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大学生竞赛:板材下料布局优化设计

2022-5-22 16:42:55 点击:

竞赛题目:板材下料布局优化设计 

副标题:基于最低水平线和遗传算法的最佳矩形排样算法设计。 

     每年都有很多大学生来咨询我们,一起探讨这个课题。很多大学生的求解方案是数学建模来求解这个问题。实际上呢,这个里面有个误区。就是基于最低水平线的误区。一旦限定了具体的策略,那么就限定了结果。这样做就会导致大量的数据走进误区,而很难找到那个最优解。 

有思度软件欢迎广大的同学们,联系我们申请体验版,共同学习研究该问题。

下面是我们的产品:用于钢板、木板、塑料板、纸板、皮革、布卷、石材、玻璃加工成的产品;

比如:家具厂、机械厂、五金厂、玻璃厂、石材厂、包装厂等等。


板材下料排样是个非常复杂的问题。 

      套料优化属于工程优化难题,被世界称为NP难题,从上世纪60年代,苏联科学家从事该领域研究以来,至今没有任何单位或个人找到真正的解决办法,该问题无法用数学公式来计算,也就是说数学解决不了这类问题,只能借助计算机的速度来解决这个问题。但是目前的计算机运行速度还是太慢了,数据量稍大一点就需要几十年上百年才能排列组合一遍,这是人类生产无法等待的时间。如何在人类生产可以接受的时间范围内计算出优秀的结果,称为算法研究的核心问题。时至今日,也没有任何人找到最好的算法,都是采用的近似值算法,也就是无限的接近最优解的结果。在数据量小的情况下,可是实现最优解的结果。当出现多原材、尺寸数量很大、异形件时,算法性能就会大打折扣。

 该算法的价值:

 可以助企业节省材料、节约工期、节省人力,便是省时省料省人力。众多工厂利用人员套料的方法操作,不仅仅耗费很多的生产时间,而且很可能损耗原材,也造成招聘懂套料计算的人员,那些非增值作业皆不应该是当下激烈竞争之下应当有的。京瓷创始人稻盛和夫讲道要打造高收益的工厂,开始于浪费的减少。 该算法的 使用方法:输入原材料尺寸,输入下料尺寸,单击优化按钮即可实现优化。 

 功能介绍: 

 ①支持标准规格的套尺优化,同时支持多种材料规格,软件智能根据利用率最高化为原则使用原料尺寸组合; ②支持利用下脚料规格,提升余料的可利用,并可优先选用下脚料规格;

 ③包含更新原材料库存,根据本次加工的原材料数量,进行更新大板的库存量;也可以供采购部订购大板;

 ④支持下脚料入库,对于本次生产形成的下角料实现自动入库操作;但,对余料使用,采用本次用上次的下脚料,下次用本次的下角料,该策略是当前比较好的方法,对本次余料本次使用的策略很难实现智慧化焊接+切割的计算; 

 ⑤支持打印下料规格打印标签,对存在打印标签张贴到下料尺寸上的需求,可以支持二维码、条码的打印,方便实现手持设备出库操作,前提是需要和管理软件实现对接才能实现PDA出库;

 ⑥支持对接ERP系统,可以支持从材料库提取标准规格,包含下角料尺寸,实现尺寸配对,剩余尺寸加以切割套料计算,提升材料流转的智能化水平; 

 ⑦支持从EXCEL拷贝粘贴数据,比可以从电子表格导入更快捷,由于表格的数据表达式不一定适应系统的要求,导入过程中极易产生间断、问题; ⑧支持打印排版图至A4纸,并且兼容控制每张A4纸打印的图数;

 ⑨支持DXF文件,可将排版图导出为DXF文档,便于再次编辑;

 ⑩支持数控指令代码代码,可以将排版图生成为GCODE文件,供给数控设备切割使用。

 11.支持纹理调节,对钢板的纤维方向、不锈钢板的拉丝纹路、木板的纹理皆有高效的方向调节; 

 12.多个套料策略供选取,像特殊规定的数控机床的最大裁剪长度,切割X/Y方向的次序等;

 示例数据如下:

大板尺寸
长(mm) 宽(毫米) 库存量
4000 1500 99999
裁剪尺寸
长(mm) 宽(毫米) 需求量
678 614 40
884 431 56
723 753 110
785 767 81
131 718 56
789 682 77
247 142 24
416 570 94
390 550 119
701 629 23
740 782 35
592 131100 65

料头可利用方案:

 ①依据加工作业的材料尺寸,对比库存量,优先使用余料尺寸;

 ②把剩下的材料尺寸使用标准材料(可以包括料头规格,但是不建议)进行加工优化套料; 

 ③按套尺数据修正库存量数据; 

 ④把新形成的下角料入库。 

 ⑤如此往复的消减料头库存量,直至合适的库存量为止。 

 非良好方案: 

 不可指望本次下角料当次使用,如果在可焊接材料,人员可以如此,但是系统这样做,就会引起排样策略的算法计算难度,进而致使结果很差。

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