[发明专利]一种管材套管与装箱优化方法及系统

权利要求书

1.一种管材套管与装箱优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：采集矩形容器和待排管材的参数，其中，矩形容器的参数包括容器长度、容器宽和容器高；待排管材的参数包括袋装管的袋装长度、袋装宽、袋装高和数量，袋装管内袋装管材的长度、内径、外径和数量，以及散装管材的长度、内径、外径和数量；

步骤S2：判断是否含有袋装管，且袋装管是否允许拆袋，如果判定结果为有且允许，执行第一操作；否则，执行第二操作；

第一操作：根据袋装管和散装管材的参数，调用圆内矩形排样算法将袋装管装进散装管材生成第一套管块，并将无法被散装管材装载的袋装管拆袋形成袋装管材；再根据袋装管材和剩余的散装管材的参数，调用圆套圆套管块生成算法生成第二套管块：

具体包括以下步骤：

步骤S211：根据袋装管和散装管材的参数，形成管集合；

步骤S212：给定一个套管块集合，定义套管块集合为空，并对套管块集合设置套管规则进行数据处理；

其中，套管规则包括：

(1)管的内嵌和外套约束规则：a、不可内嵌+不可外套；b、可内嵌+不可外套；c、不可内嵌+可外套；d、可内嵌+可外套；e、部分管被指定只能内嵌某些类型的管；

管的内嵌约束指的是一种管可以作为大管，里面嵌入外径小于大管内径、长度小于等于大管长度的其他小管；

管的外套约束指的是一种管可以作为小管，内嵌到内径大于小管外径、长度大于等于小管长度的其他大管里；

(2)短不套长约束规则：大管内所内嵌的小管长度不大于大管的长度；

(3)套管块重量约束规则：限制一个套管块的重量；

(4)套多排管约束规则：若允许被套多排，则在大管长度和套管块重量的情况下，限制一个大管内所内嵌的相同的小管数量；

(5)套管块中管类型数量限制规则：在大管长度和套管块重量允许的情况下，限制一个大管内所内嵌的小管类型数量；

步骤S213：将袋装管从管集合中取出，并形成袋装管集合；

步骤S214：更新管集合，将管集合按照内径降序排序，取出管集合中第一种管作为大管；

步骤S215：更新袋装管集合，从袋装管集合依次遍历袋装管，不拆袋袋装管，判断大管是否可装载袋装管，如果是，则执行步骤S216；如果否，则执行步骤S217；

步骤S216：将袋装管装进大管的内部，形成第一套管块，将第一套管块加入套管块集合，扣除相应的袋装管和大管的数量，重新执行步骤S214；

步骤S217：将管集合进行备份，形成备份管集合，对管集合调用圆套圆套管块生成算法生成第二套管块，判断是否存在无小管的套管块，如果是，则执行步骤S218；如果否，则执行步骤S219；

步骤S218：取出套管块中无小管的大管加入管集合1，同时将无小管的大管从备份管集合中移除，将袋装管拆袋加入管集合1，对管集合1调用圆套圆套管块生成算法生成套管块集合，将在套管块中作为大管且内部无小管的袋装管加到备份管集合中，同时将这些袋装管对应的套管块从套管块集合中移除，将备份管集合替换管集合，对管集合调用圆套圆套管块生成算法生成第二套管块并加入套管块集合，将在套管块中作为大管且内部无小管的袋装管还原回初始袋装管；

步骤S219：将备份管集合替换管集合，并将袋装管拆袋加入管集合，对管集合调用圆套圆套管块生成算法生成第二套管块并加入套管块集合，将在套管块中作为大管且内部无小管的袋装管还原回初始袋装管；

