一種用于圓形件的物理排樣算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鈑金下料排樣領(lǐng)域，具體是針對圓形鈑金件下料問題而設(shè)計的優(yōu)化排 樣算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 降低生產(chǎn)成本是企業(yè)提高產(chǎn)品競爭力和使利益最大化的重要手段之一，如何對鈑 金件進行合理排樣，提高板材的利用率，減少剩余廢料從而降低鈑金件的生產(chǎn)成本是眾多 機械鈑金加工企業(yè)重點關(guān)心的問題。其中，圓形鈑金件是用量非常巨大的鈑金制件之一，廣 泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個行業(yè)，如鍋，盤，碟等五金制品以及電機硅鋼片等等。
[0003] 圓形件排樣分為等圓排樣問題和不等圓排樣問題，不管哪一類排樣，傳統(tǒng)的依靠 工程師在CAD軟件上手工操作排樣的方法不能對板材進行合理規(guī)劃，板材利用率都不高， 而且隨著待排樣圓形件數(shù)量的增加其耗費的時間隨之上升，同時不能及時適應(yīng)產(chǎn)品實時更 新的要求。
[0004] 對于目前的圓形件排樣優(yōu)化算法而言，多通過人為制定不同的啟發(fā)式規(guī)則并結(jié)合 群智能算法，對于一些典型的應(yīng)用案例這些排樣算法都取得了不錯的結(jié)果，但是，人為制定 的規(guī)則始終不可能適應(yīng)千變?nèi)f化的產(chǎn)品組合，常常不能獲得滿意的排樣方案。
[0005] 因此，急需研發(fā)一種更具有普適性的算法來解決上述難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種針對圓 形件優(yōu)化排樣并且更具有普適性的排樣算法。
[0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下：
[0008] -種用于圓形件的物理排樣算法，包括以下具體步驟：
[0009] 1.初始化算法參數(shù)，包括最大迭代次數(shù)I、收斂精度α ;
[0010] 2.讀取待排樣圓形件的半徑大小和相應(yīng)的數(shù)量信息，并對待排樣圓形件逐一進行 編號，讀取板材寬度信息，并設(shè)置板材左下角點為坐標原點，水平方向為X軸，建立笛卡爾 坐標系；
[0011] 3.對已經(jīng)編好號的圓形件用隨機方法打亂次序，并按打亂后的次序利用迂回排布 算法將對應(yīng)編號的圓形件放置在板材內(nèi)；
[0012] 所述迂回排布算法的步驟如下：
[0013] 3. 1.假設(shè)一共有N個圓，從I-N依次給圓編號，然后通過隨機生成的方法獲得N個 大于或等于1且小于或等于N的不重復(fù)的數(shù)組成一個排布序列；
[0014] 3. 2.令行數(shù)C = 1，從由步驟3. 1中隨機生成的序列的第一個數(shù)開始，對應(yīng)的找到 與之相同編號的圓，由板材左下角開始往右并靠邊放置，要求放置的圓不能超出板材范圍， 且同一行每個圓的底部在同一高度水平線上；
[0015] 3.3.當出現(xiàn)圓超出板材右邊界或者左邊界的時候，則換行并調(diào)轉(zhuǎn)方向繼續(xù)放置 圓，總體呈"S"形迂回放置，當前行的圓其底部位于上一行半徑最大的圓的最高點所在的水 平切線上；
[0016] 3. 4.按排布序列對應(yīng)的編號直至把所有圓形件都放置在板材上為止；
[0017] 4.建立橡皮筋包圍所有待排樣圓形件，使圓形件在橡皮筋的收縮作用下向板材底 部聚攏逐漸實現(xiàn)緊湊排樣；
[0018] 所述橡皮筋包圍算法的步驟如下：
[0019] 4. 1.提取圓心點所在位置坐標，對圓心點生成凸包，即簡化后的橡皮筋模型；
[0020] 4. 2.根據(jù)胡克定律戶=G計算橡皮筋上的圓形件所受的橡皮筋力方向和大??；
[0021] 4. 3.以固定時間步長為節(jié)拍，遍歷所有圓形件，進行受力分析，并計算出圓形件在 當前時間步的位移大小，進行運動模擬；
