服裝排樣算法優(yōu)化及軟件設(shè)計

郭威龍+趙加成+李衛(wèi)

摘要：排料過程是服裝生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，排版軟件是利用數(shù)學(xué)模型及函數(shù)計算的方法完成的并進(jìn)而對幾何圖形進(jìn)行各種判斷、處理和優(yōu)化。整個軟件系統(tǒng)使用方便，其最優(yōu)的排料方案材料利用率達(dá)92%以上。本算法對于機(jī)械行業(yè)以及其他行業(yè)的圖形處理和計算均可沿用，因而具有較大的實用價值；另外，該文是針對服裝排料系統(tǒng)的設(shè)計是以[VisualC++6.0]開發(fā)環(huán)境并依托CAD開發(fā)平臺Opcn CASCADE進(jìn)行的。該系統(tǒng)采用改進(jìn)的遺傳算法，即混合多種交叉、變異算子并采用快速解碼方法，將不規(guī)則的衣片排料轉(zhuǎn)化成矩形排料來實現(xiàn)服裝的自動排料。通過平移、旋轉(zhuǎn)和鏡像等操作實現(xiàn)人機(jī)交互排料及優(yōu)化自動排料。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的使用能夠縮短排料時間，并提高布料利用率。

關(guān)鍵詞：服裝排樣；Opcn CASCADE平臺；遺傳算法

中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）27-0257-03

作為服裝生產(chǎn)基本環(huán)節(jié)和重要工序的排料在服裝企業(yè)的生產(chǎn)重具有重要的地位，因為能否做到科學(xué)、合理的排料，對于布料利用率的高低乃至裁剪、縫制等過程都會造成直接的影響；而科學(xué)的排料并提高布料的利用率也成為服裝生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升的重要手段和途徑之一。對此，本文提出了服裝樣板幾何圖形的輸入是通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型的方法來進(jìn)行的，而計算機(jī)對圖形的各種處理、計算及判斷則是根據(jù)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式完成的，通過選擇進(jìn)而排出最優(yōu)排料方案。

1 自動排料模型的構(gòu)建及其算法

1.1 數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)——直線樣板

直線型樣板的基本特征就是由若干條直線所組成，包括衣服中的門襟，大、小袖叉等衣片的裁剪均為直線型樣板。

在完成了相交的判定的基礎(chǔ)上，下一步的處理還需要依據(jù)判斷結(jié)果進(jìn)行計算。

2） 如果判斷是相交，進(jìn)行下一步的處理應(yīng)將相交點首先求出來；

3） 如果判斷為不相交，則判斷轉(zhuǎn)入下一階段進(jìn)行；

4） 對相交點是否為真進(jìn)行判別。

求解出兩曲線方程值是判別樣板之間相交過程的目的。具體的判別方法可將兩線段的取值范圍大小的確立作為直接的判斷方法。交點坐標(biāo)值的求解，既要在副樣板所判斷為曲線范圍內(nèi)，同樣也要在主樣板所判別的曲線范圍內(nèi)，在同時滿足二者范圍要求時交點才能最終確定為真，然后，再進(jìn)行下一曲線的判斷并計算退出距離。

2.2 優(yōu)化排料算法

式中，布料的寬度用[S]來表示，每次排料方案所用布料的長度為[L]；[Si]為第[i]樣板的面積，樣板函數(shù)為[i=1，2，…P；P]。

本算法優(yōu)化約束條件的增加的目的是為了最大化發(fā)揮材料的利用率，其條件是：

1） 首先是按列進(jìn)行，就是下列的排放是在該列已不能再放入任何樣板且排滿的情況下進(jìn)行的。

2） 選擇布料區(qū)域的原則是：排放首先在封閉區(qū)域進(jìn)行，然后再進(jìn)行未封閉區(qū)域的排放。。

3） 由大到小依次排放是選擇樣板的基本原則。

在進(jìn)行排料前，應(yīng)由大至小將所有樣板依次編號排列。首先是考慮大樣板排放，若區(qū)域不夠，再換次大的樣板。

4） 計算布料區(qū)域

在計算布料區(qū)域的計算時，該區(qū)域的最大寬度、長度應(yīng)是考慮的重點。通過公式推導(dǎo)，對于[n]個樣板至少有[4n×n]種排列方案；其中，[n]為樣板排版的先后順序，[4n]為樣板的4種排版方式，相應(yīng)地增加了排版的選擇余地。

3 排版軟件設(shè)計

本文是利用[VisualC++6.0]開發(fā)環(huán)境并結(jié)合CAD開發(fā)平臺Opcn CASCADE，針對服裝排料系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)。該系統(tǒng)采用改進(jìn)的遺傳算法，即混合多種交叉、變異算子并采用快速解碼方法，將不規(guī)則的衣片排料轉(zhuǎn)化成矩形排料來實現(xiàn)服裝的自動排料。通過平移、旋轉(zhuǎn)和鏡像等操作實現(xiàn)人機(jī)交互排料及優(yōu)化自動排料。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)的使用能夠縮短排料時間，并提高布料利用率。

3.1 服裝排料系統(tǒng)設(shè)計

3.1.1 可視化功能

1） 布料和衣片顯示是可視化圖形顯示的主要內(nèi)容。需要3種實體協(xié)作才能在屏幕上完成一個對象的顯示，分別由[AIS]-InteractiveObject、[AIS]-Intera-tiveContext及Viewer來完成。

