TWI731265B

TWI731265B - 裁切計算裝置與方法

Info

Publication number: TWI731265B
Application number: TW107132642A
Authority: TW
Inventors: 譚志銘; 吳建漳
Original assignee: 上上智網系統有限公司
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2018-09-17
Publication date: 2021-06-21
Also published as: TW202013212A

Abstract

一種裁切計算裝置與方法被揭露。該裁切計算裝置儲存裁切輸入資料，且該裁切輸入資料包含複數個裁切寬度。該裁切計算裝置還根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行排列組合，以決定一裁切機器的一裁切模式：使符合該裁切機器的一滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化；以及使該裁切機器的改刀次數最小化。

Description

裁切計算裝置與方法

本揭露關於一種計算裝置與計算方法。更具體而言，本揭露關於一種用以決定一裁切機器之一裁切模式的裁切計算裝置與方法。

裁切在許多製造業中都是相當重要的一道程序。一般而言，每一台裁切機器會對應到一個滿幅值，用以限制其裁切對象的最大寬度。某些裁切機器被設計為無法調整其裁刀位置，故只能以固定的裁切寬度來進行裁切。在此情況下，因裁切機器無法有效地裁切裁切對象，使得裁切對象的利用率普遍過低(即，經裁切後餘下的物料過多)。

為了增加裁切對象的利用率，某些裁切機器被設計為可以調整其裁刀位置。這樣的裁切機器能夠因應於不同的裁切需求，以不同的裁切寬度來進行裁切，但其也衍生出其他問題。例如，由於在調整裁刀位置時，裁切機器必須停止切割，故隨著調整裁刀位置的次數增加，裁切機器的裁切效率將會降低。因此，這樣的裁切機器只是單純地藉由降低裁切機器的裁切效率來提升裁切對象的利用率。

有鑑於此，要如何在同時考量裁切對象的利用率以及裁切機器的裁切效率的情況下，決定出裁切機器的最佳裁切模式，將是相關技術領域中尚未受到關注但卻又相當重要的一個問題。

為了解決至少上述的問題，本揭露提供了一種用以決定一裁切機器的一裁切模式的裁切計算裝置。該裁切計算裝置可包含一儲存器以及一與該儲存器電性連接的處理器。該儲存器可用以儲存包含複數個裁切寬度的裁切輸入資料。該處理器可用以根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行各種排列組合(permutations)，以決定該裁切機器的該裁切模式：使符合該裁切機器的一滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化；以及使該裁切機器的改刀次數最小化。每一個排列組合可包含複數個裁切寬度組合，且每一個裁切寬度組合可對應至一裁切對象。

為了解決至少上述的問題，本揭露還提供了一種用以決定一裁切機器的一裁切模式的裁切計算方法。該裁切計算方法可包含以下步驟：一裁切計算裝置儲存包含複數個裁切寬度的裁切輸入資料；以及該裁切計算裝置根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行排列組合，以決定該裁切機器的該裁切模式：使符合該裁切機器的一滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化；以及使該裁切機器的改刀次數最小化；其中，每一個排列組合包含複數個裁切寬度組合，且每一個裁切寬度組合對應至一裁切對象。

如上所述，該裁切計算裝置是在同時考量裁切對象的利用率(即，使符合該裁切機器的該滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化)以及裁切機器的裁切效率(即，該裁切機器的改刀次數最小化)的情況下，決定出該裁切機器的該裁切模式，且這樣的裁切模式可以同時使得裁切對象的利用率以及該裁切機器的裁切效率二者最佳化。

以上內容並非為了限制本發明，而只是概括地敘述了本發明可解決的技術問題、可採用的技術手段以及可達到的技術功效，以讓本發明所屬技術領域中具有通常知識者初步地瞭解本發明。根據檢附的圖式及以下的實施方式所記載的內容，本發明所屬技術領域中具有通常知識者便可進一步瞭解本發明的各種實施例。

