一种不规则零件在矩形板材上的排样方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201310661261.3

申请日:

2013.12.09

公开号:

CN103678800A

公开日:

2014.03.26

当前法律状态:

撤回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 17/50申请公布日:20140326|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20131209|||公开

IPC分类号:

G06F17/50

主分类号:

G06F17/50

申请人:

华南理工大学

发明人:

罗家祥; 胡跃明; 陈安; 刘月明

地址:

511458 广东省广州市南沙区环市大道南路25号华工大广州产研院

优先权:

专利代理机构:

广州市华学知识产权代理有限公司 44245

代理人:

蔡茂略

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内容摘要

本发明公开了一种不规则零件在矩形板材上的排样方法,其方法是首先从零件库中选取不规则零件,用对角线法快速求取各个不规则零件的最小包络矩形;其次对零件的包络矩形以面积为基础进行排序,确定零件优先排样顺序;接着利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下方法对零件的最小包络矩形进行初步排样;然后根据初始排样结果,恢复出对应的不规则零件的点集,确定不规则零件的初始排样位置;最后根据初步排样位置,对板材内的零件做进一步的靠近移动,由此得出更好的零件排样结果。通过使用本发明的自动排样方法,能够快速地对不规则零件进行排样,能达到较高的材料利用率。

权利要求书

权利要求书
1.  一种不规则零件在矩形板材上的排样方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)从零件库中选取待排样的不规则零件,并放在矩形板材上,且零件之间不能有重叠;
2)采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形;
3)对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列,而在面积相等时,按照最小包络矩形的高度从大到小降序排列,确定零件优先排样顺序;
4)利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样,以得到初始排样结果;
5)根据初始排样结果,恢复出对应的不规则零件的点集,确定不规则零件的初始排样位置;
6)根据初始排样位置,对板材上的零件做进一步的靠近移动,使得零件排列紧密,完成不规则零件的自动正确排样。

2.  根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法,其特征在于,所述步骤2)包括如下步骤:
(Ⅰ)零件的凸化,根据不规则零件的点集信息,计算不规则零件图形的内角大小,判断图形的凹凸性,并将凹的区域,即内角大于180°的顶点去掉,实现凹多边形的凸化,为计算最小包络矩形做准备;
(Ⅱ)用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边,求出零件凸化后的点集中距离最远的两点,把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线;以这两个顶点为端点,沿着零件各引出两条边;以这四条边分别作为包络矩形的基准边,按照如下方法求取出四个包络矩形:
以一条基准边为基础求零件的包络矩形,旋转零件,使得该基准边与X轴 平行,比较旋转后的零件的点集坐标,求出X、Y坐标的最大值和最小值,并记为xmax,xmin,ymax,ymin,这就产生了以坐标(xmax,ymax)、(xmax,ymin)、(xmin,ymax)、(xmin,ymin)为顶点的包络矩形,其面积S=(xmax-xmin)×(ymax-ymin);
(Ⅲ)确定零件的最小包络矩形,从(Ⅱ)中得到的四个包络矩形中,选择具有最小面积的包络矩形作为零件的最小包络矩形。

3.  根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法,其特征在于:在所述步骤4)中,当没有确定层的高度时,将待排矩形放置在板材最右端的最高水平位,然后将矩形先向左移,再向下移,直到不能再移动为止,此时矩形高度即为当前层的最高水平高度,若矩形在板材剩余高度水平下,即从已排零件的最高水平高度到板材顶端之间的范围,不能放置时,可进行90°的旋转;当层的高度确定时,将待排矩形从当前层的最右端的最高水平位置开始向左向下移动,直到不能移动为止,如果当前层不能放下待排矩形时,则选择未排样序列的下一个包络矩形排放在当前层,若所有的矩形均不能放置,则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。

4.  根据权利要求3所述的一种不规则零件排样方法,其特征在于,包括如下步骤:
(Ⅰ)放置层的确定,如果是排放第一个矩形,或者当前层不能放置任何矩形,则产生新的放置层,选择未排样序列中的第一个包络矩形,进行如下判断:若板材剩余可排高度大于或等于矩形高度,设定当前层高度等于该矩形高度;若板材剩余可排高度小于矩形高度,且大于或等于矩形宽度,则设定当前层高度等于矩形宽度,此时矩形旋转90°;若剩余板材可排高度小于矩形宽度,则放弃当前矩形的排放,选择未排样序列的下一个包络矩形进行以上判断;若未排的包络矩形均不能放置,则结束整个排样过程;
(Ⅱ)设定包络矩形的初始排样位置,若当前待排矩形为(Ⅰ)中确定放置层高度的矩形,则将矩形放置在板材最右端的最高水平位,并转到下面步骤(Ⅳ);若不是,则把矩形放在当前层最右端的最高水平位,并转到下面步骤(Ⅲ);
(Ⅲ)判断是否重新选择当前待排包络矩形,若当前层的剩余排样宽度,即板材的宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度,小于当前待排矩形的宽度,则从未排样序列中选出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形,返回步骤(Ⅱ);若这样的矩形不存在,则返回步骤(Ⅰ);
(Ⅳ)包络矩形的移动,将包络矩形先向左移动,再向下移动,直到不能再移动为止;
(Ⅴ)更新板材的未排样区域信息,包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材未排样区域的点集信息;
(Ⅵ)判断是否还有未排样矩形,即排样序列是否不为空,若有,则选取未排样序列中的第一个包络矩形,返回步骤(Ⅱ);若没有,则结束排样过程。

5.  根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法,其特征在于:在所述步骤6)中,为了减少零件之间的空白区域,从排样的第一个零件开始,逐个将零件进行向下平移,移动时需满足以下要求:零件不超出板材边界,零件之间没有重叠;当所有零件不能向下平移时,即完成不规则零件的自动正确排样。

