绝缘纸板的自动排样方法技术

本发明专利技术公开了一种用于绝缘纸板的自动排样方法，包括下列步骤：(1)从零件库选取表现为矩形绝缘纸板并提取零件相关信息；(2)从板材库选取矩形板材并提取板材相关信息；(3)对所获得的信息进行编码以获得多个解；(4)利用剩余矩形填充算法对所述多个解逐一分别进行解码，以获得解的利用率；以及(5)利用遗传算法对排样过程继续执行优化，并相应输出最优排样方案。通过按照本发明专利技术的自动排样方法，可以很好地满足绝缘纸板排样的工艺要求，并且采用了启发式算法和智能算法相结合，能够快速高效寻找到一种优化的排样方案，由此大大了提高企业的材料利用率且能显著缩短排样时间，提高排样效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及加工件排样领域，更具体地，涉及一种。
技术介绍
随着社会生产力的不断提高，生产规模不断扩大，原材料的消耗量也越来越大，许多产品生产中，零件毛坯是从板材上下料得到的，而原材料价格大幅上涨，已经导致企业生产成本大幅上升，利润下降，一些企业甚至出现亏损，我国的制造业企业正面临着前所未有的挑战。排样问题是一个在金属制造业、造纸业、玻璃制造、汽车制造业等制造业领域生产实践普遍中遇到的问题，有效的排样方法可以使企业按照最优的方式对所需求的零件进行切割，从而可以极大地提高原材料的利用率以及切割的效率，进而提升企业的经济效益。因此，一个优秀的排样系统及其排样方法的开发和应用对与大型制造企业而言尤为重要，它可以在很大程度上减少企业原材料的损耗，降低生产成本，进而提升企业的市场竞争能力。传统的排样方式多采用人工排样下料，历史悠久，设备保有量多，是大量切割各种板材、型材、木材、棒材、铝合金等的主要下料方式。人工排样下料由操作工人按照零件尺寸和数量在钢板上简单排列顺序切割下料。这种传统的手工排样下料生产方式存在着显而易见的弊端，首先是造成大量边角余料，原因在于操作工人只能按照零件尺寸和数量顺序排列切割，无法做到优化排样，从而导致企业原材料浪费严重；其次是企业原材料大量积压， 资金占用严重，原因在于企业不能做到排样预算。为保证持续生产，不得已而采购各种类型的原材料作为库存；再次是切割下料生产过程处于紊乱无序的状态，很难定时定量定额地管理锯床剪床切割下料生产过程，从而造成切割下料生产效率低，板材浪费严重。而且，具体对表现为矩形零件形式的绝缘纸板的制造工艺而言，现有的优化排样方法往往没有考虑到绝缘纸板的特殊工艺要求——具有纤维方向、自身为矩形能相互拼接以及“一刀切”(所谓一刀切，是指绝缘纸板的下料设备如带锯床和剪板机等在加工时只能沿着某一方向进行切割，直至此次切割完成)，因此不能适用于绝缘纸板的优化排样。采用人工对绝缘纸板进行排样，效率低下且排样效果不理想，因此如何根据绝缘纸板的特定工艺要求及其自身的特性，来制定更能符合绝缘纸板的加工要求，能够更有效地利用原材料、 大幅降低成本并且效率更高的排样方法，已经构成为业内迫切的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷，本专利技术的目的在于提供一种能够更有效地利用原材料、排样速度快而且满足绝缘纸板特定工艺要求的自动排样方法。按照本专利技术的一个方面，提供了一种用于，该排样方法包括下列步骤(I)从零件库选取表现为矩形零件形式的待排样绝缘纸板，并提取包括零件种类编号I m、各种类零件的数量、各种类零件的尺寸也即纤维方向的长和非纤维方向的宽， 以及零件排样时是否存在纤维方向要求在内的零件相关信息，由此制定出一个排样计划；(2)从板材库选取符合上述矩形零件排样需求的矩形板材，并提取包括板材序号 I k，各序号板材的尺寸也即纤维方向的长和非纤维方向的宽在内的板材相关信息；(3)通过计算机对上述信息进行编码以获得多个解P，其中每个解P由2个序列即序列A和序列B组成，所述序列A是根据零件的种类编号构建的由I m这些数字构成的不重复随机序列，所述序列B是根据板材序号构建的由I k这些数字构成的不重复随机序列，设定A表示序列A中位于第p个位置的零件，其中p = 1,2,…，m，同时设定B 