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人造板材下料方案影響著產(chǎn)品生產(chǎn)成本、報(bào)價(jià)和和材料采購(gòu)。特別對(duì)于同規(guī)格、大批量的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，企業(yè)總要花大量人力核算下料方案，微小的調(diào)整就有可能節(jié)約可觀的原材料費(fèi)用。無(wú)論是人工經(jīng)驗(yàn)排料，還是計(jì)算機(jī)輔助排料都難以達(dá)到一個(gè)程度，小批量生產(chǎn)中需要多種規(guī)格家具混合計(jì)算，加之下料存在的主要問(wèn)題是計(jì)算時(shí)間和空間呈指數(shù)增長(zhǎng)，并且假定供排料的矩形件總數(shù)是無(wú)限的，這使市場(chǎng)上現(xiàn)有行業(yè)軟件也黯然失色。

如何結(jié)合板式家具的結(jié)構(gòu)和加工工藝，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助得更優(yōu)解呢？本文針對(duì)這個(gè)展開(kāi)論述。

1板式家具的結(jié)構(gòu)分析

下料中難度的為實(shí)心壓板部件和覆面空心結(jié)構(gòu)板等異形部件，對(duì)于骨料、尺寸過(guò)小的部件在下料時(shí)往往要經(jīng)過(guò)尺寸上的合并處理。下面按實(shí)際生產(chǎn)中各種因素進(jìn)一步細(xì)分，討論家具結(jié)構(gòu)對(duì)下料方案的影響。

1.1 板材分類

排料方案所需數(shù)據(jù)是根據(jù)板材的規(guī)格分批處理的，不能將不同材料的零件放在一起排序，每個(gè)零件標(biāo)明所用材料規(guī)格。排料前首先要對(duì)不同品種、不同規(guī)格的板材進(jìn)行分類，然后按各個(gè)不同類別單獨(dú)計(jì)算用量。

中密度纖維板常用作骨架材料，由于其沒(méi)有方向性，細(xì)小板條都可以用來(lái)做骨架，故中纖板的利用率極高。

有紋理的膠合板和二次加工板價(jià)格較貴，用于外表顯著的部位，其利用率相對(duì)較低，這是板材下料中需要解決的問(wèn)題。

對(duì)于沒(méi)有紋理的加工板，常用于隱蔽的零部件。由于大多二次加工板表面有光滑的保麗紙或者華麗紙，其在厚度方面上是不能用來(lái)壓板的，一般情況下，用作骨架的中纖板允許存在一定偏差，飾面板和普夾板則視其加工工藝而定。

1.2 紋理定向

指有紋理的板材在排料時(shí)需要考慮零件的方向性，分為定向和非定向兩種。定向要求紋理與零件某一長(zhǎng)度方向一致。一般情況下，家具高度方向上為順紋理，具體到各個(gè)部件也不盡相同。如大班臺(tái)的側(cè)板高度方向?yàn)轫樇y理；抽屜面板同樣如此，但對(duì)于抽屜面板本身來(lái)說(shuō)，自身長(zhǎng)度方向是與順紋理方向垂直的；抽屜底板在深度方向紋理要與面板紋理相呼應(yīng)�？傊�，紋理方向不能單獨(dú)按零件自身的長(zhǎng)寬比來(lái)確定。

1.3實(shí)心壓板部件

對(duì)于較厚的實(shí)心壓板部件，按厚度要求對(duì)板材規(guī)格進(jìn)行結(jié)合。下料時(shí)對(duì)壓板部件厚度尺寸上進(jìn)行分解后，合理選擇相應(yīng)規(guī)格板材。

用模具對(duì)其加壓彎曲的時(shí)候，選用相對(duì)較薄的板材，如彎曲的床屏側(cè)腳采用5mm的中纖板來(lái)壓板；若彎曲度較大，則芯部要采用狹長(zhǎng)的板條；當(dāng)然應(yīng)該盡量減少膠合的層數(shù)，如對(duì)厚重的腳，25mm的中纖板是選擇。

