摘 要

近年来随着制造行业竞争越来越激烈以及对节能减排的响应，各企业纷纷在节省材料、提高材料利用率方面下功夫以达到降低成本，提高经济效益，节能减排的目的。排样优化是解决这一问题的有效手段，它广泛应用于金属切割、塑料、玻璃、皮革、航天工业等领域中，它能够在下料过程中把切割损失降低到最少，使原材料的利用率最高。

本文对座椅齿板零件一模一腔及一模两腔级进模的排样优化进行了研究，首先使用绘图软件绘制出零件图像，再用MATLAB将图像读入，随后对图像进行一系列转换处理，得到二值图像。接下来根据最小搭边值，设计算法得到零件的“包络矩形”，然后对其进行旋转操作，得到每个旋转角度下的“包络矩形”，随后将图像复制并下移，构造出完整的一模一腔级进模。最后，求得零件与“包络矩形”像素比，由此确定面积利用率最大时的值及旋转度数。

对于一模两腔时级进模的排样优化，是在一模一腔的基础下构造出右腔实现的。相比一模一腔时排样优化，一模两腔排样算法需要考虑右腔是否翻转这两种情况，将右腔旋转后与左腔进行拼接，最后比较这两张情况下的最大利用率，确定最终的最优排样结果。

最后进行自动化排样软件的开发。在本文研究内容的基础上提出了GUI用户界面的设计思路，根据此思路进行了操作界面设计与回调函数的编写，在MATLAB的软件平台上得以实现。

关键词：汽车零部件；排样优化；图像处理；排样软件的开发

Abstract

In recent years, with the manufacturing industry competition is more and more intense and the response of energy-saving emission reduction, the enterprises have to save material and improve the material utilization rate of work in order to achieve lower costs, improve economic efficiency, energy saving and emission reduction objective. Optimize the layout is to solve this problem effectively. It is widely used in metal cutting, plastic, glass, leather, aerospace industry and other fields, it can in the cutting process the cutting the loss to a minimum, the highest rate of the raw materials, the use of.

In this paper, the toothed plate seat parts mold cavity and a mold two cavity level into the die layout optimization was studied. First use the drawing software to draw the parts of the image and then the MATLAB will be read into the image. Subsequently, theimage of a series of conversion processing, binary image is obtained.

The next algorithm are parts of the rectangle, and then the rotating operation, the rotation angle of each of the bounding rectangle, then a copy of the image moves down minimum take the boundary value to construct complete mold cavity of a progressive die.Finally, we get parts and in black and white pixels to material ratio, so as to determine the area utilization rate of the value and the degree of rotation. In the case of a mold cavity with two cavities, the nesting optimization of the progressive die is constructed on the basis of a cavity.

At last, the software of automatic layout software is developed. Based on the research content of this paper, GUI design ideas, based on the design of the operation interface design and callback function to write, in the MATLAB software platform to achieve.

Key words: automobile parts; layout; image processing; software development

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究状况 1

1.3 本文的研究内容及所做的工作 2

1.4 本章小结 4

第2章 零件图的绘制与转换 5

2.1 数字图像简介 5

2.2 零件图的绘制 6

2.3 图像的的转换与分割 6

2.3.1 全局阈值法 7

2.3.2 迭代式阈值分割 7

2.3.3 最大类间方差法 7

2.4 图像的二值化转换 9

2.5 本章小结 9

第3章 一模一腔级进模排样优化 10

3.1 包络矩形的实现 10

3.2 图像的旋转 11

3.2 图像的旋转 11

3.3 复制图像并下移 12

3.4 计算一模一腔时的材料利用率 12
3.5 本章小结 13

第4章 一模两腔级进模排样优化 14

4.1 构造右腔 14

4.1.1 右腔不翻转拼接 14

4.1.2 右腔翻转拼接 14

4.2 一模两腔时的材料最大利用率 14

4.3 本章小结 16

第5章 自动化排样软件的设计 17

5.1 GUI界面的设计思路 17

5.2 GUI界面设计制作 17

5.3 本章小结 18

第6章 总结与展望 20

6.1 总结 20

6.2 展望 20

参考文献 22

附录A 23

致谢 28

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

排样优化,通常是指很多一样或不一样的，代表零件二维形状的图形在板料上找到合理的排布方式,得到材料最大利用率的结果，还让图形之间不会重合。冲裁件排样一般有4类方式，普通单排、普通双排、对头单排和对头双排，属于单一多边形的排样形式^[14]。排样优化问题是一个很广泛的问题，包含了许多学科的内容，从数学计算复杂性上来讲下料排样问题属于NP完全问题^[1]，解决的难度比较大。排样样料的形状是多种多样的，可以是矩形、圆形等规则形状，同时，形状也可以是比较不规则的。除此之外，排样的板料也可以是规则，通常也可以是非常不规则的形状^[2]。

排样问题被广泛应用于诸多领域，排样优化的好坏,直接与经济效益好坏和能否实现节能减排有关。目前市场竞争压力越来越大,企业要想生存，就需要增大产出率，在控制生产成本上想办法，增强在激烈竞争的市场中的适应力。因此，企业想要提高竞争力，在市场中站稳脚跟，就需要寻找高效的排样方式。所以，在当今零件形状复杂、种类繁多的状况之下，要想人工排样解决问题是非常困难的，而利用计算机的高速计算能力来进行排样优化不仅可以使排样的效率得到提高还能节省材料，实现节能减排，从而使企业的市场竞争力得到提升。所以排样问题在制造业生产环节当中有着广泛的应用以及重要的意义。学者们从开始研究排样优化到目前已经经历了很长的时间,尤其是在近一二十年取得了突破性的发展，下面简要的介绍排样优化的研究状况。