如下所示：

1‧‧‧裁切計算裝置

10‧‧‧裁切輸入資料

11‧‧‧處理器

12‧‧‧裁切控制訊號

13‧‧‧儲存器

15‧‧‧輸入裝置

17‧‧‧輸出裝置

2‧‧‧裁切機器

P‧‧‧裁切對象

P1~Pm+1‧‧‧經裁切的材料

Wf‧‧‧裁切對象的寬度

W1~Wm+1‧‧‧經裁切的材料的寬度

K1~Km‧‧‧裁刀

3‧‧‧運作流程

301~309‧‧‧動作

4‧‧‧裁切計算方法

401、403‧‧‧步驟

第1圖例示了在本發明某些實施例中一裁切計算裝置的一示意圖。

第2圖例示了在本發明某些實施例中一裁切機器的一示意圖。

第3圖例示了在本發明某些實施例中第1圖所示的裁切計算裝置如何決定第2圖所示的裁切機器的一裁切模式的一示意圖。

第4圖例示了在本發明某些實施例中一裁切計算方法的一示意圖。

以下將透過多個實施例來說明本發明，惟這些實施例並非用以限制本發明只能根據所述操作、環境、應用、結構、流程或步驟來實施。於圖式中，與本發明非直接相關的元件皆已省略。於圖式中，各元件(element)的尺寸以及各元件之間的比例僅是範例，而非用以限制本發明。除了特別說明之外，在以下內容中，相同(或相近)的元件符號可對應至相同(或相近)的元件。在可被實現的情況下，如未特別說明，以下所述的每一個元件的數量是指一個或多個。

第1圖例示了在本發明某些實施例中一裁切計算裝置的一示意圖。第1圖所示內容僅是為了舉例說明本發明的實施例，而非為了限制本發明。

參照第1圖，裁切計算裝置1可包含處理器11、儲存器13、輸入裝置15與輸出裝置17。處理器11、儲存器13、輸入裝置15與輸出裝置17中的每一個可以直接地電性連接(即，沒有經由其他元件而連接)或者是間接地電性連接(即，經由其他元件而連接)至其他任一者。舉例而言，如第1圖所示，處理器11可分別直接地電性連接至儲存器13、輸入裝置15與輸出裝置17，而儲存器13可經由處理器11而間接地電性連接至輸入裝置15與輸出裝置17。

處理器11可以包含微處理器(microprocessor)或微控制器(microcontroller)，用以執行裁切計算裝置1所需的各種運算。微處理器或微控制器是一種可程式化的特殊積體電路，其具有運算、儲存、輸出/輸入等能力，且可接受並處理各種編碼指令，藉以進行各種邏輯運算與算術運算，並輸出相應的運算結果。

儲存器13可包含一般計算機裝置/電腦內所具備的各種儲存裝置，用以儲存裁切計算裝置1所需的各種資料。儲存器13可包含第一級儲存裝置(又稱主記憶體或內部記憶體)，且第一級記憶體與處理器11直接連通。處理器11可直接讀取儲存在第一級記憶體的指令集，並在需要時執行這些指令集。儲存器13還可包含第二級儲存裝置(又稱外部記憶體或輔助記憶體)，且第二級記憶體透過記憶體的I/O通道來和處理器11連通，並使用資料緩衝器來將資料傳送至第一級記憶體。在不供應電源的情況下，第二級記憶體的資料仍然不會消失(即非揮發性)。第二級記憶體可例如是各種類型的硬碟、光碟等。可選擇地，儲存器13亦可包含第三級儲存裝置，例如可隨插隨拔的隨身碟。

輸入裝置15可以是一般計算機裝置/電腦內所具備的各種輸入裝置/介面，用以將外部資料、訊號、訊息輸入至裁切計算裝置1。舉例而言，輸入裝置15可以包含但不限於：滑鼠、軌跡球、觸控板、鍵盤、掃描器、麥克風、使用者介面、與網路介面其中之一或多個等等。輸出裝置17可以是一般計算機裝置/電腦內所具備的各種輸出裝置/介面，用以將裁切計算裝置1中的資料、訊號、訊息輸出至外部裁切裝置。舉例而言，輸出裝置17可以包含但不限於：電性連接介面、無線通訊界面、與網際網路介面其中之一或多個。於某些實施例中，輸入裝置15與輸出裝置17可以被整合在一起。

