CN115167274A - 物料切割方法、装置、控制系统、存储介质及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种物料切割方法、装置、控制系统、存储介质及电子设备。其中，所述方法包括：接收待切割物料的属性信息；将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。本发明解决了相关技术中的钢材切割方法造成的钢材利用率较低、且消耗成本较高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及自动化控制技术领域，具体而言，涉及一种物料切割方法、装置、控制系统、存储介质及电子设备。
背景技术
装配式建筑是需要大力发展的方向，而钢结构作为装配式建筑的主要结构类型之一，具有强度高、自重轻、绿色环保等优点，以钢板为其主要组成材料，通常采用火焰针对不同的构件需求进行切割。钢结构行业定制化程度高、钢构件规格各异，当前主要利用人工对所需不同规格的切割件在钢板上进行排样，每次仅对单一钢构件所需切割件进行切割，导致缺乏批次维度的套料规划，钢材切割剩余量多浪费大，导致钢材利用率不高。
发明内容
本发明实施例提供了一种物料切割方法、装置、控制系统、存储介质及电子设备，以至少解决相关技术中的钢材切割方法造成的钢材利用率较低、且消耗成本较高的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种物料切割方法，包括：接收待切割物料的属性信息；
将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种物料切割装置，包括：接收单元，用于接收待切割物料的属性信息；确定单元，用于将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；获取单元，用于基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；生成单元，用于根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；执行单元，用于根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种物料切割控制系统，其特征在于，包括计算引擎、客户端、存储服务器和数控切割机；其中：
所述客户端用于接收待切割物料的属性信息，并将述待切割物料的属性信息与计算请求发送至计算引擎；
所述计算引擎用于将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
所述存储服务器用于存储所述切割控制指令；
所述数控切割机用于向所述存储服务器调用所述切割控制指令，并进行切割数控指令识别与切割操作。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，上述存储器中存储有计算机程序，上述处理器被设置为通过上述计算机程序执行上述的物料切割方法。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种计算机可读的存储介质，该计算机可读的存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述物料切割方法。
在本发明实施例中，采用了接收待切割物料的属性信息；将上述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，确定目标切割数据；其中，上述目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；根据上述目标切割数据生成上述待切割物料对应的切割控制指令；根据上述切割控制指令对上述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件的方法，在上述方法中，由于目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值，因此本发明实施例不仅降低了钢材切割过程中的成本，而且显著提高了钢材的利用率，进而解决了相关技术中的钢材切割方法造成的钢材利用率较低、且消耗成本较高的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的一种可选的物料切割方法的应用环境的示意图；
图2是根据本发明实施例的另一种可选的物料切割方法的应用环境的示意图；
图3是根据本发明实施例的一种可选的物料切割方法的流程示意图；
图4是根据本发明实施例的另一种可选的物料切割方法的流程示意图；
图5是根据本发明实施例的又一种可选的物料切割方法的流程示意图；
图6是根据本发明实施例的另一种可选的物料切割方法的流程示意图；
图7是根据本发明实施例的一种可选的物料切割控制系统的结构示意图；
图8是根据本发明实施例的一种可选的物料切割装置的结构示意图；
图9是根据本发明实施例的一种可选的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种物料切割方法，可选地，作为一种可选地实施方式，上述物料切割方法可以但不限于应用于如图1 所示的应用环境中。该应用环境中包括：与用户进行人机交互的终端设备 102、网络104、服务器106。用户108与终端设备102之间可以进行人机交互，终端设备102中运行有物料切割应用程序。上述终端设备102中包括人机交互屏幕1022，处理器1024及存储器1026。人机交互屏幕1022 用于显示待切割物料的属性信息；处理器1024用于获取待切割物料的属性信息。存储器1026用于存储上述待切割物料的属性信息。
