基于重叠分离的板材件排样方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于重叠分离的板材件排样方法及系统，涉及下料排样技术领域，首先根据待排样板材件的总面积和矩形母板的宽度对母板长度做出一定限制，使得全部待排样板材件不能完全排入矩形母板中，然后对能够排入矩形母板的板材件采取基于临界多边形的非重叠排样方法进行排样，对剩余不能排入母板的板材件采取基于临界多边形的允许重叠排样方法进行排样，充分利用无重叠排样中的一些中空的面积，最后基于板材件

【技术实现步骤摘要】
基于重叠分离的板材件排样方法及系统


[0001]本专利技术涉及下料排样
，特别是涉及一种基于重叠分离的板材件排样方法及系统
。

技术介绍

[0002]随着制造业的飞速发展，生产的体量和产值不断增长，资源的消耗和浪费也很严重
。
排样问题，又称下料问题，主要研究如何将待加工零件紧密排布在坯料上，进而提高材料的利用率
。
这类问题在制造业中广泛存在，材料利用率的微小提升便能够带来巨大的经济和社会效益
。
[0003]排样问题是最复杂的组合优化问题，目前没有有效的算法能够在多项式时间内精确求解
。
启发式算法是目前广泛采用的方法，能够在可接受时间内获得不错的解
。
这类求解过程主要包括排样的定位和顺序优化
。
定位过程中一般是基于临界多边形
(NFP)
这一几何工具，同时会结合“最低水平线”、“最低重心”等策略，启发式算法通过邻域搜索优化零件的排入顺序和角度
。
但是，随着问题规模的扩大，常见的基于一定邻域搜索策略的启发式算法无法适应，最终的排样的填充率无法得到保证
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于重叠分离的板材件排样方法及系统，能够提高排样填充率和排样效率
。
[0005]一种基于重叠分离的板材件排样方法，其包括：
[0006]S1
，确定每个待排样板材件的参考点；
[0007]S2/>，根据全部待排样板材件的总面积和矩形母板的宽度，得到理论上矩形母板的最小极限长度；根据矩形母板的宽度和最小极限长度确定重叠排放时的母板，记为第一母板；
[0008]S3
，计算第1个待排样板材件与第一母板的内临界多边形，基于最左最下原则将第1个待排样板材件排入到第一母板中并将第1个待排样板材件标记为已排样板材件；
[0009]S4
，令
i
＝2；
[0010]S5
，计算第
i
个待排样板材件与第一母板的内临界多边形，计算第
i
个待排样板材件与第
j
个已排样板材件的临界多边形，其中，
j
＝
1,2,
…
,i
‑1；
[0011]S6
，对所有临界多边形进行并集操作，得到不可行区域；将内临界多边形与不可行区域进行差集操作，得到可行区域；
[0012]S7
，对可行区域是否为空集进行判断，若可行区域为空集，则执行
S9
，若可行区域不为空集，则执行
S8
；
[0013]S8
，将可行区域的所有顶点作为第
i
个待排样板材件的参考点的候选放置位置，基于最左最下原则确定最优放置顶点，将第
i
个待排样板材件排入到第一母板中并将第
i
个待排样板材件标记为已排样板材件，然后执行
S12
；
[0014]S9
，将各临界多边形分别与内临界多边形进行交集操作，得到若干个交集多边形；
[0015]S10
，获取各交集多边形的顶点和各交集多边形之间的交点；
[0016]S11
，将各顶点和各交点作为第
i
个待排样板材件的参考点的候选放置位置，基于重叠面积最小原则，确定最优放置点，将第
i
个待排样板材件排入到第一母板中并将第
i
个待排样板材件标记为已排样板材件；
[0017]S12
，对
i
进行判断，若
i≥N
，则得到排样结果，执行
S13
，若
i
＜
N
，令
i
＝
i+1
并返回至
S5
；
N
为待排样板材件的总数量；
[0018]S13
，如果排样结果存在重叠则执行
S14
，否则将排样结果作为最终排样结果；
[0019]S14
，确定所有已排样板材件的
x
坐标最小值，将最小
x
坐标值从小到大排列时待排样板材件的顺序作为优化后待排样板材件的排入顺序；
[0020]S15
，根据矩形母板的宽度和无限长度确定无重叠排样时的母板，记为第二母板；
[0021]S16
，将第二母板对第一母板进行替换，并基于优化后待排样板材件的排入顺序执行
S3、S4、S5、S6、S8、S12
和
S13
，得到最终排样结果
。
[0022]可选地，基于移动碰撞法计算第
i
个待排样板材件与第一母板的内临界多边形，基于闵可夫斯基和法
、
斜率图法
、
移动碰撞法和轨迹线法中任意一者计算第
i
个待排样板材件与第
j
个已排样板材件的临界多边形
。
[0023]可选地，采取
Clipper
计算几何图形库中的布尔运算方法进行多边形的并集
、
交集和差集操作
。
[0024]可选地，
S8
中，最左最下原则为：
[0025][0026]式中：
object1
表示最左最下原则，
NFP_P
＝
[p1,p2,...,p
Q
