CN102322151A

CN102322151A - 智能筛钢筋优化下料方法

Info

Publication number: CN102322151A
Application number: CN201110139183A
Authority: CN
Inventors: 芮继东; 姚刚; 陈刚; 孙雨萍
Original assignee: CHINA INST OF ARCHITECTURAL STANDARD DESIGN
Current assignee: CHINA INST OF ARCHITECTURAL STANDARD DESIGN
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102322151B

Abstract

本发明公开了一种智能筛钢筋优化下料方法，所述方法包括：根据待下料钢筋及原料钢筋情况设置筛选条件；根据所述筛选条件选出初步钢筋下料组合方案；对所述钢筋下料组合方案进行优化组合，确定最终钢筋下料组合方案。本发明通过动态设置筛选条件对大量待加工钢筋下料组合进行筛选，并对筛选出来的初步钢筋下料组合方案再行比较、调整优化组合，确定最终钢筋下料组合方案，可以使所用钢筋原料更少，达到更多地节省钢筋原材料的目的，从而节约大量钢材，其经济效益、社会效益十分显著。

Description

智能筛钢筋优化下料方法

技术领域

本发明涉及土建施工钢筋工程领域，具体涉及一种智能筛钢筋优化下料方法。

背景技术

工程建设中，钢筋混凝土建筑成本最高的原材料就是钢筋，目前工地施工过程中，由于没有先进的技术指导，工人切割断料都是凭个人经验，很多钢筋原材都在断料切割过程中浪费了。

钢筋优化下料就是通过对大量待加工钢筋进行筛选比较、优化组合，达到更多地节省钢筋原材料的目的，其优化目标值是使用的钢筋原料最少。钢筋优化下料问题是个典型的一维优化组合问题。

目前针对这方面的技术研究主要有一维线性规划法，遗传算法、混合遗传算法、模拟退火算法等。这些方法都是基于数学理论进行的。目前尚还没有一种简单高效的钢筋优化下料的方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种智能筛钢筋优化下料方法，其可达到在钢筋下料中使所用钢筋原料更少，达到更多地节省钢筋原材料的目的。

本发明是这样实现的，一种智能筛钢筋优化下料方法，包括：

根据待下料钢筋及原料钢筋情况动态设置筛选条件；

根据所述筛选条件选出初步钢筋下料组合方案；

对所述钢筋下料组合方案进行进一步优化组合，确定最终钢筋下料组合方案。

本发明的设计原理：大家都知道这样一个常识，通常我们往一个竹筐里装砂石，装满一筐后，如果我们反复摇动、振动竹筐，砂石表面就会往下沉降。满满一竹筐砂石又会腾出一些空间来。这是因为经过反复摇动、振动，砂石的孔隙率减小了，密实度高了，因此更加节省了空间。本发明正是由此得到启发，开始研究摇筛的方法。

本发明基于日常生活中筛子的工作方式，经过长时间研究及实际算例分析，提出了一种简洁高效的钢筋优化下料方法—‘智能筛’优化下料方法，既模拟筛子的工作过程，经过设置合适的‘筛孔’及‘摇筛’方法达到优化下料的目的，该方法已经编制成软件并得到实际应用，经与其它多个文献实例比较，优化效果非常理想。

本发明通过动态设置筛选条件对大量待加工钢筋下料组合进行筛选，并对筛选的钢筋下料组合方案进行比较分析、优化组合，确定最终钢筋下料组合方案，可以使所用钢筋原料更少，达到更多地节省钢筋原材料的目的，从而节约大量钢材，其经济效益十分显著。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能筛钢筋优化下料方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的根据筛选条件选出初步钢筋下料组合方案的流程图；

图3是本发明实施例提供的对筛选出的初步钢筋下料组合方案进行进一步优化组合确定最终钢筋下料组合方案的流程图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，一种钢筋优化下料方法，包括：

101：根据待下料钢筋及原料钢筋情况动态设置筛选条件；

筛选条件的设置方法为：设待下料钢筋队列有n根钢筋，长度分别为L_i，i>=1,i<=n，钢筋原料长度L_m，组合钢筋长度L_c，余料长度L_s，筛孔直径L_a，其中L_s=L_m-L_c。则其筛选条件为：L_s≤L_a，该筛选条件可根据实际需要不断动态进行调整，以便使筛选出来的钢筋下料组合级配更加合理。

