小径原木智能断料生产系统及其优化方法

本发明涉及小径原木智能断料生产领域，具体涉及一种小径原木智能断料生产系统及其优化方法。

背景技术：

1、在世界家具总产量中，我国占比达到20％，庞大的产量使得中国成为世界第一大家具生产国兼出口国，家具制造业现已跻身全国经济的重要产业行列。开发家具制造业的智能化建设，对于家具制造业核心能力的提升与优化有利无弊,距离我国家具制造业广阔的发展更进一步。小径原木断料工序属于家具制造业靠前的工序，并且数量在家具生产中占了极大的比例，但是，目前小径原木断料工序智能化建设落后，关键技术尚未突破，因此关于小径原木的智能断料生产系统建设显得尤为重要。

2、目前小径原木的断料生产以传统的木锯为主，操作员根据订单的需求判断原木断料的方法，该方法极容易造成小径原木不可用余料的浪费，增加企业生产成本。少部分智能化程度较高的企业采用原木断料系统进行自动化断料，该系统是固定时间输入订单需求计算出最佳断料方法，但是该系统不具备实时响应的能力，并没有将生产现场的实时情况和实时更新的订单情况融合后实时计算出最优断料方法。小径原木断料可以多根原木同时断料，同时不同的断料方式带来的余料浪费较大，并且订单需求数量、时间和已断料数量具有实时动态变化的特征。上述因素会给小径原木断料生产带来较大的成本浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种小径原木智能断料生产系统及其优化方法，极大地降低了小径原木断料生产的成本，同时提高了生产效率。

2、本发明采取如下技术方案实现上述目的，小径原木智能断料生产系统，包括：

3、断料设备层单元，所述断料设备层单元由多个连接到云端的断料设备组成，断料设备包括实体设备与虚拟代理设备，所述虚拟代理设备通过资源虚拟化和服务封装技术来控制代理选择；

4、网络层单元，所述网络层单元用于连接所有分散的断料设备，并实现断料设备层单元与断料管理层单元的网络通信；

5、断料管理层单元，所述断料管理层单元用于从断料设备层单元收集实时数据，并管理断料造过程；

6、云端应用层单元，所述云端应用层单元用于根据实时数据对系统的断料方法、生产排产以及生产计划进行管理与优化。

7、进一步的是，所述云端应用层单元具体用于，建立目标函数：以原材料总损耗最少为目标，计算每种断料方式产生的余料长度，设置锯缝在每个切割点处产生的损耗长度为k，则每种断料方式用于每个原材料上所产生的余料为：li表示第i种零件的长度，aij表示第j种断料方式下生产的第i种零件的数量，cj表示第j种断料方式下所剩余料，l表示原材料长度；

8、根据余料建立第一目标函数，所述第一目标函数为：其中xj表示第j种断料方式下使用的原材料数量，m为断料方式的种类；

9、根据第一目标函数简化得到第二目标函数，所述第二目标函数为min m，m∈z+；

10、设置约束条件：根据需要生产的各种型号的零件数量，设置限制条件，设置条件为：其中ni表示需要生产的第i种零件的数量；

11、任取一种断料方式，锯缝总长度与任务零件总长度之和需小于等于原材料的总长度l，同时，每种断料方式所剩的余料长度要小于最小零件的长度，即为p，则第一约束条件表达式为：