[0022] 4. 4.更新圓形件的位置，并判斷前后兩次橡皮筋長度變化大小的絕對值是否小于 收斂精度α，若不小于α則跳轉(zhuǎn)到4. 1開始下一時間步；
[0023] 5.計算板材利用率，判斷當前排樣結(jié)果是否滿足要求或者迭代次數(shù)是否超過最大 迭代次數(shù)，若都不滿足則令迭代次數(shù)加1，跳轉(zhuǎn)到步驟3繼續(xù)執(zhí)行，反之則終止算法，輸出最 優(yōu)排樣結(jié)果。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是能夠有效解決圓形鈑金件下料排樣問題，平均板材利用率達 到百分之八十以上，同時本發(fā)明提出的橡皮筋包圍算法基于物理學(xué)運動模擬，區(qū)別于其它 人為制定規(guī)則的方法，其編程實現(xiàn)更加容易，對各種工程應(yīng)用實例適應(yīng)性更好。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明所述的用于圓形件的物理排樣算法的流程圖。
[0026] 圖2為本發(fā)明所述的迂回排布算法的示意圖。
[0027] 圖3為本發(fā)明所述的橡皮筋包圍算法的示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0029] 如圖1-圖3所示，一種用于圓形件的物理排樣算法，按照以下步驟進行：
[0030] 1.初始化算法參數(shù)，包括最大迭代次數(shù)I、收斂精度α ;
[0031 ] 2.讀取待排樣圓形件的半徑大小Γι和相應(yīng)的數(shù)量信息ni，并對待排樣圓形件逐一 進行編號，讀取板材寬度信息《，并設(shè)置板材左下角點為坐標原點（〇, 〇)，水平方向為X軸， 建立笛卡爾坐標系；
[0032] 3.對已經(jīng)編好號的圓形件用隨機方法打亂次序，并按打亂后的次序利用迂回排布 算法將對應(yīng)編號的圓形件放置在板材內(nèi)；
[0033] 如圖2所示，所述迂回排布算法的步驟如下：
[0034] 3. 1.假設(shè)一共有N個圓，從I-N依次給圓編號，然后通過隨機生成的方法獲得N個 大于或等于1且小于或等于N的不重復(fù)的數(shù)組成一個排布序列；
[0035] 3. 2.令行數(shù)C = 1，從由步驟3. 1中隨機生成的序列的第一個數(shù)開始，對應(yīng)的找到 與之相同編號的圓，由板材左下角開始往右并靠邊放置，同一行每個圓的底部在同一高度 水平線上，且所有圓心坐標C i= (X ;，y;)，i e 1，2. . . N應(yīng)滿足X A w-r ;且y r i;
[0036] 3. 3.當出現(xiàn)圓超出板材右邊界或者左邊界的時候，則換行并調(diào)轉(zhuǎn)方向繼續(xù)放置 圓，總體呈"S"形迂回放置，當前行的圓其底部位于上一行半徑最大的圓的最高點所在的水 平切線上；
[0037] 3. 4.按排布序列對應(yīng)的編號直至把所有圓形件都放置在板材上為止；
[0038] 4.建立橡皮筋包圍所有待排樣圓形件，使圓形件在橡皮筋的收縮作用下向板材底 部聚攏逐漸實現(xiàn)緊湊排樣；
[0039] 如圖3所示，所述橡皮筋包圍算法的步驟如下：
[0040] 4. 1.提取圓心點所在位置坐標（X1, yi)，i e 1，2. .. N，對圓心點生成凸包，即簡化 后的橡皮筋模型；
[0041] 4. 2.根據(jù)胡克定律P = G計算橡皮筋上的圓形件所受的橡皮筋力方向和大??；
[0042] 4. 3.以固定時間步長為節(jié)拍，遍歷所有圓形件，進行受力分析，并計算出圓形件在 當前時間步的位移大小_#=_<:1^,_明:).，進行運動模擬；
[0043] 4. 4.更新圓形件的位置Ci= (X Jvxi, yi+vy;)，并判斷前后兩次橡皮筋長度變化大 小的絕對值是否小于收斂精度α，若不小于α則跳轉(zhuǎn)到4. 1開始下一時間步；
[0044] 5.計算板材利用率，判斷當前排樣結(jié)果是否滿足要求或者迭代次數(shù)是否超過最大 迭代次數(shù)，若都不滿足則令迭代次數(shù)加1，跳轉(zhuǎn)到步驟3繼續(xù)執(zhí)行，反之則終止算法，輸出最 優(yōu)排樣結(jié)果。
