[发明专利]一种考虑切割效率与利用率的分层迭代式排样优化方法

说明书

本发明公开了一种考虑切割效率与利用率的分层迭代式排样优化方法，包括下述步骤：建立模型：结合切割效率与利用率建立最小化总成本的多目标优化模型；切片排版：基于叠板数分层的排样递归算法完成排叠切片；设置阈值：基于利用率阈值的多叉树分层迭代式搜索方法设置阈值；参数分析与优化：对分层迭代式搜索获得的参数进行分析与优化；计算实验与分析：通过实验进行测试与分析，验证算法结果的可行性和有效性；本发明旨在提供一种考虑切割效率与利用率的分层迭代式排样优化方法，提高原材料利用率，能够实现批量切割且能大幅减少切割次数和切割刀数，从而减小原料成本，提高生产效率，降低生产总成本。

技术领域

本发明涉及板材排版优化领域，尤其涉及一种考虑切割效率与利用率的分层迭代式排样优化方法。

背景技术

随着下料问题的研究深入，材料利用率的提高空间已经较小，要使下料总成本最低，还需要联合考虑切割成本优化。目前针对二维排样并考虑切割效率的文献相对较少。Haessler最早研究最小化下料模式问题，他认为多的下料模式数会增加企业成本，因此需要限制下料模式数量，并建立多目标非线性混合整数规划一维下料模型，最小化废料成本及加工成本总和。Cui提出了一种减少切割模式的二维矩形件下料顺序分组启发式算法，胡刚与陈燕提出了一种针对圆片下料顺序启发式算法，将顺序分组启发式算法与递推算法相结合来减少切割下料模式数量。

综上所述，国内外学者对排样优化问题进行了大量的研究，针对一维下料与切割效率的多目标优化问题研究相对较多，而对二维排样与切割效率联合优化的文献相对较少。需立足于板式类产品行业生产特征与约束，如一刀切约束、分层(换轴)约束、切割约束等；需要充分挖掘搜索过程中的有用信息，利用快速搜索和剪支机制进行迭代优化，在多种可行方案中选择总成本最小的方案，实现板材排样下料与切割效率两个优化目标的整体协调性，实现开料环节的总成本最少。迫切需要一种综合考虑切割效率与材料利用率的高效专用排样优化方法，该方法能提高原料利用率和切割效率，减少加工时间降低切割成本，因此具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种考虑切割效率与利用率的分层迭代式排样优化方法，提高原材料利用率，能够实现批量切割且能大幅减少切割次数和切割刀数，从而减小原料成本，提高生产效率，降低生产总成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种考虑切割效率与利用率的分层迭代式排样优化方法，包括下述步骤：

建立模型：结合切割效率与利用率建立最小化总成本的多目标优化模型；

排版优化：基于叠板数分层的排样递归算法完成排版优化；

分层迭代式搜索：基于利用率阈值的多叉树分层迭代式搜索方法进行排版优化并设置阈值；

参数分析与优化：对分层迭代式搜索获得的参数进行分析与优化，并得到算法结果；对三个主要参数的优化，包括：多叉树的层数、利用率阈值的大小以及多叉树子节点个数；

计算实验与分析：通过实验进行测试与分析，验证算法结果的可行性和有效性。

优选的，在所述建立模型的步骤中，包括二维矩形板材排样优化问题，已知大矩形原料板材，宽度为W，高度为L，需要下料的小矩形工件有n种类型，每种工件宽度为w_i，高度为l_i，数量为d_i，i∈[1,n]；以使用大板材料最少为优化目标的模型如下：

求解目标为：

约束条件为：

其中j(j＝1,2,…,g)为满足一刀切工艺约束的所有可行排版方案；g为可行的排样方式集P＝[p₁,p₂,…,p_g]中含有的排样方式；x_j为第j种排样方式的使用次数；a_ij(i＝1,2,L,n)为第j种排样方式中包含第i种毛坯数量。