一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法制造技术

本发明专利技术公开了一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法，涉及矩形件优化下料技术领域，其技术方案要点是：S1、构建面向可加工性的矩形件优化下料的整数规划模型；S2、下料方案生成算法，采用价值修正的顺序启发式算法与排样方式生成算法相结合，调用GetPattern()函数和CorrectValue()函数，并根据步骤1)中构建的整数规划模型中的公式(2)计算下料方案的总成本；S3、进行实验结果分析，采用多组算例实验对比，对步骤S2中的下料方案生成算法进行验证。便于简化优化下料过程中相关环节的处理过程，符合实际生产的需求，能够在维持高材料利用率的同时，使下料方案具有较低的切割成本和良好的可加工性，提高下料效率，对于企业的长远发展具有重要意义。

An optimal cutting algorithm for Multi Size rectangular plate parts considering machinability

【技术实现步骤摘要】
一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法
本专利技术涉及矩形件优化下料
，更具体地说，它涉及一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法。
技术介绍
二维矩形件下料广泛存在于服装、皮革、木材、金属制品、机械设备等生产制造行业，作为控制企业生产成本的重点环节，采用合理的优化下料技术具有重要的意义。如在钢材、机械、汽车、造船等重工业领域，由于钢板一般通过激光、火焰、等离子切割以及冲裁等方式切割成生产零件，切割成本较高，因此采用在提高材料利用率的同时，降低切割成本，缩短生产周期的优化下料技术，对于企业长远发展具有重要意义。目前，针对矩形件优化下料问题，国内外专家学者大多从改进算法提高材料利用率角度进行研究，例如应用四块排样算法生成单个排样方式，与基于价值修正的顺序启发式算法相结合，选择使用板材张数最少的下料方案作为最终解；应用生成同质条带四块排样方式的背包算法，与线性规划算法相结合，以板材张数最少为目标选择下料方案；将列生成法与有约束排样方式算法相结合，求解同质条带四块排样的矩形件下料问题以提高材料利用率；提出一种可以确定板材采购尺寸的二维优化下料算法，即在已知矩形件需求的情况下，在供应商规定的板材尺寸范围内确定最佳采购尺寸，使板材利用率达到最优，降低材料成本。然而矩形件优化下料问题是具有最高计算复杂性的NP完全问题，实际下料问题涉及环节多，生成下料方案时，不仅要考虑材料利用率，同时还要考虑下料工艺、切割成本、生产效率等一系列问题，使下料方案在具有高材料利用率的同时具有良好的可加工性、低的切割成本和高的生产效率。针对实际下料过程中的一些具体问题，提出一种支持一刀切工艺约束的放宽式搜索算法，在得到高材料利用率下料方案的同时满足特定下料工艺；将基于分组降维规则与遗传算法相结合，求解人造板矩形件优化下料问题，解决一张板材上布局矩形件种类过多导致开料锯在切割过程中锯路繁琐开料速度慢的问题；考虑下料方案的可加工性，将根据板材单方向余料长最小化优选条带方法与基于条带的连续启发式算法相结合求解矩形件优化下料问题，利用同质条带的共边排样设计自动切割工艺的下料切割路径，以缩短总的切割路径，提高生产效率，降低下料切割成本。但是其利用板材单方向余料长最小化优选布局条带的方法不能保证排样方式全局最优，另外基于布局条带的连续启发式算法具有贪婪性，即生成下料方案中靠前排样方式时，剩余矩形件多，容易得到高材料利用率的排样方式；在生成靠后排样方式时，剩余矩形件较少，得到排样方式的材料利用率较低。基于以上研究基础，本专利技术综合考虑材料成本、下料工艺、切割成本、以及生产效率，将同质条带多级规范布局方式生成算法与基于价值修正的顺序启发式算法(SequentialValueCorrection，SVC)相结合，利用同质条带块的共边排样进行排样方式切割路径的优化设计，以材料成本和切割成本为优化目标，提出一种面向考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法。最后通过多组算例进行实验对比，证明应用本文算法能够有效地提高材料利用率和生产效率，降低切割成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法，便于简化优化下料过程中相关环节的处理过程，符合实际生产的需求，能够在维持高材料利用率的同时，使下料方案具有较低的切割成本和良好的可加工性，提高下料效率，对于企业的长远发展具有重要意义。本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法，包括以下步骤：S1、构建面向可加工性的矩形件优化下料的整数规划模型，针对n种长为Lj，宽为Wj，供应量为Dj(其中j＝1,...,n)的板材上按照生产工艺要求切割出m种长为li，宽为wi，需求量为di(其中i＝1,...,m)的矩形件，构建以下整数规划模型：Min：st：∑k|β(k)＝jxk≤Dj,j＝1,...n(3)其中，K表示下料方案排样方式的种数,Z表示生产成本，di为需求量，Sk为消耗的材料成本，λPk为切割成本(其中λ为控制参数，Pk为切割路径长度，切割成本与切割路径长度成正比，λ∈[1,12]，默认值为7)，aki为含第i种矩形件的数量，xk为使用次数，β(k)为所使用的板材种类，β(k)∈[1,...,n]；S2、下料方案生成算法，采用价值修正的顺序启发式算法与排样方式生成算法相结合，调用GetPattern()函数和CorrectValue()函数，并根据步骤1)中构建的整数规划模型中的公式(2)计算下料方案的总成本，其中，设Gmax为GetPattern()函数的最高迭代次数，G为GetPattern()函数的当前迭代次数，ri为第i种矩形件的剩余需求量(i＝1,...,m)，bj为第j种板材的剩余库存量(j＝1,...,n)，qi为排样方式所含第i种矩形件的数量(i＝1,...,m)，f为排样方式的使用次数；下料方案生成算法的具体步骤如下：步骤1：令G＝1，初始化毛坯价值ci＝li×wi，i＝1,...,m；令最佳下料方案的总成本为正无穷大；步骤2：如果G＞Gmax，转步骤9，否则：令矩形件的剩余需求量等于初始需求量，即ri＝di，令板材的剩余库存量等于初始供应量，即bj＝Dj，其中i＝1,...,m，j＝1,...,n；步骤3：调用GetPattern()函数生成当前排样方式；步骤4：根据当前使用第j种板材(j∈[1,...,n])的库存量和需求量确定当前排样方式使用次数f，更新矩形件剩余需求量ri＝ri-fqi，更新板材库存量bj＝bj-f，并将此排样方式加入当前下料方案中；步骤5：调用CorrectValue()函数修正矩形件的价值；步骤6：对于所有的矩形件，只要存在一个ri＞0(i＝1,...,m)则转步骤3，否则转步骤7；步骤7：计算当前下料方案的生产成本，若当前下料方案的生产成本低于目前最佳下料方案的生产成本，则更新最佳下料方案；步骤8：G＝G+1，转步骤2；步骤9：输出最佳下料方案；S3、进行实验结果分析，采用多组算例实验对比，对步骤S2中的下料方案生成算法进行验证。本专利技术进一步设置为：步骤S1中所述的矩形件为同质条带的矩形件。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：通过该用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法，以低割成本和高材料利用率为目标，建立以生产成本(材料成本与切割成本之和)最小为目标函数的数学模型，模型中将下料过程中能源、加工工时、人力资源等消耗通过控制参数统一折算为切割成本，以生产成本最小为目标函数，便于简化优化下料过程中相关环节的处理过程，符合实际生产的需求，能够在维持高材料利用率的同时，使下料方案具有较低的切割成本和良好的可加工性，提高下料效率，对于企业的长远发展具有重要意义。附图说明图1是本专利技术实施例中的流程图；图2是本专利技术实施例中四种条带布局示意图；图3是本专利技术实施例中同质条带块分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法，其特征是：包括以下步骤：/nS1、构建面向可加工性的矩形件优化下料的整数规划模型，针对n种长为L