6.  根据权利要求1或5所述的一种不规则零件在矩形板材上的排样方法,其特征在于:当完成不规则零件的自动正确排样时,可采用公式计算出板材的排样利用率。

说明书

说明书一种不规则零件在矩形板材上的排样方法
技术领域
本发明涉及家具、服装和机械制造加工领域中的计算机自动辅助排样,尤其是指一种不规则零件在矩形板材上的排样方法。
背景技术
在家具、服装和机械制造等材料加工行业中,通常需要在平面板材上布置多个零件,即零件的排样问题。随着经济的发展,板材的利用率对企业的经济效益有着直接的影响,特别是在使用板材数量非常大的制造业中,排样效率的稍微提高就会带来很大的经济效益。目前,在生产水平不高的企业,大部分的排样方法都是凭借人工目测和经验,采用人工排样的工作量大、效率低,排样效果完全依赖于工人的熟练程度,远远不能满足现在种类繁多、产量各异、灵活多变的生产需求。因此,实现零件在板材上的自动排样,提高板材的利用率,提高排料速度,是企业所追求的目标。
在零件的排样问题中,若排样零件为矩形件或其他规则形状时,排样相对简单;当排样零件为不规则形状时,排样复杂。对规则零件排样的研究时间较长,研究较为深入,至今已有不少成熟的研究成果运用到实际的生产当中;而对不规则零件排样的研究起步较晚,由于不规则零件排样问题涉及任意旋转角度和不规则形状的重叠检测,增加了排样难度,导致计算复杂度高。因此,在较短的时间内实现不规则零件的自动排样,提高板材利用率,具有重要的实际价值和意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种能有效提高材料利用率、 快速对不规则零件在矩形板材上进行自动排样的方法,本发明的排放方法用于排样的板材是矩形的;排样的零件具有任意不规则形状;形状在板材上没有方向限制,可任意角度旋转。
为实现上述目的,本发明所提供的技术方案为:一种不规则零件在矩形板材上的排样方法,包括以下步骤:
1)从零件库中选取待排样的不规则零件,并放在矩形板材上,且零件之间不能有重叠;
2)采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形;
3)对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列,而在面积相等时,按照最小包络矩形的高度从大到小降序排列,确定零件优先排样顺序;
4)利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样,以得到初始排样结果;
5)根据初始排样结果,恢复出对应的不规则零件的点集,确定不规则零件的初始排样位置;
6)根据初始排样位置,对板材上的零件做进一步的靠近移动,使得零件排列紧密,完成不规则零件的自动正确排样。
所述步骤2)包括如下步骤:
(Ⅰ)零件的凸化,根据不规则零件的点集信息,计算不规则零件图形的内角大小,判断图形的凹凸性,并将凹的区域,即内角大于180°的顶点去掉,实现凹多边形的凸化,为计算最小包络矩形做准备;
(Ⅱ)用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边,求出零件凸化后的点集中距离最远的两点,把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角 线;以这两个顶点为端点,沿着零件各引出两条边;以这四条边分别作为包络矩形的基准边,按照如下方法求取出四个包络矩形:
以一条基准边为基础求零件的包络矩形,旋转零件,使得该基准边与X轴平行,比较旋转后的零件的点集坐标,求出X、Y坐标的最大值和最小值,并记为xmax,xmin,ymax,ymin,这就产生了以坐标(xmax,ymax)、(xmax,ymin)、(xmin,ymax)、(xmin,ymin)为顶点的包络矩形,其面积S=(xmax-xmin)×(ymax-ymin);
(Ⅲ)确定零件的最小包络矩形,从(Ⅱ)中得到的四个包络矩形中,选择具有最小面积的包络矩形作为零件的最小包络矩形。
在所述步骤4)中,当没有确定层的高度时,将待排矩形放置在板材最右端的最高水平位,然后将矩形先向左移,再向下移,直到不能再移动为止,此时矩形高度即为当前层的最高水平高度,若矩形在板材剩余高度水平下,即从已排零件的最高水平高度到板材顶端之间的范围,不能放置时,可进行90°的旋转;当层的高度确定时,将待排矩形从当前层的最右端的最高水平位置开始向左向下移动,直到不能移动为止,如果当前层不能放下待排矩形时,则选择未排样序列的下一个包络矩形排放在当前层,若所有的矩形均不能放置,则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。
所述的利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样,以得到初始排样结果,包括如下步骤:
(Ⅰ)放置层的确定,如果是排放第一个矩形,或者当前层不能放置任何矩形,则产生新的放置层,选择未排样序列中的第一个包络矩形,进行如下判断:若板材剩余可排高度大于或等于矩形高度,设定当前层高度等于该矩形高度;若板材剩余可排高度小于矩形高度,且大于或等于矩形宽度,则设定当前层高度等于矩形宽度,此时矩形旋转90°;若剩余板材可排高度小于矩形宽度, 则放弃当前矩形的排放,选择未排样序列的下一个包络矩形进行以上判断;若未排的包络矩形均不能放置,则结束整个排样过程;
(Ⅱ)设定包络矩形的初始排样位置,若当前待排矩形为(Ⅰ)中确定放置层高度的矩形,则将矩形放置在板材最右端的最高水平位,并转到下面步骤(Ⅳ);若不是,则把矩形放在当前层最右端的最高水平位,并转到下面步骤(Ⅲ);
(Ⅲ)判断是否重新选择当前待排包络矩形,若当前层的剩余排样宽度,即板材的宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度,小于当前待排矩形的宽度,则从未排样序列中选出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形,返回步骤(Ⅱ);若这样的矩形不存在,则返回步骤(Ⅰ);
(Ⅳ)包络矩形的移动,将包络矩形先向左移动,再向下移动,直到不能再移动为止;
(Ⅴ)更新板材的未排样区域信息,包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材未排样区域的点集信息;
(Ⅵ)判断是否还有未排样矩形,即排样序列是否不为空,若有,则选取未排样序列中的第一个包络矩形,返回步骤(Ⅱ);若没有,则结束排样过程。
在所述步骤6)中,为了减少零件之间的空白区域,从排样的第一个零件开始,逐个将零件进行向下平移,移动时需满足以下要求:零件不超出板材边界,零件之间没有重叠;当所有零件不能向下平移时,即完成不规则零件的自动正确排样。
当完成不规则零件的自动正确排样时,可采用公式计算出板材的排样利用率。
本发明与现有技术相比,具有如下优点与有益效果:
1、提出了一种以对角线法快速求取不规则零件最小包络矩形的方法;
2、利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法,实现了快速地对不规则零件进行初始排样;
3、对每个不规则零件进行靠近移动,使得零件排列紧密;
4、本排样方法实现简单,排样时间短,排样效率高,能有效地节约生产成本,提高企业的生产效率和经济竞争力。
附图说明
图1为本发明的基于不同水平高度下放包络矩形的自动排样方法的流程图。
图2为本发明中求取不规则零件的最小包络矩形的流程图。
图3为实施例中用于排样的不规则零件的图形示意图。
图4为是实施例中不规则零件及其相应的最小包络矩形示意图。
图5为实施例中排放第一个包络矩形的示意图。
图6为实施例中排放完第二个包络矩形后,开始对第三个包络矩形排样的示意图。
图7为实施例中排放第三个包络矩形的示意图。
图8为实施例中排放第五个包络矩形的示意图。
图9为本发明利用基于不同水平高度下放置包络矩形的排样效果示意图。
图10为在图9的基础上恢复出对应的不规则零件的点集,确定出的不规则零件初始排样位置示意图。
图11为利用本发明的自动排样方法对不规则零件排样的效果示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例是对五个不规则零件进行排样,零件可任意角度旋转,板材的材料形状为矩形,具体排样包括以下步骤:
1)从零件库中选取五个待排样的不规则零件,具体如图3所示,然后将不规则零件放在矩形板材上,且零件之间不能有重叠。
2)采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形,具体如图2所示,包括如下步骤:
(Ⅰ)零件的凸化,根据不规则零件的点集信息,计算不规则零件图形的内角大小,判断图形的凹凸性,并将凹的区域,即内角大于180°的顶点去掉,实现凹多边形的凸化,为计算最小包络矩形做准备;
(Ⅱ)用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边,求出零件凸化后的点集中距离最远的两点,把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线;以这两个顶点为端点,沿着零件各引出两条边;以这四条边分别作为包络矩形的基准边,按照如下方法求取出四个包络矩形:
以一条基准边为基础求零件的包络矩形,旋转零件,使得该基准边与X轴平行,比较旋转后的零件的点集坐标,求出X、Y坐标的最大值和最小值,并记为xmax,xmin,ymax,ymin,这就产生了以坐标(xmax,ymax)、(xmax,ymin)、(xmin,ymax)、(xmin,ymin)为顶点的包络矩形,其面积S=(xmax-xmin)×(ymax-ymin)。
采用以上方法求取的最小包络矩形具体如附图4,并分别记录每个零件与其包络矩形的点集信息。
3)对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列,而在面积相等时,按照最小包络矩形的高度从大到小降序排列,确定零件优先排样顺序。即 零件优先排样顺序为:优先排最小包络矩形面积较大的零件;而面积相同时,优先排最小包络矩形高度高的零件,如下表1所示。
表1待排零件排样序列

