一種二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新的二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化方法，通過將二維圖形轉(zhuǎn)化為二維剛體，在二維容器中對剛體進(jìn)行擾動(dòng)，調(diào)整二維剛體的擺放位置，并作為二維圖形的排樣位置，從而實(shí)現(xiàn)二維圖形的排樣優(yōu)化。方法設(shè)計(jì)巧妙，適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足較為復(fù)雜的二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化工作要求。實(shí)例驗(yàn)證顯示，對二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化效果很好，適用于船舶、鈑金、電子電路和服裝等行業(yè)的排樣工作。
【專利說明】一種二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖形排樣優(yōu)化方法，特別涉及一種新的二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002]排樣優(yōu)化就是將形狀各異的零件盡可能多地、無重疊地?cái)[放在特定原材料上，使原材料利用率最大。排樣優(yōu)化通過提高原材料利用率來降低企業(yè)生產(chǎn)成本，因此對制造業(yè)提聞效益意義重大。
[0003]二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化常用的方法主要包括:啟發(fā)式方法、智能優(yōu)化方法等。其中，啟發(fā)式方法的優(yōu)化效果較差，無法滿足較為復(fù)雜的二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化工作要求；智能優(yōu)化方法的主要原理是按一定概率進(jìn)行隨機(jī)搜索，通過對可行解的不斷篩選逐步接近問題的最優(yōu)解。由于方法自身的原因，其適應(yīng)性較差。因此，尋找新的二維圖形排樣方法的工作一直頗受重視，也提出了一些方法，如:專利ZL200810220178.1提出的“一種沖裁排樣優(yōu)化方法”，該方法本質(zhì)上是一種隨機(jī)搜索方法，優(yōu)化對象是沖裁件，是一類特殊的二維圖形排樣。
[0004]對于船舶、鈑金等行業(yè)，由于其零件或坯料的外形各異，屬典型的二維不規(guī)則圖形，高效、穩(wěn)定的排樣優(yōu)化方法仍然是一個(gè)有待解決的難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化方法的不足，本發(fā)明提出了一種新的二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化算法，具有適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足較為復(fù)雜的二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化工作要求。
[0006]本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案是:首先將二維圖形轉(zhuǎn)化為二維剛體，剛體的外形與圖形一致，有質(zhì)量，但不會(huì)發(fā)生變形；將原材料描述為具有“振搗機(jī)構(gòu)”和“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”的二維容器，容器的高度和寬度分別對應(yīng)于原材料的長度和寬度尺寸；將待排樣的一組二維剛體導(dǎo)入容器中，通過“振搗機(jī)構(gòu)”和“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”對容器中的剛體按“振搗”、“夯實(shí)”方式進(jìn)行擾動(dòng)，使其改變擺放位置；以剛體擺放位置作為圖形排樣位置，從而實(shí)現(xiàn)二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化?！罢駬v”、“夯實(shí)”分別通過圖1所示的“振搗機(jī)構(gòu)”和“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”實(shí)現(xiàn)。工作過程中，通過對二維剛體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬、受力模擬和碰撞模擬，從而調(diào)整二維剛體的擺放位置。
[0007]本發(fā)明包括以下步驟:
(O計(jì)算圖形的相關(guān)要素，包括圖形的面積、形心坐標(biāo)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等；
(2)圖形位置初始化，確定圖形的初步擺放位置；
(3)將圖形轉(zhuǎn)化為二維剛體，將待排樣圖形組成的剛體組導(dǎo)入二維容器中；
(4)激活“振搗機(jī)構(gòu)”，調(diào)整剛體位置；
(5)激活“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”，調(diào)整剛體位置；(6)計(jì)算原材料利用率。
[0008](7)根據(jù)原材料利用率的變化率確定排樣工作是否結(jié)束。變化率大時(shí)重復(fù)進(jìn)行步驟4~6 ;否則結(jié)束排樣，輸出結(jié)果，即最優(yōu)化的排樣方案和排樣參數(shù)。
[0009]上述步驟(4)~步驟(6)中，通過對二維剛體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬、受力模擬和碰撞模擬，調(diào)整二維剛體的擺放位置。模擬方法的要點(diǎn)如下:
剛體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使用二維向量和旋轉(zhuǎn)角度表示；
f:剛體在運(yùn)動(dòng)受力過程中滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律及動(dòng)量矩定律；:f剛體在二維容器中受到重力、阻尼力、集中力共同作用，所受力矩為重力、阻尼力、集中力對剛體質(zhì)心的合力矩；
