CN110046462B - 一种集装箱型材自动排样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集装箱型材自动排样方法，包括以下步骤：提取并记录储存矩形原材料钣材尺寸、待排样钣金矩形件尺寸规格的关键信息；对所有待排样钣金矩形件进行排序标记得到每个待排样矩形件对应的排列序号；建立直角坐标系，使原材料钣材长度方向分别沿x轴和y轴方向摆放；在两种摆放方式的原材料钣材上分别对待排样钣金矩形件进行分层排样和空隙填补；计算原材料钣材长度方向沿x轴和沿y轴两种排样方式的排样钣材利用率，输出钣材利用率最佳的排样方式。本发明方法稳定可靠，有效地提高了原材料的利用率以及排样效率。

Description

一种集装箱型材自动排样方法
技术领域
本发明涉及几何排样方法技术领域，尤其涉及一种针对集装箱型材的自动排样方法。
背景技术
集装箱型材是由大量的原材料钣材经过切割折弯等工艺制造而成，在集装箱设计过程中，集装箱型材排样是其设计的最后一个环节，集装箱上所有的钣金件都是从排样开始，经下料切割进行生产。因此，排样环节的效率与最终排样结果对集装箱设计效率及材料利用效率有很大影响。在集装箱钣金件的制造费用中，原材料的费用要超过一半，要想降低产品成本，提高材料的利用率是一个非常重要的手段。而钣金件的排样就是按照某种算法通过合理地在板材上排放要切割的冲裁件而达到节约原材料的目的。目前，国内许多集装箱制造企业在套料排样计算时仍然依靠手工编制的方式，排样方案的优劣完全取决于排样者的经验程度，这样不仅工作量大，设计准备周期过长，延误生产，容易产生错误，而且排样出来的结果可能并不是最优的方案。而现阶段已出现的一些排样方法如BL算法容易造成空间浪费问题，而遗传算法、模拟退火算法等又对种群选择的依赖性较大，收敛结果不好控制，因此在实际生产过程中，由于各种环境条件是经常变化的，其也无法完全满足不断变化的生产实际要求。
发明内容
本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种操作更加简便、实用和有效的集装箱型材自动排样方法。
本发明的一种集装箱型材自动排样方法，包括以下步骤：
步骤一、提取矩形原材料钣材尺寸、待排样钣金矩形件尺寸规格的关键信息，具体包括原材料钣材的长度和宽度以及待排样钣金矩形件的长度和宽度，所述的原材料钣材的长度和宽度大于各个待排样钣金矩形件的长度和宽度；然后记录储存每个待排样钣金矩形件的关键信息；
步骤二、对所有待排样钣金矩形件进行排序标记得到每个待排样矩形件对应的排列序号，具体排序规则为：先把所有待排样矩形件按宽度从大到小降序排列；若两者宽度相同，再比较两者长度大小，使长度大的序号在前；
步骤三、建立直角坐标系，在直角坐标系下采用两种方式分别摆放原材料板材，一种方式是原材料钣材长度方向沿x轴方向摆放，另一种是原材料钣材长度方向沿y轴方向摆放；
步骤四、在两种摆放方式的原材料钣材上分别对待排样钣金矩形件进行排样，具体过程为：
第一步，在原材料钣材上确定进行第一层排样的钣金矩形件的高度，所述的第一层排样的钣金矩形件的高度为：从所有的待排样钣金矩形件中检索出宽度最大的待排样钣金矩形件作为原材料钣材当前层的分层高度；
第二步，对当前层进行排样和空隙填补，具体步骤为：
(a)以原材料钣材的底边边线为初始排样基线，设初始排样基线为一条直线，执行步骤(c)；
(b)更新初始排样基线,以第一层排样的全部钣金矩形件的顶面直线尾首依次相连的连线作为当前排样的排样基线，判断当前排样的排样基线是否为一条直线，若当前排样基线为一条直线，则执行步骤(e),若为折线，则执行步骤(d)；
(c)判断当前排样基线是否与该层的高度边界线重合，若重合，则直接转到步骤(e)；否则，将待排样钣金矩形件按序号从小到大连续排入该层，序号越小则考虑优先排入该层；排入时判断该钣金矩形件是否符合以下条件：在原材料钣材上排入的该钣金矩形件是否超出该层高度方向边界线或者该层长度方向的边界线，若超出任意一条边界线，则放弃该钣金矩形件排入，依次进行下一个序号的钣金矩形件进行判断；直到当前基线上该层长度方向的空间已完全排满或者无符合条件的待排样钣金矩形件排入为止，执行步骤(b)；
