鋼格板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與優(yōu)化排料系統(tǒng)集成鋼格板智能化繪圖、交互與自動(dòng)結(jié)合的排料算法、工作量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、自動(dòng)生成打包發(fā)貨方案等功能，為鋼格板設(shè)計(jì)、生產(chǎn)提供了完整的解決方案。利用現(xiàn)有數(shù)字化技術(shù)提高鋼格板的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)效率。由于鋼格板的設(shè)計(jì)要符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，因此其繪圖設(shè)計(jì)具有較強(qiáng)的規(guī)律性，如同平臺(tái)板型號(hào)基本一致，間隙基本固定，寬度、長(zhǎng)度等可按型號(hào)進(jìn)行選取等等。充分利用這些規(guī)律可大大提高設(shè)計(jì)效率，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的數(shù)字化提供了可行性。
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、工具應(yīng)用于鋼格板行業(yè)缺乏針對(duì)性。采用 AutoCAD、浩辰、中望等通用 CAD 軟件進(jìn)行鋼格板的布置繪圖設(shè)計(jì)工作量大，存在較多重復(fù)繁冗工作；且中小型企業(yè)采用功能齊全的大型 CAD 軟件投入產(chǎn)出比欠佳，工藝優(yōu)化效率不高。優(yōu)化排料占據(jù)了鋼格板設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化過(guò)程中近 40%的工作量，直接影響了鋼格板的生產(chǎn)效率。由于現(xiàn)有 CAD軟件和排料系統(tǒng)無(wú)法集成應(yīng)用于鋼格板工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)；人工計(jì)算排料不僅效率低，正確率也很難保證。因此優(yōu)化排料問(wèn)題是鋼格板企業(yè)設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程中的一個(gè)瓶頸。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能
鋼格板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與優(yōu)化排料系統(tǒng)以自主開發(fā)的二維 CAD 系統(tǒng)為平臺(tái)集成了針對(duì)鋼格板的設(shè)計(jì)及工藝優(yōu)化等諸多功能。其基本功能涵蓋了目前通用 CAD 軟件的絕大部分常用操作，包括：圖形繪制（各種圖元）、圖形編輯、視圖變換（平移、鏡像、放縮等）、尺寸標(biāo)注、兼容 AutoCAD 的圖案填充、陣列、DXF 文件讀入、兼容 AutoCAD 的線型等。可進(jìn)行復(fù)雜圖紙的設(shè)計(jì)與編輯，滿足鋼格板的鋼梁繪制、間隙標(biāo)注、板號(hào)設(shè)置等設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，針對(duì)鋼格板設(shè)計(jì)與優(yōu)化的特殊需求，系統(tǒng)增加實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)區(qū)域布板、批量尺寸標(biāo)注、批量間隙調(diào)整、工藝優(yōu)化計(jì)算、排料圖繪制與交互調(diào)整、工作量與工藝方案導(dǎo)出等客制化功能。
系統(tǒng)功能層面可分為 CAD 與 CAM 兩個(gè)模塊（如圖 所示）,實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM 集成與信息共享。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員將客戶的鋼梁布置圖導(dǎo)入系統(tǒng)或在系統(tǒng)中手工繪制鋼梁圖（即布板邊界圖），隨后進(jìn)行自動(dòng)區(qū)域分割，選定布板區(qū)域自動(dòng)生成鋼格板，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)編號(hào)并可產(chǎn)生 BOM 信息表。BOM 表為整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換處理的核心，是實(shí)現(xiàn) CAD/CAM 集成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò) BOM 表可提取相關(guān)信息自動(dòng)導(dǎo)出 Excel工作量統(tǒng)計(jì)表，以便企業(yè)對(duì)工人進(jìn)行績(jī)效評(píng)估。
