JP2005327010A - 自動ネスティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な形状であっても歩留まりの良い配置でネスティングすることができる自動ネスティング方法を提供すること。
【解決手段】 素材データと、ネスティング対象の部材データを読み込み、自動ネスティングする場合に、素材上にランダムに部材を配置し、部材間の重なった部分および／または素材からはみ出した部分をラップと認識し、このラップ部分に仮想的な反発力を発生させてラップがなくなるように前記部材を移動するようにする。
これにより、仮想的な反発力を作用させることで、素材上の部材に重なったり、はみ出すラップ部分をなくすようにし、自動ネスティングできるようにしている。
【選択図】 図２

Description

この発明は自動ネスティング方法に関し、長方形の鋼板などの素材から歩留まり良く部材を配置して行くネスティング作業を自動化できるようにしたもので、例えば船体を構成する部材の自動ネスティングなどに好適なものである。

従来から、素材に部材を割り当てるネスティングは、種々の分野で行われており、例えば鋼板や金属板などの素材から機械などの部材を切り出したり、素材である布地から衣服の部材を切り出す場合などにネスティングが行われている。

このようなネスティングが必要なもののひとつに船体構造があり、非常に多くの部材で構成されることから、部材を長方形の鋼板から切り出した後のスクラップを少なく（歩留まり良く）、なおかつプラズマ切断機などを効率よく稼働させることが出来るように鋼板に部材を配置していく必要がある。

従来、このネスティング作業は、紙で縮尺した部材を作成し、縮尺した素材を用意してこれに貼り付けて配置を決めるなどの手作業で行われてきたが、近年、電算プログラムによる自動ネスティング方法もある程度開発されるようになってきた。

これまでの自動ネスティングの手法としては、経験則をプログラム化していく手法、遺伝的アルゴリズムによる方法⁾、焼き鈍し法による方法などが提案されている。

特許文献としても種々提案されており、例えば特許文献１には、ネスティング用データ作成方法および板部品の製造方法が開示されており、多種類の板部品に関する加工情報を含んだ板部品リストファイルに基づいて、加工機種別ならびに材質および板厚別に複数のグループに分類して、各グループ毎に別個のネスティング用データファイルを作成するようにしている。

また、特許文献２には、自動板取装置が開示され、特許文献３には、自動板取り装置及び自動板取り方法が開示され、特許文献４には、自動ネスティング装置が開示されるなど多くの文献がある。
特開平８−２５１７７号公報 特開平１１−６５６３０号公報 特開２００２−３３３９１０号公報 特開平１０−２８９０１０号公報

しかしながら、一般に船体構造の部材は複雑な形状であるため、歩留まりとNC切断上の諸条件を同時に満足し、事後の手直しの必要の無い自動ネスティング手法の開発は非常に困難であり、上記のいずれの手法や提案によってもいまだ完全に自動化できるものが開発されていないのが現状である。

この発明は、かかる現状に鑑みてなされたもので、複雑な形状であっても歩留まりの良い配置でネスティングすることができる自動ネスティング方法を提供しようとするものである。

素材上に部材を配置するネスティングのための新たなアルゴリズムについて鋭意検討を重ねたところ、一般に自然界は外乱を適切に与えることによりエネルギ準位最小の状態に近づく。

例えば地震が起これば土中の隙間が締まり、隙間に満たされていた水分が噴出して液状化現象を引き起こす。

これと同じように、鋼は、適切な温度コントロールにより組織が均一化され、また内部応力が除去される。

これらの現象にヒントを得て、部材が重なった状態や散らばった状態をエネルギ準位の高い状態と定義し、適切な温度コントロール（即ち、部材を確率論的に自由に移動・回転させる範囲・量のコントロール）により、隙間無く部材を配置するアルゴリズムを見出し、この発明を完成したものである。

すなわち、この発明の自動ネスティングのアルゴリズムは、まず、鋼板上にランダムに部材を配置して部材間の重なった部分に仮想的に適切な反発力を発生させて重なりがなくなるように部材を移動するようにする。同様に、鋼板からはみ出した部分についても適切な反発力を発生させて、はみ出し部分がなくなるように部材を移動するようにする。

このような反発力による部材の移動を繰り返し行い最初のランダムな部材配置から部材の重なりやはみ出し部分が最小となる部材配置をシミュレーションすることができる。

したがって、初期の部材配置の組み合わせが適当で鋼板サイズが十分であれば最終的に部材間の重なりやはみ出しが無い部材配置を得ることができる。

しかしながら、最初の部材配置が不適当であったり、部材が密に配置された状態では部材同士がつかえたような状態となり、部材間での重なりや鋼板からのはみ出しが残る場合がある。