裁切輸入資料10可以包含複數客戶需要的訂單中需要的複數個裁切寬度以及每個裁切寬度所需要的裁切數量，裁切輸入資料10也可以包含其他資訊例如裁料的種類等。輸出裝置17可用以輸出裁切控制訊號12至裁切計算裝置1外的裁切機器，裁切控制訊號12可以包含裁切計算裝置1計算出的裁切模式，使得裁切機器執行該裁切模式。

第2圖例示了在本發明某些實施例中裁切機器2的一示意圖。第2圖所示內容僅是為了舉例說明本發明的實施例，而非為了限制本發明。

參照第2圖，裁切機器2可包含複數個可調整的裁刀K1~ Km，其中m為大於1的整數。數量為m的裁刀可以將裁切對象P裁切成m+1段，也就是經裁切的材料P1~Pm+1。裁切對象P的寬度Wf即裁切機器2的一滿幅值。換言之，裁切寬度Wf等於裁切寬度W1~Wm+1的加總。於某些實施例中，裁切機器2的裁刀K1~Km可以直接裁切呈現卷狀的裁切對象P。於某些實施例中，裁切機器2可以先將呈現卷狀的裁切對象P攤開，然後裁刀K1~Km會裁切攤開後呈現平面的裁切對象P，最後裁切機器2將裁切後的裁切對象P捲為經裁切的材料P1~Pm+1。第2圖所示裁切機器2以及裁切對象P的構造、型態只是範例而非限制。

同時參照第1圖與第2圖，裁切計算裝置1的儲存器13可用以儲存裁切輸入資料10。裁切輸入資料10與複數個裁切寬度有關。舉例而言，根據客戶的訂單，裁切輸入資料10可以包含複數個裁切寬度以及每一個裁切寬度的需求數量。根據不同的需求，於其他實施例中，裁切輸入資料10還可以包含其他資料，例如但不限於裁切對象的材質、供貨期限等等。裁切計算裝置1之處理器11可用以根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行各種排列組合，以決定出裁切機器2的一裁切模式：：使符合裁切機器2的滿幅值(即寬度Wf)的裁切寬度組合的數量最大化；以及使裁切機器2的改刀次數最小化。每一個排列組合可包含複數個裁切寬度組合，且每一個裁切寬度組合對應至一裁切對象P。裁切計算裝置1之處理器11還可產生用以指示裁切機器2執行該裁切模式的一裁切控制訊號12。另外，裁切計算裝置1的輸出裝置17可以耦接到裁切機器2，並將裁切控制訊號12輸出至裁切機器2。在接收到裁切控制訊號12之後，裁切機器2便可根據該裁切模式來裁切裁切對象P。

第3圖例示了在本發明某些實施例中第1圖所示的裁切計算裝置如何1決定第2圖所示的裁切機器2的一裁切模式的一示意圖。第3圖所示內容僅是為了舉例說明本發明的實施例，而非為了限制本發明。

參照第3圖，裁切計算裝置1之運作流程3可以概括地包含以下動作：產生並儲存初始排列組合(標示為動作301)；產生當前排列組合(標示為動作303)；判斷當前排列組合是否優於儲存的排列組合，(標示為動作305)，其中若當前排列組合優於儲存的排列組合，就儲存當前排列組合(標示為動作307)，而若當前排列組合沒有優於儲存的排列組合，就不進行動作307而跳到動作309；以及判斷是否滿足結束條件(標示為動作309)，其中若未滿足結束條件，則回到動作303，而若滿足結束條件，則將目前所儲存的排列組合選作為裁切機器2的最佳裁切模式。

