(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810173322.4
(22)申请日 2018.03.02
(71)申请人 中船第九设计研究院工程有限公司
地址 200063 上海市普陀区武宁路303号
(72)发明人 丁炜杰 王真 胡世南 李杰
(74)专利代理机构 上海蓝迪专利商标事务所
(普通合伙) 31215
代理人 徐筱梅
(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种管材切割的套料算法，
其特点是采用0-1型整数线性规划建立套料算法数
学模型，并以“matlab ”程序求解管材的最大利用
度、参数x ij 、目标函数的设置以及数学模型的建
立和求解，得到管材最大利用率的最优解。本发
明与现有技术相比具有计算便捷，确保管道原材
料的利用率达到最大，工作效率高，计算精确高，
有效提高了材料利用率，进一步降低船舶制造费
用，
经济效益显著。权利要求书1页 说明书4页CN 108399298 A 2018.08.14
C N 108399298
A
1.一种管材切割的套料算法，其特征在于采用0-1型整数线性规划建立套料算法的数学模型，并以“matlab ”程序计算管道套料的最优解，具体计算按下述步骤进行：
(1)、在“matlab ”中建立m维矩阵，并输入m根管道原材料的长度Li，其中：i∈[1,m]；
(2)、在“matlab ”中建立n维矩阵，并输入需要套料的n个管道零件的长度dj，其中j∈
[1,n]；
(3)、在“matlab ”中建立立m ×n维未知数矩阵x，并设置零件j在管材i上的0-1参数x ij
，
(4)、根据n个管道零件的长度dj以及参数x ij ，在“matlab ”中建立目标函数f为最大利用率的套料规划目标函数，
即
(5)、根据a、b和c三项约束条件，以及构造系数矩阵A与约束矩阵b，在“matlab ”中建立套料算法的数学模型，所述a约束条件为每根管材上的套料长度不超过该根管材的长度，
即
......
所述b约束条件为每个管道零件最多套料一次，
即
......
所述c约束条件为零件j是否在管材i上，属于0-1规划，即x ij ＝0或1，j＝1,2,...,m i＝1,2,...,n；
(6)、根据套料算法的数学模型，运用“matlab ”中的“intlinprog ”求解器计算得到管道套料的最优解。
权 利 要 求 书1/1页CN 108399298 A
一种管材切割的套料算法
技术领域
[0001]本发明涉及管道切割套料技术领域，尤其是一种用于船舶的管材切割的套料算法。
背景技术
[0002]套料是船舶设计制造的一个重要环节，套料结果的优劣，直接影响到船舶制造原材料的利用率，更会影响到产品的制造成本，以及企业的效益。
[0003]目前，国内船舶制造业的管道制造过程，除了少数船厂配置了内置管材切割套料算法的自动化切割生产线，但大量的切割套料工作还是需要工人根据管道加工清单，依靠个人工作经验进行原材料领取与手工计算套料，管道的切割套料计算仍大量依赖工人的工作经验，手工计算，费时费力，且无法对管材利用率进行控制的情况，计算结果的质量无法保证，不利于制造过程中管材利用率的控制。
发明内容
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足而设计的一种管材切割的套料算法，以0-1型整数线性规划理论进行数学建模，开发“matlab”程序，求解管道套料的数学最优解，确保管道原材料的利用率达到最大，
计算过程便捷，工作效率高，确保计算结果的准确性，计算精确高，有效提高了材料利用率，进一步降低船舶制造的管道费用，经济效益显著。[0005]本发明的目的是这样实现的：一种管材切割的套料算法，其特点是采用0-1型整数线性规划建立套料算法的数学模型，并以“matlab”程序计算管道套料的最优解，具体计算按下述步骤进行：
[0006](1)、在“matlab”中建立m维矩阵，并输入m根管道原材料的长度Li，其中：i∈[1, m]。
[0007](2)、在“matlab”中建立n维矩阵，并输入需要套料的n个管道零件的长度dj，其中j ∈[1,n]。
[0008](3)、在“matlab”中建立立m×n维未知数矩阵x，并设置零件j在管材i上的0-1参数x ij，
[0009]
[0010](4)、根据n个管道零件的长度dj以及参数x ij，在“matlab”中建立目标函数f为最大利用率的套料规划目标函数，即
[0011]
[0012](5)、根据a、b和c三项约束条件，以及构造系数矩阵A与约束矩阵b，在“matlab”中建立套料算法的数学模型，所述a约束条件为每根管材上的套料长度不超过该根管材的长度，即
[0013]
[0014]
[0015]......
[0016]
[0017]所述b约束条件为每个管道零件最多套料一次，即
[0018]
[0019]
[0020]......
[0021]
[0022]所述c约束条件为零件j是否在管材i上，属于0-1规划，即x ij＝0或1，j＝1,2,...,m i＝1,2,...,n。
[0023](6)、根据套料算法的数学模型，运用“matlab”中的“intlinprog”求解器计算得到管道套料的最优解。
[0024]本发明与现有技术相比具有管道原材料利用率达到最大，计算便捷、精确度高，有效提高了材料利用率和工作效率，进一步降低船舶制造费用，经济效益显著。
具体实施方式
[0025]实施例1
[0026]本发明采用0-1型整数线性规划建立套料算法的数学模型，并以“matlab”程序计算管道套料的最优解，具体计算按下述步骤进行：
[0027](1)、管道原材料长度的设置
[0028]在“matlab”中建立m维矩阵并赋值，输入m根管道原材料的长度Li(i∈[1,m])。[0029](2)、管道零件长度的设置
[0030]在“matlab”中建立n维矩阵并赋值，输入需要套料的n个管道零件的长度dj(j∈[1,n])。
[0031](3)、参数x ij的设置
[0032]在“matlab”中建立m×n维未知数矩阵x，并设置零件j在管材i上的0-1参数x ij，
[0033]
[0034](4)、目标函数的设置
[0035]在“matlab”中，根据n个管道零件的长度dj(j∈[1,n])，以及0-1参数xij，建立规
划优化目标函数f，设套料规划的目标函数为由于0-1型整数线性规划
的目标为求最小值，而套料函数的目标值为求管材的最大利用率，因此需要为目标函数乘以-1转换为求最小值问题，“Matlab”代码如下：
[0036]f_temp＝(-1)*pipe_part_mat；套料目标为求最大值，故取负号
[0037]f＝repmat(f_temp,1,m)；
[0038](5)、数学模型的建立
[0039]根据套料规划的三项约束条件，构造系数矩阵A与约束矩阵b，在“matlab”中建立套料算法数学模型，所述第一约束条件为每根管材上的套料长度不超过该根管材长度，即
[0040]所述第二约束条件为每个管道零件最多套料一次，即
[0041]所述第三约束条件为零件j是否在管材i的0-1参数x ij，属于0-1规划，x ij＝0或1，j ＝1,2,...,m i＝1,2,...,n。根据上述三项约束条件，在“matlab”中构造系数矩阵A与约束矩阵b，建立数学模型进行求解，所述系数矩阵A的“Matlab”代码如下：
[0042]
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