此外，服务器106中包括数据库1062及处理引擎1064，数据库1062中用于存储上述待切割物料的属性信息。处理引擎1064用于将上述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，确定目标切割数据；其中，上述目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；
根据上述目标切割数据生成上述待切割物料对应的切割控制指令；将上述切割控制指令发送至上述终端设备102的客户端。
在一个或多个实施例中，本申请上述物料切割方法可以应用于图2所示的应用环境中。如图2所示，用户202与用户设备204之间可以进行人机交互。用户设备204中包含有存储器206和处理器208。本实施例中用户设备204可以但不限于参考执行上述终端设备102所执行的操作，以获取切割控制指令。
可选地，上述终端设备102和用户设备204包括但不限于为手机、平板电脑、笔记本电脑、PC机，车载电子设备，可穿戴设备等终端，上述网络104可以包括但不限于无线网络或有线网络。其中，该无线网络包括： WIFI及其他实现无线通信的网络。上述有线网络可以包括但不限于：广域网、城域网、局域网。上述服务器106可以包括但不限于任何可以进行计算的硬件设备。上述服务器可以是单一服务器，也可以是由多个服务器组成的服务器集群，或者是云服务器。上述仅是一种示例，本实施例中对此不作任何限定。
为了解决上述技术问题，作为一种可选地实施方式，本发明实施例提供了一种物料切割方法，包括如下步骤：
S1，接收待切割物料的属性信息。
在本发明实施例中，上述待切割物料的属性信息包括但不限于构件批次、组成构件的多边形规格、构件数量、构件种类以及用于切割的钢板规格等。
S2，将上述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，确定目标切割数据；其中，上述目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值。
在本发明实施例中，上述目标切割数据包括模型优化目标值为钢材剩余面积、切割路径长度、空行程长度的线性加权和最小，即f＝ min(ω1PsteelS+ω2PcutDcut+ω3PlaborDempty)，其中ω1、ω2、ω3均为可配置的权重参数，Psteel、Pcut、Plabor为对应项所需费用，S为剩余面积，Dcut为切割路径长度，Dempty为空行程长度；f为模型优化目标值。
S3，根据上述目标切割数据生成上述待切割物料对应的切割控制指令。
在本发明实施例中，上述切割控制指令可以用于但不限于各种数控切割机床，或数控切刀等切割器械。
S4，根据上述切割控制指令对上述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
在本发明实施例中，采用了接收待切割物料的属性信息；将上述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，确定目标切割数据；其中，上述目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；根据上述目标切割数据生成上述待切割物料对应的切割控制指令；根据上述切割控制指令对上述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件的方法，在上述方法中，由于目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值，提高了钢材的利用率，进而解决了相关技术中的钢材切割方法造成的钢材利用率较低、且消耗成本较高的技术问题。
在一个或多个实施例中，上述将上述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，确定目标切割数据，包括：
基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成上述待切割物料的套料布局数据；其中，上述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在上述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近上述待切割物料底边。
具体地，基于三角形切割法可以计算出各多边形的重心。
基于上述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，上述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径。
这里，禁忌搜索算法是一种全局逐步寻优算法，通过将到达过的局部最优点放入禁忌表中，不再对禁忌表中的点进行重复搜索，从而避免陷入局部最优。
作为一种可选地实施方式，如图3所示，本发明实施例提供了一种物料切割方法，包括如下步骤：
S302，接收待切割物料的属性信息；
S304，将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
S306，基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；
