家具排料的方案优化设计方法

发表于 2007-06-25 22:01 作者: hygan 　1 引言
　　家具排料是家具生产过程中的一个关键问题，合理地利用材料资源关系到企业的经济效益。家具生产企业中的设计人员可以利用现有的设计软件和办公软件制作家具排料程序，在计算机中直观、方便地进行排料设计，并由计算机作出最优排料方案，这样可使得资源充分利用，生产管理更科学。
　　2 排料设计方法
　　利用计算机辅助设计软件AutoCAD进行排料图设计，为了更方便、直观地进行设计，设计人员可根据AutoCAD提供的开发语言编制一些程序。
　　2.1建立排料图环境
根据企业生产所用原材料的尺寸建立排料图设计环境，设计图可以保存为*.dwt文件。这样在设计中就可以直接调用，节省设计时间。绘图时注意建立图层，至少原料板件应该单独占一层，这样编写程序容易，如图1所示，点击菜单项“二维工程图”→“选择图纸”，系统弹出“选择图纸”对话框，在其中选择下料图，实际上就是选择在2.1中建立好的排料图设计模板，选好后点击确定就可进入到排料设计环境中，如图1所示，已设计好了原料板件，并且边角毛量已经留好。
　　2.2进入排料图设计环境的方法
　　依据AutoCAD的PDA机制，编制自己的交互式设计环境，整个排料过程可以从菜单项开始。如图2所示，点击菜单项“二维工程图”→“选择图纸”，系统弹出“选择图纸”对话框，在其中选择下料图，实际上就是选择在2.1中建立好的排料图设计模板，选好后点击确定就可进入到排料设计环境中，如图1所示。

　　2.3快速绘制板件图的程序设计
　　进入设计环境后，就需要在图纸上排布板件了，以生产40套如图3所示双门衣柜为例，建立四种板件的排料图，其中包括：固定横隔板（827×505）、背板拉条（828×160）、底板（828×525）、旁板（1984×544）。这里可以编制参数化自动绘图程序，使用对话框输入参数，输入完成后点击确定按钮即可完成一个板件的绘制，这里需要注意的是，设计者在开发输入参数对话框时，应该编写检验程序，如果输入有错，系统可以及时提醒，如图4所示的输入板件尺寸对话框和输入错误后提供对话框。按照这种方法，在尽可能获得最大出材率的条件下排出四种方案，如图5所示，其中
　　第一种方案：两块旁板＋两块背板拉条，出材率为82.59%。
　　第二种方案：五块背板拉条＋四块底板，出格率为82.41%。
　　第三种方案：四块固定横隔板＋三块背板拉条＋一块底板，出材率为85.7%。
　　第四种方案：四块固定横隔板＋六块背板拉条，出材率为84.72%。

　　2.4实时出材率的程序设计
　　在排布每件板件时，为了获得最大的出材率，需要实时获得当前的出材率值，可以编写出材率计算程序。方法是选择菜单“下料设计”？“出材率”，屏幕即可出现材率对话框，显示板材实用面积与出材率，如图6所示。点击框中的OK按钮还可以将出材率自动标注在图上，下面是出材率标注和计算程序的编写示例，设计人员可参考它编写出适用自己的程序来。
　　(defun c:ccl()
　　(if (＜(setq index (load_dialog "…")）0) (exit))
　　(if (not (new_dialog "ccl" index))(exit))
　　　　(setq ccl o)
　　(setq sa (ssget "w"′(-305 268) ′(2070 1478)))
　　(setq n (sslength sa))
　　(setq m o)
　　……
　　(while (＜m n)
　　　　　(setq sb (ssname sa m ))
　　　……
　　　　(setq k1 (cadr (nth 12 sc )))
　　　……
　　　　)
　　　　(setq zmj (* 1220 2400))
　　　　(setq ccl (*100 (/zarea zmj)))
　　　　(set_tile "symj_edit"(rtos (/zarea 1000000) 2 2))
　　　　……
　　　　(action_tile "accept" "(do_ccl_ok)")
　　;以上是出材率计算程序
　　(if (= (start_dialog) 1) 　　　　　 (prong 　　　　　　　　(setq cclp (getporint "\n请选择要标注的起始点："))
　　　　　　　　　　　　　…… 　　　　　　　　　　　　　(comm.and "layer" "n" "ccl-bz" "") 　　　　 　　　　　　　　……
　　　　　 　　　(comm.and "mtext" cclp (list (+100 (cadr cclp))(caddr cclp (list (+700（car cclp）)(+100(cadr cclp)) (caddr cclp))(strcat "出材率:"(rtos ccl 2 2 )"%" "")));以上是出材率标注程序
　　(unload_dialog index)
　　(print))

　　3 下料方案优化设计
　　以生产40件双门衣柜为例，采用图5所示四种方案下料，目标是消耗人造板数最少，并求出每种方案所需的人造板张数，这也是数学上规划求解的问题。家具生产企业可利用现有的办公软件EXCEL中的规划求解功能来快速计算出最小料量，并且可以计算出每种方案究竟需多少块板及最少用料量。具体方法：
　　（1）在EXCEL中建立数据表。其中包括，板件尺寸和每种方案中板件统计表。如图7所示。
　　（2）建立方案分配表，在表中添入每种板件的需求量，例如40件双门衣柜，旁板数量为80，如图8所示，在最适料量中要输入公式，例如板件编号1的最适料量公式为＝F$33*G38+G$33*H38+H$33*I38+IS33*J38,有关公式的编写设计人员可以参看EXCEL相关书籍。

　　（3）建立规划求解参数，主要是设置可变单元格、目标单元格和约束条件等。如图9所示。设置好后，点击注解按钮，系统自动求出最少用料量。如图10所示，可得第一种方案需40块板；第二种方案需8块板；第三种方案需8块板；第四种方案需2块板为最合理排料方案，总板数为58块板。在实际生产过程中，往往并不是只生产一种家具，所以当板件的种类越多、分配的方案越多、每种方案的出材率越高时，方案优化设计方法的方便性与精确性越明显。

　　4 小结
　　以上介绍的家具排料辅助设计与方案优化设计方法，具有以下的特点：
　　（1）以家具企业现有的设计与办公软件为基础，不需要另外购置忖业软件，可以节约企业的开支，降低生产成本。
　　（2）方法简单适用，设计人员熟练使用AutoCAD中的情况下，即可完成设计。EXCEL中的规划求解功能强大简单易学。使用上述的方法可提高排料设计的质量，节约宝贵的资源。
　　（3）设计人员若熟悉AutoCAD开发语言可以在此基础上进一步开发出家具CAD软件　件，或者开发一些适合自己企业的适用程序，方便设计、生产和管理。
　　当家具企业的设计人员熟悉和掌握这些方法。可进一步提高家具生产的计算机运用水平。