4)利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下BL方法对零件的最小包络矩形进行排样,以得到初始排样结果。当没有确定层的高度时,将待排矩形放置在板材最右端的最高水平位,然后将矩形先向左移,再向下移,直到不能再移动为止,此时矩形高度即为当前层的最高水平高度,若矩形在板材剩余高度水平下,即从已排零件的最高水平高度到板材顶端之间的范围,不能放置时,可进行90°的旋转;当层的高度确定时,将待排矩形从当前层的最右端的最高水平位置开始向左向下移动,直到不能移动为止,如果当前层不能放下待排矩形时,则选择未排样序列的下一个包络矩形排放在当前层,若所有的矩形均不能放置,则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。具体包括以下步骤:
(Ⅰ)放置层的确定,如果是排放第一个矩形,或者当前层不能放置任何矩形,则产生新的放置层,选择未排样序列中的第一个包络矩形,进行如下判断:若板材剩余可排高度大于或等于矩形高度,设定当前层高度等于该矩形高 度;若板材剩余可排高度小于矩形高度,且大于或等于矩形宽度,则设定当前层高度等于矩形宽度,此时矩形旋转90°;若剩余板材可排高度小于矩形宽度,则放弃当前矩形的排放,选择未排样序列的下一个包络矩形进行以上判断;若未排的包络矩形均不能放置,则结束整个排样过程;
(Ⅱ)设定包络矩形的初始排样位置,若当前待排矩形为(Ⅰ)中确定放置层高度的矩形,则将矩形放置在板材最右端的最高水平位,并转到下面步骤(Ⅳ);若不是,则把矩形放在当前层最右端的最高水平位,并转到下面步骤(Ⅲ);
(Ⅲ)判断是否重新选择当前待排包络矩形,若当前层的剩余排样宽度,即板材的宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度,小于当前待排矩形的宽度,则从未排样序列中选出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形,返回步骤(Ⅱ);若这样的矩形不存在,则返回步骤(Ⅰ);
(Ⅳ)包络矩形的移动,将包络矩形先向左移动,再向下移动,直到不能再移动为止;
(Ⅴ)更新板材的未排样区域信息,包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材未排样区域的点集信息;
(Ⅵ)判断是否还有未排样矩形,即排样序列是否不为空,若有,则选取未排样序列中的第一个包络矩形,返回步骤(Ⅱ);若没有,则结束排样过程。
而在本实施例中,结合附图1,并根据上述方法,对各个不规则零件的最小包络矩形进行排样,下面对上述的五个零件为例进行说明:
(Ⅰ)放置第一个包络矩形。板材的高度大于矩形的高度,因此先把序号为1的矩形放在板材最右端的最高水平位,将矩形先向左移动,再向下移动,直到不能移动为止;此时确定了该矩形的排样位置,而第一层矩形排样的最高 水平位就为该矩形的高度,第一层的剩余排样宽度就是用板材的宽度减去第一个矩形的宽度,具体如图5所示。
(Ⅱ)将序号为2的包络矩形放在第一层最右端的最高水平位,此时,第一层的剩余排样宽度比第二个矩形的宽度大,则将矩形先向左移动,再向下移动,直到不能再移动为止,更新板材的未排样区域信息。
(Ⅲ)将序号为3的包络矩形放在第一层最右端的最高水平位,第一层的剩余排样宽度比第三个矩形的宽度小,具体如图6所示,要重新从未排样序列中选出第一个宽度不大于第一层剩余排样宽度的包络矩形,即选中序号为4的包络矩形放在第一层最右端的最高水平位进行排样;对序号为4的矩形排样后,第一层的剩余排样宽度不能再排放其他的包络矩形,未排样的包络矩形需要从新一层开始排样,具体如图7所示。
(Ⅳ)将未排样序列的第一个包络矩形,即序号为3的包络矩形放在板材最右端的最高水平位,板材剩余可排高度大于该包络矩形的高度,则将该矩形先向左移动,再向下移动,直达不能再移动为止;更新第二层矩形排样的最高水平位,更新板材的未排样信息,具体如图7所示。
(Ⅴ)将序号为5的包络矩形放在第二层最右端的最高水平位,此时,第二层的剩余排样宽度大于序号为5的包络矩形的宽度;将矩形先向左移动,再先下移动,直到不能再移动为止;更新板材的未排样信息,具体如图8所示。
(Ⅵ)所有包络矩形排样完毕,具体如图9所示,结束对包络矩形排样。
5)根据步骤4)中最小包络矩形的排样结果,恢复出对应的不规则零件的点集,确定了不规则零件的初始排样位置,具体如图10所示。
6)根据初始排样位置,对板材内的零件做进一步的靠近移动,使得零件排列紧密,完成不规则零件的自动正确排样。其具体情况如下:为了减少零件之 间的空白区域,从排样的第一个零件开始,逐个将零件进行向下平移,移动时需满足以下要求:零件不超出板材边界,零件之间没有重叠;当所有零件不能向下平移时,即完成不规则零件的自动正确排样,具体如图11所示。
当完成不规则零件的自动正确排样时,可采用如下公式计算出板材的排样利用率。

