一种基于局部搜索的二维不规则零件的下料方法与流程

本发明涉及工业控制中零件下料技术，具体涉及二维不规则零件的下料技术。

背景技术：

1、二维不规则零件下料的零件可以是凹多边形或凸多边形，下料要求将给定的不规则形状零件排列到无限数量的固定尺寸的矩形底板中，零件之间可以紧贴相邻即边重叠但面不能重叠，零件可按设置角度进行旋转。这个排样的过程被称为下料。下料的目标是最小化使用的底板的数量，即最大化底板的利用率。

2、lópez-camacho等人在2013年提出了一种能够快速高效地解决凸多边形零件和凹多边形零件这类不规则下料问题的djd heuristic算法eunice lópez-camacho,ochoa g,hugo terashima-marín,et al.an effective heuristic for the two-dimensionalirregular bin packing problem[j].annals of operations research,2013,206(1):241-264.doi:10.1007/s10479-013-1341-4.该算法通过组合选择的方式来选择一个、两个或者三个零件放置到当前底板中，使用往最左下角移动(bottom-left)的策略移动零件，即零件从选定的位置开始，不断地向左下角移动，并尝试多个起始的位置，从中选择邻接边长最大的位置作为零件最终的放置位置。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种在现有不规则下料方法的基础上进一步提高底板的利用率的方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种基于局部搜索的二维不规则零件的下料方法，针对多边形零件，使用p表示零件列表，pi表示零件列表p中的第i个零件，使用零件的多个坐标点的集合来表示一个零件；使用b表示底板列表，底板列表中每个底板上设计有放置的零件；使用t表示禁忌列表，t为零件对组成的集合，即t＝{(pi&pj)}，其中(pi&pj)表示零件pi和零件pj不能合并；u表示合并列表，用来记录合并的零件对及其对应的适应度值，使用哈希表来表示，即u＝{(pi&pj→fk)}，其中(pi&pj→fk)表示零件pi和零件pj合并的适应度值为fk；用θ表示合并阈值，iter表示算法的迭代次数；

3、基于禁忌搜索的下料步骤如下：

4、输入步骤：收集待排样的零件组成待合并的零件列表p；初始化合并后的零件列表p′、禁忌列表t、合并列表u以及底板列表b为空，初始化迭代次数t为0；设置最大阈值θmax＝2、最小阈值θmin＝1、合并阈值θ＝θmax、阈值更新步长b以及迭代次数iter；将p,t,u和θ作为零件列表更新算法combinepieces的输入；

5、迭代步骤：

6、1)运行零件列表更新算法combinepieces输出零件合并后的零件列表p′＝combinepieces(p,t,u,θ)；

7、2)更新合并阈值θ＝θ–b；

8、3)判断是否θ<θmin，如是，更新θ＝θmax，否则保持θ不变；

9、4)按照按适应度值从小到大对当前的合并列表u中的各表项排序，将适应度值最小一组零件对(pi&pj)的加入禁忌列表t；

10、5)将p′输入djd heuristic算法，将djd heuristic(p′)的输出用于更新底板列表b＝djd heuristic(p′)；

11、6)更新迭代次数t＝t+1，并判断当前t是否等于预设的iter，如是，迭代完成，进入输出步骤；否则返回步骤1)；

12、输出步骤：输出最新底板列表b作为完成排样的底板列表，每个底板包含排样好的零件。

13、本发明的有益效果是，对现有djd算法进行改进，增加了零件的合并策略与增加禁忌搜索框架，每一轮将合并效果最差的一对零件加入禁忌列表，通过多轮迭代提升下料效果。

技术特征：

1.一种基于局部搜索的二维不规则零件的下料方法，其特征在于，针对多边形零件，使用p表示零件列表，pi表示零件列表p中的第i个零件，使用零件的多个坐标点的集合来表示一个零件；使用b表示底板列表，底板列表中每个底板上设计有放置的零件；使用t表示禁忌列表，t为零件对组成的集合，即t＝{(pi&pj)}，其中(pi&pj)表示零件pi和零件pj不能合并；u表示合并列表，用来记录合并的零件对及其对应的适应度值，使用哈希表来表示，即u＝{(pi&pj→fk)}，其中(pi&pj→fk)表示零件pi和零件pj合并的适应度值为fk；用θ表示合并阈值，iter表示算法的迭代次数；

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，适应度值fitness的计算式：

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，m＝2。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，表示一个零件的的坐标点的集合包括：零件坐标在在x方向和最小值x和最大值处做垂直线和y方向的最小值y和最大值的5个坐标点以及零件的全部顶点坐标点。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于，零件列表更新算法combinepieces通过区分凹多边形零件和凸多边形零件进行合并，具体步骤为：

6.如权利要求5所述方法，其特征在于，合并零件算法combine具体步骤为：

7.如权利要求6所述方法，其特征在于，零件列表更新算法combinepieces的迭代步骤中步骤6)完成后，进入输出步骤之前，为了进一步进行零件列表p′的优化，将p′为输入，执行零件列表再更新算法combinenewpieces，再利用combinenewpieces(p′,t,u,θ)的输出优化后的零件列表p”来更新合并p′，p′＝p”；combinenewpieces算法的具体步骤为：

技术总结
本发明提供一种基于局部搜索的二维不规则零件的下料方法，针对多边形零件，在执行现有下料算法DJD之前，首先进行零件的合并，通过定义适应度函数，对能放在一起的零件事先合并起来，然后再调用DJD算法进行放置，并使用禁忌搜索框架进行迭代：每一轮将合并效果最差的一对零件加入禁忌列表，通过多轮迭代，提升下料效果。本发明的有益效果是，对现有DJD算法进行改进，增加了零件的合并策略与增加禁忌搜索框架，每一轮将合并效果最差的一对零件加入禁忌列表，通过多轮迭代提升下料效果。

技术研发人员：周梓勃,刘代宸,邹良钰,周毅
受保护的技术使用者：浙江精工钢结构集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1