そこで、部材温度をパラメータとする反発係数を上げて部材配置状態を不安定とした上で部材温度が高い状態にある部材の移動や交換を行い新たな部材配置状態に遷移させてシミュレーションを重ねるようにするものである。

このような自動ネスティングのアルゴリズムに基づく、この発明の具体的な構成は以下の通りである。

すなわち、上記課題を解決するためこの発明の請求項１記載の自動ネスティング方法は、素材データと、ネスティング対象の部材データを読み込み、自動ネスティングするに際し、素材上にランダムに部材を配置し、部材間の重なった部分および／または素材からはみ出した部分をラップと認識し、このラップ部分に仮想的な反発力を発生させてラップがなくなるように前記部材を移動するようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、素材データと、ネスティング対象の部材データを読み込み、自動ネスティングする場合に、素材上にランダムに部材を配置し、部材間の重なった部分および／または素材からはみ出した部分をラップと認識し、このラップ部分に仮想的な反発力を発生させてラップがなくなるように前記部材を移動するようにしており、仮想的な反発力を作用させることで、素材上の部材に重なったり、はみ出すラップ部分をなくすようにして自動ネスティングできるようにしている。

また、この発明の請求項２記載の自動ネスティング方法は、請求項１記載の構成に加え、前記ラップ部分がなくならない場合には、前記ラップが最も少ない状態に戻した後、別な部材を投入して繰り返し、前記反発力を発生させて部材を移動するようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分がなくならない場合には、前記ラップが最も少ない状態に戻した後、別な部材を投入して繰り返し、前記反発力を発生させて部材を移動するようにしており、ラップ部分がなくならない場合でも、ラップが最も少ない状態で次の部材によるネスティングを開始することで、効率良く自動ネスティングできるようになる。

さらに、この発明の請求項３記載の自動ネスティング方法は、請求項１または２記載の構成に加え、前記ラップ部分を、部材間の構成辺同士の交点と頂点が他の部材に含まれる内部点かどうかで判定するようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分を、部材間の構成辺同士の交点と頂点が他の部材に含まれる内部点かどうかで判定するようにしており、ラップ部分を簡単に判定して自動ネスティングできるようにしている。

また、この発明の請求項４記載の自動ネスティング方法は、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加え、前記ラップ部分の交点と内部点を結ぶ領域またはこの領域を凸多角形に置き換えた領域をラップ形状とし、このラップ形状の重心に前記反発力を作用させるようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分の交点と内部点を結ぶ領域またはこの領域を凸多角形に置き換えた領域をラップ形状とし、このラップ形状の重心に前記反発力を作用させるようにしており、ラップ領域の形にかかわらず凸多角形に置き換えたラップ形状を用いることで、容易に重心を求め、反発力を作用させることができるようにしている。

さらに、この発明の請求項５記載の自動ネスティング方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の構成に加え、前記反発力を、前記ラップ形状を構成する部材間の他方の部材に含まれるラップ構成辺をベクトルとして加算し、加算方向から９０度回転させた方向に作用させるとともに、この方向で前記重心から当該ラップ形状との交点までの距離に応じた大きさとし、これら方向と大きさが定められた反発力に対するラップ形状の部材のＸ，Ｙ方向および回転方向の単位移動量を運動方程式から求めてラップ部分がなくなるように移動することを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記反発力を、前記ラップ形状を構成する部材間の他方の部材に含まれるラップ構成辺をベクトルとして加算し、加算方向から９０度回転させた方向に作用させるとともに、この方向で前記重心から当該ラップ形状との交点までの距離に応じた大きさとし、これら方向と大きさが定められた反発力に対するラップ形状の部材のＸ，Ｙ方向および回転方向の単位移動量を運動方程式から求めてラップ部分がなくなるように移動しており、ラップ形状から反発力の方向と大きさを定めることができ、この反発力に基づく移動量を簡単に求めて移動できるようになる。

このようにして部材の移動を行うことで、部材の移動方向や回転を制限することも容易に設定することもできるようになる。

また、この発明の請求項６記載の自動ネスティング方法は、請求項１〜５のいずれかに記載の構成に加え、前記部材の１つに打ち消し合う方向に反発力が発生する場合には、当該部材の温度を想定した温度パラメータとしての反発係数を用いて移動量を変えて移動することを繰り返すようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記部材の１つに打ち消し合う方向に反発力が発生する場合には、当該部材の温度を想定した温度パラメータとしての反発係数を用いて移動量を変えて移動することを繰り返すようにしており、３つの部材の真中の部材のように部材の１つに打ち消し合う方向の反発力が発生し、部材の移動量が小さくなってラップが解消しないような場合でも、部材温度をパラメータとする反発係数を用いることで、両側の部材の移動量を大きくして容易にラップを解消し、自動ネスティングできるようにしている。