④剛體碰撞通過沖量計(jì)算與沖量加載的方法實(shí)現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明通過將二維圖形轉(zhuǎn)化為二維剛體，在二維容器中對剛體進(jìn)行擾動(dòng)，調(diào)整二維剛體的擺放位置，并作為二維圖形的排樣位置，從而實(shí)現(xiàn)二維圖形的排樣優(yōu)化。方法設(shè)計(jì)巧妙，適應(yīng)性強(qiáng)，能滿足較為復(fù)雜的二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化工作要求。實(shí)例驗(yàn)證顯示，對二維不規(guī)則圖形的排樣優(yōu)化效果很好，適用于船舶、鈑金、電子電路和服裝等行業(yè)的排樣工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明二維容器中“振搗機(jī)構(gòu)”、“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”的示意圖；
圖2為本發(fā)明的原理框圖。
[0012]其中:1.“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”，2.二維剛體，3.二維容器，4.“振搗機(jī)構(gòu)”
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實(shí)施例是以本發(fā)明的技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0014]本發(fā)明原理框圖如附圖2所示，其實(shí)施例包含以下具體步驟:
(O計(jì)算圖形的相關(guān)要素，包括圖形的面積、形心坐標(biāo)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等；
(2)圖形位置初始化，確定圖形的初步擺放位置。擺放位置由總體坐標(biāo)系下圖形的形心坐標(biāo)和圖形局部坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度確定。
[0015](3)將圖形轉(zhuǎn)化為二維剛體，將待排樣圖形組成的剛體組導(dǎo)入二維容器中；
(4)激活“振搗機(jī)構(gòu)”，調(diào)整剛體位置；
“振搗”通過“振搗機(jī)構(gòu)”的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)。通過振動(dòng)，“振搗機(jī)構(gòu)”能夠?qū)ΧS容器中的二維剛體的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生擾動(dòng)，使剛體之間的空隙被逐步填充，提高原材料利用率。
[0016](5)激活“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”，調(diào)整剛體位置；
“夯實(shí)”通過“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”的振動(dòng)實(shí)現(xiàn)。通過振動(dòng)，“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”能夠不斷擠壓容器中的二維剛體，使剛體之間的空隙逐漸變小，提高原材料利用率。
[0017](6)計(jì)算原材料利用率。
[0018](7)重復(fù)進(jìn)行步驟4?6，計(jì)算原材料利用率。當(dāng)利用率的變化率小于預(yù)先規(guī)定的閾值時(shí)，結(jié)束排樣，輸出結(jié)果，即最優(yōu)化的排樣方案和排樣參數(shù)，包括每個(gè)圖形在總體坐標(biāo)系下的形心位置和局部坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。
[0019]上述步驟(4)?步驟(6)中，通過對二維剛體的運(yùn)動(dòng)模擬、受力模擬和碰撞模擬，來調(diào)整二維剛體的擺放位置。模擬方法的要點(diǎn)如下:
Φ剛體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使用二維向量和旋轉(zhuǎn)角度表示；
S剛體在運(yùn)動(dòng)受力過程中滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律及動(dòng)量矩定律；:s:剛體在二維容器中受到重力、阻尼力、集中力共同作用，所受力矩為重力、阻尼力、集中力對剛體質(zhì)心的合力矩；
$:剛體碰撞通過沖量計(jì)算與沖量加載的方法實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)計(jì)算圖形的相關(guān)要素，包括圖形的面積、形心坐標(biāo)和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等； (2)圖形位置初始化，確定圖形的初步擺放位置； (3)將圖形轉(zhuǎn)化為二維剛體，將待排樣圖形組成的剛體組導(dǎo)入二維容器中； (4)激活“振搗機(jī)構(gòu)”，調(diào)整剛體位置； (5)激活“夯實(shí)機(jī)構(gòu)”，調(diào)整剛體位置； (6)計(jì)算原材料利用率； (7)根據(jù)原材料利用率的變化率確定排樣工作是否結(jié)束；變化率大時(shí)重復(fù)進(jìn)行步驟4?6 ;否則結(jié)束排樣，輸出結(jié)果，即最優(yōu)化的排樣方案和排樣參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種二維不規(guī)則圖形排樣優(yōu)化方法，其特征在于:所述的上述步驟(4)?步驟(6)中，通過對二維剛體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬、受力模擬和碰撞模擬，調(diào)整二維剛體的擺放位置；模擬方法的要點(diǎn)如下: X剛體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)使用二維向量和旋轉(zhuǎn)角度表示； %剛體在運(yùn)動(dòng)受力過程中滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律及動(dòng)量矩定律； S剛體在二維容器中受到重力、阻尼力、集中力共同作用，所受力矩為重力、阻尼力、集中力對剛體質(zhì)心的合力矩； $剛體碰撞通過沖量計(jì)算與沖量加載的方法實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103927403SQ201310012922
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月15日
【發(fā)明者】李培勇, 吳曉東, 崔虎威, 茅普修 申請人:武漢理工大學(xué)