S308，根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
S310，根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
在一个或多个实施例中，上述基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成上述待切割物料的套料布局数据，包括：
针对不同批次的每个构件，执行以下操作：
将套料二维平面与待切割的物料配置为相同的长和宽；
对于上述套料二维平面的两个底角，获取当前批次中不同种类构件所需的所有多边形，并获取重心最低定位策略放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形对应的排列集合；其中，上述损耗值为第一加和与第二加和的线性加权和，上述第一加和为放置在平面内所有多边形外轮廓长度的加和，上述第二加和为上述多边形与上述套料二维平面放置起始侧形成的空隙面积和；
在上述套料二维平面内无法再放置当前批次中的其余构件，或当前批次构件全部完成排列时，计算套料二维平面对应的最优切割函数值；
当上述最优切割函数值最小时，将上述多边形的排列集合作为上述套料二维平面的套料布局数据。
在一个或多个实施例中，上述物料切割方法还包括：
以上述多边形共边时轮廓长度仅计算一次、且上述多边形与上述套料二维平面共边时不计算长度的方式计算上述损耗值。
在一个或多个实施例中，上述基于上述套料布局数据和禁忌搜索算法获取上述最优切割路径，包括：
初始化切割的固定起止点，获取上述套料布局数据中所有的封闭图形与上述封闭图形所对应的顶点集合；其中，上述固定起止点包括固定起始点和固定终止点；
将上述套料布局数据中的禁忌表配置为空集合、领域表配置为封闭图形集合以及将路径表配置为空链表；
将上述固定起始点加入上述路径表；
遍历上述领域表中封闭图形集合对应的所有顶点，计算切割预期路径；其中，上述切割预期路径为第一路径和第二路径的加和，上述第一路径为当前路径表中上述固定起始点经后续各顶点的路径和，上述第二路径为上述路径表最后一个点到上述固定终止点的路径；
选取上述切割预期路径最短的顶点作为后继点加入上述路径表中，并将控制点所属封闭图形加入到上述禁忌表中，直至上述领域表为空表；
将上述固定终止点加入上述路径表；
将上述路径表中点的顺序连接路径确定为上述最优切割路径。
在一个或多个实施例中，上述预设的约束条件包括空间约束条件和顺序约束条件；
上述空间约束条件包括：所需排列的上述多边形不超出待切割物料边界、且上述多边形之间不相重叠；
上述顺序约束条件包括：组成同一构件的多边形为临近位置、同一批次的构件需靠近放置、且不同批次的构件按照批次顺序依次排列。
相关技术中利用套料软件对钢材的使用率进行提升，帮助企业提效增产，然而当前的套料软件未考虑切割件的排布顺序，导致同一构件所需切割件完成切割时间间隔可能较长，影响构件的焊接与输出效率。另外，当前的套料算法仅以钢材利用率最大化为目标，忽略了切割过程中的碳排放与空行程时间浪费问题。因此，如何在套料过程中兼顾钢板利用率、切割件排布顺序、火焰切割路径与空行程总耗时，利用基于切割路径优化的钢板套料优化方法得到最优套料与切割方案，成为了钢结构行业降本增效、节能减排的关键之一。
基于上述实施例，在另一应用实施例中，如图4所示，上述的物料切割方法还包括以下步骤：
步骤1：套料问题建模，将钢板套料问题抽象为二维平面的多边形排列问题，定义模型输入、模型约束与优化目标；
上述模型输入为构件(上述的目标切割构件)批次、组成构件的多边形规格、构件数量、构件种类以及用于切割的钢板规格；
上述模型约束包括：
空间约束，即所需排列的多边形不可超出用于切割的钢板边界，且多边形之间不可重叠。
顺序约束，即组成同一构件的多边形需靠近放置，同一批次的构件需靠近放置，不同批次的构件按照批次顺序依次排列。
上述模型优化目标为钢材剩余面积、切割路径长度、切割所需总时长的线性加权和最小。
步骤2：套料布局求解，基于重心最低定位策略与步骤1中的模型，利用贪心算法生成钢板套料布局方案；重心最低定位策略为对多边形进行排列时，在多边形不产生重叠的前提下，使多边形重心靠近钢板底边，提高排样面积分布密度，提高了待切割钢板的利用率。
步骤3：切割路径优化，基于禁忌搜索算法对步骤2生成的布局方案进行路径规划，获取最短耗时运刀切割路径；
上述步骤2具体实现方法包括如下步骤：
步骤2.1：初始化套料二维平面，上述二维平面长宽与用于切割的钢板相同，基于三角形切割法计算各多边形的重心；
步骤2.2：对于二维平面的两个底角，取当前批次中不同种类构件所需的所有多边形，计算按照重心最低思想放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形排列方法；
上述损耗值为放置后平面内所有多边形外轮廓长度加和及多边形与平面放置起始侧形成的空隙面积和的线性加权和，其中，多边形共边时轮廓长度仅计算一次，多边形与平面共边时不计算长度。
步骤2.3：取当前批次中其他构件的所需多边形，计算按照重心最低思想放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形排列方法；
步骤2.4：重复步骤2.3，直到该批次构件全部完成排列，或当前平面内无法再放置本批次中的其他构件；
步骤2.5：计算前述步骤所得到的各套料布局方案的步骤1中的目标函数值，选择目标函数值最小的方案作为当前批次的最优布局方案(包括上述的目标切割数据)；
步骤2.6：若本批次还有未排列的构件或仍有未排列的批次，重复步骤2.2至步骤2.5，否则结束。
