_Q，

当s＝1时，W_p＝W_Q，

步骤205：判断剩余零件需求量d_p是否为零，若是，进入步骤209；若否，进入步骤206。

步骤206：令原材料当前尺寸等于原材料剩余部分的尺寸约束：L_Q＝L_p，W_Q＝W_p；令当前零件需求量等于剩余零件需求量：d＝d_p。

步骤207：根据原材料当前尺寸以及当前零件需求量判断是否存在能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件，若否，进入步骤209；若是，则挑选出能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件，并进入步骤208。

步骤208：根据排样板条优选规则以及原材料当前尺寸挑选出排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)，并回到步骤204。

步骤209：获得由挑选出的排样板条组合而成的一种临时排样(j,I_j,F_j,s)。

进一步的，步骤207中按照如下步骤判断是否存在能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件。

步骤301：判断第一排样板条的排列方向，若s＝0，进入步骤302；若s＝1，进入步骤303。

步骤302：将原材料的当前宽度尺寸W_Q与当前零件需求量d中每个当前零件需求量不为零的矩形零件(i,l_i,w_i,d_i)的尺寸进行逐一比较，并判断W_Q≥w_i或W_Q≥l_i是否成立；若是，则表示该矩形零件能够在原材料当前尺寸上进行排样；若否，表示该矩形零件不能够在原材料当前尺寸上进行排样。

步骤303：将原材料的当前长度尺寸L_Q与当前零件需求量d中每个当前零件需求量不为零的矩形零件(i,l_i,w_i,d_i)的尺寸进行逐一比较，并判断L_Q≥w_i或L_Q≥l_i是否成立；若是，则表示该矩形零件能够在原材料当前尺寸上进行排样；若否，表示该矩形零件不能够在原材料当前尺寸上进行排样。

与现有技术中单纯考虑原材料利用率的下料方法相比，本发明的面向余料集中的矩形件优化下料方法具有如下有益效果：

1、采用排样板条优选规则筛选出的临时排样既有较高的原材料利用率又能保证余料集中；所有排样板条排列方向一致并都从原材料左上角开始排列，这样使得余料都集中在原材料的右下方，避免了单个排样上出现余料分散现象，同时，每个排样板条只包含一种类型的矩形零件，大大简化了下料切割工艺。

2、根据当前零件需求量为每种原材料都挑选出一种临时排样，从而扩大了下料方案对原材料的选择范围。

3、整个下料方案的获取过程是一个以当前零件需求量为变量的迭代过程，使得挑选出下料方案可由不同原材料的优选排样组成，从而能够最大程度的提高原材料利用率，降低原材料损耗，减低成本。

附图说明

图1为4种类型排样板条的结构示意图；

图2为具体实施方式中获取下料方案的流程框图；

图3为具体实施方式中获取第j种原材料的临时排样的流程框图；

图4为实施例中下料方案的排样设计图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。一种面向余料集中的矩形件优化下料方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤101：初始化以下数据信息：

原材料基本信息集合(M,L,W,S)，其中，M表示原材料的种类数，L表示原材料的长度尺寸集合,W表示原材料的宽度尺寸集合，S表示原材料的供应量集合，原材料供应量充足；第j种原材料的基本信息为(j,L_j,W_j,S_j)，j∈{1,2,...,M}，L_j∈L，W_j∈W，S_j∈S；

矩形零件基本信息集合(n,l,w,d_o)，其中，n表示矩形零件的种类数，l表示矩形零件的长度尺寸集合，w表示矩形零件的宽度尺寸集合，d_o表示矩形零件的目标需求量；

令当前零件需求量d＝d_o；第i种矩形零件的基本信息为(i,l_i,w_i,d_i)，i∈{1,2,...,n}，l_i∈l，w_i∈w，d_i∈d，d＝{d₁,d₂,...,d_n}。

步骤102：遍历原材料基本信息集合(M,L,W,S)，根据排样板条优选规则为每种原材料挑选出一种临时排样(j,I_j,F_j,s)，其中，j表示第j种原材料；I_j表示该临时排样中矩形零件的种类编号集合；F_j表示该临时排样中矩形零件的数量集合；s表示排样板条的排列方向，s＝0表示从原材料的左上角开始水平排列，s＝1表示从原材料的左上角开始垂直排列；

其中，排样板条优选规则为：每次选取第j种原材料上余料长最短的候选板条作为排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)，其中，f_i表示该排样板条中第i种矩形零件的数量；若同时存在两个或两个以上余料长最短的候选板条，则选取面积最大的候选板条作为排样板条(i,l,w,f,s)；并且，所有排样板条的排列方向一致。