可以根據各種最佳化演算法來進行第3圖所示的運作流程3。舉例而言，在某些實施例中，裁切計算裝置1的處理器11可以利用一粒子群最佳化(Particle Swarm Optimization，PSO)演算法來對複數個裁切寬度進行排列組合以決定裁切機器2的一裁切模式。於其他實施例中，裁切計算裝置1的處理器11也可以利用其他最佳化演算法，例如基因演算法(Genetic Algorithm)，來對複數個裁切寬度進行排列組合以決定裁切機器2的一裁切模式。在下文中，將以PSO演算法為例來作說明，惟此例並非限制。

首先，裁切計算裝置1的處理器11可將接收到的裁切輸入資料10以表(一)的形式儲存至儲存器13。

如表(一)所示，裁切輸入資料10可以用位置、裁切寬度、裁切數量這三個欄位來表示，其中位置欄位作為索引使用，且裁切寬度、裁切數量這兩個欄位分別用來儲存裁切寬度的數值以及數量。。舉例而言，位置「1」的裁切寬度是「1」，且裁切數量是「3」，而位置「2」的裁切寬度是「1.1」，且裁切數量是「6」。裁切寬度的單位可以根據不同的需求而設，例如但不限於公尺、公分、英尺、英吋等等。另外，位置「0」的裁切寬度預設是「0」，且裁切數量可根據需求而設定，例如「10」、「50」、「100」等等。

在建立表(一)之後，裁切計算裝置1的處理器11可根據表(一)中的裁切寬度(數值)與裁切數量(數量)隨機產生一初始排列組合，並以表(二)的形式，將該初始排列組合儲存至儲存器13(即，動作301)。

該初始排列組合可以包含複數個裁切寬度組合，且每一個裁切寬度組合中的裁切寬度的最大數量取決於裁切機器2的裁刀的最大數量。舉例而言，在表(二)中，該初始排列組合包含了六個裁切寬度組合，且每一個裁切寬度組合由總共六個欄位的裁切空間來表示。該六個欄位表示每一個裁切寬度組合中的裁切寬度的最大數量是六個，且裁切機台2共具有五個裁刀。

在處理器11產生該初始排列組合的過程中，可依照一預定順序，產生該複數個裁切寬度組合，例如，依序產生第一個裁切寬度組合至第六個裁切寬度組合。另外，在產生每一個裁切寬度組合時，處理器11會從表(一)中選擇複數個的裁切寬度來進行組合，且每當選擇的複數個裁切寬度的總和達到裁切機器2的一滿幅值或介於一預設的滿幅值區間(即，該滿幅值以及小於該滿幅值的一預設值之間的區間)，才會再次從表(一)中選擇複數個的裁切寬度來產生下一個裁切寬度組合。每當處理器11從表(一)中選擇一個裁切寬度後，相對應的裁切數量就會減一。該滿幅值與該預設的滿幅值區間可包含一個可容忍的偏差值。

舉例而言，假設裁切機器2的滿幅值是「6.6」，則處理器11會在其所選擇的複數個裁切寬度達到「6.6」或者是介於「6.5~6.6」時，將所選擇的裁切寬度組合為一個裁切寬度組合。如表(二)所示，處理器11所產生的第一個裁切寬度組合是六個數值為「1.1」的裁切寬度，而所產生的第二個裁切寬度組合是二個數值分別是「3」和「3.6」的裁切寬度。

若任一個裁切寬度組合已經達到裁切機器2的一滿幅值或介於一預設的滿幅值區間，但仍有多餘的裁切空間，則處理器11會從表(一)中選擇數值為「0」的裁切寬度，並將數值為「0」的裁切寬度補到其餘的裁切空間上。舉例而言，在表(二)中的第二個裁切寬度組合中，處理器11在第一、第二、第四與第六個裁切空間上填入數值為「0」的裁切寬度。