上述步骤3具体实现方法包括如下步骤：
步骤3.1：初始化切割的固定起止点，获取步骤2得到的优化布局方案中所有的封闭图形与其所对应的顶点集合，初始化禁忌表为空集合，将领域表初始化为封闭图形集合，路径表初始化为空链表；
步骤3.2：初始化当前点为切割固定起始点，将起始点加入路径表；
步骤3.3：遍历领域表中封闭图形对应的所有顶点，计算切割预期路径，选取切割预期路径最短的顶点作为后继点加入路径表中，同时将控制点所属封闭图形加入到禁忌表中；上述切割预期路径为当前路径表中起始点经后续各顶点的路径和与路径表最后一个点到固定终止点路径的加和；
步骤3.4：重复步骤3.3，直到领域表为空，将固定终止点加入路径表，路径表中点的顺序连接路径则为最短耗时切割顺序。
根据本申请的另一个方面，如图7所示，本发明实施例还提供的一种基于切割路径优化的钢板套料切割控制系统，包括：客户端、计算引擎、存储服务器、数控切割机。客户端将模型输入与计算请求发送至计算引擎，计算引擎生成套料方案后将数控文件保存至存储服务器，操作数控切割机进行切割时，向存储服务器调用数控文件进行数控指令识别与切割操作。
步骤1：套料问题建模，将钢板套料问题抽象为二维平面的多边形排列问题，定义模型输入、模型约束与优化目标；
上述模型输入为构件总批次M、构件个数N、构件种类数O，各构件所需多边形切割件集合P＝{P1,P2,…,Pp}及其规格，多边形切割件顶点集合 v＝{v1,v2,…,vq}，所需钢板材质以及用于切割的钢板规格L×W；其中， L为待切割钢板的长度，W为待切割钢板的宽度。
上述模型约束条件包括：
空间约束条件，即所需排列的多边形不可超出用于切割的钢板边界，且多边形之间不可重叠；
顺序约束条件，即组成同一构件的多边形需靠近放置，同一批次的构件需靠近放置，不同批次的构件按照批次顺序依次排列；
上述模型优化目标值为钢材剩余面积、切割路径长度、空行程长度的线性加权和最小，即f＝min(ω1PsteelS+ω2PcutDcut+ω3PlaborDempty)，其中ω1、ω2、ω3均为可配置的权重参数，Psteel、Pcut、Plabor为对应项所需费用，S为剩余面积，Dcut为切割路径长度，Dempty为空行程长度；f为模型优化目标值。
如图5所示，上述步骤2的操作流程包括以下步骤：
步骤2.1：初始化构件总批次M、构件个数N、构件种类数O、各构件所需多边形切割件集合P，以及套料二维平面L×W，上述平面长宽与用于切割的钢板相同，基于三角形切割法计算各多边形的重心；
步骤2.2：选择当前批次中任意一种构件；
步骤2.3：对于二维平面的两个底角，计算该构件对应的所有多边形P，按照重心最低思想放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形排列方法进行放置；
上述损耗值为放置后二维平面内多边形与平面放置起始侧形成的空隙面积及平面内所有封闭图形L′轮廓长度加和的线性加权和l＝ω4Sleft+ ω5∑DL′，其中，ω4、ω5均为可配置的权重参数，Sleft代表放置后二维平面内多边形与平面放置起始侧形成的空隙面积，DL′代表二维平面内所有封闭图形L'的轮廓长度加和；多边形共边时轮廓长度仅计算一次，多边形与平面共边时不计算长度。
步骤2.4：取当前批次中其他构件的所需多边形，计算按照重心最低思想放置时的损耗值l，选择l数值最小的构件及对应的多边形排列方法进行放置。
步骤2.5：重复步骤2.4，直到该批次构件全部完成排列，当当前平面内无法再放置本批次中的其他构件时，新增一个空的二维平面继续进行排列。
步骤2.6：更换初始构件种类，重复步骤2.3～步骤2.5，得到不同初始构件种类下的布局方案，计算各套料布局方案的目标函数值f，选择f数值最小的方案作为当前平面的最优布局方案；
步骤2.7：若仍有未排列的批次，重复步骤2.2至步骤2.6，否则结束。
如图6所示，步骤3的操作流程包括以下步骤：
步骤3.1：初始化切割的固定起始点v0和终止点vd，获取步骤2得到的优化布局方案中所有的封闭图形L′与其所对应的顶点集合v，初始化禁忌表T为空集合
领域表A为封闭图形集合，路径表为空链表Q＝[]；
步骤3.2：初始化当前点为切割固定起始点v＝v0，将起始点加入路径表Q＝[v0]；
步骤3.3：遍历领域表A中封闭图形对应的所有顶点，计算切割预期路径Dp，选取Dp数值最小的顶点vi作为后继点加入路径表中Q＝Q+[vi]，同时令当前点v＝vi，并将控制点vi所属封闭图形L′ i加入到禁忌表中 T＝T∪{L′ i}，领域表A＝A-T。
上述预期路径为当前路径表中起始点经后续各顶点的路径和与路径表最后一个点vq到固定终止点路径的加和
其中，i的取值从1到q-1； d(v0,v1)代表从切割固定起点v0到路径表中第一个点v1的距离，d(vq,vd)代表从路径表中最后一个点到固定终止点的距离。
步骤3.4：重复步骤3.3，直到领域表
将固定终止点vd加入路径表Q＝Q+[vd]，路径表Q中点的顺序连接路径则为最短耗时切割顺序。
本发明实施例还具有以下有益效果：
本发明实施例以钢板利用率、火焰切割路径长度、空行程路径长度等多项准则为优化目标，同时考虑钢结构批次顺序与构件切割件组成确定排样，提高了钢板的切割效率，降低工厂碳排放，为企业的增效减排提供了保障。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种用于实施上述物料切割方法的物料切割装置。如图8所示，该装置包括：
接收单元802，用于接收待切割物料的属性信息；
