一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法和系统，属于排样优化技术领域。排样过程中存在的后向影响的特性造成顺序上的调整与布局上的调整无法对应，制约了顺序调整的有效性。传统方法未考虑该特性，采取了非必要且复杂的低效操作。本发明专利技术在保留最佳匹配规则的定位高效性的基础上，改变了顺序更新的方式，在原有顺序中选择某零件作为布局上保留和改变的分界点，且避开顺序调整上的复杂操作，而仅采取该零件与该零件的后置零件之间的交换操作，通过这种方式保留该零件的前置零件的布局，改变该零件的后置零件的布局，与零件布局更新的方式更契合，避免了传统方法所采取的过多的非必要且低效的复杂操作，提高了搜索效率。搜索效率。搜索效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法和系统


[0001]本专利技术属于排样优化
，更具体地，涉及一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法和系统。

技术介绍

[0002]在工业切割行业的数字化制造流程中，排样优化问题存在于下料切割环节中的设计环节，即在给定样板上合理设计预定形状零件的布局，零件之间不可重叠且靠接紧密，以此达到提高材料利用率的目的。矩形零件排样是排样优化问题中的一类分支问题，其零件形状均为矩形，且零件采用正交放置，即矩形零件的边界平行或垂直于板材的边界，这种方式能够保证零件排列的紧密程度。
[0003]排样优化问题的解决方法称为排样优化算法，典型的排样优化算法由定位策略与搜索算法两部分共同组成，定位策略即通过设定启发式的定位规则确定零件应放置的位置，而搜索算法是在定位策略的基础上改变零件的顺序与角度，构造不同的排样布局并在其中挑选优质布局。常用的定位策略包含左下规则(bottom left)和最佳匹配规则(best fit)，左下规则与最佳匹配规则都要求设定零件的顺序，但左下规则按照设定的零件顺序执行排样，让每个零件放置于板材上最靠左下的位置，而最佳匹配规则并非完全按照设定的零件顺序执行排样，而是遍历剩余零件并选出在当前排样情况下最适合的零件，并放置于板材上选定的位置。
[0004]由于排样过程中零件是按照顺序逐个放置于板材上的选定位置，每个放置的零件将改变现有的零件边界线结构，而边界线结构又决定了下一个零件的选择与零件的放置位置，因此，排样过程具有后向影响的特性，即优先放置的零件始终影响着靠后放置的零件的排样过程。
[0005]搜索算法通常以排样质量的逐渐优化为目标，通过迭代的方式调整零件的顺序，其调整方式为保留某些零件的顺序，改变其余的零件的顺序。在执行搜索算法时，零件的新的顺序由原有顺序做出调整而产生，并且原有顺序和新的顺序都需要经过零件逐个放置的方式构成排样布局。由于排样过程的后向影响的特性，顺序上产生变化的第一个零件将改变原有顺序对应的排样布局中的零件边界线结构，即从该零件开始，后续所有零件的布局将发生改变，因此，顺序上的调整无法转化为布局上的相应的调整，搜索算法仍存在搜索效率不足的缺陷。CN103500255A公开了一种用于矩形件的智能排样方法，其矩形排样满足一刀切下料工艺，采用最低水平线的定位策略，结合遗传算法搜索零件的顺序。CN113032921A公开了一种基于并行自适应参数布谷鸟搜索与最低水平线的排样算法，同样采用最低水平线的定位策略，并改进布谷鸟算法，通过并行策略与参数自适应策略增强搜索的鲁棒性。CN110909947A公开了一种基于灰狼算法的矩形件排样方法及设备，同样采用最低水平线的定位策略，改进了传统灰狼算法的包围、围猎和游走，简化了算法的流程同时增强搜索能力。这些方法均采用了隶属于最佳匹配规则的最低水平线定位规则，但是搜索算法均未考虑排样过程的后向影响的特性，因而搜索效率仍有待提高。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法和系统，其目的在于解决现有搜索算法因未考虑排样过程的后向影响的特性而采取了复杂且非必要的排序操作，导致搜索效率不足的技术问题。
[0007]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法，包括：
[0008]S1.随机初始化矩形零件的顺序序列和方位序列；
[0009]S2.对初始化后的矩形零件执行基于最佳匹配规则的矩形排样算法，得到排样信息解X；所述排样信息解包括实际顺序序列、实际方位序列、每个零件对应的形状匹配度值构成的形状匹配度序列、本次排样得到的布局占用长度；
[0010]S3.从排样信息解X中任选一个形状匹配度值为0的零件作为待调整零件p；
[0011]S4.将位于待调整零件p之后且与p在x方向的尺寸不同的零件与p进行交换操作，重新生成零件实际顺序序列、实际方位序列、形状匹配度序列、布局占用长度，构建动态邻域解集；
[0012]S5.从动态邻域解集中选择布局占用长度最短且与历史迭代轮次对应的排样信息解不同的解作为新的排样信息解；
[0013]S6.判断是否达到设定的循环次数；若否，返回执行步骤S3；若是，将当前排样信息解对应的布局作为最终排样结果。
[0014]进一步地，基于最佳匹配规则的排样算法具体包括以下过程：
[0015]选择最左下位置的间隙作为放置零件的位置，且采用左下靠接定位；
