CN111275243B - 一种单规格板材二维不规则排样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单规格板材二维不规则排样方法，包括以下过程：指派过程，把所有的不规则部件分别指派到矩形板材中；单板排样过程，获取初始解步骤，将指派到矩形板材的不规则部件全部排列到对应的矩形板材中，并求出矩形带的当前长度，该长度为初始解；重排列步骤，对不规则部件之间的重叠值的和的最小值进行求解，并根据求解结果对不规则部件重新进行排列；交换步骤，先调用直接交换步骤对矩形板材内的不规则部件进行交换，当交换失败并退出直接交换步骤时，则调用一次禁忌搜索交换步骤；局部优化过程，每两块矩形板之间一对多交换不规则部件。本发明可以有效提高板材的利用率，减少材料的浪费，具有可观的经济效益。

Description

一种单规格板材二维不规则排样方法
技术领域
本发明涉及二维排样技术领域，尤其涉及一种单规格板材二维不规则排样方法。
背景技术
单规格板材二维不规则排样是二维排样问题的一种，这种问题在工业生产中应用十分广泛。如家具板材加工、造船工业、汽车工业、钣金加工工业、服装生产、皮革加工、纸张等都需要处理排样问题。尽管不同工业领域中的布排有各种不同的限制约束，但是它们共同的基本问题在于找到所需部件在原材料上一种有效的布排，使得原材料上平面区域的面积利用率较高，以尽可能的节约材料。因此，设计一个完备高效的排样系统，具有十分重要的意义，具体可以归纳为：减少排样工作量并节省时间、满足工艺约束、提高排样利用率来节约材料，最终达到降低生产成本的目的，但是目前的排样方法存在排样利用率低、资源浪费多的问题。
发明内容
本发明的目的在于提出一种单规格板材二维不规则排样方法，以解决上述问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种单规格板材二维不规则排样方法，包括数据预处理过程、指派过程、单板排样过程和局部优化过程，其中：
数据预处理过程，包括工艺间隙预处理步骤与临界多边形预生成步骤，其中：
所述工艺间隙预处理步骤为采用等距偏移的方法外移不规则部件的外轮廓，对每个不规则部件的每条边向外平移工艺间隙的二分之一；
所述临界多边形预生成步骤为采用Minkowski求和来计算出所有的不规则部件两两之间的临界多边形；
指派过程，把所有的不规则部件分别指派到矩形板材中；
单板排样过程，包括获取初始解步骤、重排列步骤和交换步骤，其中：
所述获取初始解步骤，将指派到矩形板材的不规则部件全部排列到对应的矩形板材中，并求出矩形带的当前长度，该长度为初始解；
所述重排列步骤，对不规则部件之间的重叠值的和的最小值进行求解，并根据求解结果对不规则部件重新进行排列；
所述交换步骤，包括直接交换步骤与禁忌搜索交换步骤；先调用直接交换步骤对矩形板材内的不规则部件进行交换，当交换失败并退出直接交换步骤时，则调用一次禁忌搜索交换步骤；
局部优化过程，每两块矩形板之间一对多交换不规则部件。
所述局部优化过程包括如下步骤：
步骤1a、把所有排好的矩形板材按填充率从高到低排列，从后往前选择一块矩形板材littleBin和其前面每一块比它利用率大的矩形板材bigBin分别进行两两交换；
步骤1b、矩形板材bigBin中的不规则部件按面积从小到大排序；矩形板材littleBin中的不规则部件按面积从大到小排序，遍历矩形板材bigBin中的每一块不规则部件与矩形板材littleBin中的所有不规则部件进行一对多交换；