]表示可行区域的全部顶点，
p(x)
为顶点
p
的
x
坐标值，
p
*
为待排样板材件的参考点的最优放置顶点
。
[0027]可选地，
S11
中，重叠面积最小原则为：
[0028][0029]式中：
object2
表示重叠面积最小原则，
Feasible_NFP_P
＝
[p1,p2,...,p
K
]表示各交集多边形的顶点和各交集多边形之间的交点的集合，
p'
表示待排样板材件的参考点的最优放置点，
f(p)
为第
i
个待排样板材件的参考点放置在点
p
时，第
i
个待排样板材件与所有已排样板材件的重叠总面积
。
[0030]本专利技术还提供了一种基于重叠分离的板材件排样系统，其包括：
[0031]参考点模块，用于确定每个待排样板材件的参考点；
[0032]第一母板模块，用于根据全部待排样板材件的总面积和矩形母板的宽度，得到理论上矩形母板的最小极限长度，并根据矩形母板的宽度和最小极限长度确定重叠排放时的母板，记为第一母板；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于重叠分离的板材件排样方法，其特征在于，其包括：
S1
，确定每个待排样板材件的参考点；
S2
，根据全部待排样板材件的总面积和矩形母板的宽度，得到理论上矩形母板的最小极限长度；根据矩形母板的宽度和最小极限长度确定重叠排放时的母板，记为第一母板；
S3
，计算第1个待排样板材件与第一母板的内临界多边形，基于最左最下原则将第1个待排样板材件排入到第一母板中并将第1个待排样板材件标记为已排样板材件；
S4
，令
i
＝2；
S5
，计算第
i
个待排样板材件与第一母板的内临界多边形，计算第
i
个待排样板材件与第
j
个已排样板材件的临界多边形，其中，
j
＝
1,2,
…
,i
‑1；
S6
，对所有临界多边形进行并集操作，得到不可行区域；将内临界多边形与不可行区域进行差集操作，得到可行区域；
S7
，对可行区域是否为空集进行判断，若可行区域为空集，则执行
S9
，若可行区域不为空集，则执行
S8
；
S8
，将可行区域的所有顶点作为第
i
个待排样板材件的参考点的候选放置位置，基于最左最下原则确定最优放置顶点，将第
i
个待排样板材件排入到第一母板中并将第
i
个待排样板材件标记为已排样板材件，然后执行
S12
；
S9
，将各临界多边形分别与内临界多边形进行交集操作，得到若干个交集多边形；
S10
，获取各交集多边形的顶点和各交集多边形之间的交点；
S11
，将各顶点和各交点作为第
i
个待排样板材件的参考点的候选放置位置，基于重叠面积最小原则，确定最优放置点，将第
i
个待排样板材件排入到第一母板中并将第
i
个待排样板材件标记为已排样板材件；
S12
，对
i
进行判断，若
i≥N
，则得到排样结果，执行
S13
，若
i
＜
N
，令
i
＝
i+1
并返回至
S5
；
N
为待排样板材件的总数量；
S13
，如果排样结果存在重叠则执行
S14
，否则将排样结果作为最终排样结果；
S14
，确定所有已排样板材件的
x
坐标最小值，将最小
x
坐标值从小到大排列时待排样板材件的顺序作为优化后待排样板材件的排入顺序；
S15
，根据矩形母板的宽度和无限长度确定无重叠排样时的母板，记为第二母板；
S16
，将第二母板对第一母板进行替换，并基于优化后待排样板材件的排入顺序执行
S3、S4、S5、S6、S8、S12
和
S13
，得到最终排样结果
。2.
根据权利要求1所述的基于重叠分离的板材件排样方法，其特征在于，基于移动碰撞法计算第
i
个待排样板材件与第一母板的内临界多边形，基于闵可夫斯基和法
、
斜率图法
、
移动碰撞法和轨迹线法中任意一者计算第
i
个待排样板材件与第
j
个已排样板材件的临界多边形
。3.
根据权利要求1所述的基于重叠分离的板材件排样方法，其特征在于，采取
Clipper
计算几何图形库中的布尔运算方法进行多边形的并集
、
交集和差集操作
。4.
根据权利要求1所述的基于重叠分离的板材件排样方法，其特征在于，
S8
中，最左最下原则为：
式中：
object1
表示最左最下原则，
NFP_P
＝
[p1,p2,...,p
Q
]
表示可行区域的全部顶点，
p(x)
为顶点
p
的
x
坐标值，
p
*
为待排样板材件的参考点的最优放置顶点
。5.
根据权利要求1所述的基于重叠分离的板材件排样方法，其特征在于，
S11
中，重叠面积最小原则为：式中：
object2
表示重叠面积最小原则，
Feasible_NFP_P
＝
[p1,p2,...,p
K
]
表示各交集多边形的顶点和各交集多边形之间的交点的集合，
p'
表示待排样板材件的参考点的最优放置点，
f(p)
为第
i
个待排样板材件的参考点放置在点
p

【专利技术属性】
技术研发人员：郭保苏，王永春，孙万诚，王真，徐龙华，黄水泉，曲美娜，许佂凯，张迪嘉，黄传真，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：