鋼格板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與優(yōu)化排料系統(tǒng)
設(shè)計(jì)方案完成后，設(shè)計(jì)信息傳輸至 CAM 模塊。系統(tǒng)可根據(jù)共享信息與排料優(yōu)化算法對(duì)下料 方案進(jìn)行多次自動(dòng)優(yōu)化計(jì)算，并生成可視化的排料示意圖以供生產(chǎn)人員參考安排生產(chǎn)計(jì)劃。同時(shí)產(chǎn)品的幾何、物理信息可被系統(tǒng)利用，計(jì)算生成合理的打包發(fā)貨方案，顯著縮短生產(chǎn)交貨周期。
CAD/CAM 集成與信息共享的優(yōu)勢(shì)同時(shí)還體現(xiàn)在本系統(tǒng)與企業(yè)管理信息系統(tǒng)的接口。系統(tǒng)生成的工作量統(tǒng)計(jì)表、工藝方案等都可按特定的數(shù)據(jù)排列格式生成 Excel 文件并導(dǎo)入管理信息系統(tǒng)。有助于中小型企業(yè)在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、 生產(chǎn)、管理的信息共享。
系統(tǒng) CAD 模塊的主要圖元類有 CRefCur、 CRefPt、CDim 等，都繼承自 CEntity。由這些類 實(shí)現(xiàn)基本的線、點(diǎn)、標(biāo)注的繪制CBlock（圖塊 類）定義了一個(gè) CEntity 對(duì)象的聚合，可通過(guò)它的子部件調(diào)用各自函數(shù)實(shí)現(xiàn)繪制。而 CTable、 CSG、CRaw 則是系統(tǒng)針對(duì)鋼格板設(shè)計(jì)開發(fā)的圖元類。CSG 實(shí)現(xiàn)了鋼格板特征的繪制，包括板號(hào)、 扁鋼方向、橫桿數(shù)、扁鋼數(shù)等基本信息。設(shè)計(jì)信息由CTable 實(shí)現(xiàn)匯總處理后生成材料明細(xì)表 （BOM），并傳輸至 CAM 模塊。最終 CRaw 負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)果的可視化，即排料示意圖的繪制與交互調(diào)整等。
異形鋼格板設(shè)計(jì)案例
系統(tǒng)確認(rèn)備選信息源后可自動(dòng)生成BOM表，從而為模塊間的集成架設(shè)了橋梁。系統(tǒng)的工作量統(tǒng)計(jì)以BOM表為直接處理對(duì)象，可對(duì)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行二次提取：通過(guò)板號(hào)對(duì)異形與矩形板加以分類處理；通過(guò)扁鋼方向?qū)M向隔焊與縱向滿焊進(jìn)行計(jì)算；通過(guò)幾何信息對(duì)接板料與異形板的切割長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算。普通的鋼格板產(chǎn)品為平面矩形，因此可通過(guò)計(jì)算包圍盒區(qū)分通用與異形設(shè)計(jì)。板特征輪廓與包圍盒不重合部分即為非規(guī)則邊界，可定性為異形板。進(jìn)而標(biāo)記輪廓中的該曲線計(jì)算出其長(zhǎng)度信息。整個(gè)過(guò)程完全取代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程中的人工計(jì)算處理。工作量統(tǒng)計(jì)信息匯總完畢后可按指定格式導(dǎo)出Excel文件，以導(dǎo)入企業(yè)管理信息系統(tǒng)。鋼格板BOM表系統(tǒng)生成G代碼接板補(bǔ)料處理是否為異形板設(shè)計(jì)寬度是否大于原板寬度設(shè)計(jì)寬度是否卡模數(shù)進(jìn)行二次切割隔焊包邊處理滿焊+隔焊包邊處理計(jì)算生成工作量統(tǒng)計(jì)表。
目前大部分企業(yè)采用人工計(jì)算下料方案，不僅需要耗費(fèi)大量的時(shí)間精力，同時(shí)也對(duì)相關(guān)人員的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)提出了很高的要求。因此，相當(dāng)一部分工藝方案無(wú)法滿足生產(chǎn)需求，方案可調(diào)性、兼顧生產(chǎn)效率等指標(biāo)不盡如人意。針對(duì)這些問(wèn)題，本系統(tǒng)提出了基于混合遺傳算法的鋼格板自動(dòng)優(yōu)化排料解決方案。