步骤1c、在一对多交换的过程中，首先从矩形板材bigBin中移出一块不规则部件Pj，然后计算矩形板材bigBin的剩余面积；接着把不规则部件Pj移入到矩形板材littleBin中，再从矩形板材littleBin中移出多块不规则部件，遍历矩形板材littleBin中的所有不规则部件，只要所述的多块不规则部件的面积之和不超出矩形板材bigBin的剩余面积，则把所述多块不规则部件从矩形板材littleBin中移出，然后移入到矩形板材bigBin中；
若矩形板材littleBin中用于交换的的多块不规则部件的面积之和大于矩形板材bigBin中用于交换的不规则部件Pj的面积，则矩形板材bigBin和矩形板材littleBin分别调用一次单板排样过程；若矩形板材bigBin和矩形板材littleBin都单板排样成功，则接受该次一对多交换，否则不接受交换；
若矩形板材littleBin中用于交换的的多块不规则部件的面积之和不大于矩形板材bigBin中用于交换的不规则部件Pj的面积，则返回步骤1c，从矩形板材bigBin中选择另外一块新的不规则部件Pj进行交换；
若矩形板材bigBin单板排样成功，且矩形板材littleBin为空，则矩形板材bigBin减少一块不规则部件并接受交换；
步骤1d、重复执行步骤1a-步骤1c，对其余的矩形板材bigBin和矩形板材littleBin进行一对多交换，直到遍历所有矩形板材两两交换后结束或者达到一定时间后结束。
在所述单板排样过程中，所述获取初始解的步骤如下：
步骤2a、找出待放下矩形板材的不规则部件和已放下矩形板材的不规则部件的临界多边形的所有顶点和交点；
步骤2b、从步骤2a求得的所有顶点和交点中，按左下优先的原则选出满足要求的点，作为要放下的不规则部件的位置；
步骤2c、重复执行步骤2a和步骤2b，直到所有不规则部件全部找到放置的位置，然后求出矩形带的当前长度，所述当前长度为初始解。
在所述单板排样过程中，所述重排列步骤如下：
步骤3a、通过临界多边形计算不规则部件之间的重叠值之和；
步骤3b、通过L-BFGS算法求解出重叠值之和的最小解；
步骤3c、根据步骤3b的求解结果，把不规则部件放置到新的位置。
所述直接交换步骤如下：
步骤4a、计算交换前的重叠值，然后在矩形板材内随机选择两个不规则部件，利用临界多边形找到交换的位置；
步骤4b、调用重排列步骤，找到新的重叠值之和最小的位置；
步骤4c、若新的重叠值为0，则接受本次交换，此时交换成功并退出直接交换步骤；
若新的重叠值小于交换前的重叠值，则接受交换并重复执行步骤4a和步骤4b，交换次数加1；
若新的重叠值大于或等于交换前重叠值，则不接受交换并重复执行步骤4a和步骤4b，交换次数加1；
当交换次数大于10且重叠值不为0，则交换失败并退出直接交换步骤。
在所述禁忌搜索交换步骤建立禁忌表I1和禁忌表I2：
禁忌表I1：当移了某一不规则部件Pi时，则将不规则部件Pi加入禁忌表I1中，此时不规则部件Pi无法被移动；
禁忌表I2：将与不规则部件Pi类型一样的不规则部件加入禁忌表I2中，此时禁忌表I2内的不规则部件无法被移动；
若禁忌表I1或禁忌表I2已经填满，则将已经填满的禁忌表中的第一个元素删除；
所述禁忌搜索交换步骤如下：
步骤5a、令P＇为从所有不规则部件中随机选取的一个大小为m的集合，其中m为所有不规则部件总数的80％，禁忌表I1的长度设为8，禁忌表I2的长度设为2；
步骤5b、选择P＇中的每一个不规则部件Pi移动到新的位置，并调用重排列步骤，计算移动后的重叠值，对P＇中的所述不规则部件Pi全部计算重叠值后，选择重叠值最小的不规则部件记为Pbest；
步骤5c、选择不规则部件Pbest作为移动对象，不管在移动后的重叠值变大或变小均接受交换，然后把不规则部件Pbest添加到禁忌表I1中，把与不规则部件Pbest的类型一样的不规则部件添加到禁忌表I2中；