さらに、この発明の請求項７記載の自動ネスティング方法は、請求項１〜６のいずれかに記載の構成に加え、前記ラップ部分が複数生じた場合には、それぞれの反発力による移動をＸ，Ｙ方向、回転方向の成分に分けて移動するようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分が複数生じた場合には、それぞれの反発力による移動をＸ，Ｙ方向、回転方向の成分に分けて移動するようにしており、ラップ部分が複数ヶ所で生じても間単に対処して反発力による部材の移動ができるようになる。

また、この発明の請求項８記載の自動ネスティング方法は、請求項６または７記載の構成に加え、前記部材温度に基づく反発係数を高めることを繰り返してもラップ部分が解消しない場合には、前記部材の温度が最大の部材を探し、これを別の場所に移動もしくは他の部材と交換して部材を移動することを繰り返すようにし、さらに解消しない場合には最もラップが少なかった状態に戻し、すべての部材の反発係数を増減して部材を移動するようにしたことを特徴とするものである。

この自動ネスティング方法によれば、前記部材温度に基づく反発係数を高めることを繰り返してもラップ部分が解消しない場合には、前記部材の温度が最大の部材を探し、これを別の場所に移動もしくは他の部材と交換して部材を移動することを繰り返すようにし、さらに解消しない場合には最もラップが少なかった状態に戻し、すべての部材の反発係数を増減して部材を移動するようにしており、部材温度をパラメータとする反発係数を用いてもラップ部分が解消しない場合でも、別の場所に移動したり、別の部材と交換することで、自動ネスティングができ、さらに全ての部材の反発係数を増減することで、一層最適な自動ネスティングができるようにしている。

この発明の請求項１記載の自動ネスティング方法によれば、素材データと、ネスティング対象の部材データを読み込み、自動ネスティングする場合に、素材上にランダムに部材を配置し、部材間の重なった部分および／または素材からはみ出した部分をラップと認識し、このラップ部分に仮想的な反発力を発生させてラップがなくなるように前記部材を移動するようにしたので、仮想的な反発力を作用させることで、素材上の部材に重なったり、はみ出すラップ部分をなくすことができ、これにより自動ネスティングすることができる。

また、この発明の請求項２記載の自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分がなくならない場合には、前記ラップが最も少ない状態に戻した後、別な部材を投入して繰り返し、前記反発力を発生させて部材を移動するようにしたので、ラップ部分がなくならない場合でも、ラップが最も少ない状態で次の部材によるネスティングを開始することで、効率良く自動ネスティングすることができる。

さらに、この発明の請求項３記載の自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分を、部材間の構成辺同士の交点と頂点が他の部材に含まれる内部点かどうかで判定するようにしたので、ラップ部分を簡単に判定して自動ネスティングすることができる。

また、この発明の請求項４記載の自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分の交点と内部点を結ぶ領域またはこの領域を凸多角形に置き換えた領域をラップ形状とし、このラップ形状の重心に前記反発力を作用させるようにしたので、ラップ領域の形にかかわらず凸多角形に置き換えたラップ形状を用いることで、容易に重心を求めることができるとともに、ラップ形状の大きさにかかわらず反発力を作用させて移動することができる。

さらに、この発明の請求項５記載の自動ネスティング方法によれば、前記反発力を、前記ラップ形状を構成する部材間の他方の部材に含まれるラップ構成辺をベクトルとして加算し、加算方向から９０度回転させた方向に作用させるとともに、この方向で前記重心から当該ラップ形状との交点までの距離に応じた大きさとし、これら方向と大きさが定められた反発力に対するラップ形状の部材のＸ，Ｙ方向および回転方向の単位移動量を運動方程式から求めてラップ部分がなくなるように移動するので、ラップ形状から反発力の方向と大きさを定めることができ、この反発力に基づく移動量を簡単に求めて移動させて自動ネスティングすることができる。

このようにして部材の移動を行うことで、部材の移動方向や回転を制限することも容易に設定することもできる。

また、この発明の請求項６記載の自動ネスティング方法によれば、前記部材の１つに打ち消し合う方向に反発力が発生する場合には、当該部材の温度を想定した温度パラメータとしての反発係数を用いて移動量を変えて移動することを繰り返すようにしたので、３つの部材の中の部材のように部材の１つに打ち消し合う方向の反発力が発生し、部材の移動量が小さくなってラップが解消しないような場合でも、部材温度をパラメータとする反発係数を用いることで、両側の部材の移動量を大きくして容易にラップを解消し、自動ネスティングすることができる。

