一种模块结构型材优化套料方法技术

本发明专利技术公开了一种模块结构型材优化套料方法，包括以下步骤:步骤一、通过建立型材套料的数学模型,确定型材优化的目标函数以及在套料时需满足的约束函数；步骤二、对步骤一建立的型材套料的目标函数采用遗传算法进行优化求解,通过构造对型材优化套料的遗传算法，得到满足约束函数条件下所需套料零件在型材原料上切割时的排列顺序。可以大幅度的提高型材原料的使用率，对不同项目所需切割型材的种类和数量没有限制，节约布置套料方案时间。

An optimized nesting method for modular structural profiles

【技术实现步骤摘要】
一种模块结构型材优化套料方法
本专利技术涉及型材切割
，特别涉及一种型材切割优化套料领域。
技术介绍
目前，用于海洋工程、建筑钢结构、桥梁钢结构领域的型钢大多采用机器切割、人工切割。在每个项目中型材零件的种类和数量不同，这就使得按照人工经验进行套料时对型材原料的使用率不高，造成型材原料的浪费且增加了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的不足，提供一种可有效提高型材原料的使用率,节约套料时间,并可应用于不同型材套料项目中的模块结构型材优化套料方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种模块结构型材优化套料方法，包括以下步骤：步骤一、建立需套料零件在型材原料上套料时的数学模型，具体步骤为：第一步、建立型材套料的目标函数，公式如下：MinF(x)＝ω1f1(x)+ω2f2(x)其中，f1(x)表示需套料零件使用的型材原料的根数，f2(x)表示加工需套料零件后每根所使用的型材原料的剩余长度的总和，ω1,ω2表示权重系数；第二步、建立型材套料的约束函数，公式如下：其中，g(x)表示单根型材原料的约束函数，li(i＝1,2,...,m)表示第i种需套料零件的长度尺寸，m为需套料零件的种类数，vi表示是否此根型材原料上排列第i种需套料零件，vi＝(0,1)，当该种需套料零件在此根型材原料上进行套料时，vi＝1，反之vi＝0；ki表示对应该种需套料零件的数量，L表示单根型材原料的长度；步骤二、对步骤一建立的型材套料的目标函数采用遗传算法进行优化求解,得到满足约束函数条件下所需套料零件在型材原料上切割时的排列顺序，具体方式如下：第一步、对染色体编码方式采用实数编码：染色体上的每个基因分别表示需套料零件的长度，基因的排列顺序表示需套料零件的切割顺序，染色体长度为ni表示不同种类需套料零件的数量；第二步、设置遗传代数并初始化种群：采用给定遗传代数作为遗传过程的终止准则，种群中各染色体上的基因按照需套料零件的长度随机排列；第三步、使所需套料零件在单根型材原料上套料时满足约束函数：步骤101，对种群中每个染色体上的基因从第一个开始往后逐个累加，每次累加后判断累加长度是否大于第一根型材原料的长度L，若没有则继续累加；否则，将最后一个累加基因前的全部基因作为第一根型材原料上的需套料零件，用累加系数a表示需套料零件采用的型材原料的根数，a的初始值为1，用b表示加工需套料零件后所使用的型材原料的剩余长度；步骤102，从最后一个累加基因开始，逐个向后累加，按照步骤101的判断方式，每次累加长度大于单根型材原料的长度L时，a的值加1，b则累加每根加工需套料零件后所使用的型材原料的剩余长度，直到将染色体上的基因累加完毕，f1(x)＝a，f2(x)＝b；第四步、计算种群中每个染色体的适应度值并保存适应度值最大的染色体，适应度值为目标函数的倒数；第五步、将种群中的染色体按适应度值由小到大进行排列，采用轮盘赌的方法选择出作为下一代种群的父代染色体；第六步、按照交叉概率，采用多点交换的方式对父代染色体进行交换，由此产生新一代种群染色体；第七步、重复第三步到第六步，直到满足终止准则，比较每代适应度值最大的染色体的适应度值，取适应度值最大的染色体作为此次优化的最佳套料方案，按照染色体上基因的位置信息，确定需套料零件切割时在所使用的型材原料上的排列信息。本专利技术的有益效果是:可以大幅度的提高型材原料的使用率，节约布置套料方案时间。对不同项目所需切割型材的种类和数量没有限制，可将此法应用于不同的型材切割项目。附图说明图1是本专利技术一种模块结构型材优化套料方法流程图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步说明。如图1所示的本专利技术一种模块结构型材优化套料方法，包括以下步骤：步骤一、建立需套料零件在型材原料上套料时的数学模型，具体步骤为：第一步、建立型材套料的目标函数，公式如下：MinF(x)＝ω1f1(x)+ω2f2(x)其中，f1(x)表示需套料零件使用的型材原料的根数，f2(x)表示加工需套料零件后每根所使用的型材原料的剩余长度的总和，ω1,ω2表示权重系数，可根据层次分析法确定。第二步、建立型材套料的约束函数，公式如下：其中，g(x)表示单根型材原料的约束函数，li(i＝1,2,...,m)表示第i种需套料零件的长度尺寸，m为需套料零件的种类数，vi表示是否此根型材原料上排列第i种需套料零件，vi＝(0,1)，当该种需套料零件在此根型材原料上进行套料时，vi＝1，反之vi＝0；ki表示对应该种需套料零件的数量，L表示单根型材原料的长度。步骤二、如图1所示，对步骤一建立的型材套料的目标函数采用遗传算法进行优化求解,得到满足约束函数条件下所需套料零件在型材原料上切割时的排列顺序，具体方式如下：第一步、对染色体编码方式采用实数编码。染色体上的每个基因分别表示需套料零件的长度，基因的排列顺序表示需套料零件的切割顺序。染色体长度为ni表示不同种类需套料零件的数量。第二步、设置遗传代数并初始化种群。采用给定遗传代数作为遗传过程的终止准则。种群中各染色体上的基因按照需套料零件的长度随机排列。第三步、使所需套料零件在单根型材原料上套料时满足约束函数：步骤101，对种群中每个染色体上的基因从第一个开始往后逐个累加，每次累加后判断累加长度是否大于第一根型材原料的长度L，若没有则继续累加；若大于第一根型材原料的长度L，则将最后一个累加基因前的全部基因作为第一根型材原料上的需套料零件，用累加系数a表示需套料零件采用的型材原料的根数，a的初始值为1，用b表示加工需套料零件后所使用的型材原料的剩余长度；步骤102，从最后一个累加基因开始，逐个向后累加，按照步骤101的判断方式，每次累加长度大于单根型材原料的长度L时，a的值加1，b则累加每根加工需套料零件后所使用的型材原料的剩余长度，直到将染色体上的基因累加完毕，f1(x)＝a，f2(x)＝b。第四步、计算种群中每个染色体的适应度值并保存适应度值最大的染色体，适应度值为目标函数的倒数；第五步、将种群中的染色体按适应度值由小到大进行排列，采用轮盘赌的方法选择出作为下一代种群的父代染色体；第六步、按照交叉概率，采用多点交换的方式对父代染色体进行交换，由此产生新一代种群染色体；第七步、重复第三步到第六步，直到满足终止准则，比较每代适应度值最大的染色体的适应度值，取适应度值最大的染色体作为此次优化的最佳套料方案。按照染色体上基因的位置信息，确定需套料零件切割时在所使用的型材原料上的排列信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块结构型材优化套料方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、建立需套料零件在型材原料上套料时的数学模型，具体步骤为：/n第一步、建立型材套料的目标函数，公式如下：/nMinF(x)＝ω