步骤5d、重复执行至少200次步骤5a至步骤5c，选择其中重叠值最小的结果作为返回值。
所述指派过程包括如下步骤：
步骤6a、计算矩形板材的面积和计算所有不规则部件的面积，不规则部件按照面积从大到小依次排列；
步骤6b、按首次适应算法把所有不规则部件分别指派到矩形板材中，在指派过程中调用单板排样过程，直到本矩形板材无法再放下不规则部件时，则新增一块新的矩形板材；
步骤6c、遍历完所有不规则部件，结束指派过程。
附图说明
附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1是本发明其中一个实施例的流程示意图；
图2是本发明其中一个实施例的临界多边形的形成示意图；
图3是本发明其中一个实施例的参考点与NFP的位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
本实施例的一种单规格板材二维不规则排样方法，如图1所示，包括数据预处理过程、指派过程、单板排样过程和局部优化过程，其中：
数据预处理过程，包括工艺间隙预处理步骤与临界多边形预生成步骤，其中：
所述工艺间隙预处理步骤为采用等距偏移的方法外移不规则部件的外轮廓，对每个不规则部件的每条边向外平移工艺间隙的二分之一；
所述临界多边形预生成步骤为采用Minkowski求和来计算出所有的不规则部件两两之间的临界多边形；
指派过程，把所有的不规则部件分别指派到矩形板材中；
单板排样过程，包括获取初始解步骤、重排列步骤和交换步骤，其中：
所述获取初始解步骤，将指派到矩形板材的不规则部件全部排列到对应的矩形板材中，并求出矩形带的当前长度，该长度为初始解；
所述重排列步骤，对不规则部件之间的重叠值的和的最小值进行求解，并根据求解结果对不规则部件重新进行排列；
所述交换步骤，包括直接交换步骤与禁忌搜索交换步骤；先调用直接交换步骤对矩形板材内的不规则部件进行交换，当交换失败并退出直接交换步骤时，则调用一次禁忌搜索交换步骤；
局部优化过程，每两块矩形板之间一对多交换不规则部件。
在数据预处理过程中，工艺间隙预处理步骤用于把不规则部件的外轮廓向外移动一定的距离，使得在后面的排样过程中，不规则部件之间会存在工艺间隙，以便于对矩形板材进行切割或裁剪。在临界多边形预生成步骤中，通过Minkowski求和的方式来求得不规则部件两两之间的临界多边形，从而可以在后续的步骤中可以反复调用；其中，不规则部件两两之间的临界多边形的求解过程如下：如图2所示，给定不规则部件A和不规则部件B，将不规则部件A固定，然后用不规则部件B做不放置的刚体运动，绕不规则部件A环形运动一周，运动过程中，不规则部件B保持和不规则部件A接触但不重叠，则不规则部件B沿着不规则部件A的外边界外侧滑动所形成的临界多边形，记为NFPAB；通过构造两个不规则部件的临界多边形，将两个不规则部件的位置关系的判定转化为参考点与NFP(No Fit Polygon，临界多边形)的位置关系的判定，如图3所示，当参考点位于NFPAB的内部时，不规则部件B和不规则部件A相交；当参考点位于NFP的边界时，不规则部件B和不规则部件A相切；当参考点位于NFPAB的外部时，则不规则部件B和不规则部件A相离；由上述的关系可知，当参考点位于NFPAB的边界时，不规则部件A与不规则部件B相互接触而不产生重叠，因此为不规则部件B最好的待摆放位置。
二维不规则排样分三个过程进行，第一个过程是指派过程，将不规则部件指派到矩形板材，根据不规则部件和矩形板材的面积，按面积大小把不规则部件分配到矩形板材。第二个过程是单板排样过程，对每一块矩形板材进行单板排样，主要是确定矩形板材内所有不规则部件的位置和角度。经过前两个过程后得到一个初始解；第三个过程为局部优化过程，根据初始解反复进行局部搜索优化，在两个矩形板材之间选择不规则部件进行交换，得到更好的解，直到利用率不再提高或达到时间限制，停止迭代并结束。本发明的单规格板材二维不规则排样方法相比于传统的排样方法有了长足的进步，可以更好地提高排版利用率。