さらに、この発明の請求項７記載の自動ネスティング方法によれば、前記ラップ部分が複数生じた場合には、それぞれの反発力による移動をＸ，Ｙ方向、回転方向の成分に分けて移動するようにしたので、ラップ部分が複数ヶ所で生じても簡単に対処して反発力による部材の移動ができ、自動ネスティングを行うことができる。

また、この発明の請求項８記載の自動ネスティング方法によれば、前記部材温度に基づく反発係数を変えることを繰り返してもラップ部分が解消しない場合には、前記部材の温度が最大の部材を探し、これを別の場所に移動もしくは他の部材と交換して部材を移動することを繰り返すようにし、さらに解消しない場合には最もラップが少なかった状態に戻し、すべての部材の反発係数を増減して部材を移動するようにしたので、部材温度をパラメータとする反発係数を用いてもラップ部分が解消しない場合でも、別の場所に移動したり、別の部材と交換することで、自動ネスティングができ、さらに全ての部材の反発係数を増減することで、一層最適な自動ネスティングを行うことができる。

以下、この発明の一実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１〜図３はこの発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかり、図１は全体のフロー図、図２は部材運動による自動ネスティング処理部分のフロー図、図３はラップの認識および反発力の設定のフロー図である。

この自動ネスティング方法では、図１に示すように、ネスティングが開始されると、ネスティング対象となる鋼鈑などの素材データとネスティング対象となる部材の部材データが読み込まれる(ステップ１−１、１−２参照)。

例えば、船舶の建造に適用する場合には、一般に、ブロックと呼ばれる幾つかの部分ごとに建造が進められることから、ネスティング工程においてもブロック単位に処理することが行われ、鋼鈑データと部材データが読みこまれる。

この自動ネスティング方法で用いる部材形状は、図４に示すように、切断代を考慮するために開先形状に応じた切断代幅を付加するとともに、計算機上での部材運動の演算処理(シミュレーション)を簡単にするために部材形状に含まれる円弧やスプライン曲線を許容誤差範囲内に収まるように直線で近似して半時計回りのループとなるように構成する。

一方、鋼板形状は部材が鋼板からはみ出す部分を認識する必要があるので部材形状とは逆に時計回りのループとなるように構成して鋼板の外側の領域との重なり(後述するラップ)を認識するようにしている。

次に、鋼鈑のネスティングの優先度の設定を行う(ステップ１−３参照)。
この優先度は、例えばグレードが低く板厚が薄い鋼板から面積が大きい順等のように設定する。

特定の鋼板にネスティングされる部材の優先度は、例えば以下の順のように設定する。
１）鋼板が明示的に指定されている。
２）鋼板との板厚差が少ない。
３）材質グレード差が少ない。
４）面積が大きい。

そして、優先度が定められた後、図１に示すように、鋼鈑への対象部材の選択とネスティング優先度の設定を行う(ステップ１−４参照)。

これらの設定に基づいて、後述するように自動ネスティングが行われることになる。すなわち、自動ネスティングでは、鋼板のグレード、板厚などの条件によりネスティング対象となる部材を選択して1部材ずつ設定した優先度順にネスティングが試みられる。

ただし、部材に指定されるグレード、板厚が許容範囲内で下回る部材についても優先順を落してネスティングを試みられる。

次に、ペアリング処理が行われる(ステップ１−５参照)。
手作業によるネスティングでは、似たような形状をもつ２〜４個の部材を組み合わせて配置するペアリングと呼ばれる配置が行われることがある。ペアリングによりピアシング点と呼ばれる部材切断を開始するための穴開け数を少なくすることができ、またペアリングされた部材の外周形状が矩形に近くなるためネスティング作業が容易になるメリットがある。

そこで、この自動ネスティング方法においても部材配置を容易にするために２つの部材をペアリングして一つの部材として扱って配置することが行われる。

このようにして自動ネスティングのためのデータの読み込み、優先度の設定やペアリング処理などの前処理が行われた後、部材運動シミュレーションによる自動ネスティング処理が行われる(ステップ１−６参照)。

この自動ネスティング処理は、図２にそのフローを示すように、まず、部材を投入することで開始される(ステップ２−１参照)。

まず、投入部材の配置が行われる(ステップ２−２参照)。
この投入部材の配置は、ネスティング優先度順に部材ごとに、もしくは有効なペアリングが可能であればペアリングしたままの状態でネスティングを試みる。

