大型起重機(jī)制造中智能鋼板零部件排版裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于大型裝備制造的智能制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大型起重機(jī)制造中多形狀批量鋼板的非邊到邊切割零部件的智能排版裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大型起重機(jī)的批量制造需要從鋼板下料各種形狀和尺寸的批量鋼板零部件。然而，大規(guī)模多形狀鋼板零部件排版問(wèn)題屬于NP-hard或NPC問(wèn)題，很難獲得該問(wèn)題的精確解，即使是找到這個(gè)問(wèn)題的最優(yōu)解，也具有指數(shù)時(shí)間復(fù)雜性。
[0003 ]目前，大型裝備制造企業(yè)，使用的是美國(guó)Si gmaTEK公司推出的套料軟件S i gmaNEST10。
[0004]但它對(duì)批量多形狀鋼板零部件排版仍然顯得力不從心，例如，某企業(yè)在進(jìn)行大型汽車(chē)起重機(jī)制造的批量多形狀鋼板零部件排版時(shí)，前面排版的鋼板利用率較高，但后面排版的鋼板利用率偏低;對(duì)矩形件鋼板零部件排版的利用率較高，但對(duì)多形狀大規(guī)模鋼板零部件排版的利用率偏低。目前許多大型裝備制造企業(yè)仍然是在SigmaNEST 10軟件排版的基礎(chǔ)上，通過(guò)人工進(jìn)行改進(jìn)。因此，有必要提出一種大型起重機(jī)制造中鋼板零部件排版裝置與方法，能適應(yīng)多形狀大規(guī)模的鋼板零部件排版，以提高鋼板的利用率，降低生產(chǎn)成本，減輕設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使得大型裝備制造業(yè)向數(shù)字化、智能化制造和資源節(jié)約型方向轉(zhuǎn)變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種大型起重機(jī)制造中智能鋼板零部件排版裝置，以解決目前大型起重機(jī)制造的多形狀大規(guī)模鋼板零部件排版中，需要對(duì)排版軟件的排版方案進(jìn)行人工調(diào)整這個(gè)缺陷，以及排版效率、鋼板利用率和鋼板零部件排版自動(dòng)化程度低的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:該大型起重機(jī)制造中智能鋼板零部件排版裝置，它包括操作終端(I)、智能鋼板零部件排版程序和引導(dǎo)程序單元(2)和計(jì)算機(jī)(4);操作終端(I)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口(5)與計(jì)算機(jī)(4)連接，智能鋼板零部件排版程序和引導(dǎo)程序單元(2)通過(guò)機(jī)器接口(3)與計(jì)算機(jī)(4)連接;所述計(jì)算機(jī)(4)包括高性能處理機(jī)和緩沖器;所述網(wǎng)絡(luò)接口( 5)與切割系統(tǒng)連接;其中，
[0007](a)操作終端(I):通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口(5)電性連接于計(jì)算機(jī)(4)的高性能處理機(jī)，用于接收使用者輸入的指令，并顯示最優(yōu)排版方案；
[0008](b)計(jì)算機(jī)(4)的緩沖器:通過(guò)總線電性連接于計(jì)算機(jī)(4)的高性能處理機(jī)，用于存儲(chǔ)鋼板零部件數(shù)據(jù)、鋼板數(shù)據(jù)和每塊鋼板的最優(yōu)排版方案；