所述局部优化过程包括如下步骤：
步骤1a、把所有排好的矩形板材按填充率从高到低排列，从后往前选择一块矩形板材littleBin和其前面每一块比它利用率大的矩形板材bigBin分别进行两两交换；
步骤1b、矩形板材bigBin中的不规则部件按面积从小到大排序；矩形板材littleBin中的不规则部件按面积从大到小排序，遍历矩形板材bigBin中的每一块不规则部件与矩形板材littleBin中的所有不规则部件进行一对多交换；
步骤1c、在一对多交换的过程中，首先从矩形板材bigBin中移出一块不规则部件Pj，然后计算矩形板材bigBin的剩余面积；接着把不规则部件Pj移入到矩形板材littleBin中，再从矩形板材littleBin中移出多块不规则部件，遍历矩形板材littleBin中的所有不规则部件，只要所述的多块不规则部件的面积之和不超出矩形板材bigBin的剩余面积，则把所述多块不规则部件从矩形板材littleBin中移出，然后移入到矩形板材bigBin中；
若矩形板材littleBin中用于交换的的多块不规则部件的面积之和大于矩形板材bigBin中用于交换的不规则部件Pj的面积，则矩形板材bigBin和矩形板材littleBin分别调用一次单板排样过程；若矩形板材bigBin和矩形板材littleBin都单板排样成功，则接受该次一对多交换，否则不接受交换；
若矩形板材littleBin中用于交换的的多块不规则部件的面积之和不大于矩形板材bigBin中用于交换的不规则部件Pj的面积，则返回步骤1c，从矩形板材bigBin中选择另外一块新的不规则部件Pj进行交换；
若矩形板材bigBin单板排样成功，且矩形板材littleBin为空，则矩形板材bigBin减少一块不规则部件并接受交换；
步骤1d、重复执行步骤1a-步骤1c，对其余的矩形板材bigBin和矩形板材littleBin进行一对多交换，直到遍历所有矩形板材两两交换后结束或者达到一定时间后结束。
经过前面指派过程和单板排样过程后，能得到一个简单的排样结果，但矩形板材的总利用率并不高，所以需要调用局部优化过程来进一步提高矩形板材的总利用率。局部优化过程主要是在每两块矩形板材之间一对多交换不规则部件，使矩形板材数量减少或板材填充率高的更高，板材填充率低的更低；其中，板材填充率是指单块矩形板材内部的不规则部件的面积和除以矩形板材的面积；总利用率是指所有矩形板材内部的不规则部件的面积的平方和除以所有矩形板材的面积的平方和；剩余面积是指矩形板材的面积减去矩形板材中所有的不规则部件面积之和后剩余的面积大小。在两个矩形板材交换不规则部件的过程中，本发明创新地采用了一对多的交换方式，即通过一个不规则部件来换取多个不规则部件，从而使得板材填充率较高的矩形板材具有更高的板材填充率，而板材填充率较低的板材则具有更低的板材填充率。因为矩形板材中的不规则部件是通过前面的指派过程得到的,而指派是按不规则部件面积从大到小进行指派的,所以要交换的两个矩形板材中,矩形板材bigBin中的不规则部件的面积比矩形板材littleBin中的不规则部件的面积要大，若采用一对一交换，也就是矩形板材bigBin中的面积较大的不规则部件和矩形板材littleBin中的面积较小的不规则部件进行交换，这样只会导致矩形板材bigBin的板材填充率变小而矩形板材littleBin板材填充率变大，与我们局部优化的目标相违背；而一对多交换则可以使矩形板材bigBin中的一块面积较大的不规则部件和矩形板材littleBin中的多块面积较小的不规则部件进行交换，只要多块小的不规则部件的面积之和大于一块大的不规则部件的面积，就能使矩形板材bigBin的板材填充率变大而矩形板材littleBin的板材填充率变小，当填充率最小的矩形板材的板材填充率为0时，也就是说该矩形板材中不存在任何的不规则部件，因此可以将该矩形板材去除，从而提高总利用率，达到局部优化的目的。
