CN102033512B - 自动开料系统及其开料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自动开料系统及其开料方法，所述自动开料系统包括接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统的输入输出电路；将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案的优化排样电路；接收优化排样电路的最优排样图方案，并将该方案合理分解成多台开料机的开料任务的切割排产电路；接收切割排产电路的开料任务、控制开料机进行开料的数控切割电路。本发明的自动开料系统将独立的优化排样电路连接于开料系统中，具有一套整体技术解决方案，能将生产设计的切割工艺要求和制造设备连成一体实现制造自动化，提高了原材料的利用率和开料工作效率，优化了工厂管理。
Description
技术领域
本发明属于数控技术领域，具体涉及一种自动开料系统及其开料方法。
背景技术
在制造业中，ERP系统和CAD/CAM技术广泛应用，而许多行业在接收ERP的订单和CAD的产品设计后都要经过排样布局环节，或称排样、下料，然后再根据排样结果进行开料，即将原料合理的分割为多个零部件以进入生产。例如家具(橱柜、家装)裁板、服装(鞋业)、玻璃(五金)、建筑型材、钢材、电子、皮革、PCB电路板、汽车(船舶)、包装(印刷)等，许多开料过程都采用人工完成，而开料的结果直接影响到库存和生产成本，开料方案只要多利用1%的原材料，那么对于大批量的定单也将增加巨额的成本。纷繁复杂的零件需求和不断变更的客户定单使得材料预算和开料生产工序难于做到透明管理，同时选料排样工作也浪费许多时间。
为了解决材料浪费的问题，现在陆续出现了多种开料系统，都是先利用排样软件对排样任务数据进行优化排样，然后根据排样结果切割开料。这种排样软件是孤立的软件程序，没有提供和其上的ERP/CAD系统进行对接的机制，致使数据需要人工输入，容易出错，也限制了应用；同时，独立的排样软件缺乏与开料机械集成的整体技术解决方案，不能在切割工艺上和数控设备连成一体，实现制造自动化，影响了开料效率，也存在一些与排样结果不一致的误差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种成本节约、效率较高的自动开料系统及其开料方法。
一种自动开料系统，包括接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统的输入输出电路；
将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案的优化排样电路；
接收优化排样电路的最优排样图方案，并将该方案合理分解成多台开料机的开料任务的切割排产电路；
接收切割排产电路的开料任务、控制开料机进行开料的数控切割电路；
所述输入输出电路的输入端连接ERP/CAD系统，输入输出电路的输出端连接优化排样电路的输入端；所述优化排样电路的输出端与所述切割排产电路的输入端连接；所述切割排产电路的输出端与开料机的数控切割电路连接。
其中，所述优化排样电路包括用启发式排样算法完成图形内零件布局的布局算法单元，以及用整数规划算法完成多个布局图形的数量组合的组合算法单元。
其中，所述数控切割电路还包括打印与零件对应的条形码、并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统的条码打印电路，所述条码打印电路的输出端分别与打印机和ERP/CAD系统连接。
其中，所述数控切割电路还包括连接网络的以太网接口单元，所述切割排产电路与所述数控切割电路通过以太网接口单元连接。
其中，所述切割排产电路包括接收优化排样电路的最优排样图方案的数据接收电路；
将最优排样图方案分成独立的布局图，并将布局图按切割层次分解成切割条带的布局分解电路；
结合开料机的产能、运用整数规划算法计算各条带的切割时间，并输出各开料机需执行的切割条带的计算电路；
接收计算电路输出的各开料机需执行的切割条带信息，并向各开料机的数控切割电路发送切割指令的排产控制电路；
所述数据接收电路输入端与所述优化排样电路的输出端连接，数据接收电路输出端与所述布局分解电路输入端连接；布局分解电路输出端与所述计算电路输入端连接；所述排产控制电路输入端与所述计算电路输出端连接，排产控制电路输出端与所述数控切割电路连接。
一种自动开料系统的开料方法，包括以下步骤：
