一种基于临界多边形板材自动排样方法技术

本发明专利技术公开了一种基于临界多边形板材自动排样方法，所述方法包括以下步骤：读取零件CAD图纸，识别并储存各个零件信息；通过移动碰撞法和明可夫斯基矢量和法求取各个零件之间临界多边形；基于求取的临界多边形确定每个待排零件可排放点；利用遗传算法对零件排料顺序进行全局优化搜索，从而确定零件的最优排放顺序。本发明专利技术相对于传统板材自动排料，提高板材利用率，减少零件排样时间，而且还考虑到零件孔洞等复杂信息，本方法更加实用性，稳定性。

An automatic nesting method based on critical polygon

The method comprises the following steps: reading CAD drawings of parts, identifying and storing information of each part; obtaining critical polygons between parts by moving collision method and Minkowski vector sum method; determining the discharge points of each part to be arranged based on the obtained critical polygons; using genetic algorithm to In order to determine the optimal discharge order of parts, a global optimization search is carried out. Compared with the traditional automatic layout of sheet metal, the invention improves the utilization rate of sheet metal, reduces the layout time of parts, and also takes into account complicated information such as holes of parts, so the method is more practical and stable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于临界多边形板材自动排样方法
本专利技术涉及计算机辅助排料领域，尤其涉及一种基于临界多边形板材自动排样方法。
技术介绍
排样问题是将生产中一些组成产品的零件、材料通过一定的方法和约束放置在规定的原材料内，使零件或材料保持完整的同时尽可能节省原材料的使用。随着工业的发展和科技的进步，越来越多的资源被用于工业生产，而节约资源、降低生产成本在当今社会越来越被推崇。对于排样来说，早期主要通过人工的方法，这种方法不但无法节约原材料，而且花费更多时间。而由计算机辅助排样的方法能够解决传统人工方法的问题，所以逐渐成为工业生产的主流。目前自动排样研究大多在服装设计上，对板材自动排样研究较少，而且在板材自动排样研究上更多采用矩形拟合的方法，即先求出每个零件的最小包络矩形，然后对矩形进行排样，最后进行挤压优化排样结果，把不规则件排样问题转化为矩形排样问题。这种排样方法虽然时间快，但板材利用率会很低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于临界多边形板材自动排样方法，本专利技术提高自动排样算法的鲁棒性和板材的利用率，提高零件排放效率，减少零件排放时间，详见下文描述：一种基于临界多边形板材自动排样方法，所述方法包括以下步骤：读取零件CAD图纸，识别并储存各个零件信息；通过移动碰撞法和明可夫斯基矢量和法求取各个零件之间临界多边形；基于求取的临界多边形确定每个待排零件可排放点；利用遗传算法对零件排料顺序进行全局优化搜索，从而确定零件的最优排放顺序。所述基于求取的临界多边形确定每个待排零件可排放点具体为：1)求解所有零件间临界多边形；2)排放第一零件；3)基于第一零件和第一零件的临界多边形，第二零件排放位置可行解为其临界多边形各个顶点；4)基于第三零件和第一零件的临界多边形，第三零件和第二零件的临界多边形，第三零件可排放点为这2个临界多边形所有顶点以及这2个临界多边形相交的交点；5)剔除板材外的点和一些不能同时保证与2个零件都不重合的点，剩下点为第三零件可排放点；6)当第三零件放置在每一个可排放点时，可保证它与第一零件和第二零件紧靠且不重叠，并求取此时3个零件排放状态下整体外部轮廓形成的多边形的面积，面积最小的点即为第三零件在该顺序下排放的点；其他可排放点以此类推。本专利技术提供的技术方案的有益效果是：本专利技术相对于传统板材自动排料，提高板材利用率，减少零件排样时间，而且还考虑到零件孔洞等复杂信息，本方法更加实用性，稳定性。附图说明图1是本专利技术实施例1的2个多边形零件示意图；图2是本专利技术实施例1的2个多边形零件生成临界多边形示意图；图3是本专利技术实施例2的待排零件相对已排零件临界多边形示意图；图4是本专利技术实施例2的待排零件可排放点示意图,；图5是本专利技术测试待排零件示意图；图6是本专利技术测试结果示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。