确定单元804，用于将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
获取单元806，用于基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径
生成单元808，用于根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
执行单元810，用于根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
在本发明实施例中，采用了接收待切割物料的属性信息；将上述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，确定目标切割数据；其中，上述目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；根据上述目标切割数据生成上述待切割物料对应的切割控制指令；根据上述切割控制指令对上述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件的方法，在上述方法中，由于目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值，提高了钢材的利用率，进而解决了相关技术中的钢材切割方法造成的钢材利用率较低的技术问题。
在一个或多个实施例中，上述生成单元808，具体包括：
针对不同批次的每个构件，执行以下操作：
第一配置模块，用于将套料二维平面与待切割的物料配置为相同的长和宽；
第一获取模块，用于对于上述套料二维平面的两个底角，获取当前批次中不同种类构件所需的所有多边形，并获取重心最低定位策略放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形对应的排列集合；其中，上述损耗值为第一加和与第二加和的线性加权和，上述第一加和为放置在平面内所有多边形外轮廓长度的加和，上述第二加和为上述多边形与上述套料二维平面放置起始侧形成的空隙面积和；
第一计算模块，用于在上述套料二维平面内无法再放置当前批次中的其余构件，或当前批次构件全部完成排列时，计算套料二维平面对应的最优切割函数值；
第一确定模块，用于当上述最优切割函数值最小时，将上述多边形的排列集合作为上述套料二维平面的套料布局数据。
在一个或多个实施例中，上述物料切割装置还包括：
计算单元，用于以上述多边形共边时轮廓长度仅计算一次、且上述多边形与上述套料二维平面共边时不计算长度的方式计算上述损耗值。
在一个或多个实施例中，上述第一获取模块，具体包括：
第二获取子单元，用于初始化切割的固定起止点，获取上述套料布局数据中所有的封闭图形与上述封闭图形所对应的顶点集合；其中，上述固定起止点包括固定起始点和固定终止点；
第一配置子单元，用于将上述套料布局数据中的禁忌表配置为空集合、领域表配置为封闭图形集合以及将路径表配置为空链表；
第一加入子单元，用于将上述固定起始点加入上述路径表；
第一计算子单元，用于遍历上述领域表中封闭图形集合对应的所有顶点，计算切割预期路径；其中，上述切割预期路径为第一路径和第二路径的加和，上述第一路径为当前路径表中上述固定起始点经后续各顶点的路径和，上述第二路径为上述路径表最后一个点到上述固定终止点的路径；
第二确定子单元，用于选取上述切割预期路径最短的顶点作为后继点加入上述路径表中，并将控制点所属封闭图形加入到上述禁忌表中，直至上述领域表为空表；
第二加入子单元，用于将上述固定终止点加入上述路径表；
第三确定子单元，用于将上述路径表中点的顺序连接路径确定为上述最优切割路径。
在一个或多个实施例中，上述预设的约束条件包括空间约束条件和顺序约束条件；
上述空间约束条件包括：所需排列的上述多边形不超出待切割物料边界、且上述多边形之间不相重叠；
上述顺序约束条件包括：组成同一构件的多边形为临近位置、同一批次的构件需靠近放置、且不同批次的构件按照批次顺序依次排列。
根据本发明实施例的又一个方面，还提供了一种用于实施上述物料切割方法的物料切割控制系统，该系统包括计算引擎、客户端、存储服务器和数控切割机；其中：
上述客户端用于接收待切割物料的属性信息，并将述待切割物料的属性信息与计算请求发送至计算引擎；
上述计算引擎用于确定目标切割数据，以及用于根据上述目标切割数据生成上述待切割物料对应的切割控制指令的数控文件；其中，上述目标切割数据包括最优切割函数值，上述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；
上述存储服务器用于存储上述数控文件；
上述数控切割机用于向上述存储服务器调用上述数控文件，并进行切割数控指令识别与切割操作。
根据本发明实施例的又一个方面，还提供了一种用于实施上述物料切割方法的电子设备，该电子设备可以是图9所示的终端设备或服务器。本实施例以该电子设备为终端为例来说明。如图9所示，该电子设备包括存储器902和处理器904，该存储器902中存储有计算机程序，该处理器904 被设置为通过计算机程序执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述电子设备可以位于计算机网络的多个网络设备中的至少一个网络设备。
可选地，在本实施例中，上述处理器可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：
S1，接收待切割物料的属性信息；
S2，将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