A．输入输出电路接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统；
B．优化排样电路将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案；
C．切割排产电路接收优化排样电路的最优排样图方案，将该方案合理分解成多台开料机的开料任务，并向各开料机的数控切割电路发送开料任务信息；
D．数控切割电路接收切割排产电路的开料任务并控制开料机进行开料；
E．数控切割电路的条码打印电路控制打印机打印开料后的零件对应的条形码信息，并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统。
其中，所述步骤C的具体步骤包括：
C1．切割排产电路的数据接收电路接收优化排样电路的最优排样图方案；
C2．切割排产电路的布局分解电路将最优排样图方案分成独立的布局图，并将布局图按切割层次分解成切割条带；
C3．切割排产电路的计算电路结合开料机的产能、运用整数规划算法计算各条带的切割时间，并输出各开料机的开料任务；
C4．切割排产电路的排产控制电路接收计算电路输出的各开料机需执行的切割条带信息，并向各开料机的数控切割电路发送开料任务信息。
本发明的有益效果是：一种自动开料系统，包括接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统的输入输出电路；
将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案的优化排样电路；
接收优化排样电路的最优排样图方案，并将该方案合理分解成多台开料机的开料任务的切割排产电路；
接收切割排产电路的开料任务、控制开料机进行开料的数控切割电路；
所述输入输出电路的输入端连接ERP/CAD系统，输入输出电路的输出端连接优化排样电路的输入端；所述优化排样电路的输出端与所述切割排产电路的输入端连接；所述切割排产电路的输出端与开料机的数控切割电路连接。
一种自动开料系统的开料方法，包括以下步骤：
A．输入输出电路接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统；
B．优化排样电路将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案；
C．切割排产电路接收优化排样电路的最优排样图方案，将该方案合理分解成多台开料机的开料任务，并向各开料机的数控切割电路发送开料任务信息；
D．数控切割电路接收切割排产电路的开料任务并控制开料机进行开料；
E．数控切割电路的条码打印电路控制打印机打印开料后的零件对应的条形码信息，并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统。
本发明的自动开料系统将独立的优化排样电路连接于开料系统中，具有一套整体技术解决方案，能将切割工艺和数控设备连成一体实现制造自动化，更好的实现了材料的优化利用，另外，切割排产电路实现了多台开料机的分工合作，提高了开料效率。
附图说明
图1为本发明的自动开料系统的结构示意图。
图2为本发明的切割排产电路的结构示意图。
附图标记说明如下：
1—ERP/CAD系统； 2—输入输出电路；
3—优化排样电路； 31—布局算法单元；
32—组合算法单元； 4—切割排产电路；
41—数据接收电路； 42—布局分解电路；
43—计算电路； 44—排产控制电路；
5—数控切割电路。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
具体实施例：
参见图1至图2，一种自动开料系统，包括接收ERP/CAD系统1的排样任务数据，并将优化排样电路3的排样结果返回给ERP/CAD系统的输入输出电路2；
将输入输出电路2的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案的优化排样电路3；
接收优化排样电路3的最优排样图方案，并将该方案合理分解成多台开料机的开料任务的切割排产电路4；
接收切割排产电路4的开料任务、控制开料机进行开料的数控切割电路5；
所述输入输出电路2的输入端连接ERP/CAD系统1，输入输出电路2的输出端连接优化排样电路3的输入端；所述优化排样电路3的输出端与所述切割排产电路4的输入端连接；所述切割排产电路4的输出端与开料机的数控切割电路5连接。
其中，所述优化排样电路3包括用启发式排样算法完成图形内零件布局的布局算法单元31，以及用整数规划算法完成多个布局图形的数量组合的组合算法单元32。