(d)将当前折线形排样基线中每段水平线段按从低到高设置优先等级，折线形排样基线中位置最低处的水平线段优先等级设为最高，优先考虑在该处排入钣金矩形件，排入时判断钣金矩形件是否符合以下条件：排入该钣金矩形件是否超过该层高度边界线或者超过该段水平线段长度边界线，若超出，换下一个钣金矩形件进行判断；当该段水平线段处被排满或者找不到合适的钣金矩形件排入时，转下段直线段处进行相同操作，直到该基线中所有水平线段都经过了这样的排样；再次以步骤(b)的方法变更基线，若变更后的基线为直线则转入步骤(e),若变更后的基线仍是折线，则执行步骤(d)，直至无法从剩余的待排样钣金矩形件中找到填充变更后的折线形基线各水平线段的钣金矩形件为止，转到步骤(e)；
(e)结束当前层的排样；
步骤五、重复步骤四直到排样基线最高点超过板材上边框或者所有待排样钣金矩形件都已排入，退出排样循环，其中步骤四的第一步中各层排样的高度均为支撑在下一层排样的第一个钣金矩形件上的上一层排样的第一个钣金矩形件的宽度；所述的第二步(a)中以原材料钣材的底边边线为第一层排样基线替换为以上一层排样的第一个钣金矩形件底边边线为上一层排样的初始排样基线，所述的第二步(b)中以当前层排样的全部钣金矩形件的顶面直线尾首依次相连的连线作为当前排样的排样基线；
步骤六、采用下式分别计算沿x轴方向、沿y轴方向两种排样方式的排样钣材利用率，输出钣材利用率最佳的排样方式：
Figure BDA0002043763510000031
R为钣材利用率，S0为矩形原材料钣材面积，Si为钣金矩形件面积，i为待排样钣金矩形件编号，n为待排样钣金矩形件数量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明方法克服了传统的排样方法引起的空间浪费问题，通过局部填补的方式排入每层的空隙，提高了材料的利用率。该方法不受矩形件的尺寸、位置(旋转)影响，提供了沿x，y双轴向的排样结果，可以用于解决工程设计、施工安装中所涉及的矩形件排样下料问题，是一种操作简单、结果可视、稳定可靠、适应性广的方法。
附图说明
图1为每个待排样钣金矩形件对应的排列序号；
图2-1为原材料钣材长度方向沿x轴方向摆放；
图2-2为原材料钣材长度方向沿y轴方向摆放；
图3-1为原材料钣材长度方向沿x轴摆放时第一层分层的高度；
图3-2为原材料钣材长度方向沿y轴摆放时第一层分层的高度；
图4为当前排样基线为直线时的排样结果；
图5为更新后的排样基线示意图；
图6为所有待排样钣金矩形件的最终排样结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
原材料钣材是指长度为L，宽度为W的矩形钣件，相当于一个原材料，而待排样钣金矩形件是根据实际要求在大的钣材原材料上需要切割下来的一小部分，在切割下来之前需要进行排样，如图6所示，最大的矩形相当于钣材原材料，其中的小矩形就是待排样钣金矩形件。本发明方法是为了使原材料钣材的利用率达到最佳。
本发明的一种集装箱型材自动排样方法，包括以下步骤：
步骤一、提取矩形原材料钣材尺寸、待排样钣金矩形件尺寸规格的关键信息，具体包括原材料钣材的长度L和宽度W以及待排样钣金矩形件的长度和宽度，所述的原材料钣材的长度L和宽度W大于各个待排样钣金矩形件的长度和宽度；然后记录储存每个待排样钣金矩形件的关键信息，记录方法可以为Xi(widthi，lengthi),Xi代表第i个矩形件，widthi表示该矩形件的宽度，lengthi表示该矩形件的长度；
步骤二、对所有待排样钣金矩形件进行排序标记得到每个待排样矩形件对应的排列序号，如图1所示。具体排序规则为：先把所有待排样矩形件Xi按宽度从大到小降序排列；若两者宽度相同，再比较两者长度大小，使长度大的序号在前；
步骤三、建立直角坐标系，在直角坐标系下采用两种方式分别摆放原材料板材，如图2-1所示，一种方式是原材料钣材长度方向沿x轴方向摆放，如图2-2所示，另一种是原材料钣材长度方向沿y轴方向摆放；