[0045] 將本發(fā)明所述的方法與凌少東等人在《卷料上的圓形件優(yōu)化排樣》中提出的最大 行數(shù)斜排方法進行試驗測試，并比較兩種方法的板材利用率。結(jié)果如表1所示。由表1可 以看出，本發(fā)明對等圓排樣問題能獲得更優(yōu)的排樣結(jié)果，平均板材利用率達到80%以上。
[0046] 表1等圓排樣結(jié)果對比
[0047]
【主權(quán)項】
1. 一種用于圓形件的物理排樣算法，其特征在于，包括以下具體步驟：1. 初始化算法參數(shù)，包括最大迭代次數(shù)I、收斂精度Ct ;2. 讀取待排樣圓形件的半徑大小和相應(yīng)的數(shù)量信息，并對待排樣圓形件逐一進行編 號，讀取板材寬度信息，并設(shè)置板材左下角點為坐標原點，水平方向為X軸，建立笛卡爾坐 標系；3. 對已經(jīng)編好號的圓形件用隨機方法打亂次序，并按打亂后的次序利用迂回排布算法 將對應(yīng)編號的圓形件放置在板材內(nèi)；4. 建立橡皮筋包圍所有待排樣圓形件，使圓形件在橡皮筋的收縮作用下向板材底部聚 攏逐漸實現(xiàn)緊湊排樣； 所述橡皮筋包圍算法的步驟如下： 4. 1.提取圓心點所在位置坐標，對圓心點生成凸包，即簡化后的橡皮筋模型； 4. 2.根據(jù)胡克定律# = 計算橡皮筋上的圓形件所受的橡皮筋力方向和大??； 4. 3.以固定時間步長為節(jié)拍，遍歷所有圓形件，進行受力分析，并計算出圓形件在當前 時間步的位移大小，進行運動模擬； 4. 4.更新圓形件的位置，并判斷前后兩次橡皮筋長度變化大小的絕對值是否小于收斂 精度α，若不小于α則跳轉(zhuǎn)到4. 1開始下一時間步；5. 計算板材利用率，判斷當前排樣結(jié)果是否滿足要求或者迭代次數(shù)是否超過最大迭代 次數(shù)，若都不滿足則令迭代次數(shù)加1，跳轉(zhuǎn)到步驟3繼續(xù)執(zhí)行，反之則終止算法，輸出最優(yōu)排 樣結(jié)果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于圓形件的物理排樣算法，其特征在于，所述迂回排布算 法的步驟如下： 3. 1.假設(shè)一共有N個圓，從I-N依次給圓編號，然后通過隨機生成的方法獲得N個大于 或等于1且小于或等于N的不重復(fù)的數(shù)組成一個排布序列； 3.2.令行數(shù)C= 1，從由步驟3. 1中隨機生成的序列的第一個數(shù)開始，對應(yīng)的找到與之 相同編號的圓，由板材左下角開始往右并靠邊放置，要求放置的圓不能超出板材范圍，且同 一行每個圓的底部在同一高度水平線上； 3. 3.當出現(xiàn)圓超出板材右邊界或者左邊界的時候，則換行并調(diào)轉(zhuǎn)方向繼續(xù)放置圓，總 體呈"S"形迂回放置，當前行的圓其底部位于上一行半徑最大的圓的最高點所在的水平切 線上； 3. 4.按排布序列對應(yīng)的編號直至把所有圓形件都放置在板材上為止。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于圓形件的物理排樣算法，先初始化算法參數(shù)，讀取圓形件的半徑大小和相應(yīng)的數(shù)量信息，并對圓形件逐一進行編號，讀取板材寬度信息，并設(shè)置板材左下角點為坐標原點，水平方向為x軸，建立笛卡爾坐標系；對編好號的圓形件用隨機方法打亂次序，并按打亂后的次序利用迂回排布算法將對應(yīng)編號的圓形件放置在板材內(nèi)；建立橡皮筋包圍所有待排樣圓形件，使圓形件在橡皮筋的收縮作用下向板材底部聚攏逐漸實現(xiàn)緊湊排樣；計算板材利用率，判斷當前排樣結(jié)果是否滿足要求或者迭代次數(shù)是否超過最大迭代次數(shù)，若滿足則輸出最優(yōu)排樣結(jié)果。本發(fā)明平均板材利用率達到80％以上，編程實現(xiàn)更加容易，對各種工程應(yīng)用實例適應(yīng)性更好。
【IPC分類】G06Q10/04
【公開號】CN105160442
【申請?zhí)枴緾N201510677848
【發(fā)明人】廖小平, 歐誠意, 馬俊燕, 肖澤青, 陶鵬
【申請人】廣西大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月19日