102：根据所述筛选条件选出初步钢筋下料组合方案；

本发明实施例根据上述筛选条件Ls≤La选出符合条件的钢筋下料组合，不符合条件的组合则继续与其它组合进行比较，留下余料Ls最小的组合；

103：对所述钢筋下料组合方案进行进一步优化组合，确定最终钢筋下料组合方案。

所述对所述初步钢筋下料组合方案进行优化组合就是对初步筛选出来的钢筋下料组合方案进行再次调整，以达到进一步优化目的。

参见图2所示，本发明实施例根据所述筛选条件选出初步钢筋下料组合方案的步骤具体包括以下具体步骤：

201：将待下料钢筋队列按长度降序排列；

202：从所述钢筋队列中选出最优组合；

203：所述最优组合是否符合所述筛选条件，如果是，则转向206，如果否，则进行下一步；

204：所述钢筋队列是否遍历完成，如果是，则进行下一步，如果否，转向202；

205：选择最接近所述筛选条件的钢筋组合；

206：保存该钢筋组合；

207：所述钢筋队列中是否还有钢筋，如果是，则转向202，如果否，则进行下一步；

208：结束筛选，确定初步钢筋下料组合方案。

参见图3所示，本发明实施例对所述初步钢筋下料组合方案进行进一步优化组合，确定最终钢筋下料组合方案的步骤具体包括：

301：从所述初步钢筋下料组合方案中选择一目标组合；

本发明实施例在根据筛选条件选出较优的初步钢筋下料组合方案后，为进行对该初步钢筋下料组合方案下一步的优化组合，需要选择一目标组合；选择原则：选择料长较短的组合作为优选目标；

302：遍历所述初步钢筋下料组合方案中所有钢筋下料组合，通过钢筋置换获取更大空隙；

所谓钢筋置换，就是在初步钢筋下料组合方案中不同的钢筋组合之间的不等长度的钢筋进行置换，以获取较大的空隙；此处空隙指的是钢筋原料完成一个钢筋组合的切割后还剩有的余料长度。

303：所述空隙能否填入所述目标组合中的一根钢筋，如果是，则转向304，如果否，则转向305；

所述能填入是指目标组合中的一根钢筋的长度小于等于所述空隙的大小，即小于等于钢筋原料完成一个钢筋组合的切割后还剩有的余料长度；

304：将所述目标组合中的一根钢筋填入所述空隙；

305：所述目标组合中是否还有钢筋，如果是，则转向302，如果否，转向301。

不断循环上述的钢筋置换过程，直到将目标组合中的所有钢筋都填入腾出来的空隙中；之后，再选定某个钢筋组合作为目标组合，重复这个过程，直到无法将目标组合中的所有钢筋腾空为止。经过这样的循环置换，钢筋原料就被置换出来了。

本发明基于日常生活中筛子的工作方式而来，下面结合筛子的工作过程对本发明作进一步的说明。

所谓智能筛，是一个十分生动形象的比喻。想到筛子，我们会联想到两点，一是筛选原料要确定合适筛孔，二是掌握摇筛技巧。智能筛优化主要通过类似这样的方法完成钢筋下料的优化过程的。

首先是通过对待下料钢筋的分析判断，自动对筛孔大小进行动态调节，初步筛选出一组较优的钢筋下料组合方案，使其空隙级配合理。

通常原料长度是固定的，9m或12m原料居多，也可能有几种原料供选择。待加工钢筋则长短不一，有各种各样组合结果，挑选某一组优选钢筋组合的原则是几根待加工钢筋组合起来总长不超过一根原材的长度，而且其长度越接近原材长度越好。组合钢筋总长与原材长度的差值我们称其为‘缝隙’。

例如，原材长度是12m，某一组钢筋组合是6m＋4m＋1.8m，总长是11.8m，与12m比较差值是0.2m，即‘缝隙’是0.2m。一般认为，得到的‘缝隙’越小，组合方案越好。

但经研究分析发现事实并非如此，例如原材长度为12m时，我们将待下料钢筋中所有的6m长的钢筋选出，组合成6m＋6m的零缝隙钢筋组合（人工优化最常用的方式），再组合其它的待下料钢筋，这样得到的总体优化效果并不一定很好。

换句话说，初步筛选组合方案时，将筛子的孔径设为0，只有零缝隙的钢筋组合或当前能得到的最小缝隙的钢筋组合可以被筛选出来，这样可以得到优化过程中某一时刻的最优组合，但这样得到的结果其整体优化效果并不是最好，原因是级配可能不合理。

如果调整筛孔的大小，先筛选出缝隙小于筛孔的组合，会得到不同的整体组合方案，因此筛孔的大小直接影响到初步钢筋下料组合方案，但对某一批钢筋最合适的筛孔，对另一批钢筋并不一定是最佳的。

