淺談應用二次開發(fā)制作船體型材自動套料軟件

摘 要：根據(jù)船體型材零件數(shù)量多形狀復雜的特點，分析船廠現(xiàn)有型材下料模式，基于TRIBON系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過PYTHON語言對TRIBON進行二次開發(fā)，制作適合設(shè)計和施工的型材自動套料加工的管理系統(tǒng)。本研究通過提取TRIBON軟件的數(shù)據(jù)庫的信息，編制型材備料清單自動生成程序，實現(xiàn)標準格式的型材備料清單的自動生成，以及進行計算機型材預套料，從而達到提高生產(chǎn)設(shè)計效率和材料利用率的目的。

關(guān)鍵詞：TRIBON系統(tǒng)；PYTHON語言；二次開發(fā)；型材套料

1 TRIBON系統(tǒng)

TRIBON系統(tǒng)是瑞典KCS公司研制的用于造船設(shè)計和生產(chǎn)的專業(yè)軟件，是集計算機輔助設(shè)計與建造和信息集成于一體，并覆蓋船體、管系、電纜、艙室、涂裝等各個專業(yè)的船舶專業(yè)軟件。其特點在于用計算機建立船舶的生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫，可進行各種信息數(shù)據(jù)的計算、管理和統(tǒng)計，且生產(chǎn)信息能直接被提取出來用于生產(chǎn)制造，完成設(shè)計與生產(chǎn)準備的統(tǒng)一。由于數(shù)據(jù)庫可共享，設(shè)計人員可以方便地訪問設(shè)計信息，使每個設(shè)計人員可以看到其他設(shè)計人員所作的最新變動，所以各專業(yè)之間可平行作業(yè)和相互協(xié)調(diào)，降低專業(yè)間的協(xié)調(diào)成本，減少設(shè)計和制造中的修改工作量，提高設(shè)計質(zhì)量，縮短設(shè)計周期。因此，越來越多的造船行業(yè)運用TRIBON系統(tǒng)進行船舶的生產(chǎn)設(shè)計。但由于TRIBON系統(tǒng)本身的數(shù)據(jù)庫開放性不足，部分模塊和我國造船的實際情況存在差異等原因，國內(nèi)企業(yè)經(jīng)常需對TRIBON軟件進行二次開發(fā)，以適合本企業(yè)使用。如我廠以63500 DWT船型為研究對象，利用Python語言編寫的型材自動套料軟件。

2 Python語言

Python是一門解釋性的、面向?qū)ο蟮摹討B(tài)語義特征的高層語言。Python是一種腳本語言，腳本語言是類似DOS批處理、UNIX shell程序的語言。腳本語言不需要每次都編譯再運行，并且在執(zhí)行中可以很容易地訪問正在運行的程序，甚至可以動態(tài)地修改正在運行的程序，適用于快速地開發(fā)及完成一些簡單的任務(wù)。

3 型材套料現(xiàn)狀

利用TIBON軟件建好模型后，通過TIBON軟件中的Profile Nesting模塊的功能，提取數(shù)據(jù)庫的信息，編制型材下料加工草圖，如圖1所示。

圖1

圖中包含了型材詳細的材料大小、材質(zhì)、端部形式、加工等信息。但只有這樣的型材圖還無法提供給采購部門進行采購。需提供詳細的材料清單，如現(xiàn)在有一個分段某種規(guī)格型材P1，P2，P3…，Pn（選用8米/根母材，超過8米型材可單獨處理）。要將這n根型材全部套料共需要8米/根該規(guī)格的型材多少根，這需要設(shè)計人員通過采用EXCEL手工統(tǒng)計，并提供用料清單給采購部門采購材料。而通過人工計算，一方面設(shè)計效率低，材料利用率不高，另一方面這樣的下料草圖下發(fā)現(xiàn)場后，現(xiàn)場施工人員還需要自己根據(jù)材料大小選擇適當?shù)拇钆鋪砜刂撇牧侠寐?，或現(xiàn)場增加的接縫往往不能考慮到斷縫與結(jié)構(gòu)或焊縫之間的距離，從而造成不必要的工程返工，占用了大量的工作時間，且無法控制材料利用率。