[0009](c)計(jì)算機(jī)(4)的高性能處理機(jī):通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口(5)電性連接于操作終端(I)，從計(jì)算機(jī)(4)的緩沖器讀入所有鋼板零部件數(shù)據(jù)如圖形和數(shù)量、鋼板尺寸數(shù)據(jù)，逐個(gè)計(jì)算鋼板零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形，并將讀入的鋼板零部件數(shù)據(jù)按零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形長(zhǎng)度降序排列和按零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形寬度次降序排列；
[0010](d)智能鋼板零部件排版程序和引導(dǎo)程序單元(2):通過(guò)機(jī)器接口(3)電性連接于計(jì)算機(jī)(4)的高性能處理機(jī)，對(duì)鋼板零部件輪廓圖形數(shù)據(jù)、鋼板數(shù)據(jù)進(jìn)行智能鋼板零部件排版，得到每塊鋼板的非邊到邊切割零部件的最優(yōu)排版方案;將每塊鋼板的最優(yōu)排版方案按照記錄形式逐條傳送給計(jì)算機(jī)(4)的緩沖器進(jìn)行存儲(chǔ)；以及使用者通過(guò)終端操作在操作終端(I)顯不每塊鋼板的最優(yōu)排版方案。
[0011 ]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供基于上述大型起重機(jī)制造中智能鋼板零部件排版裝置的排版方法，它包括如下步驟:
[0012](a)接收指令步驟:從操作終端(I)接收使用者輸入的指令到計(jì)算機(jī)(4)的高性能處理機(jī)；
[0013](b)讀入數(shù)據(jù)步驟:計(jì)算機(jī)(4)中的高性能處理機(jī)從計(jì)算機(jī)(4)中的緩沖器讀入鋼板零部件數(shù)據(jù)、鋼板數(shù)據(jù)，并將鋼板零部件數(shù)據(jù)按零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形的長(zhǎng)度降序排列和按零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形的寬度次降序排列；
[0014](c)最優(yōu)排版方案設(shè)計(jì)步驟:計(jì)算機(jī)(4)中高性能處理機(jī)對(duì)鋼板零部件數(shù)據(jù)優(yōu)化出每一塊鋼板的非邊到邊切割零部件的最優(yōu)排版方案；
[0015](d)最優(yōu)排版方案存儲(chǔ)及顯示步驟:計(jì)算機(jī)(4)中高性能處理機(jī)將每塊鋼板的最優(yōu)排版方案按照記錄形式逐條傳送給計(jì)算機(jī)(4)中的緩沖器;使用者在操作終端(I)上，對(duì)每塊鋼板的最優(yōu)零部件排版方案進(jìn)行顯示并確認(rèn)。
[0016]具體的，步驟(c)所述的最優(yōu)排版方案設(shè)計(jì)是，如果排版零部件所需鋼板數(shù)量超過(guò)一個(gè)用戶給定值，則包含如下步驟①和步驟②，否則包含如下步驟②:
[0017]①對(duì)多于該給定值的鋼板，逐塊采用區(qū)域?qū)?yōu)放置與調(diào)整的啟發(fā)式搜索算法，獲得非邊到邊切割零部件的最優(yōu)排版方案后，撤消利用率小于給定閥值的鋼板零部件排版方案，退回這些鋼板零部件和鋼板數(shù)據(jù)，對(duì)余下和退回的鋼板零部件，轉(zhuǎn)步驟②；
[0018]②采用聚類與矩形區(qū)域?qū)?yōu)放置相結(jié)合的方法對(duì)鋼板零部件進(jìn)行排版，使這些鋼板的利用率都大于給定的閥值，其中最后一塊鋼板的利用率按該鋼板上全部零部件面積之和與這些零部件當(dāng)前排版方案的最小包絡(luò)矩形面積的百分比計(jì)算。