在所述单板排样过程中，所述获取初始解的步骤如下：
步骤2a、找出待放下矩形板材的不规则部件和已放下矩形板材的不规则部件的临界多边形的所有顶点和交点；
步骤2b、从步骤2a求得的所有顶点和交点中，按左下优先的原则选出满足要求的点，作为待放下的不规则部件的位置；
步骤2c、重复执行步骤2a和步骤2b，直到所有不规则部件全部找到放置的位置，然后求出矩形带的当前长度，所述当前长度为初始解。
在单板排样过程中，需要调用在临界多边形预生成步骤中由待放下矩形板材的不规则部件和已放下矩形板材的不规则部件生成的临界多边形来确定待放下矩形板材的不规则部件的排放位置及角度，待放下的不规则部件和每一个已放下的不规则部件都生成临界多边形，有多少个已放下的不规则部件，则有多少个临界多边形，其中，顶点是指所有临界多边形的顶点，交点是指所有临界多边形的边相交的点。例如：已放下2个不规则部件，待放下第3个，待放下的不规则部件与前面的2个不规则部件生成2个临界多边形，假设其中一个为六边形，另一个为八边形，顶点为六边形和八边形的所有顶点，6+8＝14个顶点；交点为六边形和八边形的所有交点，假设六边形的一条边和八边形的两条边相交，则交点数量为2。
待放下的不规则部件的排放位置为待放下的不规则部件的参考点位于顶点或交点处，且待放下的不规则部件与已放下的不规则部件相互接触而不产生重叠的位置。当然，当把指派到矩形板材的所有不规则部件初步排列到矩形板材时，把不规则部件围起来的矩形带的长度会大于或等于矩形板材的长度，此时矩形带的长度即为初始解，通过重排列过程和局部优化过程来求解出矩形带不大于矩形板材的排样方式，以使得不规则部件排列在矩形板材中可得到更大的利用率。
在所述单板排样过程中，所述重排列步骤如下：
步骤3a、通过临界多边形计算不规则部件之间的重叠值之和；
步骤3b、通过L-BFGS算法求解出重叠值之和的最小解；
步骤3c、根据步骤3b的求解结果，把不规则部件放置到新的位置。
在得到初始解后，这时的不规则部件没有重叠；当减小矩形带长度或交换不规则部件的位置时，不规则部件则会出现重叠的问题；此时则需要通过重排列步骤来重新调整不规则部件的位置，以得到新的重叠值最小的位置；在求解的过程中，重叠值的总和最小问题为非线性最小二乘问题，可通过L-BFGS算法来求解，最后根据求解结果来得到新的排列方式。
所述直接交换步骤如下：
步骤4a、计算交换前的重叠值，然后在矩形板材内随机选择两个不规则部件，利用临界多边形找到交换的位置；
步骤4b、调用重排列步骤，找到新的重叠值之和最小的位置；
步骤4c、若新的重叠值为0，则接受本次交换，此时交换成功并退出直接交换步骤；
若新的重叠值小于交换前的重叠值，则接受交换并重复执行步骤4a和步骤4b，交换次数加1；
若新的重叠值大于或等于交换前重叠值，则不接受交换并重复执行步骤4a和步骤4b，交换次数加1；
当交换次数大于10且重叠值不为0，则交换失败并退出直接交换步骤。
直接交换步骤为矩形板材内部的不规则部件进行相互交换，通过比较交换前与交换后的重叠值来确定是否接受交换，即直接交换只接受重叠值变小的交换，从而使得重叠逐渐变小直到重叠值变为0则成功退出直接交换步骤；当然，如此操作容易存在局部最优的问题，即最优解可能会出现在先交换重叠值变大，后交换重叠值变小的情况中，因此，当直接交换失败退出后，需要调用一次禁忌搜索交换步骤来跳出局部最优，以得到最优解。