2） 對圖形進(jìn)行動態(tài)拾取是根據(jù)用戶設(shè)定的選取模式進(jìn)行的，模式為默認(rèn)的Neutral Point模式，也就是選取交互對象自身。

3） 衣片線框的顏色和背景顏色選擇可以結(jié)合用戶的個性化需求任意進(jìn)行界面的設(shè)置與操作界面。

3.1.2 參數(shù)設(shè)置及選定樣片

1） 進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置，內(nèi)容主要包括布料的寬度、交叉概率[P]以及變異概率[Pm]、迭代次數(shù)[Gn]的設(shè)定。

2） 樣片的選定。包括是否允許衣片水平、裁片數(shù)、樣片的路徑設(shè)計、垂直隨機(jī)放置計裁片數(shù)的設(shè)定等內(nèi)容。

3.1.3 樣片預(yù)處理

衣片的面積、長度和寬度及最小包絡(luò)矩形是樣片預(yù)處理的主要內(nèi)容。

3.2 自動排料

自動排料并生成排料圖均采用上述方法進(jìn)行，同時將布料的尺幅、矩形利用率及布料利用率等數(shù)據(jù)在狀態(tài)欄中予以顯示。具體過程如下：

1） 讀取衣片[i][∈][0，n-1]是根據(jù)[m]-[Reci].patternPic所保存的相應(yīng)衣片路徑進(jìn)行的。

2） 衣片是否旋轉(zhuǎn)是結(jié)合[m]-[Reci].[ISRotion]的值進(jìn)行判斷。

3.2.1 交互排料

1） 如果不滿意自動排料結(jié)果，要提高布料利用率并實現(xiàn)人機(jī)交互排料的目的，可通過對衣片進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移及鏡像操作等方式完成。

2） 檢查衣片是否重疊或交叉可以通過滾動鼠標(biāo)放大或縮小視圖來觀察。endprint

3） 當(dāng)完成交互式排料工序后，此時所需布料的長度可利用“直尺”功能進(jìn)行計算；同時對此時布料的利用率進(jìn)行自動計算，計算完成這條直線可以消除?；谟脩艟庉嫽蛘卟僮鞣奖愕目紤]，可以將布料的尺幅、數(shù)據(jù)及布料利用率數(shù)據(jù)在“排料結(jié)果”對話框中進(jìn)行顯示。

3.2.2 生成排料文件

通過Open CASCADE為用戶提供數(shù)據(jù)交換服務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)包包括STEP、VRMI等。為方便服裝自動裁剪系統(tǒng)讀取排料圖數(shù)據(jù)，可將衣片排布圖以BREP、STL和IMAUES等多種數(shù)據(jù)文件格式予以保存。

3.2.3 系統(tǒng)運行過程描述

排料系統(tǒng)的主要運行過程如圖1所示。

3.3 實驗結(jié)果

為了驗證系統(tǒng)對服裝排料的有效性，本文的驗證過程是結(jié)合open CASCADE 6.3幾何內(nèi)核并在[VisualC++6.0]開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行的。驗證以普通襯衫排料為例，允許衣片縱向或橫向放置，驗證具體參數(shù)設(shè)定如下：布料的寬度為114cm，變異概率[Pm]=0.0 5，交叉概率[Pc]=0.6，迭代次數(shù)[Gn]=200。實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果見表2所列。

圖2為3套普通襯衫的自動排料結(jié)果，布料所需長度為288.803 cm，布料利用率R為0.7873；交互排料后，布料所需長度僅為280.503 cm、利用率則提高到0.8107，見圖3所示；圖4則為4套襯衫的自動排料結(jié)果，布料所需長度為388.716 cm，布料利用率為0.780 0，交互排料后，布料所需長度為367.778 cm，利用率提高到0.824 4，如圖5所示。

4 結(jié)論

1） 系統(tǒng)的自動排料布料利用率相對高且運行時間短，而通過交互排料后，明顯地布料的利用率進(jìn)一步提升；對于矩形件的自動排料利用率則高達(dá)93%以上。

2） 用戶通過open CASCADE幾何內(nèi)核的輔助，可完成復(fù)雜應(yīng)用程序的快速開發(fā)，系統(tǒng)操作過程更為方便、快捷。本文設(shè)計的服裝排料軟件對相關(guān)企業(yè)具有一定的實際借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] Ramesh Babu A， Ramesh Babu N. A generic approach for nesting of 2-D parts in 2-D sheets using genetic and heuris-tic algorithms[J]. Computer-Aided Design， 2001， 33（12）.

[2] 陳文宇. 服裝C'AD自動排料的研制[J]. 成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報， 1999， 16（1）.

[3] 湯安平. 服裝自動排料系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D]. 湘潭： 湘潭大學(xué)， 2008.

[4] 扈靜，等. 基于改進(jìn)遺傳算法的混合裝配生產(chǎn)線平衡問題研究[J]. 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報： 自然科學(xué)版， 2010， 33（7）.

[5] 蔣興波，等. 一種用于矩形排樣優(yōu)化的改進(jìn)遺傳算法[J]. 計算機(jī)工程與應(yīng)用， 2008， 11（22）.endprint