由上述公式可以得出,图11的排样结果的材料利用率为75.02%。
总之,综上所述,本发明以基于不同高度水平下放置矩形的方法先对不规则零件的最小包络矩形进行排样,以确定零件的初始排样位置,再对零件进行靠近移动,使得零件排列紧密。这相比现有技术,本排样方法实现简单,排样时间短,排样效率高,能有效地节约生产成本,以及提高企业的生产效率和经济竞争力,值得推广。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例,并非以此限制本发明的实施范围,故凡依本发明之形状、原理所作的变化,均应涵盖在本发明的保护范围内。

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1、(10)申请公布号 CN 103678800 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103678800 A (21)申请号 201310661261.3 (22)申请日 2013.12.09 G06F 17/50(2006.01) (71)申请人 华南理工大学 地址 511458 广东省广州市南沙区环市大道 南路 25 号华工大广州产研院 (72)发明人 罗家祥 胡跃明 陈安 刘月明 (74)专利代理机构 广州市华学知识产权代理有 限公司 44245 代理人 蔡茂略 (54) 发明名称 一种不规则零件在矩形板材上的排样方法 (57) 摘要 本发明公开了一种不规则零件在矩形板材上 。

2、的排样方法, 其方法是首先从零件库中选取不规 则零件, 用对角线法快速求取各个不规则零件的 最小包络矩形 ; 其次对零件的包络矩形以面积为 基础进行排序, 确定零件优先排样顺序 ; 接着利 用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下方法 对零件的最小包络矩形进行初步排样 ; 然后根据 初始排样结果, 恢复出对应的不规则零件的点集, 确定不规则零件的初始排样位置 ; 最后根据初步 排样位置, 对板材内的零件做进一步的靠近移动, 由此得出更好的零件排样结果。通过使用本发明 的自动排样方法, 能够快速地对不规则零件进行 排样, 能达到较高的材料利用率。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书。

3、 6 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103678800 A CN 103678800 A 1/2 页 2 1. 一种不规则零件在矩形板材上的排样方法, 其特征在于, 包括以下步骤 : 1) 从零件库中选取待排样的不规则零件, 并放在矩形板材上, 且零件之间不能有重 叠 ; 2) 采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形 ; 3) 对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列, 而在面积相等时, 按照最 小包络矩形的高度从大到小降序排列, 确定零件优先排样顺序 ; 4) 利用基。