在儲存該初始排列組合之後，處理器11可根據PSO演算法重複地產生當前排列組合(即，動作303)。PSO演算法可表示如下：

其中，

表示在第n次排列組合中第i個裁切寬度組合的第d個裁切空間的裁切寬度在表(一)中的位置、

表示第n+1次排列組合中第i個裁切寬度組合的第d個裁切空間的裁切寬度在表(一)中的位置、

表示第n次排列組合中第i個裁切寬度組合的第d個裁切空間的裁切寬度在表(一)中的位置的變化幅度、

表示第n+1次排列組合中第i個裁切寬度組合的第d個裁切空間的裁切寬度在表(一)中的位置的變化幅度、w是

的可調整權重、c ₁與c ₂為可調整的常數、rand()表示一亂數值(例如介於零和一之間的亂數)、p _id表示在已產生的所有當前排列組合的所有第i個裁切寬度組合中第d個裁切空間的最佳裁切寬度在表(一)中的位置、p _gd表示在已產生的所有當前排列組合的所有裁切寬度組合中第d個裁切空間的最佳裁切寬度在表(一)中的位置。最佳裁切寬度是指在滿足一裁切寬度組合指標時的可以由使用者自行定義

每次計算出一當前排列組合後，處理器11便會判斷該當前排列組合是否優於儲存器13所儲存的排列組合(即，動作305)。若是，則處理器11將該當前排列組合儲存至儲存器13，以取代原本所儲存的排列組合(即，動作307)。若否，則處理器11繼續根據PSO演算法計算下一個當前排列組合。處理器11可以根據以下二者來判斷當前排列組合是否優於儲存器13所儲存的排列組合：符合裁切機器2的一滿幅值的裁切寬度組合的數量在當前的排列組合中多於儲存器13所儲存的排列組合中；以及裁切機器2的改刀次數在當前的排列組合中少於在儲存器13所儲存的排列組合中。

在產生每一個當前排列組合時，處理器11可將相同的或近似的裁切寬度組合聚集在一起，以減少調整裁切機器2的裁刀K1~Km的次數。舉例而言，假設處理器11根據PSO演算法產生了如表(三)所示的當前排列組合。在表(三)中，第一個裁切寬度組合、第二個裁切寬度組合與第三個裁切寬度組合完全相同，故裁切機器2在根據這三個裁切寬度組合裁切裁切對象P時，並不需要調整裁刀的位置。另外，第四個裁切寬度組合與第五個裁切寬度組合完全相同，故裁切機器2在根據這二個裁切寬度組合裁切裁切對象P時，也不需要調整裁刀的位置。據此，在表(三)中，裁切機器2的裁刀的調整次數是二次(不包含初始的裁刀設置)。

處理器11可以預先設定結束條件。若結束條件被滿足，則將儲存器13所儲存的排列組合指定為裁切機器2的裁切模式；反之，則繼續根據PSO演算法計算下一個當前排列組合(即，動作309)。舉例而言，該結束條件可以是但不限於：疊代次數達到一預設總數；或儲存器13所儲存的排列組合已達到一預設指標。該預設指標可包含：在儲存器13所儲存的排列組合中符合裁切機器2的一滿幅值的裁切寬度組合的數量達到一預設門檻、及/或調整裁切機器2的裁刀的次數或其變化量少於一預設門檻。

第4圖例示了在本發明某些實施例中一裁切計算方法的一示意圖。第4圖所示內容僅是為了舉例說明本發明的實施例，而非為了限制本發明。

參照第4圖，用以決定一裁切機器的一裁切模式的裁切計算方法4基本上可包含以下步驟：一裁切計算裝置儲存裁切輸入資料，其中該裁切輸入資料包含複數個裁切寬度(標示為步驟401)；以及該裁切計算裝置根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行各種排列組合，以決定該裁切機器的該裁切模式：使符合該裁切機器的一滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化；以及使該裁切機器的改刀次數最小化(標示為步驟403)。在裁切計算方法4之中，每一個排列組合可包含複數個裁切寬度組合，且每一個裁切寬度組合可對應至一裁切對象。