4 二次開發(fā)自動優(yōu)化型材套料軟件

根據(jù)套料優(yōu)化原則，針對優(yōu)化型材套料主要分為兩步來進行。

可以假設(shè)分段某種規(guī)格的n根型材需要套料為例，選用8米/根母材，且每根型材的長度都不超過母材的長度（超過母材的可以單獨處理）。

4.1 初步預套料

將需要套料的n根型材按其長度的降序排列為數(shù)據(jù)（P）=（P1，P2，P3，…，Pn）。設(shè)套有型材的母材數(shù)據(jù)（N），編號Ni中記錄了套入第i根母材中的型材數(shù)據(jù)，Ni母材的余料長度記作Li（Li=8-SUM（Ni）），將（N）按余料長度升序排序。

從排序后的（P）中依次提取每根型材Pi進行套料，在排序后的（N）中依次篩選套料母材Ni、Li：如果有Li>=Pi（即型材Pi套入母材Ni中，不會超出母材的長度），則將型材Pi套入母材Ni中，并修改相應的Li的值（Li-=Pi）；如果沒有滿足Li>=Pi，則新增加一根母材Nn+1，將Pi套入Nn+1中，余料長度Ln+1=8-Pi。直到套完最后一根型材Pn為止。

4.2 優(yōu)化套料

目的是為了使母材余料少的利用率更高，母材利用率低的余料更大，以便部分余料可以再次利用。

通過第一次初步預套料后，可以得到套料母材數(shù)據(jù){N}（{Ni}={（Pi），Li} ，Pi為Ni母材上所套型材的數(shù)據(jù)，Li為Ni母材余料長），將{N}按Li升序排列，假如得到如下事例：

N1 = {（P1，P2，P3），L1}，

N2 = {（P4，P5，P6），L2}，

N3 = {（P7，P8，P9），L3}，

… …

Nn = {（Pn-2，Pn-1，Pn），Ln}

首先對母材N1進行優(yōu)化，將套入N1中的各型材進行任意組合之一ZP1+，與N1之后的N2至Nn中各自型材任意組合之一ZPi+進行比較，如果有0

例如，N1中的（P1+P3）和N3中的（P7+P8），滿足 （P1+P3）-（P7+P8）

N1 = {（P2，P7，P8），L1}，

N2 = {（P4，P5，P6），L2}，

N3 = {（P1，P3，P9），L3}，

… …

Nn = {（Pn-2，Pn-1，Pn），Ln}

（L1 -= （P1+P3）-（P7+P8）， L3 += （P1+P3）-（P7+P8））

互換后再次對{N}排序后重復對N1互換優(yōu)化，直至沒有可互換操作為止，則完成對N1的優(yōu)化工作。按照對N1的優(yōu)化操作依次完成之后的N2至Nn-1母材的優(yōu)化。

用軟件自動套料后生成的用料情況以及基本界面如圖2

圖2 圖3

其中在生成材料清單的同時，創(chuàng)建了SKE.DXF和PLS.DXF兩個文件，其中PLS.DXF文件如圖3所示，該文件中有詳細的各種規(guī)格型材長度以及每根8米長母材中包含的零件，現(xiàn)場施工人員可以根據(jù)該文件很快的進行合理套料。

5 結(jié)束語

實踐證明，采用Python語言對TRIBON軟件進行二次開發(fā)制作的型材自動套料軟件，在對分段型材進行套料時，相較于原始人工統(tǒng)計方法，不僅分段型材材料利用率得到了很大的提高，同時所耗設(shè)計工時大大縮短，準確率大大提高。該軟件縮短了工作時間，方便了現(xiàn)場施工，提高了材料利用率，最終達到了降本增效的目的。

參考文獻

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