基于CAD的PVC地板自動(dòng)排版

林富有，彭 程，王成林

（1.大連中遠(yuǎn)海運(yùn)重工有限公司，遼寧大連 116113；2.大連電子學(xué)校，遼寧大連 116101）

0 引言

船舶建造是個(gè)復(fù)雜的工程，為了能夠滿足防火、隔熱、隔聲的規(guī)范要求，需要在甲板上敷設(shè)甲板敷料，然后在甲板敷料上鋪設(shè)PVC地板。PVC地板通常規(guī)格固定，顏色不同，一般按照20 m×2 m進(jìn)行采購(gòu)，并根據(jù)艙室的尺寸進(jìn)行裁剪敷設(shè)。以往是根據(jù)采購(gòu)的母材規(guī)格型號(hào)，通過CAD人工進(jìn)行PVC排版的，這種工作方式需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，且材料利用率不高，直接影響了生產(chǎn)成本。針對(duì)存在的這些問題，筆者開發(fā)了自動(dòng)排版程序來提高工作效率和控制成本。

CAD的二次開發(fā)工具有很多種，包括自帶的Visual Lisp、ActiveX、ObjectARX。Visual Lisp語(yǔ)言是一種嵌入AutoCAD內(nèi)部的編程語(yǔ)言，其主要特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、上手較快，但是綜合處理能力差，不能協(xié)同工作，沒有可視化界面，使用起來不直觀。與Lisp相比，ActiveX代碼可讀性能佳，綜合處理能力也很強(qiáng)。ObjectARX提供了C＋＋、C#和VB.NET的程序開發(fā)接口，采用面向?qū)ο蟮木幊谭椒?，開發(fā)效率較高。本文采用C#進(jìn)行開發(fā)。

1 遺傳算法

遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進(jìn)化過程而形成的一種自適應(yīng)全局優(yōu)化概率搜索算法，最早由美國(guó)密執(zhí)安大學(xué)的Holland教授[1]提出，起源于60年代對(duì)自然和人工適應(yīng)系統(tǒng)的研究，在求解較為復(fù)雜的組合優(yōu)化問題時(shí)，相對(duì)一些常規(guī)的優(yōu)化算法，通常能夠較快地獲得較好的優(yōu)化結(jié)果。遺傳算法已被人們廣泛地應(yīng)用于組合優(yōu)化、機(jī)器學(xué)習(xí)、信號(hào)處理、自適應(yīng)控制和人工生命等領(lǐng)域[2-4]。

遺傳算法通過初始化種群，隨機(jī)產(chǎn)生個(gè)體作為初始化種群，將多段線和角度作為染色體編碼，{[P1,A1],[P2,A2],······[Pn,An]}，其中P為段線，A為角度，由[Pn,An]個(gè)體構(gòu)成種群。計(jì)算種群每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，根據(jù)每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度和相關(guān)規(guī)則，從第n代群體中選擇出部分優(yōu)良的個(gè)體遺傳到下一代，將群體內(nèi)的每個(gè)個(gè)體隨機(jī)搭配，交換他們之間的部分染色體（本文中交換角度A的值）。變異的過程是對(duì)群體中每個(gè)個(gè)體的部分基因進(jìn)行改變，本文直接改變其角度。如果條件不成立，繼續(xù)執(zhí)行上述過程；反之則輸出最優(yōu)解，并終止計(jì)算。過程如圖1所示[5-11]。

圖1 遺傳算法計(jì)算流程

2 軟件實(shí)現(xiàn)

軟件的基本流程如圖2所示：首先根據(jù)實(shí)際需求設(shè)置好排列方式、色卡和房間號(hào)等信息，選擇布置PVC地板的房間區(qū)域，這些區(qū)域由閉合的多段線構(gòu)成；而后對(duì)選擇的多段線進(jìn)行分割，產(chǎn)生滿足母材規(guī)格的多段線，輸出包括色卡、房間號(hào)和坐標(biāo)的零件信息；最后根據(jù)這些零件信息進(jìn)行套料，并將套料結(jié)果輸出成為可供施工的工作圖。