【技术特征摘要】
1.一种模块结构型材优化套料方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、建立需套料零件在型材原料上套料时的数学模型，具体步骤为：
第一步、建立型材套料的目标函数，公式如下：
MinF(x)＝ω1f1(x)+ω2f2(x)
其中，f1(x)表示需套料零件使用的型材原料的根数，f2(x)表示加工需套料零件后每根所使用的型材原料的剩余长度的总和，ω1,ω2表示权重系数；
第二步、建立型材套料的约束函数，公式如下：



其中，g(x)表示单根型材原料的约束函数，li(i＝1,2,...,m)表示第i种需套料零件的长度尺寸，m为需套料零件的种类数，vi表示是否此根型材原料上排列第i种需套料零件，vi＝(0,1)，当该种需套料零件在此根型材原料上进行套料时，vi＝1，反之vi＝0；ki表示对应该种需套料零件的数量，L表示单根型材原料的长度；
步骤二、对步骤一建立的型材套料的目标函数采用遗传算法进行优化求解,得到满足约束函数条件下所需套料零件在型材原料上切割时的排列顺序，具体方式如下：
第一步、对染色体编码方式采用实数编码：染色体上的每个基因分别表示需套料零件的长度，基因的排列顺序表示需套料零件的切割顺序，染色体长度为ni表示不同种类需套料零件的数量；
第二步、设置遗传代数并初始化种群：采用给定遗传代数作为遗传过程的终止准则，种群中各...

【专利技术属性】
技术研发人员：师莎莎，郭万峰，
申请(专利权)人：天津博迈科海洋工程有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12