在某些實施例中，在每一個排列組合中，該裁切計算裝置可將相同的或近似的裁切寬度組合聚集在一起，藉此使該裁切機器的改刀次數最小化。

在某些實施例中，每一個裁切寬度組合中的裁切寬度的最大數量取決於該裁切機器的裁刀的最大數量。

在某些實施例中，除了步驟401、403之外，裁切計算方法4還可包含以下步驟：輸入該裁切輸入資料至該裁切計算裝置。

在某些實施例中，除了步驟401、403之外，裁切計算方法4還可包含以下步驟：該裁切計算裝置輸出一裁切控制訊號至該裁切機器，使得該裁切機器執行該裁切模式。

在某些實施例中，該裁切計算裝置可利用一粒子群最佳化來決定該裁切機器的該裁切模式。

在某些實施例中，裁切計算方法4的上述全部步驟可以由裁切計算裝置1來執行。在某些實施例中，除了上述步驟之外，裁切計算方法4還可以包含與裁切計算裝置1的上述所有實施例相對應的其他步驟。因本發明所屬技術領域中具有通常知識者可根據上文針對裁切計算裝置1的說明而瞭解這些其他步驟，於此不再贅述。

上述實施例只是舉例來說明本發明，而非為了限制本發明。任何針對上述實施例進行修飾、改變、調整、整合而產生的其他實施例，只要是本發明所屬技術領域中具有通常知識者不難思及的，都已涵蓋在本發明的保護範圍內。本發明的保護範圍以申請專利範圍為準。

4‧‧‧裁切計算方法

401、403‧‧‧步驟

Claims

一種裁切計算裝置，用以決定一裁切機器的一裁切模式，該裁切計算裝置包含：一儲存器，用以儲存裁切輸入資料，該裁切輸入資料包含複數個裁切寬度；以及一處理器，與該儲存器電性連接，且用以根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行排列組合，以決定該裁切機器的該裁切模式：使符合該裁切機器的一滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化；以及使該裁切機器的改刀次數最小化；其中，每一個排列組合包含複數個裁切寬度組合，每一個裁切寬度組合對應至一裁切對象，且在每一個排列組合中，該處理器將相同的或近似的裁切寬度組合聚集在一起，藉此使該裁切機器的改刀次數最小化。
如請求項1所述的裁切計算裝置，其中每一個裁切寬度組合中的裁切寬度的最大數量取決於該裁切機器的裁刀的最大數量。
如請求項1所述的裁切計算裝置，更包含一輸入裝置，其中該輸入裝置與該處理器電性連接，且用以輸入該裁切輸入資料。
如請求項1所述的裁切計算裝置，更包含一輸出裝置，其中該輸出裝置與該處理器電性連接，且用以輸出一裁切控制訊號至該裁切機器，使得該裁切機器執行該裁切模式。
如請求項1所述的裁切計算裝置，其中該處理器是利用一粒子群最佳化來決定該裁切機器的該裁切模式。
一種裁切計算方法，用以決定一裁切機器的一裁切模式，該裁切計算方法包含：一裁切計算裝置儲存裁切輸入資料，該裁切輸入資料包含複數個裁切寬度；以及該裁切計算裝置根據以下條件，對該複數個裁切寬度進行排列組合，以決定該裁切機器的該裁切模式：使符合該裁切機器的一滿幅值的裁切寬度組合的數量最大化；以及使該裁切機器的改刀次數最小化；其中，每一個排列組合包含複數個裁切寬度組合，每一個裁切寬度組合對應至一裁切對象，且在每一個排列組合中，該裁切計算裝置將相同的或近似的裁切寬度組合聚集在一起，藉此使該裁切機器的改刀次數最小化。
如請求項6所述的裁切計算方法，其中每一個裁切寬度組合中的裁切寬度的最大數量取決於該裁切機器的裁刀的最大數量。
如請求項6所述的裁切計算方法，更包含：輸入該裁切輸入資料至該裁切計算裝置。
如請求項6所述的裁切計算方法，更包含：該裁切計算裝置輸出一裁切控制訊號至該裁切機器，使得該裁切機器執行該裁切模式。
如請求項6所述的裁切計算方法，其中該裁切計算裝置是利用一粒子群最佳化來決定該裁切機器的該裁切模式。