12、根据需求零件的生产受到时间与生产能力的限制约束，则第二约束条件为：m为单位时间最大断料能力，t为单位时间内需要完成的零件对应的编号建立的集合；

13、通过限制条件、第一及第二约束条件完善优化过程，输出有时间限制的零件在要求的时间内损耗和断料方式都最少的最优结果。

14、进一步的是，所述断料设备层单元还用于对设备断料进行感知、对原木位置进行感知、对原木质量进行感知以及对原木进度进行感知；

15、所述对设备断料进行感知具体包括：获取与断料设备相关的温度、压力以及速度的数值信息，通过上述数值信息对设备断料进行感知；

16、所述对原木位置进行感知具体包括：通过无线射频识别传感器和条形码阅读器收集与产品相关的位置信息，以此对原木位置进行感知；

17、所述对原木质量进行感知具体包括：通过红外传感器和图像采样传感器收集与原木相关的形状信息和表面质量信息，以确定原木质量；

18、所述对原木进度进行感知具体包括：在断料驱动过程中，通过其他感知信息对原木的生产进度进行跟踪。

19、小径原木智能断料生产优化方法，包括：

20、步骤1、建立目标函数；

21、所述建立目标函数具体包括：以原材料总损耗最少为目标，计算每种断料方式产生的余料长度，设置锯缝在每个切割点处产生的损耗为k，则每种断料方式用于每个原材料上所产生的余料为：k表示切割点损耗长度，li表示第i种零件的长度，l表示原材料长度，aij表示第j种断料方式下生产的第i种零件的数量，cj表示第j种断料方式下所剩余料；

22、根据余料建立第一目标函数，所述第一目标函数为：其中xj表示第j种断料方式下使用的原材料数量，m为断料方式的种类；

23、根据第一目标函数简化得到第二目标函数，所述第二目标函数为min m，m∈z+；

24、步骤2、设置约束条件；

25、所述设置约束条件具体包括：根据需要生产的各种型号的零件数量，设置限制条件，所述设置条件为：其中ni表示需要生产的第i种零件的数量；

26、任取一种断料方式，锯缝总长度与任务零件总长度之和需小于等于原材料的总长度l，同时，每种断料方式所剩的余料长度要小于最小零件的长度，即为p，则第一约束条件表达式为：

27、根据需求零件的生产受到时间与生产能力的限制约束，则第二约束条件为：m为单位时间最大断料能力，t为单位时间内需要完成的零件对应的编号建立的集合；

28、步骤3、通过限制条件、第一及第二约束条件完善优化过程，输出有时间限制的零件在要求的时间内损耗和断料方式都最少的最优结果。

29、本发明的有益效果为：

30、本发明通过云端应用层对系统的断料方法、生产排产以及生产计划进行管理与优化，极大地降低了小径原木断料生产的成本，同时提高了生产效率。

31、在优化过程中，采用最少的断料方式数来加工最少数量的原材料，即将任务分步进行，首先建立单目标模型函数，根据目标模型函数得到初步结果，然后逐步增加约束条件，根据约束条件进一步完善优化模型，得出有时间限制的零件在要求的时间内损耗和断料方式都最少的最优结果，通过该方式，极大地降低了断料生产成本。

32、通过对设备断料进行感知、对原木位置进行感知、对原木质量进行感知以及对原木进度进行感知，提高了数据感知与反馈能力。

技术特征：

1.小径原木智能断料生产系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的小径原木智能断料生产系统，其特征在于，所述云端应用层单元具体用于，建立目标函数：以原材料总损耗最少为目标，计算每种断料方式产生的余料长度，设置锯缝在每个切割点处产生的损耗长度为k，则每种断料方式用于每个原材料上所产生的余料为：li表示第i种零件的长度，aij表示第j种断料方式下生产的第i种零件的数量，cj表示第j种断料方式下所剩余料，l表示原材料长度；

3.根据权利要求1所述的小径原木智能断料生产系统，其特征在于，所述断料设备层单元还用于对设备断料进行感知、对原木位置进行感知、对原木质量进行感知以及对原木进度进行感知；

4.小径原木智能断料生产优化方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及小径原木智能断料生产领域，具体涉及一种小径原木智能断料生产系统及其优化方法，极大地降低了小径原木断料生产的成本。技术方案包括：断料设备层单元，断料设备层单元由多个连接到云端的断料设备组成，断料设备包括实体设备与虚拟代理设备，虚拟代理设备通过资源虚拟化和服务封装技术来控制代理选择；网络层单元，用于连接所有分散的断料设备，并实现断料设备层单元与断料管理层单元的网络通信；断料管理层单元，断料管理层单元用于从断料设备层单元收集实时数据，并管理断料造过程；云端应用层单元，云端应用层单元用于根据实时数据对系统的断料方法、生产排产以及生产计划进行管理与优化。本发明适用于小径原木智能断料生产。

技术研发人员：赵宴林
受保护的技术使用者：攀枝花学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13