步骤四、在两种摆放方式的原材料钣材上分别对待排样钣金矩形件进行排样，具体过程为：
第一步，在原材料钣材上确定进行第一层排样的钣金矩形件的高度，所述的第一层排样的钣金矩形件的高度为：从所有的待排样钣金矩形件中检索出宽度最大的待排样钣金矩形件作为原材料钣材当前层的分层高度。
举例说明，如图1、图3-1和图3-2所示，图1中序号为1的待排样钣金矩形件宽度最大，则图3-1和图3-2中原材料钣材的第一层001分层的高度与序号1的待排样钣金矩形件的宽度大小相同；
第二步，对当前层进行排样和空隙填补，具体步骤为：
(a)以原材料钣材的底边边线为初始排样基线，设初始排样基线为一条直线，执行步骤(c)；
(b)更新初始排样基线,以第一层排样的全部钣金矩形件的顶面直线尾首依次相连的连线作为当前排样的排样基线，判断当前排样的排样基线是否为一条直线，若当前排样基线为一条直线，则执行步骤(e),若为折线，则执行步骤(d)；
(c)判断当前排样基线是否与该层的高度边界线重合，若重合，则直接转到步骤(e)；否则，将待排样钣金矩形件按序号从小到大连续排入该层，序号越小则考虑优先排入该层；排入时判断该钣金矩形件是否符合以下条件：在原材料钣材上排入的该钣金矩形件是否超出该层高度方向边界线或者该层长度方向的边界线，若超出任意一条边界线，则放弃该钣金矩形件排入，依次进行下一个序号的钣金矩形件进行判断；直到当前基线上该层长度方向的空间已完全排满或者无符合条件的待排样钣金矩形件排入为止，执行步骤(b)。
如图1和图4所示，其中图4中，1001表示当前基线，1002表示该层的高度边界线，1003表示长度方向边界线。序号为1的待排样钣金矩形件优先等级最高，其余优先等级按序号从小到大依次降低，当把序号为4的钣金矩形件排入后，依次检查序号5-15的钣金矩形件，但都不符合条件，直到序号为16的钣金矩形件符合条件排入空隙，当16号的钣金矩形件排入后还有一点空隙，但搜索之后没有符合条件的钣金矩形件，结束当前基线的排样，再次执行步骤(b)进行基线判断；
(d)将当前折线形排样基线中每段水平线段按从低到高设置优先等级，折线形排样基线中位置最低处的水平线段优先等级设为最高，优先考虑在该处排入钣金矩形件，排入时判断钣金矩形件是否符合以下条件：排入该钣金矩形件是否超过该层高度边界线或者超过该段水平线段长度边界线，若超出，换下一个钣金矩形件进行判断；当该段水平线段处被排满或者找不到合适的钣金矩形件排入时，转下段直线段处进行相同操作，直到该基线中所有水平线段都经过了这样的排样；再次以步骤(b)的方法变更基线，若变更后的基线为直线则转入步骤(e),若变更后的基线仍是折线，则执行步骤(d)，直至无法从剩余的待排样钣金矩形件中找到填充变更后的折线形基线各水平线段的钣金矩形件为止，转到步骤(e)；
如图5、图6所示，排样基线更新后变为P1P2P3P4P5P6P7P8P9P10，基线中折线P9P10优先等级最高，P7P8次之……，优先对折线P9P10进行排样，从剩余的待排样钣金矩形件中按序号从小到大依次进行判断，得到序号为22的钣金矩形件满足条件，虽然折线P9P10还有一点空间，但是由于找不到合适的钣金矩形件，转入P7P8折线的排样，直到基线所有的水平线段都经过这样的排样，再次执行步骤(b)变更基线，结果仍是折线，执行步骤(d)，但发现变更后的基线折线处从剩余的待排样钣金矩形件中找不到一个合适的，于是转到步骤(e),便得到图6中第一层的排样结果。
(e)结束当前层的排样。
步骤五、重复步骤四直到排样基线最高点超过板材上边框或者所有待排样钣金矩形件都已排入，退出排样循环。其中步骤四的第一步中各层排样的高度均为支撑在下一层排样的第一个钣金矩形件上的上一层排样的第一个钣金矩形件的宽度；所述的第二步(a)中以原材料钣材的底边边线为第一层排样基线替换为以上一层排样的第一个钣金矩形件底边边线为上一层排样的初始排样基线，所述的第二步(b)中以当前层排样的全部钣金矩形件的顶面直线尾首依次相连的连线作为当前排样的排样基线，如图6所示，经过以上步骤得到了图1中待排样钣金矩形件的排样结果；