投入する部材の配置を次のように行う。
鋼板の左端からランダムに他の部材が配置されていない空地を探して部材を投入する。

こうして空地を探して部材を投入して行くと、部材の配置によって部材同士が重なったり、鋼鈑からはみ出す場合が生じる。

そこで、反発力による部材移動シミュレーションを行う(ステップ２−３参照)。
この部材運動シミュレーションでは、部材間の重なりと鋼板からのはみ出し領域（以下、ラップと称す）の認識を行い、このラップに仮想的な反発力を発生させてラップが無くなるように部材を移動する。

このような部材移動を全部材に対して行いラップ量と以降に説明する部材温度の減少が認められなくなるまで繰り返し行う。

このため、図３にフローを示すように、まず、ラップの認識を行う(ステップ３−１参照)。

このラップの認識では、例えば図５に示すように、部材間の構成辺同士の交点と頂点が他方の部材に含まれる内部点であるかを判定する(ステップ３−２参照)。

なお、内部点には、他方の部材に含まれる点のほか、鋼鈑からのはみ出す部材形状構成点も含まれる。

これらの交点、内部点を結ぶことによってラップ領域の形状が得られる。同様にして、鋼板からはみ出した領域についてもラップ領域と認識する(ステップ３−３参照)。

これら部材同士の重なりによるラップ領域と鋼鈑からはみ出したラップ領域が凹状の形状であれば、これを凸多角形に置き換えたラップ領域をラップ形状として再定義する(ステップ３−４参照)。

これにより、図５に示すように、部材Ａと部材Ｂの一部が重なり合う場合には、ラップ領域が６角形ａ１ｃ２ｂ１ｂ２ｂ３ｃ１となるが、自動ネスティングには、ラップ形状として凸５角形のａ１ｃ２ｂ１ｂ３ｃ１を再定義して用いる。

次に、ラップ形状の重心位置に適当な反発力を発生させて部材を移動する(ステップ３−５参照)。
このため、まず、ラップ領域の重心位置（反発力の発生点）を求める(ステップ３−６参照)。

次に、反発力の発生方向を以下にように定義する(ステップ３−７参照)。
他方の部材に含まれるラップ形状の構成辺をベクトルとして加算して反時計回りに９０度回転させた方向とする。

例えば、図５に示す場合では、部材Ａに働く反発力の方向はベクトルc1→a1と、ベクトル a1→c2を加算したベクトルｃ2→ｃ1を９０度回転させた方向とし、部材Bには、その反対方向に反発力が働くとする。

ラップ形状と反発力ベクトルとの交点間距離をラップ長さとして定義し、このラップ長さを反発力の大きさとする(ステップ３−８参照)。

したがって、図５に示す場合には、白抜き矢印の長さが反発力の大きさを示すことになる。

このように反発力の方向と大きさを求めた後、次のようにして反発力による部材の移動を行う。

まず、反発力により部材の重心位置周りに発生する加速度成分を計算する。
部材Ａに発生する重心位置回りの加速度（Ax,Ay,ω”）は、部材Ａの重量をＭ、慣性モーメントをＣとして、式（１）の運動方程式を解くことで求められる。

つまり、部材Ａに発生する重心位置回りの加速度（Ax,Ay,ω”）は、次式(2)となる。

ここで、
Fx、Fyはラップに反発させる反発力のＸ方向およびＹ方向のベクトル成分であり、MxyはFx,Fyによる部材の重心位置回りのモーメントであり、次式(3)で表すことができる。

ここで、
rx,ry…部材Ａの重心位置からラップ重心位置へのベクトル成分。

また、ここでは、部材間の質量差を考慮しないため（部材の大小に関わらずラップ重心位置での移動量を同じと考えて）式（１）で求まる加速度をラップ重心位置での加速度による仮想の移動量Ｒで割り、部材Ａに対する単位加速度成分（Aex,Aey,ωe”）を求める。

この部材Ａに対する単位加速度成分（Aex,Aey,ωe”）は、次式(4)のように求めることができる。

ここで、
R=Ax+Ay+r×ω”
ｒ …部材の重心位置からラップの重心位置の間の距離
同様にして、部材Ｂに対しても単位加速度成分を求めることができる。

なお、この自動ネスティング方法では、部材間に反発力を発生させて移動する場合に、部材に発生させる反発力が打ち消し合う場合が生じることがあり、このような場合を考慮して、後述するように、部材Ａ,Bの部材温度をパラメータとする反発係数を用いるようにしており、ここでは、それぞれの部材の運動を反発係数を用いて以下のように定義する。
部材の単位移動量＝ラップ長さ×反発係数×単位加速度
このような部材の単位移動量を求めて、ラップ部分がなくなるように部材を移動し、自動ネスティングを行う(ステップ２−３参照)。