4、于不同水平高度下放置矩形的最左最下 BL 方法对零件的最小包络矩形进行 排样, 以得到初始排样结果 ; 5) 根据初始排样结果, 恢复出对应的不规则零件的点集, 确定不规则零件的初始排样 位置 ; 6) 根据初始排样位置, 对板材上的零件做进一步的靠近移动, 使得零件排列紧密, 完成 不规则零件的自动正确排样。 2. 根据权利要求 1 所述的一种不规则零件排样方法, 其特征在于, 所述步骤 2) 包括如 下步骤 : () 零件的凸化, 根据不规则零件的点集信息, 计算不规则零件图形的内角大小, 判断 图形的凹凸性, 并将凹的区域, 即内角大于 180的顶点去掉, 实现凹多边形的凸化, 为计算 。

5、最小包络矩形做准备 ; () 用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边, 求出零件凸化后的点集中距离最远 的两点, 把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线 ; 以这两个顶点为端点, 沿着零件各引出两条边 ; 以这四条边分别作为包络矩形的基准边, 按照如下方法求取出四 个包络矩形 : 以一条基准边为基础求零件的包络矩形, 旋转零件, 使得该基准边与 X 轴平行, 比较 旋转后的零件的点集坐标, 求出 X、 Y 坐标的最大值和最小值, 并记为 xmax,xmin,ymax,ymin, 这 就产生了以坐标 (xmax,ymax)、 (xmax,ymin)、 (xmin,ymax)、 (xm。

6、in,ymin) 为顶点的包络矩形, 其面积 S=(xmax-xmin)(ymax-ymin) ; () 确定零件的最小包络矩形, 从 () 中得到的四个包络矩形中, 选择具有最小面积的 包络矩形作为零件的最小包络矩形。 3.根据权利要求1所述的一种不规则零件排样方法, 其特征在于 : 在所述步骤4) 中, 当 没有确定层的高度时, 将待排矩形放置在板材最右端的最高水平位, 然后将矩形先向左移, 再向下移, 直到不能再移动为止, 此时矩形高度即为当前层的最高水平高度, 若矩形在板材 剩余高度水平下, 即从已排零件的最高水平高度到板材顶端之间的范围, 不能放置时, 可进 行 90的旋转 ; 当层。

7、的高度确定时, 将待排矩形从当前层的最右端的最高水平位置开始向 左向下移动, 直到不能移动为止, 如果当前层不能放下待排矩形时, 则选择未排样序列的下 一个包络矩形排放在当前层, 若所有的矩形均不能放置, 则从未排样序列的第一个矩形开 始在新层排放。 4. 根据权利要求 3 所述的一种不规则零件排样方法, 其特征在于, 包括如下步骤 : () 放置层的确定, 如果是排放第一个矩形, 或者当前层不能放置任何矩形, 则产生新 的放置层, 选择未排样序列中的第一个包络矩形, 进行如下判断 : 若板材剩余可排高度大于 或等于矩形高度, 设定当前层高度等于该矩形高度 ; 若板材剩余可排高度小于矩形高度,。

8、 且 权 利 要 求 书 CN 103678800 A 2 2/2 页 3 大于或等于矩形宽度, 则设定当前层高度等于矩形宽度, 此时矩形旋转 90; 若剩余板材可 排高度小于矩形宽度, 则放弃当前矩形的排放, 选择未排样序列的下一个包络矩形进行以 上判断 ; 若未排的包络矩形均不能放置, 则结束整个排样过程 ; () 设定包络矩形的初始排样位置, 若当前待排矩形为 () 中确定放置层高度的矩形, 则将矩形放置在板材最右端的最高水平位, 并转到下面步骤 () ; 若不是, 则把矩形放在当 前层最右端的最高水平位, 并转到下面步骤 () ; () 判断是否重新选择当前待排包络矩形, 若当前层的剩。

9、余排样宽度, 即板材的宽度 减去当前层已排样的矩形占用宽度, 小于当前待排矩形的宽度, 则从未排样序列中选出第 一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形, 返回步骤 () ; 若这样的矩形不存在, 则返 回步骤 () ; () 包络矩形的移动, 将包络矩形先向左移动, 再向下移动, 直到不能再移动为止 ; () 更新板材的未排样区域信息, 包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材未排 样区域的点集信息 ; () 判断是否还有未排样矩形, 即排样序列是否不为空, 若有, 则选取未排样序列中的 第一个包络矩形, 返回步骤 () ; 若没有, 则结束排样过程。 5.根据权利要求1所述的一种不规则零件。

10、排样方法, 其特征在于 : 在所述步骤6) 中, 为 了减少零件之间的空白区域, 从排样的第一个零件开始, 逐个将零件进行向下平移, 移动时 需满足以下要求 : 零件不超出板材边界, 零件之间没有重叠 ; 当所有零件不能向下平移时, 即完成不规则零件的自动正确排样。 6.根据权利要求1或5所述的一种不规则零件在矩形板材上的排样方法, 其特征在于 : 当完成不规则零件的自动正确排样时, 可采用公式 计算出板材的排样利用 率。 权 利 要 求 书 CN 103678800 A 3 1/6 页 4 一种不规则零件在矩形板材上的排样方法 技术领域 0001 本发明涉及家具、 服装和机械制造加工领域中的。

11、计算机自动辅助排样, 尤其是指 一种不规则零件在矩形板材上的排样方法。 背景技术 0002 在家具、 服装和机械制造等材料加工行业中, 通常需要在平面板材上布置多个零 件, 即零件的排样问题。随着经济的发展, 板材的利用率对企业的经济效益有着直接的影 响, 特别是在使用板材数量非常大的制造业中, 排样效率的稍微提高就会带来很大的经济 效益。目前, 在生产水平不高的企业, 大部分的排样方法都是凭借人工目测和经验, 采用人 工排样的工作量大、 效率低, 排样效果完全依赖于工人的熟练程度, 远远不能满足现在种类 繁多、 产量各异、 灵活多变的生产需求。 因此, 实现零件在板材上的自动排样, 提高板材。

