[发明专利]一种平面工件自动排版方法

说明书

本发明公开了一种平面工件自动排版方法，输入需要排版的平面工件及板材尺寸，设置排版精度；根据精度将工件图形网格化，定义其计算图形及参照点；根据精度需求将板材图形划分为正交网格，并设置用于数学规划的整数变量；利用数学规划原理，根据平面工件排版问题建立数学模型，依次设置目标函数及约束条件，转化为线性规划问题，之后通过计算机数学规划求解器检索其最优解，将所得结果转化为平面图形，得到平面工件排布方案。本发明平面工件自动排版方法使平面工件在给定板材尺寸范围内密集排布而又不互相重叠，节省了大量人力劳动。

技术领域

本发明属于板材加工套料技术领域，尤其涉及一种平面工件自动排版方法。

背景技术

目前激光切割或CNC铣切等平面加工工艺，多使用标准规格板材，所需加工的平面工件需紧密排布在板材上而又不互相重叠。实际套料排版过程往往由手工进行，耗费大量时间精力，难以快速对材料用量做出较为准确的估计。现有的平面自动优化算法以遗传算法及多智能体算法为主，计算耗时较长，且多针对近似矩形的零件排布，对于任意形状的平面零件，自动排版则易造成材料利用率较低的情况。此外，现有相关下料排版软件，其技术核心及知识产权多为国外引进，使用成本较高，国内自主研发产品较少。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种平面工件自动排版方法。该方法是一种基于数学规划的平面工件自动排版方法，使平面工件在给定板材尺寸范围内密集排布而又不互相重叠，节省了大量人力劳动，便于对材料成本做出快速且较为准确的估算，在前期生产方案确定阶段有重要参考价值。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种平面工件自动排版方法，包括如下步骤：

(1)确定需要排版的平面工件CAD原始图形及加工板材尺寸，根据工件尺寸设置排版精度；所需排版工件种类数记为N，每种工件所需排版的个数分别记为n₁,n₂,…,n_N；

(2)根据精度需求将每种工件的原始图形分别置于由正方形网格单元行列排布组成的正交网格系统中，将第i行第j列的网格单元中心点坐标记为(i,j)；记录每种工件原始图形所覆盖的网格单元区域，将所述网格单元区域作为相应种类工件的计算图形，所述计算图形用于进一步进行套料排版，N种工件的计算图形分别记作t₁,t₂,…,t_N；将所有种类工件的计算图形的集合记为T，则有T＝{t₁,t₂,…,t_N}；

(3)对于任意种类工件计算图形t_x∈T，定义其在网格系统中最小外接矩形的左上角网格单元中心点为其参照点，记为v_x；将计算图形t_x相对于其参照点v_x的位置关系通过二维向量集合V_cac表示；记录工件原始图形相对参照点的位置关系，通过二维向量集合V_ori表示；所述位置关系作为将计算图形排版结果转化为最终加工图形文件的依据；

(4)按照与工件图形网格化相同的网格单元尺寸规格，将板材图形划分为正交网格，并设置用于数学规划的整数变量；将板材图形划分后得到的所有网格单元组成的集合记为F；即对于任意网格单元f∈F,设置整数变量集合P_f；

(5)将需要排版的各工件计算图形放置在板材网格区域中并与板材网格单元对齐，使板材网格中的网格单元被工件计算图形占据，同时各工件计算图形互相不重叠；在此基础上建立整数规划数学模型，得到该数学模型的目标函数；根据工件不重叠的特征，对整数变量增加限制，作为数学规划求最优解的约束条件；将平面工件排版问题转化为数学规划中的约束条件限定下的线性函数求极值问题；

(6)利用统筹学领域常用的数学规划求解器或数学计算软件，计算该目标函数的最优解；最优解由任意网格单元f∈F所对应的整数变量集合P_f中各元素的取值组成；