基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法及系统，涉及生产切割技术领域，首先采用自适应大范围邻域搜索的模拟退火算法优化钢板件的切割顺序；然后采用遗传算法优化每个钢板件的切割起点，最后基于钢板件的切割顺序和每个钢板件的切割起点生成切割路径。本发明专利技术能够减少切割路径，提高运行效率，缩短生产周期和提高产线自动化水平。缩短生产周期和提高产线自动化水平。缩短生产周期和提高产线自动化水平。

【技术实现步骤摘要】
基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法及系统


[0001]本专利技术涉及生产切割
，特别是涉及一种基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法及系统。

技术介绍

[0002]工业生产中，一个订单往往需要大量不同大小的钢板件，为了减少材料浪费，这些钢板件需要合理布置在原材料母板上，然后进行板材下料，从母板材料中切割出来。在大规模批量生产的现代制造业中，这样的形式能够减少材料的浪费，提高材料的利用率。
[0003]切割路径规划是指在进行切割加工时，通过算法和软件来规划最优的切割路径，以提高生产效率和减少废料的产生。在工业生产中，切割路径规划是非常重要的一环，在切割速度一定的情况下，路径的选择将直接影响激光加工时间，合理的切割路径可以使切割过程更加高效和精准。
[0004]由于路径规划问题可以归纳为旅行商问题，属于NP
‑
hard问题，很难求得精确解。智能算法通常被应用于求解路径规划问题，通过对钢板件及其顶点编号，进行整体组合编码，然后按照一定的策略对可能的路径进行迭代搜索，最终选择搜索的最短路径作为切割路径。然而在大规模批量生产中，一次性切割的钢板件数目多，钢板件顶点数目不确定，问题的解的空间十分庞大。采用整体组合编码的方式会进行很多无效搜索，导致求解时间长、解的质量不高，最终路径规划不合理。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法及系统，能够减少切割路径，提高运行效率，缩短生产周期和提高产线自动化水平。
>[0006]一种基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法，其包括：
[0007]S1，确定钢板件的最优切割顺序：
[0008]S11，对钢板件排样结果图中的每个钢板件进行编号，将每个钢板件抽象为一个点，然后计算所有钢板件之间的距离矩阵；
[0009]S12，基于距离矩阵，采用自适应大范围邻域搜索的模拟退火算法，随机生成初始切割顺序，并将钢板件的编号按照初始切割顺序进行编码，初始化搜索算子的权重wDestroy和wRepair，初始化搜索算子的得分destroyScore和re pairScore；
[0010]S13，采用轮盘赌的方法，基于wDestroy和wRepair，选择搜索算子，生成新的切割顺序，采用Metropolice准则更新顺序编码同时对新的顺序编码进行评分以更新destroyScore和repairScore；
[0011]S14，根据更新后的destroyScore和repairScore更新搜索算子的权重wDe stroy和wRepair，更新退火温度和当前最优切割顺序；
[0012]S15，重复执行S13
‑
S14，直至达到设定的迭代次数，得到钢板件的最优切割顺序；
[0013]S2，确定钢板件的最优切割起点：
[0014]S21，将每个钢板件的所有顶点作为一个集合，对集合中的每个顶点进行编号；
[0015]S22，运用遗传算法，按照钢板件的最优切割顺序选取每个钢板件中的一个顶点的编号进行组合编码，记为初始切割起点集，随机生成多个初始切割起点集；
[0016]S23，对于每个初始切割起点集，利用交换算子生成新的切割起点集，采用Metropolice准则更新所有初始切割起点集；
[0017]S24，重复执行S23，直至达到设定的迭代次数，得到最优的切割起点集，即每个钢板件的最优切割起点；
[0018]S3，基于钢板件的最优切割顺序和每个钢板件的最优切割起点得到切割路径。
[0019]可选地，自适应大范围邻域搜索的模拟退火算法的邻域搜索通过Destroy算子和Repair算子的组合实现，Destroy算子包括randomDestroy和maxDestr oy；Repair算子包括greedyinsert和randominsert；Destroy算子和Repair算子的初始权重设置为相同，Destroy算子的得分destroyScore和Repair算子的得分repairScore初始化为0。
[0020]可选地，S13具体为：
[0021]基于轮盘赌的方法，结合wDestroy和wRepair，选取一种Destroy算子和一种Repair算子，形成一种Destroy算子和Repair算子的组合对初始切割顺序进行邻域搜索，得到新的切割顺序；并基于新的切割顺序更新初始切割顺序；
[0022]采用Metropolice准则更新顺序编码同时对新的顺序编码进行评分，若评分大于全局最优解的评分，则令W＝W1，如果评分大于当前最优解的评分，则令W＝W2，如果评分小于或等于当前最优解的评分，则以概率p接受新的切割顺序,若接受，则令W＝W3，否则令W＝W4，其中，W1>W2>W3>W4；W表示算子的得分；
[0023]destroyScore和repairScore更新公式为：
[0024]destroyScore[destroyOperatorIndex]+＝W；
[0025]repairScore[repairOperatorIndex]+＝W；
