Nesting需求整理

Nesting需求整理

1. 约定

1.1 工件属性：

• 原材料/名称/数量等
• 纹理方向
• 长度/宽度，无论是否为异形板件，都会提供这两个数值，代表建模时板件的基本参数，异形是由一个矩形板件通过各种铣型加工得出；
• 矩形/异形
• 边界多段线，一条闭合的多段线（Polyline），多段线由直线或弧线组成（没有其他情况），无自交，起点与重点重合，多段线的每一段表示方法为：
  • 起点/终点
  • 供高比（bulge），参考：http://www.afralisp.net/archive/lisp/Bulges1.htm中的配图
    例如：以（x坐标，y坐标，供高比）表示
    一条闭合的长100，宽50的矩形:
    (0,0,0)(100,0,0)(100,50,0)(0,50,0)(0,0,0)
    直径为100的圆:
    (50,0,0.414)(100,50,0.414)(50,100,0.414)(0,50,0.414)
    注：边界多段线都位于第一象限

1.2 材料属性

• 材料名称/数量等
• 纹理方向
• 矩形/异形
• 修边值
• 边界多段线，同工件

1.3 纹理

纹理分为三种

• X方向
• Y方向
• 没有纹理

工件纹理和材料纹理的关系为

• 当材料有纹理（X/Y），如果工件无纹理，则优化时，工件按照材料纹理进行优化，如果工件有纹理，按照工件纹理优化
• 当材料无纹理，如果工件有纹理（X/Y），则优化时，有纹理的工件按照纹理方向优化

2. 基本需求

目前已经实现了的功能，要求能够做到，包括：

1. 基于真实边界的工件和原材料的优化
2. 优化方向的选择
3. 优化起点的选择
4. 纹理的支持
5. 对材料修边的支持
6. 对工件与工件之间距离的支持

3. 改进需求

3.1 小板集中材料中心排布

加工时，原材料使用的是真空泵吸附的方式进行固定，特点是中间区域吸力大，四边吸力小。当较小尺寸的板件排布在材料的边缘时，容易松动，导致加工出来的边界有结合的痕迹或毛刺。为了解决这个问题，一是需要将尺寸较小的板件，排布在材料的中间区域，吸力较大，不易移动，二是加工时，分2次铣削，第一次铣削留下2mm的厚度，保持连接，第二次再铣削时才将工件从原材料上完全切割下，减少切割时的作用力。
二次切割与排布优化无关，只需关注如何将板件排布在原材料的中心。

3.1.1 小板件定义

一般按两个标准定义小板件：

1. 面积小于0.1平方米
2. 长度或宽度小于100mm

考虑到不同的环境下，机器的配置、老旧程度、加工垫板的平整度、正空泵的吸力都会影响最终的效果，我们需要将两个标准值设定为优化的参数，现场工程师可自行调整。异形板件只需要判断面积标准。

3.1.2 中心排布

1. 异形原材料暂不考虑

2. 矩形原材料

   
   
   

如图所示，红色区域代表了较为理想状态下，小板件排布的区域，可简单定义原材料的中心处三分之一宽度的条状区域
当无法满足排布于此区域时，可随意排布。
可以在优化已经结束的情况下，对优化结果进行调整，将小板件移动至图形的中间区域。

如果小板布于中间时，影响了余料规方，应按余料规方的规则重新排布

3.2 余料规方

对加工余下的原材料，我们希望尽可能保持或接近矩形。

1. 当前原材料的利用率低于80%时，剩下的材料存在继续利用的可能性。这是一个基于经验的判断。
2. 余料至少需要存在一个直角边，才能二次利用，否则无法在机器的加工台上对齐
3. 余料尽可能为方型，而不是长条形，长宽比例小的比长宽比例大的好

如果是规定了纹理方向，则此图是一个好结果，否则两个横条应旋转90度摆放

3.3 大批量优化加速

对一样的外形边界的工件，优化时间应尽可能的短。
这一要求是基于：大量的同样边界的工件，可以尽可能的预先优化形成嵌套的单元，然后进行简单重复排布。

图示中两个工件为一组，结果整齐且优化率不低

3.4 共线加工

此需求与优化并无直接关系，是实际生产中衍生出的需求。
非共线情况下，铣刀沿着工件的外围边界做铣削切割，直至走过所有边界。为了节省时间，有时工件之间的距离和铣削的铣刀的直径设定一致，这样铣刀在铣削一个工件的边界的同时，也在铣削另一个工件的边界，那么就可以减少铣削边界的总量。

需求：

1. 工件之间的距离即默认为铣刀直径
2. 要生成多条路径，经过所有的工件的边界，而这些路径重叠的部分尽可能少

3.5 嵌套优化

有的工件内部存在多个铣型形成的空间，在优化时，是可以在这些空间中排布的。
工件属性会新增一项内部空间的边界多段线，约定这些边界多段线不自交、不相交，且处于外部边界的内部。
工件内部空间的优化以填满，并同时满足纹理即可。

嵌套优化

3.6 工件优先级

典型场景：
用户有1000个工件要优化，而这1000个工件分别来自10个订单，用户希望加工时，可以在损失一定优化率能够接受的前提下，有次序的加工。优先级高的工件排在结果靠前的拍不中，优先级低的工件相反。

4. 其他

1. 初期不用考虑多核CPU支持，完成核心算法后再陆续完善
2. 图形展示的引擎可自选，最好基于.net framework，如果没有条件，可以使用其他平台/语言，入Web/Javascript
3. 使用了第三方类库请说明来源（如开源）
4. 控制总的优化时间，典型用户一次优化的工件总数在200-300片，其中90%为矩形板件，使用单核计算机时请控制在半小时之内给出一个可接受的结果
5. 优化率直接反映了利用情况，是一个评判的重要指标，但不是全部，余料的处理和排布的工整性也是左右客户接受的重要指标
6. 小板中间排布/余料规方/大批量的优化加速为优先需求，剩余需求优先度较低