在所述禁忌搜索交换步骤建立禁忌表I1和禁忌表I2：
禁忌表I1：当移了某一不规则部件Pi时，则将不规则部件Pi加入禁忌表I1中，此时不规则部件Pi无法被移动；
禁忌表I2：将与不规则部件Pi类型一样的不规则部件加入禁忌表I2中，此时禁忌表I2内的不规则部件无法被移动；
若禁忌表I1或禁忌表I2已经填满，则将已经填满的禁忌表中的第一个元素删除；
所述禁忌搜索交换步骤如下：
步骤5a、令P＇为从所有不规则部件中随机选取的一个大小为m的集合，其中m为所有不规则部件总数的80％，禁忌表I1的长度设为8，禁忌表I2的长度设为2；
步骤5b、选择P＇中的每一个不规则部件Pi移动到新的位置，并调用重排列步骤，计算移动后的重叠值，对P＇中的所述不规则部件Pi全部计算重叠值后，选择重叠值最小的不规则部件记为Pbest；
步骤5c、选择不规则部件Pbest作为移动对象，不管在移动后的重叠值变大或变小均接受交换，然后把不规则部件Pbest添加到禁忌表I1中，把与不规则部件Pbest的类型一样的不规则部件添加到禁忌表I2中；
步骤5d、重复执行至少200次步骤5a至步骤5c，选择其中重叠值最小的结果作为返回值。
由上述步骤可知，当最优解出现在先交换重叠值变大，后交换重叠值变小的情况中时，由于禁忌搜索交换无论是重叠值变大或是变小都接受交换，因此可以跳出局部最优，并且在交换后，将移动过的不规则部件放入禁忌表I1中，与移动过的部件相同类型的不规则部件则放入禁忌表I2中，这样可以使得移动过的不规则部件及其相同类型的不规则部件在短时间内无法移动，从而避免了重复陷入循环，如不规则部件从位置1移动到位置2，再移动到位置3，最后又移回到位置1的问题，可在更短的时间内遍历矩形板材内所有的不规则部件。
所述指派过程包括如下步骤：
步骤6a、计算矩形板材的面积和计算所有不规则部件的面积，不规则部件按照面积从大到小依次排列；
步骤6b、按首次适应算法把所有不规则部件分别指派到矩形板材中，在指派过程中调用单板排样过程，直到本矩形板材无法再放下不规则部件时，则新增一块新的矩形板材；
步骤6c、遍历完所有不规则部件，结束指派过程。
表1-表5为采用本申请的排样方法对标准测试集的不规则部件进行排样的结果与采用论文《Jostle heuristics for the 2D-irregular shapes bin packing problemswith free rotation》(以下简称论文《JH》)所公开的排样方法对标准测试集的不规则部件进行排样的结果：
表1
Figure GDA0002626037100000131
Figure GDA0002626037100000141
Figure GDA0002626037100000151
表2
Figure GDA0002626037100000152
Figure GDA0002626037100000161
表3
Figure GDA0002626037100000162
Figure GDA0002626037100000171
表4
Figure GDA0002626037100000172
Figure GDA0002626037100000181
表5
Figure GDA0002626037100000182
Figure GDA0002626037100000191