其中，所述数控切割电路5还包括打印与零件对应的条形码、并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统1的条码打印电路，所述条码打印电路的输出端分别与打印机和ERP/CAD系统1连接。
其中，所述数控切割电路5还包括连接网络的以太网接口单元，所述切割排产电路4与所述数控切割电路5通过以太网接口单元连接。
其中，所述切割排产电路4包括接收优化排样电路3的最优排样图方案的数据接收电路41；
将最优排样图方案分成独立的布局图，并将布局图按切割层次分解成切割条带的布局分解电路42；
结合开料机的产能、运用整数规划算法计算各条带的切割时间，并输出各开料机需执行的切割条带的计算电路43；
接收计算电路43输出的各开料机需执行的切割条带信息，并向各开料机的数控切割电路发送切割指令的排产控制电路44；
所述数据接收电路41输入端与所述优化排样电路3的输出端连接，数据接收电路41输出端与所述布局分解电路42输入端连接；布局分解电路42输出端与所述计算电路43输入端连接；所述排产控制电路44输入端与所述计算电路43输出端连接，排产控制电路44输出端与所述数控切割电路5连接。
一种自动开料系统的开料方法，包括以下步骤：
A．输入输出电路2接收ERP/CAD系统1的排样任务数据，并将优化排样电路3的排样结果返回给ERP/CAD系统1；
B．优化排样电路3将输入输出电路2的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案；
C．切割排产电路4接收优化排样电路3的最优排样图方案，将该方案合理分解成多台开料机的开料任务，并向各开料机的数控切割电路5发送开料任务信息；
D．数控切割电路5接收切割排产电路4的开料任务并控制开料机进行开料；
E．数控切割电路的条码打印电路控制打印机打印开料后的零件对应的条形码信息，并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统。
其中，所述步骤C的具体步骤包括：
C1．切割排产电路4的数据接收电路41接收优化排样电路3的最优排样图方案；
C2．切割排产电路4的布局分解电路42将最优排样图方案分成独立的布局图，并将布局图按切割层次分解成切割条带；
C3．切割排产电路4的计算电路43结合开料机的产能、运用整数规划算法计算各条带的切割时间，并输出各开料机的开料任务；
C4．切割排产电路4的排产控制电路44接收计算电路43输出的各开料机需执行的切割条带信息，并向各开料机的数控切割电路5发送开料任务信息。
优化排样电路3提出并实现了多种排样方法，它首次提出并实现将排样算法分解为布局算法和组合算法，布局算法完成图形内零件的布局，它基于启发式排样算法，可根据生产工艺灵活选择；组合算法则完成多个布局图形的数量组合以形成符合订单需求的整体排样方案，它基于整数规划算法；两类算法相互配合很好的解决了排样问题。
对于家具、玻璃等矩形布局问题，提出并实现按切割层次进行矩形排样布局的方法，较好的满足了“一刀切”工艺要求，便于优化排产和数控开料。一层剪切方式只需单向平行切割即可切割出最终零件，二层剪切则分“横向-纵向”两步切割出最终零件，依次类推，层次越高则切割步骤越多，但单块所能切割出的毛坯种类越多，利用率也更高。分层切割使得机器切割控制非常简单，只需要实现单向平行切割即可，在二层剪切方式中，第一步沿板材宽度方向进行平行切割得到同类零件的条带，第二步将条带转动90度，再作为原料平行截断即成为最终零件。
对于不规则形状零件的布局问题，提出并实现了二步布局法，即第一步将零件进行条带排样，它基于图形微分排样算法，生成各类零件条带；第二步应用上述的矩形布局方法对零件条带进行排样，从而较好的实现了不规则形状零件的排样布局。
切割排产电路4提出并实现了将多个排样分切图最优的分配到多个开料机执行切割的方法。具体方法是将排样方案、切割机的参数作为输入，将排样方案分开成独立的布局图，再将布局图按切割层次分解得到切割条带，计算各条带的切割时间，结合切割机的产能，运用整数规划算法组合优化求解，输出各开料机需执行的切割条带。然后将切割条带逐一发送给某开料机数控切割电路5，等待切割结果返回，如果某开料机数控切割电路5返回切割完成信号，则继续发送下一组切割条带。当出现开料设备怠速的情况也能及时进行再次计算生成新的分配方案。
