基于遗传算法计算船舶型材套料的方法、装置及电子设备与流程

本发明涉及一种基于遗传算法计算船舶型材套料的方法、装置及电子设备，属于船舶制造中型材套料设计的。

背景技术：

1、我国的造船行业是我国重要的制造业之一，也是国家重点支持的产业之一，从一无所有的近代造船工业逐渐发展成具有成熟产业链和完整工业体系的造船大国。在船舶行业的产业链中，上游为所需套料型材及船舶配套设施供应，中游为船舶总装制造，下游则为航运、维修等船舶应用及服务环节。随着全球经济的发展和技术的进步，我国的造船行业也在不断地进行着转型升级。其中，数字化转型是当前中国造船行业的重要发展方向之一。数字化转型可以帮助我国造船企业提高生产效率、降低成本、提高产品质量和服务水平、提高企业的竞争力和市场占有率，从而推动我国造船行业向高质量、高效率和高附加值的方向发展。

2、型材是指金属经过塑性加工成形，具有一定断面形状和尺寸的实心直条.型材的品种规格繁多，用途广泛，在轧制生产中占有非常重要的地位。型材是铁或钢以及具有一定强度和韧性的材料通过轧制、挤出、铸造等工艺制成的具有一定几何形状的物体。这类材料具有的外观尺寸一定，断面呈一定形状，具有一定的力学物理性能。型材既能单独使用也能进一步加工成其他制造品，常用于建筑结构与制造安装。机械工程师可根据设计要求选择型材的具体形状、材质、热处理状态、力学性能等参数，再根据具体的尺寸形状要求将型材进行分割，而后进一步加工或热处理，达到设计的精度要求。

3、而在船舶设计过程中，型材作为重要的结构被广泛应用于船舶的总纵加强、屈曲加强、孔边加强等等。例如一艘16000teu大型集装箱船需要使用接近5万根左右的型材结构。型材套料是指在型材上进行图形规划，以达到型材加工利用率的最大化。一般来说，型材套料采用预估型材重量并适当增加余量向厂家进行订货。如一艘船通过统计后得知其中一零件fb100*10的重量为10吨，而预估零件长度为1273米，考虑到还会存在大约10％的零件间隙及误差，即可得出需要预定140根10米的型材或其他规格，其总量需达到1400米。后续生产时，采用140米的型材进行套料，通常我们采用人工调整的方式进行型材套料，但人工套料不仅极大的浪费人力，还极易出现型材的浪费或材料不足的情况发生，且不满足现代造船分流分道以及精细化套料的需求。因此，亟需一种提升船舶型材套料利用率的计算方法，来解决上述背景技术提出的技术问题。

技术实现思路

1、本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

2、针对现有技术中存在的问题与不足，本发明目的在于提供一种基于遗传算法计算船舶型材套料的方法、装置及电子设备。本发明将船舶设计三维模型中的型材零件信息抽取成原始零件信息种群，通过遗传算法中的选择运算结合原始零件信息种群和所需完成套料的套料型材子种群经由选择运算计算即可得出较优的型材套料方案，大大节省船舶生产和人工成本。以解决上述背景技术中提出的问题。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、作为本技术的第一方面，本发明公开一种基于遗传算法计算船舶型材套料的方法，主要包括如下步骤：

5、步骤1，响应于抽取船舶设计三维模型中的型材零件信息并编码，形成原始零件信息种群；

6、步骤2，响应于将所述原始零件信息种群划分为多个型材规格子种群；

7、步骤3，响应于建立所需完成套料的套料型材子种群；

8、步骤4，响应于将所述型材规格子种群与所述套料型材子种群进行初始化匹配；

9、步骤5，响应于匹配后的所述型材规格子种群对应结合所述套料型材子种群依据遗传算法中选择运算计算得到套料方案。

10、进一步的，在步骤1中，抽取船舶设计三维模型中的型材零件信息并被编码后形成的原始零件信息种群，所述原始零件信息种群包括型材零件的规格、长度和端切信息，按照规格分类后所述型材规格子种群包括型材零件的长度和端切信息，所述套料型材子种群包括所需套料型材的规格和长度信息。

11、进一步的，所述原始零件信息种群和型材规格子种群中包括型材零件的端切形式包括单边套料形式和共边套料形式。

12、进一步的，在步骤5中，匹配后的所述型材规格子种群对应结合所述套料型材子种群依据遗传算法中选择运算计算得到套料方案，所述套料方案的套料利用率为，

13、

14、其中，n表示为所需套料型材的个数，g为迭代次数，mn表示为套料型材子种群m内的型材零件信息，ni表示为型材规格子种群n内的型材零件信息。

15、进一步的，得到所述型材套料方案后，可通过适应度计算判断其是否为最优方案，所述适应度函数为，

16、

17、其中，nis表示为型材规格子种群内零件规格为i中第s个零件信息，mit表示为套料型材子种群内零件规格为i且长度为t的零件信息。

18、进一步的，将所述套料利用率的收敛函数设定为pg(fitness)大于95％或者迭代次数g为1000，用于筛选出优秀的型材套料方案。

19、作为本技术的第二方面，本发明还公开一种基于遗传算法计算船舶型材套料的装置，包括：

20、抽取模块，用于抽取船舶设计三维模型中的型材零件信息并编码形成原始零件信息种群；

21、分群模块，用于将所述原始零件信息种群划分为多个型材规格子种群；

22、新建模块，用于建立所需完成套料的套料型材子种群；

23、匹配模块，用于将所述型材规格子种群与所述套料型材子种群进行初始化匹配；

24、计算模块，用于结合所述型材规格子种群和套料型材子种群依据迭代计算得出套料方案。

25、作为本技术的第三方面，本发明还公开一种电子设备，包括：

26、至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；

27、所述存储器上存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1至6任一项所述方法的步骤。

28、作为本技术的第四方面，本发明还公开一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任意一项所述的步骤。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

30、本发明提供的一种基于遗传算法计算船舶型材套料的方法、装置及电子设备，先在船舶设计三维模型中抽取型材零件信息形成原始零件信息种群，将原始零件信息种群分成多个型材规格子种群并建立套料型材子种群。型材规格子种群与套料型材子种群的规格进行初始化匹配，针对于匹配后的型材规格子种群对应结合套料型材子种群基于遗传算法中的选择运算即可得出套料方案。采用本发明制定的型材套料方案的套料利用率能够达到96％以上，远远高于目前的套料工艺，能够提升型材的利用率、减少订货量，从而达到降低成本的效果。同时，余料的减少也可节省制造部门材料整理的时间，提升生产制造效率。尤其是，本发明预留型材零件的端切形式包括共边套料和单边套料，可根据端切形式进一步节省型材套料材料，对型材套料数据进一步优化。另外，本发明采用计算机技术，所有套料方案均使用计算机在静默的状态下进行，能够大大节约人工工时。