在表1-表3中，采用本发明的一种单规格板材二维不规则排样方法进行排样的总利用率的平均值大于采用论文《JH》的排样方法进行排版的总利用率的平均值，而在表4和表5中，则是采用论文《JH》的排样方法进行排版的总利用率的平均值大于采用本发明的一种单规格板材二维不规则排样方法进行排样的总利用率的平均值；从整体上来看，采用本发明的一种单规格板材二维不规则排样方法进行排样的总利用率相对要高于采用论文《JH》的排样方法进行排样的总利用率。需要指出的是，只要排样的结果在总利用率上有一点点提高，就可取得明显的经济效益，因为材料费在生产成本中占比例非常大，尤其是当生产中使用的原材料成本很高，而且又是大批量生产的制造业；如果原材料的利用率能提高哪怕1％，那么产生的经济效益也是相当可观的；因此，本发明的单规格板材二维不规则排样方法可为企业节省板材、降低了生产成本和提高企业生产的经济效益带来显著的效果。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种单规格板材二维不规则排样方法，其特征在于，包括数据预处理过程、指派过程、单板排样过程和局部优化过程，其中：
数据预处理过程，包括工艺间隙预处理步骤与临界多边形预生成步骤，其中：
所述工艺间隙预处理步骤为采用等距偏移的方法外移不规则部件的外轮廓，对每个不规则部件的每条边向外平移工艺间隙的二分之一；
所述临界多边形预生成步骤为采用Minkowski求和来计算出所有的不规则部件两两之间的临界多边形；
指派过程，把所有的不规则部件分别指派到矩形板材中；
单板排样过程，包括获取初始解步骤、重排列步骤和交换步骤，其中：
所述获取初始解步骤，将指派到矩形板材的不规则部件全部排列到对应的矩形板材中，并求出矩形带的当前长度，该长度为初始解；
所述重排列步骤，对不规则部件之间的重叠值的和的最小值进行求解，并根据求解结果对不规则部件重新进行排列；
所述交换步骤，包括直接交换步骤与禁忌搜索交换步骤；先调用直接交换步骤对矩形板材内的不规则部件进行交换，当交换失败并退出直接交换步骤时，则调用一次禁忌搜索交换步骤；
局部优化过程，每两块矩形板之间一对多交换不规则部件；
所述局部优化过程包括如下步骤：
步骤1a、把所有排好的矩形板材按填充率从高到低排列，从后往前选择一块矩形板材littleBin和其前面每一块比它利用率大的矩形板材bigBin分别进行两两交换；
步骤1b、矩形板材bigBin中的不规则部件按面积从小到大排序；矩形板材littleBin中的不规则部件按面积从大到小排序，遍历矩形板材bigBin中的每一块不规则部件与矩形板材littleBin中的所有不规则部件进行一对多交换；
步骤1c、在一对多交换的过程中，首先从矩形板材bigBin中移出一块不规则部件Pj，然后计算矩形板材bigBin的剩余面积；接着把不规则部件Pj移入到矩形板材littleBin中，再从矩形板材littleBin中移出多块不规则部件，遍历矩形板材littleBin中的所有不规则部件，只要所述的多块不规则部件的面积之和不超出矩形板材bigBin的剩余面积，则把所述多块不规则部件从矩形板材littleBin中移出，然后移入到矩形板材bigBin中；
若矩形板材littleBin中用于交换的的多块不规则部件的面积之和大于矩形板材bigBin中用于交换的不规则部件Pj的面积，则矩形板材bigBin和矩形板材littleBin分别调用一次单板排样过程；若矩形板材bigBin和矩形板材littleBin都单板排样成功，则接受该次一对多交换，否则不接受交换；
若矩形板材littleBin中用于交换的的多块不规则部件的面积之和不大于矩形板材bigBin中用于交换的不规则部件Pj的面积，则返回步骤1c，从矩形板材bigBin中选择另外一块新的不规则部件Pj进行交换；