步骤六、采用下式分别计算沿x轴方向、沿y轴方向两种排样方式的排样钣材利用率，输出钣材利用率最佳的排样方式：
Figure BDA0002043763510000071
R为钣材利用率，S0为矩形原材料钣材面积，Si为钣金矩形件面积，i为待排样钣金矩形件编号，n为待排样钣金矩形件数量。/>

Claims (1)

1.一种集装箱型材自动排样方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、提取矩形原材料钣材尺寸、待排样钣金矩形件尺寸规格的关键信息，具体包括原材料钣材的长度和宽度以及待排样钣金矩形件的长度和宽度，所述的原材料钣材的长度和宽度大于各个待排样钣金矩形件的长度和宽度；然后记录储存每个待排样钣金矩形件的关键信息；
步骤二、对所有待排样钣金矩形件进行排序标记得到每个待排样矩形件对应的排列序号，具体排序规则为：先把所有待排样矩形件按宽度从大到小降序排列；若两者宽度相同，再比较两者长度大小，使长度大的序号在前；
步骤三、建立直角坐标系，在直角坐标系下采用两种方式分别摆放原材料板材，一种方式是原材料钣材长度方向沿x轴方向摆放，另一种是原材料钣材长度方向沿y轴方向摆放；
步骤四、在两种摆放方式的原材料钣材上分别对待排样钣金矩形件进行排样，具体过程为：
第一步，在原材料钣材上确定进行第一层排样的钣金矩形件的高度，所述的第一层排样的钣金矩形件的高度为：从所有的待排样钣金矩形件中检索出宽度最大的待排样钣金矩形件作为原材料钣材当前层的分层高度；
第二步，对当前层进行排样和空隙填补，具体步骤为：
(a)以原材料钣材的底边边线为初始排样基线，设初始排样基线为一条直线，执行步骤(c)；
(b)更新初始排样基线,以第一层排样的全部钣金矩形件的顶面直线尾首依次相连的连线作为当前排样的排样基线，判断当前排样的排样基线是否为一条直线，若当前排样基线为一条直线，则执行步骤(e),若为折线，则执行步骤(d)；
(c)判断当前排样基线是否与该层的高度边界线重合，若重合，则直接转到步骤(e)；否则，将待排样钣金矩形件按序号从小到大连续排入该层，序号越小则考虑优先排入该层；排入时判断该钣金矩形件是否符合以下条件：在原材料钣材上排入的该钣金矩形件是否超出该层高度方向边界线或者该层长度方向的边界线，若超出任意一条边界线，则放弃该钣金矩形件排入，依次进行下一个序号的钣金矩形件进行判断；直到当前基线上该层长度方向的空间已完全排满或者无符合条件的待排样钣金矩形件排入为止，执行步骤(b)；
(d)将当前折线形排样基线中每段水平线段按从低到高设置优先等级，折线形排样基线中位置最低处的水平线段优先等级设为最高，优先考虑在该处排入钣金矩形件，排入时判断钣金矩形件是否符合以下条件：排入该钣金矩形件是否超过该层高度边界线或者超过该段水平线段长度边界线，若超出，换下一个钣金矩形件进行判断；当该段水平线段处被排满或者找不到合适的钣金矩形件排入时，转下段直线段处进行相同操作，直到该基线中所有水平线段都经过了这样的排样；再次以步骤(b)的方法变更基线，若变更后的基线为直线则转入步骤(e),若变更后的基线仍是折线，则执行步骤(d)，直至无法从剩余的待排样钣金矩形件中找到填充变更后的折线形基线各水平线段的钣金矩形件为止，转到步骤(e)；
(e)结束当前层的排样；
步骤五、重复步骤四直到排样基线最高点超过板材上边框或者所有待排样钣金矩形件都已排入，退出排样循环，其中步骤四的第一步中各层排样的高度均为支撑在下一层排样的第一个钣金矩形件上的上一层排样的第一个钣金矩形件的宽度；所述的第二步(a)中以原材料钣材的底边边线为第一层排样基线替换为以上一层排样的第一个钣金矩形件底边边线为上一层排样的初始排样基线，所述的第二步(b)中以当前层排样的全部钣金矩形件的顶面直线尾首依次相连的连线作为当前排样的排样基线；
步骤六、采用下式分别计算沿x轴方向、沿y轴方向两种排样方式的排样钣材利用率，输出钣材利用率最佳的排样方式：
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