S3，基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；
S4，根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
S5，根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
可选地，本领域普通技术人员可以理解，图9所示的结构仅为示意，电子装置电子设备也可以是智能手机(如Android手机、iOS手机等)、平板电脑、掌上电脑以及移动互联网设备(Mobile Internet Devices，MID)、 PAD等终端设备。图9其并不对上述电子装置电子设备的结构造成限定。例如，电子装置电子设备还可包括比图9中所示更多或者更少的组件(如网络接口等)，或者具有与图9所示不同的配置。
其中，存储器902可用于存储软件程序以及模块，如本发明实施例中的物料切割方法和装置对应的程序指令/模块，处理器904通过运行存储在存储器902内的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的物料切割方法。存储器902可包括高速随机存储器，还可以包括非易失性存储器，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储器902可进一步包括相对于处理器904远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至终端。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。其中，存储器902具体可以但不限于用于存储目标切割数据等信息。作为一种示例，如图9所示，上述存储器902中可以但不限于包括上述物料切割装置中的接收单元802、确定单元804、获取单元806、生成单元808与执行单元810。此外，还可以包括但不限于上述物料切割装置中的其他模块单元，本示例中不再赘述。
可选地，上述的传输装置906用于经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括有线网络及无线网络。在一个实例中，传输装置906包括一个网络适配器(Network Interface Controller，NIC)，其可通过网线与其他网络设备与路由器相连从而可与互联网或局域网进行通讯。在一个实例中，传输装置906为射频(Radio Frequency，RF)模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。
此外，上述电子设备还包括：显示器908，用于显示上述目标切割数据；和连接总线910，用于连接上述电子设备中的各个模块部件。
在其他实施例中，上述终端设备或者服务器可以是一个分布式系统中的一个节点，其中，该分布式系统可以为区块链系统，该区块链系统可以是由该多个节点通过网络通信的形式连接形成的分布式系统。其中，节点之间可以组成点对点(P2P，Peer To Peer)网络，任意形式的计算设备，比如服务器、终端等电子设备都可以通过加入该点对点网络而成为该区块链系统中的一个节点。
根据本申请的一个方面，提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述物料切割方法，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述计算机可读的存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的计算机程序：
S1，接收待切割物料的属性信息；
S2，将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
S3，基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；
S4，根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
S5，根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
可选地，在本实施例中，本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令终端设备相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：闪存盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取器(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上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 (10)
1.一种物料切割方法，其特征在于，包括：
接收待切割物料的属性信息；
将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；
根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据，包括：
针对不同批次的每个构件，执行以下操作：
将套料二维平面与待切割的物料配置为相同的长和宽；