[0016]遍历所有剩余零件，寻找与选定间隙形状最匹配的零件作为下一个排样零件；若同时存在多个形状匹配度最大的零件，则选择在顺序序列中最靠前的零件。
[0017]进一步地，与选定间隙形状匹配的判断标准为零件是否能与选定间隙的边界完全贴合；若零件与选定间隙不存在边界贴合，则形状匹配度为0；若零件与选定间隙存在某一条边界贴合，则形状匹配度为1；若零件与选定间隙存在某两条边界贴合，则形状匹配度为2；若零件与选定间隙的三条边界全部贴合，则形状匹配度为3。
[0018]进一步地，步骤S4中执行交换操作的具体过程为，
[0019]01.判断位于待调整零件p之后的零件q按原角度放置时在x方向实际占有长度与零件p在x方向实际占有长度是否相同；若相同，执行交换操作；否则进入02；
[0020]02.判断零件q旋转90度转角时在x方向实际占有长度与零件p在x方向实际占有长度是否相同；若相同，执行交换操作；若否，顺序选择下一个零件并进入01。
[0021]与上述方法各个步骤的执行过程相对应，本专利技术还提供了一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化系统，包括：
[0022]初始化模块，随机初始化矩形零件的顺序序列和方位序列；
[0023]初始排样模块，对初始化后的矩形零件执行基于最佳匹配规则的矩形排样算法，得到排样信息解X；所述排样信息解包括实际顺序序列、实际方位序列、每个零件对应的形状匹配度值构成的形状匹配度序列、本次排样得到的布局占用长度；
[0024]形状匹配度筛选模块，从排样信息解X中任选一个形状匹配度值为0的零件作为待调整零件p；
[0025]动态邻域解集构建模块，将位于待调整零件p之后且与p在x方向的尺寸不同的零件与p进行交换操作，重新生成零件实际顺序序列、实际方位序列、形状匹配度序列、布局占用长度，构建动态邻域解集；
[0026]禁忌搜索模块，从动态邻域解集中选择布局占用长度最短且与历史迭代轮次对应的排样信息解不同的解作为新的排样信息解；
[0027]循环判断模块，判断是否达到设定的循环次数；若否，返回形状匹配度筛选模块；若是，将当前排样信息解对应的布局作为最终排样结果。
[0028]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果。
[0029](1)以遗传算法为典型代表的传统方法，在顺序搜索方面依靠交叉、变异等环节从原有顺序中生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法，其特征在于，包括：S1.随机初始化矩形零件的顺序序列和方位序列；S2.对初始化后的矩形零件执行基于最佳匹配规则的矩形排样算法，得到排样信息解X；所述排样信息解包括实际顺序序列、实际方位序列、每个零件对应的形状匹配度值构成的形状匹配度序列、本次排样得到的布局占用长度；S3.从排样信息解X中任选一个形状匹配度值为0的零件作为待调整零件p；S4.将位于待调整零件p之后且与p在x方向的尺寸不同的零件与p进行交换操作，重新生成零件实际顺序序列、实际方位序列、形状匹配度序列、布局占用长度，构建动态邻域解集；S5.从动态邻域解集中选择布局占用长度最短且与历史迭代轮次对应的排样信息解不同的解作为新的排样信息解；S6.判断是否达到设定的循环次数；若否，返回执行步骤S3；若是，将当前排样信息解对应的布局作为最终排样结果。2.根据权利要求1所述的一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法，其特征在于，基于最佳匹配规则的排样算法具体包括以下过程：选择最左下位置的间隙作为放置零件的位置，且采用左下靠接定位；遍历所有剩余零件，寻找与选定间隙形状最匹配的零件作为下一个排样零件；若同时存在多个形状匹配度最大的零件，则选择在顺序序列中最靠前的零件。3.根据权利要求2所述的一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法，其特征在于，与选定间隙形状匹配的判断标准为零件是否能与选定间隙的边界完全贴合；若零件与选定间隙不存在边界贴合，则形状匹配度为0；若零件与选定间隙存在某一条边界贴合，则形状匹配度为1；若零件与选定间隙存在某两条边界贴合，则形状匹配度为2；若零件与选定间隙的三条边界全部贴合，则形状匹配度为3。4.根据权利要求1所述的一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化方法，其特征在于，步骤S4中执行交换操作的具体过程为，01.判断位于待调整零件p之后的零件q按原角度放置时在x方向实际占有长度与零件p在x方向实际占有长度是否相同；若相同，执行交换操作；否则进入02；02.判断零件q旋转90度转角时在x方向实际占有长度与零件p在x方向实际占有长度是否相同；若相同，执行交换操作；若否，顺序选择下一个零件并进入01。5.一种基于最佳匹配规则与禁忌搜索的排样优化系统，其特征在于，包括：初始化模块，随机初始化矩形零件的顺序序列和方位序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶运清，赵旭升，罗强，方杰，杜冰，徐佳泰，杨飘若，万晓晨，余守波，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：