そして、ラップ部分がなくなれば、その投入部材の配置が終了し、次の優先度の部材の投入が行われる(ステップ２−４参照)。

部材運動シミュレーションの過程では、１つの部材に複数の反発力が発生し打ち消し合う方向にも反発力が発生する。このような場合には、移動量が小さくなってラップ部分を解消できない。

例えば、図６に示すように、３つの部材が重なり合って配置された状態では、真中の部材は両側の部材から反発力を受けるためほとんど移動しない。

すなわち、このような条件では、後述する(７)式中の移動方向の符号が異なる状態の部材移動は部材運動ミュレーションの効率を大きく低下させる。

そこで、打ち消し合う方向に発生する反発力を部材に蓄えられる内部エネルギーと捉え、部材温度パラメータとして定義する。
この部材温度は部材間の反発係数として部材の移動量に反映する。

ここで、移動後の部材温度t_i+1は、次式(５)で表すことができる。

ここで、
t_i+1：移動後の部材温度
α ：部材温度減衰係数（0.8）
t_i ：移動前の部材温度
d_c ：打ち消しあう移動量
後述の条件式(７)の(d_max > 0 ＆d_min ＜0 )で発生して各成分（dx,dy,ｄω）ごとに
d_c ＝ MIN(abs(d_min),abs(d_max))
ただし、回転成分については、ｄωをｒ×ω（ｒ：部材慣動半径）とする。

このような部材温度パラメータを導入することにより、図６に示すように、次の部材移動では真中の部材温度を上昇させて、相対的に部材温度が低い両側の部材の移動量を大きくし、ラップ量を大幅に減少することができることになる。

このような部材Ａ，Ｂの部材温度をパラメータとする反発係数は、次式(６)に示すように定義される。

ここで
ｋ_０ …部材温度によらない反発係数
ta、tb …部材Ａ、Ｂの部材温度
これまでの説明では、１つのラップによる反発力に対する部材移動について説明したが、１つの部材に複数の反発力が働く場合の部材移動については、それぞれの反発力による移動を並進、回転移動成分ごとに分けて考え、各成分ごとの最大値、最小値を得て下記の条件式(７)により移動量を決定する。

d ：成分の移動量
d_max：成分の最大移動量
d_min：成分の最小移動漁

このような部材間に反発力を発生されたり、部材温度に基づく反発係数を用いて繰り返し自動ネスティングを行い、ラップ部分をなくすようにする(ステップ２−４参照)。

このような繰り返し行う自動ネスティングによってもラップが解消しない場合には、別な部材を投入し、空地を探して部材を投入することから自動ネスティングを繰り返す。

このような繰り返しによるラップ解消は、条件を変えて、例えば６０回程度繰り返されるが、ラップ量が減少しなくなれば終了する。

そして、ラップが解消しない場合には、図２に示すように、部材配置探索が行われる(ステップ２−５参照)。

この部材配置探索は、上述の投入部材配置(ステップ２−２〜２−４参照)でネスティングできなかった場合に行われ、投入部材配置で最もラップ量が少なかった状態に戻してから既にネスティング済みの部材配置を変更して自動ネスティングを試みる。

この部材配置探索では、次ぎのような順序で行われる。
１）部材温度が最大の部材を探す。
２）この部材温度が最大のものを別の場所に移動、もしくは他部材との交換を行う。
３）部材運動シミュレーションによる自動ネスティングを行い、ラップをなくすようにする(ステップ２−６参照)。
４）ラップが解消しない場合には、自動ネスティングを数回（６０回程度）上記１）から繰り返す(ステップ２−７参照)。
５）までの繰り返しでラップが解消しない場合には、これまで試した部材配置のなかで最もラップ量が少なかった状態に戻し、この状態を初期状態として数回（１０回程度）上記１）から繰り返す。
このとき、ラップ量に応じて配置状態の乱雑さをコントロールするために全部材の反発係数を増減させる。

６）この自動ネスティングによってもラップが解消しない場合には、“はみ出し部材”（ネスティングできなかった部材）として別の鋼板へのネスティングが試みられる(ステップ２−９参照)。
こうして、図２に示すように、部材配置探索(ステップ２−５参照)、反発力による部材運動シミュレーション(ステップ２−６参照)を行い、ラップ判定(ステップ２−７参照)により、ラップがなくなると投入部材配置が終了(ステップ２−８参照)し、ラップが解消しない場合には、はみだし部材とされる(ステップ２−９参照)。