[0019]進(jìn)一步，步驟①所述采用區(qū)域?qū)?yōu)放置與調(diào)整的啟發(fā)式搜索算法，包括如下步驟:
[0020]將第一個(gè)鋼板零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形正交放置在鋼板的左下角，這個(gè)最小包絡(luò)矩形4條邊的所在直線將鋼板剩余部分剖分為兩個(gè)互相交疊的正交矩形區(qū)域，將這兩個(gè)正交矩形區(qū)域作為第二個(gè)鋼板零部件的候選區(qū)域集;如果第一個(gè)鋼板零部件中間帶有洞，則也將洞區(qū)域增加到第二個(gè)鋼板零部件的候選區(qū)域集;從放置第二個(gè)鋼板零部件起，放置好前一個(gè)鋼板零部件后，前一個(gè)鋼板零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形的四條邊所在直線剖分它放置的候選區(qū)域?yàn)槿齻€(gè)矩形區(qū)域，并將剩下的兩個(gè)區(qū)域和帶有洞的鋼板零部件的洞區(qū)域增加到后一個(gè)鋼板零部件的候選區(qū)域集;對(duì)于候選區(qū)域集中的任意兩個(gè)矩形區(qū)域，如果一個(gè)矩形的長(zhǎng)與另一個(gè)矩形的長(zhǎng)或?qū)捪嗟葎t進(jìn)行區(qū)域合并，濾掉不能包含最小鋼板零部件輪廓圖形的矩形區(qū)域，以作為后一個(gè)鋼板零部件的候選矩形區(qū)域集;放置后一個(gè)鋼板零部件時(shí)，先確定這個(gè)鋼板零部件輪廓圖形的最小包絡(luò)矩形在每一個(gè)候選矩形區(qū)域的位置，然后采用臨界分離曲線法調(diào)整當(dāng)前放置的鋼板零部件位置與方向，確定出當(dāng)前放置鋼板零部件的最佳位置;這樣，對(duì)每一塊鋼板，不斷地放置鋼板零部件，直到所有的鋼板零部件都遍歷一次或者鋼板利用率大于給定的閥值。
[0021]同時(shí)，步驟②所述采用聚類與矩形區(qū)域?qū)?yōu)放置相結(jié)合的方法，包括如下步驟:
[0022]依次對(duì)每一塊鋼板進(jìn)行余下和退回的鋼板零部件排版;對(duì)每一塊鋼板，取鋼板表中的每一個(gè)區(qū)域，首先采用聚類找出給定數(shù)量的鋼板零部件，通過(guò)最小包絡(luò)矩形區(qū)域利用率最大原則從這些鋼板零部件中選出最適合的一個(gè)，然后采用臨界分離曲線法調(diào)整該鋼板零部件位置與方向，確定出當(dāng)前放置的鋼板零部件的位置;如果采用聚類找不出任何鋼板零部件，則將該區(qū)域刪除;不斷重復(fù)這個(gè)過(guò)程，直到區(qū)域表為空，該鋼板排版完畢；當(dāng)鋼板零部件表不為空時(shí)，繼續(xù)排版下一塊鋼板，這樣直到鋼板零部件表為空。
[0023]進(jìn)一步，所述的兩個(gè)鋼板零部件輪廓圖形調(diào)整的臨界分離曲線法包括如下步驟:
[0024]首先基于拉格郎日乘子和塔恩-庫(kù)克條件計(jì)算當(dāng)前鋼板零部件與已放置的相鄰鋼板零部件的最小橫向距離和縱向距離，然后調(diào)整當(dāng)前放置鋼板零部件的方向，并分別向已放置的相鄰鋼板零部件橫向和縱向分別移動(dòng)最小橫向距離和縱向距離。
[0025]更進(jìn)一步，所述的采用聚類找出給定數(shù)量的鋼板零部件包括如下步驟:
[0026]首先，對(duì)于鋼板零部件區(qū)域適應(yīng)度函數(shù):鋼板零部件輪廓圖形的包絡(luò)矩形長(zhǎng)*權(quán)因子A+鋼板零部件輪廓圖形的包絡(luò)矩形寬*權(quán)因子B，依次按(I，O)、(0.8，0.2)、(0.6，0.4)、(0.4，0.6)、(0.2，0.8)、(0，1)6組權(quán)因子分別計(jì)算每個(gè)鋼板零部件的適應(yīng)度值;然后，鋼板零部件分六次按適應(yīng)度值降序排列，取每個(gè)排列的第一個(gè)鋼板零部件作為要找的鋼板零部件集合。
[0027]本發(fā)明的大型起重機(jī)制造