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板材优化下料方案研究

  作者:陈静儿   网编:胡鲁   责任编辑:胡鲁   2007/10/25
人造板材下料方案影响着产品生产成本、报价和和材料采购。特别对于同规格、大批量的产品来说,企业总要花大量人力核算下料方案,微小的调整就有可能节约可观的原材料费用。

  2.1 数据初始化
  主要对其基本工艺参数进行确定,基本要点如下:
  1. 项目分解
  将各部件按组合方式和板材规格分解为单个零件,并生成净尺寸的清单,重新编号。
  2. 板材选择
  选用各零件所用板材种类、规格和余料情况。排料时将按不同规格的板材分类优化。
  3. 尺寸确定
  结合各个零件的结构和加工工艺,确定其净尺寸、毛料尺寸。
  4. 纹理定向
  选择纹理是否需要定向。若定向,是否允许一定比例或数量内的零件可以不定向。
  5. 锯路宽度
  精确到0.5mm,亦可据刀片寿命和板材类别略作调整。
  6. 批量
  上面分析仅仅是对单件而言,成本预算时批量将影响成本,此项单列可用于不同批量下的快速报价。
  2.2  数据库建立
  能够兼容excel,access,dbf等格式的文档,并可以相互导入和导出。
  对常用设计图纸的软件可以进行智能选择。
  2.3  算法设计
  下料属于装箱问题的特殊情况,目前实际应用中常用的求解方法有:
  1. 近似圆整法。即不作整数规划,在得出实数最优解后就终止最优解搜索,然后进行近似取整,这种方法在下料数量大时还可以,但数量少时,误差较大。
  2. 人工整数规划。这种方法的优化效果比近似圆整好,但这种方法对人的知识要求增高,操作复杂,同时所得解并非是理想的最优解。
  3. 采取时间判别终止法,即在整数规划允许到一定时间后仍不收敛,程序自动终止。
  算法设计中,并非一味追求高利用率,还要考虑工艺上的现实性,这样才有实际意义。例如,一般情况下,一块完整的板材允许有两到三块的零件参与排料,其锯路也要规整,过多的零件组合和繁琐锯路降低了开料的速度,生产中往往是不可行的,这也是目前市场上软件最为欠缺的。
  2.4  数据重组
  一个下料任务中,可能包括多个家具产品,并且每个产品的数量不同。好的开料软件可以方便快捷的对数据进行重组,不需要直接修改原数据。这是一些cad二次开发软件需要进一步突破的。
  2.5  辅助功能
  在满足下料任务的前提下,为尽量提供生产效率,降低成本,有如下需求:
  1. 基于标准零件库,自动生成下料清单,进行利用率和利用量的计算,并对相关信息进行计算。
  2. 对应于自动生成下料清单,同时也应具有手工输入下料数据的功能。以适应小批量临时性的加工任务。
  3. 下料时充分利用现有余料,达到减少废料,节约成本的目的。
  4. 根据排料结果,确定板材原材料的需求,由库房根据需求定制采购计划。避免库存资金的占用。
  5. 根据下料清单和单位加工工时定额,估算加工工时,制定详细的生产计划下发车间,严格控制生产周期,保证按合同期限交货。
  6. 预备下料任务的安排。生产较空闲时,安排常用标准板材零件的加工。
  2.6  拓展功能
  主要是通过允许存在偏差进行合理优化。
  对机械加工来说,对板材的下料要求极为严格,可以说是分毫不差。但在家具设计中,允许板材尺寸存在偏差,且不影响整体结构和力学性能。如文件柜的活动搁板,若假设宽度允许存在1~2mm的偏差,完全不影响文件柜的结构性能。其实在实际生产中,假设的偏差范围往往在允许的误差范围之内,但正是这个假定,借助计算机就有可能算出更优的排料方案。
  进一步讲,若家具各部件尺寸已定,在已得较优方案下,能否计算出某个零件若允许存在一定偏差时能使整体用料显著下降,再回头设计图纸,将与此相关的尺寸下调1~2mm,可能降低几个百分点的板材利用率,这也是快速报价必须考虑的问题;另一方面,在不影响板材有效利用率时权衡边料回收与锯路工序成本,必要时增加毛边尺寸,来提高生产效率,这是生产管理所要考虑的问题。
  更多的情况是下料方案设计中,零件尺寸多为含有加工余量的毛料尺寸。其加工余量在一定范围内如何确定,可以有效通过计算机辅助得到更优解。
  大批量生产的情况下,下料方案的优化对节约成本有极其重要的意义,目前靠人工和计算机交互计算难以达到最优。通过讨论,将家具方面相关的专业知识,同数学建模和计算机辅助计算结合起来,为计算机辅助工艺设计软件的开发成为一种可能。相信在不久的将来,智能的下料软件将更好的服务于家具设计,为节约型社会的建设贡献力量。
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