圖2 軟件操作流程

軟件界面調(diào)出方式通過Registry Key寫入到注冊(cè)表中，在CAD中輸入PBT命令會(huì)自動(dòng)彈出軟件操作界面，如圖3所示。界面包括排列方式的選擇、房間號(hào)和色卡的選擇。選擇按鈕的功能是選擇艙室區(qū)域的多段線，選擇完成后，確定排列，對(duì)選擇的區(qū)域進(jìn)行分割；套料按鈕的功能是生成套料信息；套料圖按鈕功能是在CAD中繪制套料圖。

圖3 軟件操作界面

2.1 確定排列方式

選擇區(qū)域之前要確定排列方式，排列方式分為自動(dòng)、從左到右、從右到左、從上到下和從下到上等不同形式，可根據(jù)情況進(jìn)行選擇。在沒有任何要求的情況下，選擇自動(dòng)排列。自動(dòng)排列的計(jì)算過程為：1）遍歷多段線中的所有的邊，確定最長(zhǎng)的邊是垂直方向還是水平方向；2）如果是垂直方向，則判斷這條邊是在最左側(cè)還是在最右側(cè)，如果在最左側(cè)則按照從左到右的方式進(jìn)行排列，反之按照從右到左的方式排列；3）水平方向的判斷與垂直方向的判斷類似。有些特殊情況需要指定排列方向，例如保持板縫方向的一致性，則直接選擇固定的排列方式進(jìn)行排列。

2.2 房間號(hào)和色卡

排列方向選擇完成后，需要根據(jù)區(qū)域選擇房間號(hào)和色卡，房間號(hào)最終會(huì)被標(biāo)記在套料圖中，方便施工時(shí)查找；色卡則用來區(qū)分母材，在套料的時(shí)候使用。房間號(hào)和色卡可以自動(dòng)選擇，也可通過點(diǎn)擊按鈕進(jìn)行手動(dòng)選擇。自動(dòng)選擇時(shí)，房間號(hào)從可選擇范圍內(nèi)的3位數(shù)字進(jìn)行提??；色卡查找選擇范圍內(nèi)包含色卡的字符串，然后截取“色卡：”后的字符串。部分區(qū)域通過3位數(shù)字區(qū)分不出房間號(hào)或未寫房間號(hào)，則需要手動(dòng)選擇房間號(hào)。

2.3 分割

通過SelectionSet選擇集選擇CAD中的對(duì)象，查找多段線，將選中的多段線添加到list列表中。遍歷列表中的值，查找區(qū)域中的DBText對(duì)象，找到房間號(hào)和色卡。在CAD中繪制板縫，將選擇的區(qū)域按照外形進(jìn)行分割，分割長(zhǎng)度按照PVC地板的規(guī)格2 m進(jìn)行分割，并添加標(biāo)注尺寸。最后，輸出帶有坐標(biāo)的零件表，如表1所示。

表1 零件信息表

2.4 生成套料圖

將帶有色卡和房間號(hào)的零件信息按照色卡進(jìn)行歸類，而后進(jìn)行套料，并將同一色卡套在同一母材中；套料成功后會(huì)在文件夾中生成套料表文件，可通過瀏覽器直接查看套料結(jié)果；最后根據(jù)套料表生成套料圖，見圖4。

圖4 套料圖

3 結(jié)論

面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，只有持續(xù)改進(jìn)和不斷創(chuàng)新才能在嚴(yán)峻的市場(chǎng)立足。通過實(shí)際工程應(yīng)用，采用遺傳算法快速實(shí)現(xiàn)PVC地板的套料，并通過自動(dòng)套料程序，大幅縮減設(shè)計(jì)時(shí)間。由此可見，PVC地板自動(dòng)套料程序的應(yīng)用可降低生產(chǎn)設(shè)計(jì)建模出圖周期，進(jìn)而降低生產(chǎn)設(shè)計(jì)成本，增加企業(yè)效益。