对于所述套料二维平面的两个底角，获取当前批次中不同种类构件所需的所有多边形，并获取重心最低定位策略放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形对应的排列集合；其中，所述损耗值为第一加和与第二加和的线性加权和，所述第一加和为放置在平面内所有多边形外轮廓长度的加和，所述第二加和为所述多边形与所述套料二维平面放置起始侧形成的空隙面积和；
在所述套料二维平面内无法再放置当前批次中的其余构件，或当前批次构件全部完成排列时，计算套料二维平面对应的最优切割函数值；
当所述最优切割函数值最小时，将所述多边形的排列集合作为所述套料二维平面的套料布局数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
以所述多边形共边时轮廓长度仅计算一次、且所述多边形与所述套料二维平面共边时不计算长度的方式计算所述损耗值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取所述最优切割路径，包括：
初始化切割的固定起止点，获取所述套料布局数据中所有的封闭图形与所述封闭图形所对应的顶点集合；其中，所述固定起止点包括固定起始点和固定终止点；
将所述套料布局数据中的禁忌表配置为空集合、领域表配置为封闭图形集合以及将路径表配置为空链表；
将所述固定起始点加入所述路径表；
遍历所述领域表中封闭图形集合对应的所有顶点，计算切割预期路径；其中，所述切割预期路径为第一路径和第二路径的加和，所述第一路径为当前路径表中所述固定起始点经后续各顶点的路径和，所述第二路径为所述路径表最后一个点到所述固定终止点的路径；
选取所述切割预期路径最短的顶点作为后继点加入所述路径表中，并将控制点所属封闭图形加入到所述禁忌表中，直至所述领域表为空表；
将所述固定终止点加入所述路径表；
将所述路径表中点的顺序连接路径确定为所述最优切割路径。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的约束条件包括空间约束条件和顺序约束条件；
所述空间约束条件包括：所需排列的所述多边形不超出待切割物料边界、且所述多边形之间不相重叠；
所述顺序约束条件包括：组成同一构件的多边形为临近位置、同一批次的构件需靠近放置、且不同批次的构件按照批次顺序依次排列。
6.一种物料切割装置，其特征在于，包括：
接收单元，用于接收待切割物料的属性信息；
确定单元，用于将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
获取单元，用于基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径
生成单元，用于根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
执行单元，用于根据所述切割控制指令对所述待切割物料执行切割操作，获取目标切割构件。
7.根据权利要求6所述的物料切割装置，其特征在于，所述生成单元，具体包括：
第一配置模块，用于将套料二维平面与待切割的物料配置为相同的长和宽；
第一获取模块，用于对于上述套料二维平面的两个底角，获取当前批次中不同种类构件所需的所有多边形，并获取重心最低定位策略放置时的损耗值，选择损耗值最小的多边形对应的排列集合；其中，上述损耗值为第一加和与第二加和的线性加权和，上述第一加和为放置在平面内所有多边形外轮廓长度的加和，上述第二加和为上述多边形与上述套料二维平面放置起始侧形成的空隙面积和；
第一计算模块，用于在上述套料二维平面内无法再放置当前批次中的其余构件，或当前批次构件全部完成排列时，计算套料二维平面对应的最优切割函数值；
第一确定模块，用于当上述最优切割函数值最小时，将上述多边形的排列集合作为上述套料二维平面的套料布局数据。
8.一种物料切割控制系统，其特征在于，包括计算引擎、客户端、存储服务器和数控切割机；其中：
所述客户端用于接收待切割物料的属性信息，并将述待切割物料的属性信息与计算请求发送至计算引擎；
所述计算引擎用于将所述待切割物料的属性信息输入至配置有切割优化模型的计算引擎，基于重心最低定位策略和预设的约束条件，利用贪心算法生成所述待切割物料的套料布局数据；其中，所述套料布局数据包括最优切割函数值，所述最优切割函数值对应待切割物料剩余面积、切割路径长度和切刀空行程长度的线性加权和的最小值；所述重心最低定位策略为对切割形状中的多边形进行排列时，在所述多边形不产生重叠的情况下，使多边形重心靠近所述待切割物料底边；
基于所述套料布局数据和禁忌搜索算法获取最优切割路径；其中，所述最优切割路径包括切割物料最短耗时的切割路径；
根据所述最优切割路径生成所述待切割物料对应的切割控制指令；
所述存储服务器用于存储所述切割控制指令；
所述数控切割机用于向所述存储服务器调用所述切割控制指令，并进行切割数控指令识别与切割操作。
9.一种电子设备，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为通过所述计算机程序执行所述权利要求1至5任一项中所述的方法。
10.一种计算机可读的存储介质，其特征在于，所述计算机可读的存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时执行所述权利要求1至5任一项中所述的方法。
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2022
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