第二操作：根据袋装管和散装管材的参数，调用圆内矩形排样算法生成第一套管块；再根据剩余的散装管材的参数，调用圆套圆套管块生成算法生成第二套管块；

具体包括以下步骤：

步骤S221：将散装管材和袋装管材形成管集合；

步骤S222：对管集合设置套管规则进行数据处理；

步骤S223：将管集合按内径大小降序排序；

步骤S224：判断管集合是否为空，如果是，则结束；如果否，则执行步骤S225；

步骤S225：取出管集合中的第一种管作为大管；

步骤S226：取出外径小于大管、长度小于等于大管长度且允许被大管装载的小管；

步骤S227：调用圆内圆形排样算法获取小管在大管内的放置位置；

具体包括以下步骤：

步骤S2271：以大管的圆心为原点，分别沿大管的半径建立直角坐标，形成待装载的大圆；

步骤S2272：外径小于大管、长度小于等于大管长度且允许被大管装载的小管建立为小圆列表；

步骤S2273：将小圆列表按外径大小降序排序；

步骤S2274：取出小圆列表中的第一个小圆，为第一个小圆寻找在待装载的大圆内部的放置位置，判断是否找到放置位置，如果是，则执行步骤S2275，如果否，则执行步骤S2276；

步骤S2275：判断放置位置是否可行且可优化，如果是，则放置第一个小圆，执行步骤S2276；如果不是，则将未被放置的第一个小圆移出，执行步骤S2276；

步骤S2276：更新小圆列表，判断更新后的小圆列表是否不为空，如果是，则执行步骤S2274，如果否，结束算法；

步骤S228：对大管内的小管使用广度优先遍历的方式调用圆内圆形排样算法进行递归内嵌；

步骤S229：根据设置的套管规则形成第二套管块，并获取可组成第二套管块的大管和小管参数，从管集合中进行对应的移除，更新管集合，并重新执行S223；

步骤S3：根据第一套管块、第二套管块和矩形容器的参数，调用矩形内圆套圆套管块排样算法，确定第一套管块和第二套管块在矩形容器内长方体空间的装载，并返回长方体空间的剩余空间；

具体包括以下步骤：

步骤S31：将第一套管块和第二套管块合并形成套管块集合，并将套管块集合依次按大管长度和大管外径降序排序；

步骤S32：将空间装载不下的套管块移到备份套管块集合中；

步骤S33：判断套管块集合是否为空，如果是，则将矩形容器的长方体空间存储起来，如果否，则执行步骤S34；

步骤S34：取出套管块集合的第一种套管块，调整矩形容器的长方体空间的虚拟宽度，调用矩形内圆形排样算法获取第一种套管块在长方体空间内的装载位置，裁切出剩余空间，添加到总剩余空间列表，并将备份套管块移回套管块中；

具体包括以下步骤：

步骤S341：以矩形容器的中心为原点，分别沿平行于矩形容器的容器宽L和容器高W的方向建立直角坐标，形成待装载的矩形；

步骤S342：外径小于矩形、长度小于等于矩形长度且允许被矩形装载的套管块建立为小圆列表；

步骤S343：将小圆列表按外径大小降序排序；

步骤S344：取出小圆列表中的第一个小圆，为第一个小圆寻找在待装载的矩形内部的放置位置，判断是否找到放置位置，如果是，则执行步骤S345，如果否，则执行步骤S346；

步骤S345：判断放置位置是否可行且可优化，如果是，则放置第一个小圆，执行步骤S346；如果不是，则将未被放置的第一个小圆移出，执行步骤S346；

步骤S346：更新小圆列表，判断更新后的小圆列表是否不为空，如果是，则执行步骤S344，如果否，结束算法；

步骤S35：判断总剩余空间列表和套管块集合是否不为空，如果是，执行步骤S36，如果否，则结束算法；

步骤S36：将总剩余空间列表中的剩余空间按x升序排序，取出总剩余空间列表中的第一个空间，并重新执行步骤S32；

步骤S4：判断是否有剩余的袋装管材和袋装管，如果是，执行步骤S5；如果不是，执行步骤S6；

步骤S5：将剩余的袋装管材还原形成初始袋装管，调用已有装箱算法将初始袋装管和袋装管装载到剩余空间，执行步骤S6；

步骤S6：结束算法，输出排样方案，包括装载管材的参数和排样图。