若矩形板材bigBin单板排样成功，且矩形板材littleBin为空，则矩形板材bigBin减少一块不规则部件并接受交换；
步骤1d、重复执行步骤1a-步骤1c，对其余的矩形板材bigBin和矩形板材littleBin进行一对多交换，直到遍历所有矩形板材两两交换后结束或者达到一定时间后结束。
2.根据权利要求1所述的一种单规格板材二维不规则排样方法，其特征在于：在所述单板排样过程中，所述获取初始解的步骤如下：
步骤2a、找出待放下矩形板材的不规则部件和已放下矩形板材的不规则部件的临界多边形的所有顶点和交点；
步骤2b、从步骤2a求得的所有顶点和交点中，按左下优先的原则选出满足要求的点，作为要放下的不规则部件的位置；
步骤2c、重复执行步骤2a和步骤2b，直到所有不规则部件全部找到放置的位置，然后求出矩形带的当前长度，所述当前长度为初始解。
3.根据权利要求2所述的一种单规格板材二维不规则排样方法，其特征在于：在所述单板排样过程中，所述重排列步骤如下：
步骤3a、通过临界多边形计算不规则部件之间的重叠值之和；
步骤3b、通过L-BFGS算法求解出重叠值之和的最小解；
步骤3c、根据步骤3b的求解结果，把不规则部件放置到新的位置。
4.根据权利要求3所述的一种单规格板材二维不规则排样方法，其特征在于：所述直接交换步骤如下：
步骤4a、计算交换前的重叠值，然后在矩形板材内随机选择两个不规则部件，利用临界多边形找到交换的位置；
步骤4b、调用重排列步骤，找到新的重叠值之和最小的位置；
步骤4c、若新的重叠值为0，则接受本次交换，此时交换成功并退出直接交换步骤；
若新的重叠值小于交换前的重叠值，则接受交换并重复执行步骤4a和步骤4b，交换次数加1；
若新的重叠值大于或等于交换前重叠值，则不接受交换并重复执行步骤4a和步骤4b，交换次数加1；
当交换次数大于10且重叠值不为0，则交换失败并退出直接交换步骤。
5.根据权利要求4所述的一种单规格板材二维不规则排样方法，其特征在于：在所述禁忌搜索交换步骤建立禁忌表I1和禁忌表I2：
禁忌表I1：当移了某一不规则部件Pi时，则将不规则部件Pi加入禁忌表I1中，此时不规则部件Pi无法被移动；
禁忌表I2：将与不规则部件Pi类型一样的不规则部件加入禁忌表I2中，此时禁忌表I2内的不规则部件无法被移动；
若禁忌表I1或禁忌表I2已经填满，则将已经填满的禁忌表中的第一个元素删除；
所述禁忌搜索交换步骤如下：
步骤5a、令P＇为从所有不规则部件中随机选取的一个大小为m的集合，其中m为所有不规则部件总数的80％，禁忌表I1的长度设为8，禁忌表I2的长度设为2；
步骤5b、选择P＇中的每一个不规则部件Pi移动到新的位置，并调用重排列步骤，计算移动后的重叠值，对P＇中的所述不规则部件Pi全部计算重叠值后，选择重叠值最小的不规则部件记为Pbest；
步骤5c、选择不规则部件Pbest作为移动对象，不管在移动后的重叠值变大或变小均接受交换，然后把不规则部件Pbest添加到禁忌表I1中，把与不规则部件Pbest的类型一样的不规则部件添加到禁忌表I2中；
步骤5d、重复执行至少200次步骤5a至步骤5c，选择其中重叠值最小的结果作为返回值。
6.根据权利要求1所述的一种单规格板材二维不规则排样方法，其特征在于：所述指派过程包括如下步骤：
步骤6a、计算矩形板材的面积和计算所有不规则部件的面积，不规则部件按照面积从大到小依次排列；
步骤6b、按首次适应算法把所有不规则部件分别指派到矩形板材中，在指派过程中调用单板排样过程，直到本矩形板材无法再放下不规则部件时，则新增一块新的矩形板材；
步骤6c、遍历完所有不规则部件，结束指派过程。
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