1.4 覆面空心結(jié)構(gòu)板

表面常用加工板或膠合板，內(nèi)部骨料用各種規(guī)格的中纖板。

對(duì)該結(jié)構(gòu)板材的處理，中纖板的厚度選擇則是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，這也是下料軟件的一個(gè)重要性能指標(biāo)。一方面骨料尺寸較小常常從余料中選擇，另一方面其厚度尺寸可能利用本來(lái)寬度方向的尺寸。

1.5 連開(kāi)處理

連開(kāi)處理常常用于下面兩種情形：

1. 面積較小零件：這是因?yàn)檩^小的零件在較小的板材尺寸允許范圍就可以產(chǎn)生太多的組合，若不處理則大幅降低開(kāi)料速度。

2. 封邊尺寸較小的方向：后序工藝要對(duì)其進(jìn)行封邊，若該尺寸較小，不處理則降低了封邊效率。

這樣，開(kāi)料時(shí)可對(duì)一定數(shù)量組合的零件整體參與排料，包括鋸路寬度和邊工余量。

2針對(duì)板式家具下料軟件的開(kāi)發(fā)思路

和常規(guī)軟件一樣，要有完善的功能體系，如下料清單生成、庫(kù)存處理、局部調(diào)整、圖紙打印、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)等。下面僅對(duì)其核心技術(shù)模塊的開(kāi)發(fā)進(jìn)行討論。

2.1 數(shù)據(jù)初始化

主要對(duì)其基本工藝參數(shù)進(jìn)行確定，基本要點(diǎn)如下：

1. 項(xiàng)目分解

將各部件按組合方式和板材規(guī)格分解為單個(gè)零件，并生成凈尺寸的清單，重新編號(hào)。

2. 板材選擇

選用各零件所用板材種類、規(guī)格和余料情況。排料時(shí)將按不同規(guī)格的板材分類優(yōu)化。

3. 尺寸確定

結(jié)合各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)和加工工藝，確定其凈尺寸、毛料尺寸。

4. 紋理定向

選擇紋理是否需要定向。若定向，是否允許一定比例或數(shù)量?jī)?nèi)的零件可以不定向。

5. 鋸路寬度

到0.5mm，亦可據(jù)刀片壽命和板材類別略作調(diào)整。

6. 批量

上面分析僅僅是對(duì)單件而言，成本預(yù)算時(shí)批量將影響成本，此項(xiàng)單列可用于不同批量下的報(bào)價(jià)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

能夠兼容Excel，Access，DBF等格式的文檔，并可以相互導(dǎo)入和導(dǎo)出。

對(duì)常用設(shè)計(jì)圖紙的軟件可以進(jìn)行智能選擇。

2.3 算法設(shè)計(jì)

下料屬于裝箱問(wèn)題的特殊情況，目前實(shí)際應(yīng)用中常用的求解方法有：

1. 近似圓整法。即不作整數(shù)規(guī)劃，在得出實(shí)數(shù)優(yōu)解后就終止優(yōu)解搜索，然后進(jìn)行近似取整，這種方法在下料數(shù)量大時(shí)還可以，但數(shù)量少時(shí)，誤差較大。

2. 人工整數(shù)規(guī)劃。這種方法的優(yōu)化效果比近似圓整好，但這種方法對(duì)人的知識(shí)要求增高，操作復(fù)雜，同時(shí)所得解并非是理想的優(yōu)解。

3. 采取時(shí)間判別終止法，即在整數(shù)規(guī)劃允許到一定時(shí)間后仍不收斂，程序自動(dòng)終止。

算法設(shè)計(jì)中，并非一味追求高利用率，還要考慮工藝上的現(xiàn)實(shí)性，這樣才有實(shí)際意義。例如，一般情況下，一塊完整的板材允許有兩到三塊的零件參與排料，其鋸路也要規(guī)整，過(guò)多的零件組合和繁瑣鋸路降低了開(kāi)料的速度，生產(chǎn)中往往是不可行的，這也是目前市場(chǎng)上軟件欠缺的。