このような自動ネスティングを行い、図１に示すように、対象部材がなくなるまで繰り返され(ステップ１−７参照)、さらに鋼鈑である素材がなくなるまで繰り返されて(ステップ１−８参照)終了する(ステップ１−９参照)。

次に、この発明の自動ネスティング方法を適用して船舶のブロックの部材の自動ネスティングを行う場合について説明する。
この自動ネスティングを行うシステムの一例は、図７に示すように、部材デーである部品表データおよび一品データ１１と素材データである鋼材データ１２を読み取り、自動ネスティングデータ作成システム１３で自動ネスティングに用いるデータとしてブロック、中組優先ファイル、素材リストファイル、部材リストファイル１４を作成する。

なお、このデータ作成の際には、指定した部材を特定の鋼鈑に強制的に割り当てる指名手配などを必要に応じて行なうことができるようにしてある。

この後、自動ネスティングシステム１５により、作成したデータに基づき、すでに説明したように、自動ネスティングが行われ、その結果としてネスティングリストおよびはみ出し部材リスト１６が作成される。

こうして自動ネスティングが行われた後、対話型ネスティングシステム１７に必要に応じてデータを変換して送り、手動でネスティングの修正を行ったり、切断指令を付加することが行われ、ＮＣ切断データ１８が作成される。

このような自動ネスティングシステムで、船舶のブロックの部材を制約条件を付加して自動ネスティングした結果の一例を図８に示す。この例では、図中の細長い部材ＦＢは、鋼鈑の長手方向に強制的に配置するようにしたもので、ＮＣ切断時に、定盤から落下するのを防止するための制約を付加したものであり、この自動ネスティングシステムでは、部材の運動方向を制限するなどで部材の配置のされ方に条件を付加することができ、このような制約を簡単に付加することができる。

以下に、この発明の自動ネスティング方法の実施例について説明するが、この発明は、この実施例に限定するものでない。
この実施例は、7500TEU積み大型コンテナ船の機関室ブロックである4D32ブロックに対して自動ネスティング方法を実施した例であり、対象部材は、内構材に限定して行い、鋼鈑による素材枚数は図９−１〜図９−２０に示す20枚である。
なお、この実施例では、3Ｍ以上の部材については、特定の素材に指名手配した。

このような自動ネスティングによる４Ｄ３２の２０枚全ての結果を図９−１〜図９−２０に示すとともに、表１に、板厚の小さい素材順に自動ネスティングを行った場合と比較のため手作業によるネスティングの歩留り結果を示す。
なお、図１０は、手作業でネスティングを行った結果の一例である。

表１から分かるように、自動ネスティングの結果は、手作業によるネスティング結果と同等の歩留りとなっていることが確認された。

なお、この実施例の自動ネスティングの結果では、１部材がはみ出し部材となり、手作業のネスティングでは、１１部材がはみ出し部材となったことから、２０枚の素材によるブロック全体では、自動ネスティングの結果の方が歩留り率が高いことになる。

各鋼鈑について自動ネスティング結果を見ると、図９−１では、矩形の部材が規則正しくネスティングされている。

図９−２では、指名手配した３部材Ａ、Ｂ、Ｃが、素材幅ぎりぎりにネスティングされており、指名手配した部材がはみ出しなくネスティングされたことが確認できる。
なお、他の素材についても、今回、指名手配した部材がはみ出しなくネスティングされたことが確認された。

図９−５に示す素材板では、手ネスティングに比べて歩留りが悪くなっているが、この自動ネスティングでは、優先度として素材の板厚が小さい板から引当てるようにしており、自動ネスティングの性能が良いため、手作業では、図９−５の素材板に引き当てた板厚11mmの部材が、図９−２〜図９−４の板で自動ネスティングが完了しており、この素材板に残された部材数が少なくなったためである。

図９−６〜図９−８では、12.0mmの部材が多く用意されているので、歩留り率が再び上がり、手によるネスティング結果よりも良い傾向となっている。

図９−９のアーチ型のD部材では、一般的に開口部にブリッジを設けるが、この実施例では、事前の一品処理でブリッジ処理をしていなので、開口部にも部材がネスティングされている。

図９−１０では、指名手配部材を含めて、大きい部材と小さい部材がランダムにネスティングされ、手作業によるネスティング結果よりも歩留り率が高い。

図９−１２〜図９−１６では、板厚が14mmの板の場合であり、再び最初の方で隙間無くランダムにネスティングされたことから、図９−１５および図９−１６では、引当てる部材が少なくなり、歩留り率が悪い傾向になっている。