表示序列B中位于第q个位置的板材,其中q = 1,2，…，k ;(4)利用剩余矩形填充算法，通过计算机对所获得的多个解逐一进行解码，其中对每个解的解码步骤具体包括以下子步骤(41)设定P = l,q= 1，选取八|^)]所对应的零件为当前排样零件，同时选取B 所对应的板材存入计算机的剩余矩形链表，并设为当前剩余矩形；(42)判断当前排样零件能否在当前剩余矩形上进行填充排样若可以排样，转步骤(43);若不能，转步骤(44)；(43)根据当前排样零件尺寸、数量和当前剩余矩形尺寸，计算出在当前剩余矩形中能排下的零件数量，并按照从上到下，然后从左到右的顺序依次在当前剩余矩形上排放， 同时更新当前排样零件的数量，若所有待排样的零件数量均为0，则退出排样，若还有零件数量不为0，则在当前剩余矩形中以沿着板材宽度方向进行划分的方式产生新的剩余矩形， 然后在计算机的剩余矩形链表中删除当前剩余矩形，并将生成的新的剩余矩形按照其在板材中所处的位置以从右到左的顺序依次放入所述剩余矩形链表，这样最靠左的新的剩余矩形即为矩形链表最外层的剩余矩形，将该最靠左的剩余矩形设定为当前剩余矩形，令P = P+1，然后判断P是否大于待排样的零件种类数量总和若否，则转步骤(42)，若是，令P = 1，转步骤(42)；(44)判断当前零件是否具有纤维方向要求若有纤维方向要求，转步骤(45);若没有纤维方向要求，将该零件旋转90°判断能否排下若能，转步骤(43)，若不能，转步骤(45)；(45)在序列A中从当前排样零件开始向后查找可以在当前剩余矩形上排下的零件若存在，则交换当前排样零件和第一个可以排下的零件在序列中的位置，然后转步骤(43);若不存在，则将当前剩余矩形从所述剩余矩形链表中删除；删除后剩余矩形链表若不为空，将剩余矩形链表中最外层的剩余矩设定为新的当前剩余矩形，然后转步骤(42)； 若删除后剩余矩形链表为空，则令q = q+1，Bl所对应的板材存入剩余矩形链表并设为当前剩余矩形，然后转步骤(42)；(5)利用上述步骤(4)获得的解码结果以获得排样方案图，相应可以计算得到每组解所对应的排样利用率，从中选择利用率最大的一组解作为较优的排样方案来执行排样，由此完成绝缘纸板的自动排样过程。作为进一步优选地，可以利用遗传算法来对上述排样过程执行继续优化的步骤， 该步骤具体包括以下子步骤(a)设定遗传算法中包括种群数Mg、代数T、交叉概率Pc以及变异概率Pm在内的参数，并将所述种群数Mg设定为通过所述步骤(3)编码后所获得的解的总数；(b)使用通过所述剩余矩形填充算法得到的每组解所对应的排样利用率，利用遗传算法的轮盘赌理论，从中筛选出数量为Mg的个体进入下一步；(c)对通过所述步骤(b)所筛选出的Mg个解中的每一个解的序列都随机产生I个处于0 I之间的概率值rc，若rc小于上述步骤(a)所设定的交叉概率Pc，则对该序列执行部分匹配交叉操作，若rc大于或等于所述交叉概率Pc，则该序列保持不变；(d)对通过所述步骤(C)所得到的Mg个解中的每一个解的序列都随机产生I个处于0 I之间的概率值rm，若rm小于上述步骤(a)所设定的变异概率Pm，则对该序列执行变异操作，若rm大于或等于所述变异概率Pm，则该序列保持不变；(e)对通过所述步骤(d)所得到的Mg个解中的每一个解用剩余矩形填充算法对该解进行排样，得到对应的排样图及排样利用率，同时记录这Mg个解中的最优解；(f)重复以上步骤(b)-(e)，直至迭代次数达到设定的代数T为止；(g)由于以上步骤迭代T次，每次迭代都记录了当前迭代的最优解，从这T组当前迭代最优解中选择利用率最大的一组解作为排样方案，由此完成绝缘纸板的自动排样过程。作为进一步优选地，所述步骤(C)中执行部分匹配交叉操作的具体子步骤包括(cl)利用randomO分别随机出所述解的2个序列中处于相同位置上的一部分连续数字；(c2)对于所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：饶运清，邓应波，陈奇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：