12、的利 用率, 提高排料速度, 是企业所追求的目标。 0003 在零件的排样问题中, 若排样零件为矩形件或其他规则形状时, 排样相对简单 ; 当 排样零件为不规则形状时, 排样复杂。对规则零件排样的研究时间较长, 研究较为深入, 至 今已有不少成熟的研究成果运用到实际的生产当中 ; 而对不规则零件排样的研究起步较 晚, 由于不规则零件排样问题涉及任意旋转角度和不规则形状的重叠检测, 增加了排样难 度, 导致计算复杂度高。因此, 在较短的时间内实现不规则零件的自动排样, 提高板材利用 率, 具有重要的实际价值和意义。 发明内容 0004 本发明的目的在于克服现有技术的不足, 提供一种能有效提高材料。

13、利用率、 快速 对不规则零件在矩形板材上进行自动排样的方法, 本发明的排放方法用于排样的板材是矩 形的 ; 排样的零件具有任意不规则形状 ; 形状在板材上没有方向限制, 可任意角度旋转。 0005 为实现上述目的, 本发明所提供的技术方案为 : 一种不规则零件在矩形板材上的 排样方法, 包括以下步骤 : 0006 1) 从零件库中选取待排样的不规则零件, 并放在矩形板材上, 且零件之间不能有 重叠 ; 0007 2) 采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形 ; 0008 3) 对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列, 而在面积相等时, 按 照最小包络矩形的高度从大到小降序排列,。

14、 确定零件优先排样顺序 ; 0009 4) 利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下 BL 方法对零件的最小包络矩形 进行排样, 以得到初始排样结果 ; 0010 5) 根据初始排样结果, 恢复出对应的不规则零件的点集, 确定不规则零件的初始 排样位置 ; 0011 6) 根据初始排样位置, 对板材上的零件做进一步的靠近移动, 使得零件排列紧密, 完成不规则零件的自动正确排样。 说 明 书 CN 103678800 A 4 2/6 页 5 0012 所述步骤 2) 包括如下步骤 : 0013 () 零件的凸化, 根据不规则零件的点集信息, 计算不规则零件图形的内角大小, 判断图形的凹凸性, 并。

15、将凹的区域, 即内角大于 180的顶点去掉, 实现凹多边形的凸化, 为 计算最小包络矩形做准备 ; 0014 () 用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边, 求出零件凸化后的点集中距离 最远的两点, 把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线 ; 以这两个顶点为 端点, 沿着零件各引出两条边 ; 以这四条边分别作为包络矩形的基准边, 按照如下方法求取 出四个包络矩形 : 0015 以一条基准边为基础求零件的包络矩形, 旋转零件, 使得该基准边与 X 轴平行, 比 较旋转后的零件的点集坐标, 求出 X、 Y 坐标的最大值和最小值, 并记为 xmax,xmin,ymax,ymin, 这就产。

16、生了以坐标 (xmax,ymax)、 (xmax,ymin)、 (xmin,ymax)、 (xmin,ymin) 为顶点的包络矩形, 其面积 S=(xmax-xmin)(ymax-ymin) ; 0016 () 确定零件的最小包络矩形, 从 () 中得到的四个包络矩形中, 选择具有最小面 积的包络矩形作为零件的最小包络矩形。 0017 在所述步骤 4) 中, 当没有确定层的高度时, 将待排矩形放置在板材最右端的最高 水平位, 然后将矩形先向左移, 再向下移, 直到不能再移动为止, 此时矩形高度即为当前层 的最高水平高度, 若矩形在板材剩余高度水平下, 即从已排零件的最高水平高度到板材顶 端之间。

17、的范围, 不能放置时, 可进行 90的旋转 ; 当层的高度确定时, 将待排矩形从当前层 的最右端的最高水平位置开始向左向下移动, 直到不能移动为止, 如果当前层不能放下待 排矩形时, 则选择未排样序列的下一个包络矩形排放在当前层, 若所有的矩形均不能放置, 则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。 0018 所述的利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下 BL 方法对零件的最小包络 矩形进行排样, 以得到初始排样结果, 包括如下步骤 : 0019 () 放置层的确定, 如果是排放第一个矩形, 或者当前层不能放置任何矩形, 则产 生新的放置层, 选择未排样序列中的第一个包络矩形, 进行如下判断。

18、 : 若板材剩余可排高度 大于或等于矩形高度, 设定当前层高度等于该矩形高度 ; 若板材剩余可排高度小于矩形高 度, 且大于或等于矩形宽度, 则设定当前层高度等于矩形宽度, 此时矩形旋转 90 ; 若剩余 板材可排高度小于矩形宽度, 则放弃当前矩形的排放, 选择未排样序列的下一个包络矩形 进行以上判断 ; 若未排的包络矩形均不能放置, 则结束整个排样过程 ; 0020 () 设定包络矩形的初始排样位置, 若当前待排矩形为 () 中确定放置层高度的 矩形, 则将矩形放置在板材最右端的最高水平位, 并转到下面步骤 () ; 若不是, 则把矩形 放在当前层最右端的最高水平位, 并转到下面步骤 () 。

19、; 0021 () 判断是否重新选择当前待排包络矩形, 若当前层的剩余排样宽度, 即板材的 宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度, 小于当前待排矩形的宽度, 则从未排样序列中选 出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形, 返回步骤 () ; 若这样的矩形不存在, 则返回步骤 () ; 0022 () 包络矩形的移动, 将包络矩形先向左移动, 再向下移动, 直到不能再移动为 止 ; 0023 () 更新板材的未排样区域信息, 包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材 说 明 书 CN 103678800 A 5 3/6 页 6 未排样区域的点集信息 ; 0024 () 判断是否还有未排样矩形,。