因此，只有通过分析比较，动态调整筛子孔径大小，才能获得一组缝隙级配合理，更为优化的钢筋下料组合方案。

此为智能筛优化方法第一步―智能设置筛孔大小，并可动态调节。

其次是通过智能摇筛方法，对初步筛选出来的方案再次调整、优化组合，减少空隙率，完成最终优化。

我们将12m定长的钢筋原料看作一个上下等宽的竹筐，待下料钢筋比作砂石，经过第一步筛选后装满了竹筐。一根12m长的钢筋原料可以切割若干根待加工钢筋，同一根原料上切割出来的待加工钢筋为一个钢筋组合。一般情况下，一个钢筋组合的长度小余等于12m，很多钢筋原料完成一个钢筋组合的切割后还剩有余料。我们把这个余料看作‘空隙’。

首先，选择某一个钢筋组合作为目标组合，通过不同的钢筋组合之间的不等长度的钢筋置换，获取较大的空隙，然后将目标组合中的某根钢筋填入这个空隙。按此方法不断进行钢筋置换，直到将目标组合中的所有钢筋都填入腾出来的空隙中，一根钢筋原料就被节约出来了。再选定某个钢筋组合作为目标组合，重复这个摇筛过程，直到无法将目标组合中的所有钢筋腾空为止。

下面根据具体的应用对本发明作进一步详细的说明如下。

用长度为4m的圆钢，下长度为698mm的零件4000个和长度为518mm的零件3600个。如何下料才能使消耗的圆钢数量最少？

第一步，通过筛孔调节选出一组级配合理的钢筋组合。设置筛孔直径La=200mm，通过第一步筛选，筛选出组合A（698x4+518x2）1000个，Lc=3828，Ls=4000-3828=172，Ls<200；余下组合B（518x7）228个，518x4的组合1个。初步优化结果见表1，共计使用原料1229跟。

表1

第二步通过摇筛置换过程使优化结果不断进化。

首先选定一个组合作为目标组合。摇筛的目标是要将该目标组合中的所有钢筋填入置换出来的空隙中。料长较短的组合作为优选目标，我们选择某个B组合作为目标组合C。

下面开始置换，在A组合中选择一个组合A，在B组合中选择一个组合B，将A中的料长698的钢筋与B中的料长为518的钢筋置换。

组合A：4x698+2x518 空隙172

组合B：7x518 空隙 374

第一次置换得

组合A1：3x698+3x518 空隙352

组合B1：1x698+6x518 空隙 194

第二次置换得

组合A2：2x698+4x518 空隙532

组合B2：2x698+5x518 空隙 14

经过两次置换，组合A2获得了532mm的空隙，这样就可以将目标组合C中的一根料长518的钢筋填入组合A2中，组合C中的钢筋由7根减少到6根。重复7次这样的过程后，目标组合C中的所有钢筋都被填入空隙中，一根原料就被节省出来。

经过第二步摇筛后的优化结果见表2，共计使用原料1201根，比第一步优化结果少用了28根原料，优化效果非常明显。

表2

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种智能筛钢筋优化下料方法，其特征在于，所述方法包括：

根据待下料钢筋及原料钢筋情况设置筛选条件；

根据所述筛选条件选出初步钢筋下料组合方案；

2.根据权利要求1所述的钢筋优化下料方法，其特征在于，所述筛选条件为Ls≤La，其中，所述Ls为所述原料钢筋长度完成待下料钢筋组合长度后的余料长度，所述La为筛孔直径。

3.根据权利要求1所述的钢筋优化下料方法，其特征在于，所述根据所述筛选条件选出初步钢筋下料组合方案的步骤具体包括：

（1）将待下料钢筋队列按长度降序排列；

（2）从所述钢筋队列中选出最优组合；

（3）所述最优组合是否符合所述筛选条件，如果是，则转向（6），如果否，则进行下一步；

（4）所述钢筋队列是否遍历完成，如果是，则进行下一步，如果否，转向（2）；

（5）选择最接近所述筛选条件的钢筋组合；

（6）保存该钢筋组合；

（7）所述钢筋队列中是否还有钢筋，如果是，则转向（2），如果否，则进行下一步；

（8）结束筛选，确定初步钢筋下料组合方案。

4.根据权利要求1所述的钢筋优化下料方法，其特征在于，对所述钢筋下料组合方案进行进一步优化组合，确定最终钢筋下料组合方案的步骤具体包括：

（1）从所述初步钢筋下料组合方案中选择一目标组合；

（2）遍历所述初步钢筋下料组合方案中所有钢筋下料组合，通过钢筋置换获取更大空隙；

（3）所述空隙能否填入所述目标组合中的一根钢筋，如果是，则转向（4），如果否，则转向（5）；

（4）将所述目标组合中的一根钢筋填入所述空隙；

（5）所述目标组合中是否还有钢筋，如果是，则转向（2），如果否，转向（1）。