步骤103：计算每种临时排样的原材料利用率，挑选出原材料利用率最大的一种临时排样作为优选排样(j,I,F,s)，并计算剩余零件需求量d_r＝d-F。

步骤104：判断剩余零件需求量d_r是否为零，若否，则令d＝d_r并回到步骤102；若是，则获得由优选排样(j,I,F,s)组成的满足目标需求量d_o下料方案。

步骤105：根据下料方案进行下料。

本具体实施方式的步骤102中第j种原材料的临时排样的挑选按如下步骤进行，如图3所示：

步骤201：初始化第j种原材料的原材料当前尺寸：当前长度尺寸L_Q＝L_j，当前宽度尺寸W_Q＝W_j。

步骤202：根据排样板条优选规则和原材料当前尺寸确定出第一排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)。第一排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)的长度尺寸和宽度尺寸均在原材当前尺寸范围内。

步骤203：根据第一排样样板条的排列方向确定后续排样板条的排列方向：后续排样板条的排列方向均与第一排样板条的排样方向一致；当第一排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)的s＝0时，后续排样板条的s＝0，则临时排样的s＝0；当第一排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)的s＝1时，后续排样板条的s＝1，则临时排样的s＝1。

步骤204：计算剩余零件需求量d_p＝d-f_i；同时计算原材料剩余部分的尺寸约束：当s＝0时，L_p＝L_Q，

当s＝1时，W_p＝W_Q，

步骤205：判断剩余零件需求量d_p是否为零，若是，进入步骤209；若否，进入步骤206。

步骤206：令原材料当前尺寸等于原材料剩余部分的尺寸约束：L_Q＝L_p，W_Q＝W_p；令当前零件需求量等于剩余零件需求量：d＝d_p。

步骤207：根据原材料当前尺寸以及当前零件需求量判断是否存在能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件，若否，进入步骤209；若是，则挑选出能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件，并进入步骤208。

步骤208：根据排样板条优选规则以及原材料当前尺寸挑选出排样板条(i,l_i,w_i,f_i,s)，并回到步骤204；此步骤中的排样板条是由步骤207中挑选出的能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件排列而成。

步骤209：获得由挑选出的排样板条组合而成的一种临时排样(j,I_j,F_j,s)。

上述步骤201到步骤209保证了组成临时排样(j,I_j,F_j,s)的排样板条的排列方向的一致性，而且通过判断是否存在能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件保证了能够在原材料上排列尽可能多的排样板条，保证了临时排样(j,I_j,F_j,s)能够具有较高的原材料利用率，从而保证了从每种原材料对应的临时排样(j,I_j,F_j,s)中挑选出的优选排样(j,I,F,s)具有尽可能高的原材料利用率。

本具体实施方式的步骤207中按照如下步骤判断是否存在能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件：

步骤301：判断第一排样板条的排列方向，若s＝0，进入步骤302；若s＝1，进入步骤303。

步骤302：将原材料的当前宽度尺寸W_Q与当前零件需求量d中每个当前零件需求量不为零的矩形零件(i,l_i,w_i,d_i)的尺寸进行逐一比较，并判断W_Q≥w_i或W_Q≥l_i是否成立；若是，则表示该矩形零件能够在原材料当前尺寸上进行排样；若否，表示该矩形零件不能够在原材料当前尺寸上进行排样。

步骤303：将原材料的当前长度尺寸L_Q与当前零件需求量d中每个当前零件需求量不为零的矩形零件(i,l_i,w_i,d_i)的尺寸进行逐一比较，并判断L_Q≥w_i或L_Q≥l_i是否成立；若是，则表示该矩形零件能够在原材料当前尺寸上进行排样；若否，表示该矩形零件不能够在原材料当前尺寸上进行排样。

上述步骤302中的判断条件“判断W_Q≥w_i或W_Q≥l_i是否成立”以及步骤303中的判断条件“判断L_Q≥w_i或L_Q≥l_i是否成立”均能够挑选出尽可能多的能够在原材料当前尺寸上进行排样的矩形零件，这样，在进行步骤208时就能扩大对排样板条的选择范围，从而使得根据排样板条优选规则挑选出的排样板条是最优解。

下面举出一种采用本具体实施方式中的下料方法进行下料的实施例：

首先给出原材料基本信息和矩形零件基本信息，如表1所示：

表1

根据表1中原材料基本信息和矩形零件基本信息所生成的下料方案如表2所示：

表2

采用表2的下料方案所形成的排样设计图，如图4所示，图中阴影部位为余料部分，从图中可看出，没有出现余料分散现象，余料全部集中在原材料的右下方，实现了余料的集中化，提高了余料的二次利用率。

最后说明的是，以上具体实施方式以及实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。