20、 即排样序列是否不为空, 若有, 则选取未排样序列 中的第一个包络矩形, 返回步骤 () ; 若没有, 则结束排样过程。 0025 在所述步骤 6) 中, 为了减少零件之间的空白区域, 从排样的第一个零件开始, 逐个 将零件进行向下平移, 移动时需满足以下要求 : 零件不超出板材边界, 零件之间没有重叠 ; 当所有零件不能向下平移时, 即完成不规则零件的自动正确排样。 0026 当完成不规则零件的自动正确排样时, 可采用公式 计算出板材的排样利用率。 0027 本发明与现有技术相比, 具有如下优点与有益效果 : 0028 1、 提出了一种以对角线法快速求取不规则零件最小包络矩形的方法 ; 00。

21、29 2、 利用基于不同水平高度下放置矩形的最左最下 BL 方法, 实现了快速地对不规 则零件进行初始排样 ; 0030 3、 对每个不规则零件进行靠近移动, 使得零件排列紧密 ; 0031 4、 本排样方法实现简单, 排样时间短, 排样效率高, 能有效地节约生产成本, 提高 企业的生产效率和经济竞争力。 附图说明 0032 图 1 为本发明的基于不同水平高度下放包络矩形的自动排样方法的流程图。 0033 图 2 为本发明中求取不规则零件的最小包络矩形的流程图。 0034 图 3 为实施例中用于排样的不规则零件的图形示意图。 0035 图 4 为是实施例中不规则零件及其相应的最小包络矩形示意图。

22、。 0036 图 5 为实施例中排放第一个包络矩形的示意图。 0037 图 6 为实施例中排放完第二个包络矩形后, 开始对第三个包络矩形排样的示意 图。 0038 图 7 为实施例中排放第三个包络矩形的示意图。 0039 图 8 为实施例中排放第五个包络矩形的示意图。 0040 图 9 为本发明利用基于不同水平高度下放置包络矩形的排样效果示意图。 0041 图10为在图9的基础上恢复出对应的不规则零件的点集, 确定出的不规则零件初 始排样位置示意图。 0042 图 11 为利用本发明的自动排样方法对不规则零件排样的效果示意图。 具体实施方式 0043 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。 。

23、0044 本实施例是对五个不规则零件进行排样, 零件可任意角度旋转, 板材的材料形状 为矩形, 具体排样包括以下步骤 : 0045 1) 从零件库中选取五个待排样的不规则零件, 具体如图 3 所示, 然后将不规则零 件放在矩形板材上, 且零件之间不能有重叠。 0046 2) 采用对角线法求取各个不规则零件的最小包络矩形, 具体如图 2 所示, 包括如 说 明 书 CN 103678800 A 6 4/6 页 7 下步骤 : 0047 () 零件的凸化, 根据不规则零件的点集信息, 计算不规则零件图形的内角大小, 判断图形的凹凸性, 并将凹的区域, 即内角大于 180的顶点去掉, 实现凹多边形的。

24、凸化, 为 计算最小包络矩形做准备 ; 0048 () 用对角线法确定零件最小包络矩形的基准边, 求出零件凸化后的点集中距离 最远的两点, 把这两点之间的连线看作是其最小包络矩形的近似对角线 ; 以这两个顶点为 端点, 沿着零件各引出两条边 ; 以这四条边分别作为包络矩形的基准边, 按照如下方法求取 出四个包络矩形 : 0049 以一条基准边为基础求零件的包络矩形, 旋转零件, 使得该基准边与 X 轴平行, 比 较旋转后的零件的点集坐标, 求出 X、 Y 坐标的最大值和最小值, 并记为 xmax,xmin,ymax,ymin, 这就产生了以坐标 (xmax,ymax)、 (xmax,ymin)。

25、、 (xmin,ymax)、 (xmin,ymin) 为顶点的包络矩形, 其面积 S=(xmax-xmin)(ymax-ymin)。 0050 采用以上方法求取的最小包络矩形具体如附图 4, 并分别记录每个零件与其包络 矩形的点集信息。 0051 3) 对所有待排零件的最小包络矩形按照面积从大到小排列, 而在面积相等时, 按 照最小包络矩形的高度从大到小降序排列, 确定零件优先排样顺序。即零件优先排样顺序 为 : 优先排最小包络矩形面积较大的零件 ; 而面积相同时, 优先排最小包络矩形高度高的 零件, 如下表 1 所示。 0052 表 1 待排零件排样序列 0053 0054 4) 利用基于不。

26、同水平高度下放置矩形的最左最下 BL 方法对零件的最小包络矩形 进行排样, 以得到初始排样结果。 当没有确定层的高度时, 将待排矩形放置在板材最右端的 最高水平位, 然后将矩形先向左移, 再向下移, 直到不能再移动为止, 此时矩形高度即为当 前层的最高水平高度, 若矩形在板材剩余高度水平下, 即从已排零件的最高水平高度到板 材顶端之间的范围, 不能放置时, 可进行 90的旋转 ; 当层的高度确定时, 将待排矩形从当 前层的最右端的最高水平位置开始向左向下移动, 直到不能移动为止, 如果当前层不能放 说 明 书 CN 103678800 A 7 5/6 页 8 下待排矩形时, 则选择未排样序列的。

27、下一个包络矩形排放在当前层, 若所有的矩形均不能 放置, 则从未排样序列的第一个矩形开始在新层排放。具体包括以下步骤 : 0055 () 放置层的确定, 如果是排放第一个矩形, 或者当前层不能放置任何矩形, 则产 生新的放置层, 选择未排样序列中的第一个包络矩形, 进行如下判断 : 若板材剩余可排高度 大于或等于矩形高度, 设定当前层高度等于该矩形高度 ; 若板材剩余可排高度小于矩形高 度, 且大于或等于矩形宽度, 则设定当前层高度等于矩形宽度, 此时矩形旋转 90 ; 若剩余 板材可排高度小于矩形宽度, 则放弃当前矩形的排放, 选择未排样序列的下一个包络矩形 进行以上判断 ; 若未排的包络矩。