数控切割电路5主要完成开料机的操作控制，数控切割电路5的主体是STC12C单片机，该单片机通过ZNE-100T以太网接口单元接入企业网络，接受来自切割排产电路4下达的开料任务。单片机通过同步电机驱动电路驱动开料机送料机构和锯座行走机构运动，执行切割任务。同时该芯片还连接有微型条码打印机，在切割步骤完成后及时打印相应的零件条码，粘贴到切割出的零部件上。切割任务完成后则向网络返回完成型号，等待下一开料任务。
本发明的自动开料系统将独立的优化排样电路3连接于开料系统中，具有一套整体技术解决方案，能将生产设计的切割工艺要求和制造设备连成一体实现制造自动化，提高了原材料的利用率和开料工作效率，优化了工厂管理。
另外，条码打印电路的输出端也可以与输入输出单元2连接，在输入输出单元2安装红外线条形码读取探头，探头扫描已开出的零件的条形码，读取该零件的编号和尺寸等信息，然后将其反馈给ERP/CAD系统，以方便控制其他工序对该零件的操作。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种自动开料系统，其特征在于：包括接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统的输入输出电路；
将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案的优化排样电路；所述优化排样电路包括用启发式排样算法完成图形内零件布局的布局算法单元，以及用整数规划算法完成多个布局图形的数量组合的组合算法单元；
接收优化排样电路的最优排样图方案，并将该方案合理分解成多台开料机的开料任务的切割排产电路；所述切割排产电路包括：接收优化排样电路的最优排样图方案的数据接收电路；将最优排样图方案分成独立的布局图，并将布局图按切割层次分解成切割条带的布局分解电路；结合开料机的产能、运用整数规划算法计算各条带的切割时间，并输出各开料机需执行的切割条带的计算电路；以及接收计算电路输出的各开料机需执行的切割条带信息，并向各开料机的数控切割电路发送切割指令的排产控制电路；所述数据接收电路输入端与所述优化排样电路的输出端连接，数据接收电路输出端与所述布局分解电路输入端连接；布局分解电路输出端与所述计算电路输入端连接；所述排产控制电路输入端与所述计算电路输出端连接，排产控制电路输出端与所述数控切割电路连接；
接收切割排产电路的开料任务、控制开料机进行开料的数控切割电路；
所述输入输出电路的输入端连接ERP/CAD系统，输入输出电路的输出端连接优化排样电路的输入端；所述优化排样电路的输出端与所述切割排产电路的输入端连接；所述切割排产电路的输出端与开料机的数控切割电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种自动开料系统，其特征在于：所述数控切割电路还包括打印与零件对应的条形码、并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统的条码打印电路，所述条码打印电路的输出端分别与打印机和ERP/CAD系统连接。
3.根据权利要求2所述的一种自动开料系统，其特征在于：所述数控切割电路还包括连接网络的以太网接口单元，所述切割排产电路与所述数控切割电路通过以太网接口单元连接。
4.一种应用如权利要求2所述的自动开料系统的开料方法，其特征在于：包括以下步骤：
A．输入输出电路接收ERP/CAD系统的排样任务数据，并将优化排样电路的排样结果返回给ERP/CAD系统；
B．优化排样电路用启发式排样算法完成图形内零件布局，以及用整数规划算法完成多个布局图形的数量组合，将输入输出电路的数据进行排样优化计算，生成最优排样图方案；
C．切割排产电路接收优化排样电路的最优排样图方案，将该方案合理分解成多台开料机的开料任务，并向各开料机的数控切割电路发送开料任务信息；其具体步骤包括：
C1．切割排产电路的数据接收电路接收优化排样电路的最优排样图方案；
C2．切割排产电路的布局分解电路将最优排样图方案分成独立的布局图，并将布局图按切割层次分解成切割条带；
C3．切割排产电路的计算电路结合开料机的产能、运用整数规划算法计算各条带的切割时间，并输出各开料机的开料任务；
C4．切割排产电路的排产控制电路接收计算电路输出的各开料机需执行的切割条带信息，并向各开料机的数控切割电路发送开料任务信息；
D．数控切割电路接收切割排产电路的开料任务并控制开料机进行开料；
E．数控切割电路的条码打印电路控制打印机打印开料后的零件对应的条形码信息，并将该条形码信息反馈给ERP/CAD系统。
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