[0026]式中：destroyOperatorIndex为Destroy算子的索引，repairOperatorIndex为Repair算子的索引。
[0027]可选地，S14中，wDestroy和wRepair的更新公式为：
[0028]wDestroy[destroyOperatorIndex]＝wDestroy[destroyOperatorIndex]*b+
[0029](1
‑
b)*(destroyScore[destroyOperatorIndex]/destroyUseTimes[destroyOperatorIndex])；
[0030]wRepair[repairOperatorIndex]＝wRepair[repairOperatorIndex]*b+
[0031](1
‑
b)*(repairScore[repairOperatorIndex]/repairUseTimes[repairOperatorIndex])；
[0032]式中：destroyUseTimes为Destroy算子执行的次数，repairUseTimes为Re pair算子执行的次数，b为常数系数。
[0033]可选地，S22中，X＝[x1,x2,...,x
n
]为钢板件的最优切割顺序，组合编码为[v1,v2,...,v
n
]，表示切割路径为从原点出发由钢板件x1的v1顶点开始对钢板件x1进行切割，完成后继续切割零件x2，切割起始点为零件x2的v2顶点，以此类推，最终从零件x
n
的v
n
顶点返回原点完成切割过程。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法，其特征在于，其包括：S1，确定钢板件的最优切割顺序：S11，对钢板件排样结果图中的每个钢板件进行编号，将每个钢板件抽象为一个点，然后计算所有钢板件之间的距离矩阵；S12，基于距离矩阵，采用自适应大范围邻域搜索的模拟退火算法，随机生成初始切割顺序，并将钢板件的编号按照初始切割顺序进行编码，初始化搜索算子的权重wDestroy和wRepair，初始化搜索算子的得分destroyScore和repairScore；S13，采用轮盘赌的方法，基于wDestroy和wRepair，选择搜索算子，生成新的切割顺序，采用Metropolice准则更新顺序编码同时对新的顺序编码进行评分以更新destroyScore和repairScore；S14，根据更新后的destroyScore和repairScore更新搜索算子的权重wDestroy和wRepair，更新退火温度和当前最优切割顺序；S15，重复执行S13
‑
S14，直至达到设定的迭代次数，得到钢板件的最优切割顺序；S2，确定钢板件的最优切割起点：S21，将每个钢板件的所有顶点作为一个集合，对集合中的每个顶点进行编号；S22，运用遗传算法，按照钢板件的最优切割顺序选取每个钢板件中的一个顶点的编号进行组合编码，记为初始切割起点集，随机生成多个初始切割起点集；S23，对于每个初始切割起点集，利用交换算子生成新的切割起点集，采用Metropolice准则更新所有初始切割起点集；S24，重复执行S23，直至达到设定的迭代次数，得到最优的切割起点集，即每个钢板件的最优切割起点；S3，基于钢板件的最优切割顺序和每个钢板件的最优切割起点得到切割路径。2.根据权利要求1所述的基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法，其特征在于，自适应大范围邻域搜索的模拟退火算法的邻域搜索通过Destroy算子和Repair算子的组合实现，Destroy算子包括randomDestroy和maxDestroy；Repair算子包括greedyinsert和randominsert；Destroy算子和Repair算子的初始权重设置为相同，Destroy算子的得分destroyScore和Repair算子的得分repairScore初始化为0。3.根据权利要求1所述的基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法，其特征在于，S13具体为：基于轮盘赌的方法，结合wDestroy和wRepair，选取一种Destroy算子和一种Repair算子，形成一种Destroy算子和Repair算子的组合对初始切割顺序进行邻域搜索，得到新的切割顺序；并基于新的切割顺序更新初始切割顺序；采用Metropolice准则更新顺序编码同时对新的顺序编码进行评分，若评分大于全局最优解的评分，则令W＝W1，如果评分大于当前最优解的评分，则令W＝W2，如果评分小于或等于当前最优解的评分，则以概率p接受新的切割顺序,若接受，则令W＝W3，否则令W＝W4，其中，W1>W2>W3>W4；W表示算子的得分；destroyScore和repairScore更新公式为：destroyScore[destroyOperatorIndex]+＝W；repairScore[repairOperatorIndex]+＝W；
式中：destroyOperatorIndex为Destroy算子的索引，repairOperatorIndex为Repair算子的索引。4.根据权利要求3所述的基于分步优化的钢板件激光切割路径规划方法，其特征在于，S14中，wDestroy和wRepair的更新公式为：wDestroy[destroyOperatorIndex]＝wDestroy[destroyOperatorIndex]*b+(1
‑
b)*(destroyScore[destroyOpera...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭保苏，王永春，李航，马健明，吴凤和，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：