28、形均不能放置, 则结束整个排样过程 ; 0056 () 设定包络矩形的初始排样位置, 若当前待排矩形为 () 中确定放置层高度的 矩形, 则将矩形放置在板材最右端的最高水平位, 并转到下面步骤 () ; 若不是, 则把矩形 放在当前层最右端的最高水平位, 并转到下面步骤 () ; 0057 () 判断是否重新选择当前待排包络矩形, 若当前层的剩余排样宽度, 即板材的 宽度减去当前层已排样的矩形占用宽度, 小于当前待排矩形的宽度, 则从未排样序列中选 出第一个宽度不大于该层剩余排样宽度的包络矩形, 返回步骤 () ; 若这样的矩形不存在, 则返回步骤 () ; 0058 () 包络矩形的移动, 。

29、将包络矩形先向左移动, 再向下移动, 直到不能再移动为 止 ; 0059 () 更新板材的未排样区域信息, 包括更新板材每层的剩余排样宽度和更新板材 未排样区域的点集信息 ; 0060 () 判断是否还有未排样矩形, 即排样序列是否不为空, 若有, 则选取未排样序列 中的第一个包络矩形, 返回步骤 () ; 若没有, 则结束排样过程。 0061 而在本实施例中, 结合附图 1, 并根据上述方法, 对各个不规则零件的最小包络矩 形进行排样, 下面对上述的五个零件为例进行说明 : 0062 () 放置第一个包络矩形。板材的高度大于矩形的高度, 因此先把序号为 1 的矩 形放在板材最右端的最高水平位。

30、, 将矩形先向左移动, 再向下移动, 直到不能移动为止 ; 此 时确定了该矩形的排样位置, 而第一层矩形排样的最高水平位就为该矩形的高度, 第一层 的剩余排样宽度就是用板材的宽度减去第一个矩形的宽度, 具体如图 5 所示。 0063 () 将序号为 2 的包络矩形放在第一层最右端的最高水平位, 此时, 第一层的剩 余排样宽度比第二个矩形的宽度大, 则将矩形先向左移动, 再向下移动, 直到不能再移动为 止, 更新板材的未排样区域信息。 0064 () 将序号为 3 的包络矩形放在第一层最右端的最高水平位, 第一层的剩余排样 宽度比第三个矩形的宽度小, 具体如图 6 所示, 要重新从未排样序列中选。

31、出第一个宽度不 大于第一层剩余排样宽度的包络矩形, 即选中序号为 4 的包络矩形放在第一层最右端的最 高水平位进行排样 ; 对序号为 4 的矩形排样后, 第一层的剩余排样宽度不能再排放其他的 包络矩形, 未排样的包络矩形需要从新一层开始排样, 具体如图 7 所示。 0065 () 将未排样序列的第一个包络矩形, 即序号为 3 的包络矩形放在板材最右端的 最高水平位, 板材剩余可排高度大于该包络矩形的高度, 则将该矩形先向左移动, 再向下移 动, 直达不能再移动为止 ; 更新第二层矩形排样的最高水平位, 更新板材的未排样信息, 具 体如图 7 所示。 说 明 书 CN 103678800 A 8。

32、 6/6 页 9 0066 () 将序号为 5 的包络矩形放在第二层最右端的最高水平位, 此时, 第二层的剩余 排样宽度大于序号为 5 的包络矩形的宽度 ; 将矩形先向左移动, 再先下移动, 直到不能再移 动为止 ; 更新板材的未排样信息, 具体如图 8 所示。 0067 () 所有包络矩形排样完毕, 具体如图 9 所示, 结束对包络矩形排样。 0068 5) 根据步骤 4) 中最小包络矩形的排样结果, 恢复出对应的不规则零件的点集, 确 定了不规则零件的初始排样位置, 具体如图 10 所示。 0069 6) 根据初始排样位置, 对板材内的零件做进一步的靠近移动, 使得零件排列紧密, 完成不规。

33、则零件的自动正确排样。 其具体情况如下 : 为了减少零件之间的空白区域, 从排样 的第一个零件开始, 逐个将零件进行向下平移, 移动时需满足以下要求 : 零件不超出板材边 界, 零件之间没有重叠 ; 当所有零件不能向下平移时, 即完成不规则零件的自动正确排样, 具体如图 11 所示。 0070 当完成不规则零件的自动正确排样时, 可采用如下公式计算出板材的排样利用 率。 0071 0072 由上述公式可以得出, 图 11 的排样结果的材料利用率为 75.02%。 0073 总之, 综上所述, 本发明以基于不同高度水平下放置矩形的方法先对不规则零件 的最小包络矩形进行排样, 以确定零件的初始排样。

34、位置, 再对零件进行靠近移动, 使得零件 排列紧密。 这相比现有技术, 本排样方法实现简单, 排样时间短, 排样效率高, 能有效地节约 生产成本, 以及提高企业的生产效率和经济竞争力, 值得推广。 0074 以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例, 并非以此限制本发明的实施范 围, 故凡依本发明之形状、 原理所作的变化, 均应涵盖在本发明的保护范围内。 说 明 书 CN 103678800 A 9 1/4 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 103678800 A 10 2/4 页 11 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103678800 A 11 3/4 页 12 图 5 图 6 图 7 图 8 说 明 书 附 图 CN 103678800 A 12 4/4 页 13 图 9 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103678800 A 13 。

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