101：读取零件CAD图纸，识别并储存各个零件信息；首先将CAD图纸中基本元素线段都读取出来。其次将每条线段首端尾端坐标相互配对，当两条线段有重合点时，则将两条线段连接起来，其重合点作为中端点，其2边端点作为首端尾端继续与其他线段配对。最终依次与其他线段配对并首尾相连识别出零件多边形轮廓，并将各端点依序作为一个集合储存起来。其中，输入零件CAD图每一条线段都需一笔画出，零件图之间不能有交叉。其中，每一个集合代表一个零件多边形，集合元素为零件多边形各个顶点坐标，面积，凹凸性等。当一个多边形在另一个多边形内部，则标记该多边形集合为另一个的子集。具体实现时，含有子集的集合为带孔环状零件，其外部轮廓作为零件在自动排样中排样。内部轮廓在自动排样完后作为板材区域继续补充排样。102：通过移动碰撞法和明可夫斯基矢量和法求取各个零件之间临界多边形；其中，移动碰撞法适应性广，该算法优点为直观、实现容易缺点为时间复杂度较高，明可夫斯基矢量和法具有计算效率高、时间复杂度低的优点，缺点是仅能求解凸多边形与凸多边形之间的临界多边形，适用面有限。这2个方法结合起来可以各加有效求解临界多边形。即，两个凸多边形之间选用明可夫斯基矢量和法求解临界多边形，其他多边形则选用移动碰撞法求解。103：基于求取临界多边形确定每个待排零件可排放点(每个零件在板材定位)；其中，通过求解临界多边形，求出零件排放位置可行域，并通过位置限定，将零件二维排放连续问题转化为离散问题，使零件可排放位置为有限解。基于临界多边形确定零件在板材排放位置步骤包括(此处零件默认排放顺序为123，)：S1，求解所有零件间临界多边形；S2，排放零件1；S3，基于零件1和零件2临界多边形，零件2排放位置可行解为其临界多边形各个顶点；S4，基于零件3和零件1临界多边形，零件3和零件2临界多边形，零件3可排放点为这2个临界多边形所有顶点以及这2个临界多边形相交的交点；S5，剔除板材外的点和一些不能同时保证与2个零件都不重合的点，剩下点为零件3可排放点；S6，当零件3放置在每一个可排放点时候，可以保证它与零件1和零件2紧靠且不重叠，并求取此时3个零件排放状态下整体外部轮廓形成的多边形的面积，面积最小的点即为零件3在该顺序下排放的点，当排放点出现面积相同情况时，取最左，最下的点(可参考实例2，零件ABC为零件123，此时零件3即零件C在该顺序下最终排放点为P10)。S7，零件4其他可排放点以此类推…..。孔洞内部轮廓开始不参与自动排料，在自动排料完后在进行填充，填充排样策略主要依靠面积，且限定每个孔洞最多排一个零件。104：利用遗传算法对零件排料顺序进行全局优化搜索，从而确定零件的最优排放顺序；其中，上述采用对零件排料顺序进行全局优化搜索的步骤具体为：1)：对染色体进行编码，序列长度等同于零件个数n，取值范围为1到n的正整数构成的序列，构成优化排料算法中的个体，每位数字代表了零件的序号，数字的先后顺序代表了多边形零件排放的先后顺序。比如有5个零件，个体(1，3，5，2，4)代表零件排放顺序为零件1，3，5，2，4。种群中每一个个体即表示一种排料顺序；2)：设定优化搜索排料过程中的种群迭代次数G和种群M个个体(具体数值根据零件个数和实际要求决定)；3)：对种群中个体进行初始化，产生M种排料顺序；4)：分别按每个个体对应的排料顺序，依次确定各零件的排放位置，计算当前排料顺序下的适应度个体的适应度计算方式：按照遗传个体代表的排放顺序依次排放多边形零件，当所有的多边形零件排放结束之后计算板材的利用率作为个体的适应度。适应度值范围在0到1之间，其值越接近1则代表排样后板材的利用率越高，说明遗传个体代表的零件排放顺序越优秀。5)：采用轮盘赌对种群中个体进行选择操作，在轮盘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于临界多边形板材自动排样方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n读取零件CAD图纸，识别并储存各个零件信息；/n通过移动碰撞法和明可夫斯基矢量和法求取各个零件之间临界多边形；/n基于求取的临界多边形确定每个待排零件可排放点；/n利用遗传算法对零件排料顺序进行全局优化搜索，从而确定零件的最优排放顺序。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于临界多边形板材自动排样方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
读取零件CAD图纸，识别并储存各个零件信息；
通过移动碰撞法和明可夫斯基矢量和法求取各个零件之间临界多边形；
基于求取的临界多边形确定每个待排零件可排放点；
利用遗传算法对零件排料顺序进行全局优化搜索，从而确定零件的最优排放顺序。


2.根据权利要求1所述的一种基于临界多边形板材自动排样方法，其特征在于，所述基于求取的临界多边形确定每个待排零件可排放点具体为：
1)求解所有零件间临界多边形；
2)排放第一零件；

【专利技术属性】
技术研发人员：柯于河，郭伟，王磊，安蔚瑾，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12