2.4 數(shù)據(jù)重組

一個(gè)下料任務(wù)中，可能包括多個(gè)家具產(chǎn)品，并且每個(gè)產(chǎn)品的數(shù)量不同。好的開(kāi)料軟件可以方便快捷的對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重組，不需要直接修改原數(shù)據(jù)。這是一些CAD二次開(kāi)發(fā)軟件需要進(jìn)一步突破的。

2.5 輔助功能

在滿足下料任務(wù)的前提下，為盡量提供生產(chǎn)效率，降低成本，有如下需求：

1. 基于標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)，自動(dòng)生成下料清單，進(jìn)行利用率和利用量的計(jì)算，并對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行計(jì)算。

2. 對(duì)應(yīng)于自動(dòng)生成下料清單，同時(shí)也應(yīng)具有手工輸入下料數(shù)據(jù)的功能。以適應(yīng)小批量臨時(shí)性的加工任務(wù)。

3. 下料時(shí)充分利用現(xiàn)有余料，達(dá)到減少?gòu)U料，節(jié)約成本的目的。

4. 根據(jù)排料結(jié)果，確定板材原材料的需求，由庫(kù)房根據(jù)需求定制采購(gòu)計(jì)劃。避免庫(kù)存資金的占用。

5. 根據(jù)下料清單和單位加工工時(shí)定額，估算加工工時(shí)，制定詳細(xì)的生產(chǎn)計(jì)劃下發(fā)車間，嚴(yán)格控制生產(chǎn)周期，保證按合同期限交貨。

6. 預(yù)備下料任務(wù)的安排。生產(chǎn)較空閑時(shí)，安排常用標(biāo)準(zhǔn)板材零件的加工。

2.6 拓展功能

主要是通過(guò)允許存在偏差進(jìn)行合理優(yōu)化。

對(duì)機(jī)械加工來(lái)說(shuō)，對(duì)板材的下料要求極為嚴(yán)格，可以說(shuō)是分毫不差。但在家具設(shè)計(jì)中，允許板材尺寸存在偏差，且不影響整體結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。如文件柜的活動(dòng)擱板，若假設(shè)寬度允許存在1~2mm的偏差，完全不影響文件柜的結(jié)構(gòu)性能。其實(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中，假設(shè)的偏差范圍往往在允許的誤差范圍之內(nèi)，但正是這個(gè)假定，借助計(jì)算機(jī)就有可能算出更優(yōu)的排料方案。

進(jìn)一步講，若家具各部件尺寸已定，在已得較優(yōu)方案下，能否計(jì)算出某個(gè)零件若允許存在一定偏差時(shí)能使整體用料顯著下降，再回頭設(shè)計(jì)圖紙，將與此相關(guān)的尺寸下調(diào)1~2mm，可能降低幾個(gè)百分點(diǎn)的板材利用率，這也是報(bào)價(jià)考慮的問(wèn)題；另一方面，在不影響板材有效利用率時(shí)權(quán)衡邊料回收與鋸路工序成本，必要時(shí)增加毛邊尺寸，來(lái)提高生產(chǎn)效率，這是生產(chǎn)管理所要考慮的問(wèn)題。

更多的情況是下料方案設(shè)計(jì)中，零件尺寸多為含有加工余量的毛料尺寸。其加工余量在一定范圍內(nèi)如何確定，可以有效通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助得更優(yōu)解。

大批量生產(chǎn)的情況下，下料方案的優(yōu)化對(duì)節(jié)約成本有重要的意義，目前靠人工和計(jì)算機(jī)交互計(jì)算難以達(dá)到優(yōu)。通過(guò)討論，將家具方面相關(guān)的專業(yè)知識(shí)，同數(shù)學(xué)建模和計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算結(jié)合起來(lái)，為計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)成為一種可能。相信在不久的將來(lái)，智能的下料軟件將更好的服務(wù)于家具設(shè)計(jì)，為節(jié)約型社會(huì)的建設(shè)貢