図９−１９および図９−２０では、発注できる最低の板サイズが、幅方向で1000mm、長さ方向で3000mmであるのに対して、引当てるべき部材数が少ないことから歩留り率が悪くなっており、図９−１９の場合には、自動ネスティングと手作業によるネスティングで、同じ部材が引当てられ、歩留り率は同じになっている。

図９−２０では、左側に部材がネスティングされていることで、右側に素材が余っているが、これはスクラップになるものでなく、今後、保管材として有効利用すれば良いものである。

図１０は、手作業によるネスティング結果を示すものである。
これを自動ネスティング結果と比較すると、自動ネスティングでは、余す所無くネスティングされるのに対し、手作業の場合には、規則正しくネスティングすることに重点が置かれる傾向にあることが分かる。

また、これらの結果から、この発明の自動ネスティング方法のように、ランダムに隙間無く配置する方が歩留りが高い傾向にあることも分かる。

以上のように、この自動ネスティング方法によれば、実用化に十分耐え得る自動ネスティングを行うことができることが確認できた。

なお、上記実施の形態では、船舶のブロックの部材を自動ネスティングする場合を例に説明したが、これに限らず、金属板から機械部品をネスティングして切り出す場合や布地から衣服のパーツをネスティングして切り出す場合などに広く適用できるものである。

この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる全体のフロー図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる部材運動による自動ネスティング処理部分のフロー図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかるラップの認識および反発力の設定のフロー図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる部材形状の特定の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかるラップの認識および反発力の設定の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる打ち消し合う反発力と部材温度による反発係数の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる自動ネスティングシステムの概略構成図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる制約条件を加えた自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる２枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる３枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる４枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる５枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる６枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる７枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる８枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる９枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１０枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１１枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１２枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１３枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１４枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１５枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１６枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１７枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１８枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる１９枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 この発明の自動ネスティング方法の一実施の形態にかかる２０枚目の自動ネスティング結果の説明図である。 手作業によるネスティング結果の説明図である。

符号の説明

１０ 自動ネスティングシステム
１１ 部品表データおよび一品データ
１２ 鋼材データ
１３ 自動ネスティングデータ作成システム
１４ ブロック、中組優先ファイル、素材リストファイル、部材リストファイル
１５ 自動ネスティングシステム
１６ ネスティングリストおよびはみ出し部材リスト
１７ 対話型ネスティングシステム
１８ ＮＣ切断データ

Claims (8)

1. 素材データと、ネスティング対象の部材データを読み込み、自動ネスティングするに際し、
   素材上にランダムに部材を配置し、部材間の重なった部分および／または素材からはみ出した部分をラップと認識し、このラップ部分に仮想的な反発力を発生させてラップがなくなるように前記部材を移動するようにしたことを特徴とする自動ネスティング方法。
2. 前記ラップ部分がなくならない場合には、前記ラップが最も少ない状態に戻した後、別な部材を投入して繰り返し、前記反発力を発生させて部材を移動するようにしたことを特徴とする請求項１記載の自動ネスティング方法。
3. 前記ラップ部分を、部材間の構成辺同士の交点と頂点が他の部材に含まれる内部点かどうかで判定するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の自動ネスティング方法。
4. 前記ラップ部分の交点と内部点を結ぶ領域またはこの領域を凸多角形に置き換えた領域をラップ形状とし、このラップ形状の重心に前記反発力を作用させるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動ネスティング方法。
5. 前記反発力を、前記ラップ形状を構成する部材間の他方の部材に含まれるラップ構成辺をベクトルとして加算し、加算方向から９０度回転させた方向に作用させるとともに、この方向で前記重心から当該ラップ形状との交点までの距離に応じた大きさとし、これら方向と大きさが定められた反発力に対するラップ形状の部材のＸ，Ｙ方向および回転方向の単位移動量を運動方程式から求めてラップ部分がなくなるように移動することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動ネスティング方法。
6. 前記部材の１つに打ち消し合う方向に反発力が発生する場合には、当該部材の温度を想定した温度パラメータとしての反発係数を用いて移動量を変えて移動することを繰り返すようにしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自動ネスティング方法。
7. 前記ラップ部分が複数生じた場合には、それぞれの反発力による移動をＸ，Ｙ方向、回転方向の成分に分けて移動するようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自動ネスティング方法。
8. 前記部材温度に基づく反発係数を変えることを繰り返してもラップ部分が解消しない場合には、前記部材の温度が最大の部材を探し、これを別の場所に移動もしくは他の部材と交換して部材を移動することを繰り返すようにし、さらに解消しない場合には最もラップが少なかった状態に戻し、すべての部材の反発係数を増減して部材を移動するようにしたことを特徴とする請求項６または７記載の自動ネスティング方法。
   
   

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