【技术特征摘要】
1.一种用于考虑可加工性的多尺寸板材矩形件优化下料算法，其特征是：包括以下步骤：
S1、构建面向可加工性的矩形件优化下料的整数规划模型，针对n种长为Lj，宽为Wj，供应量为Dj(其中j＝1,...,n)的板材上按照生产工艺要求切割出m种长为li，宽为wi，需求量为di(其中i＝1,...,m)的矩形件，构建以下整数规划模型：
Min：
st：
∑k|β(k)＝jxk≤Dj,j＝1,...n(3)



其中，K表示下料方案排样方式的种数,Z表示生产成本，di为需求量，Sk为消耗的材料成本，λPk为切割成本(其中λ为控制参数，Pk为切割路径长度，切割成本与切割路径长度成正比，λ∈[1,12]，默认值为7)，aki为含第i种矩形件的数量，xk为使用次数，β(k)为所使用的板材种类，β(k)∈[1,...,n]；
S2、下料方案生成算法，采用价值修正的顺序启发式算法与排样方式生成算法相结合，调用GetPattern()函数和CorrectValue()函数，并根据步骤1)中构建的整数规划模型中的公式(2)计算下料方案的总成本，其中，设Gmax为GetPattern()函数的最高迭代次数，G为GetPattern()函数的当前迭代次数，ri为第i种矩形件的剩余需求量(i＝1,...,m)，bj为第j种板材的剩余库存量(j＝1,...,n)，qi为排样方式所含第i种矩形件的数量(i＝1,......

【专利技术属性】
技术研发人员：陈燕，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45