探究船体零件数控切割路径的优化

探究船体零件数控切割路径的优化

陆月君冯建磊

江苏扬子江船业集团有限公司214500

摘要：在进行船舶制造的工作中，船体零件数控切割是一项重点工作，对其切割路径的优化能够实现相关企业制造成本的有效控制。基于此，本文阐述了船体零件连续切割的路径优化、船体零件内孔切割的路径优化、船体零件数控切割优化软件的应用这些船体零件数控切割路径的优化策略及意义。

关键词：船体零件；切割路径优化；双边桥法

引言：随着我国对于船舶制造的需求与要求越来越高，船体零件数控切割作为船舶制造中的重要工序之一，对其进行路径的优化成了相关企业关注的重点问题。现阶段，在我国船舶制造中，船体零件数控切割中依旧存在着许多问题，例如切割空走路径长、切割点火次数过多等问题，使相关制造企业的成本无法得到有效的控制。这样的现状让船体零件数控切割路径的优化成为了迫在眉睫要解决的问题，依据船体零件数控切割的工作特性，提出不同方面的切割路径优化，提升船舶制造企业的工作效率，降低船体零件数控切割的成本。

一、船体零件连续切割的路径优化

我国现阶段的船体零件数控切割工作中存在着点火次数过多、切割空走路径长的问题，这就使点火位置的合理选择成了船体零件数控切割路径优化的关键。利用船体零件连续切割就能有效解决切割空走路径长的问题。在进行船体零件连续切割的优化中，以下三种方式能够进行相关优化工作的展开。

（一）利用欧拉定理优化零件切割

船舶制造中船体零件边缘由首位连接且不相交的线段所组成，这样的边缘构成方式让每一个船体零件都形成了独立的欧拉回路。因此，在进行船体零件的数控切割中，可以利用欧拉定理对零件进行切割的优化。将数控切割下的船体零件都默认看做是一个小的欧拉回路，建立起船体零件的数学模型。但是这样的单独建模并进行零件切割的方式增加了船体零件数控切割的点火次数。这意味着在进行船体零件连续切割的路径优化中，必须要将原有的小欧拉回路进行合理设计，使船体零件形成一个大的欧拉回路，让待切割的船体零件成为一个整体，减少零件数控切割的点火次数，实现切割成本的降低。

（二）零件搭桥优化零件切割

想要让上述中船体零件形成一个大的欧拉回路，可以通过零件搭桥的方式来实现。通过在每个零件之间搭桥，让零件间的一部分是相连接的，就能够将原有的小欧拉回路转化成大的欧拉回路。在船体零件数控切割的工作进行中，能减少切割点火的次数及小片零件掉落的情况。这种零件搭桥的优化方式又被称作双边桥法。

利用双边桥法，能够让设备在进行数控切割工作中，以一次点火的方式完成船体零件切割的一笔勾画。相比于传统的数控切割方式，能够显著降低点火次数和切割空走路径。但是，双边桥法的使用还有一些问题需要相关人员注意：第一，双边桥宽度设置要适当。在工作人员对船体零件数控切割的双边桥进行设置时，要结合零件的大小等实际情况，进行双边桥宽度的设置。双边桥的宽度设置过于窄小，就会导致船体零件切割中的双次切割融透，无法将搭桥的优势得以最大化发挥。第二，两个欧拉回路之间只能设置一个双边桥[1]。

工作人员在进行船体零件之间的双边桥设置中，需要对整块材料上切割出的零件位置的摆放进行设计，将大小、形状等一致或类似的船体零件进行零件搭桥，实现资源的充分利用。

（三）最小生成树算法优化零件切割

最小生成树算法能够对船体零件连续切割的路径进行最优化，这种方式在其他领域应用也十分广泛。在进行实际的船体零件数控切割中，利用双边桥的方式能够减少点火次数，但是切割的路径并没有得到有效的优化。最小生成树算法就能够使切割中所有的结点以最短的距离连接起来，完成最短路径的船体零件切割。这种方式就好比人在从A到B点时选择最短的距离行走一样，能够减少船体零件边缘重复切割的次数，让切割路径得到最优化。例如，Kruskal算法是最小生成树算法的一种，此算法也可以称为“加边法”。设置初始最小生成树边数为0，每次选择一条满足条件的最小代价边，加入到最小生成树的边集合里。其步骤为：第一，将船体零件切割的所有边按代价从小到大排序。第二，n个顶点看成独立的n棵树组成的森林，按权值从小到大选择边，所选的边连接的两个顶点ui、vi，应属于两颗不同的树，成为最小生成树的一条边，并将这两颗树合并作为一颗树。第三，重复上一步骤直到所有的顶点都在一棵树内或者有n-1条边为止[2]。

二、船体零件内孔切割的路径优化

为了防止船体零件数控切割出现尺寸上的误差，在实际的零件切割工作中，一般都是先进行船体零件内孔的切割，再进行零件外边界的切割。在现阶段实际的船体零件内孔切割中，工作人员普遍是按照排版顺序来进行切割的，并没有对零件内孔的切割顺序和路径进行优化，这样的做法增加了切割点火的次数和切割空走路径。想要实现船体零件切割的路径优化，就同样要对零件的内孔切割路径进行优化。例如，人工蜂群算法就是能够对船体零件内孔切割路径进行优化的一种算法。通过对于将全局搜索和局部搜索相结合的方式，让数控切割设备对于材料切割的内孔进行搜索和判断，减少切割空走路径。

另外，船体零件数控切割优化软件的应用能够更好的实现船体零件数控切割路径的优化。船舶制造企业可以结合企业内的实际情况，开发出“船体零件数控切割路径优化系统”，对工作人员输入的船体零件数控切割进行路径的计算和优化，利用编程的方式减少人工的设计与计算。在实际的船体零件数控切割工作中，工作人员只需要输入相关指令，就能够完成船体零件数控切割和切割路径的优化工作。

总结：综上所述，我国船体零件数控切割中依旧存在着切割空走路径长、切割点火次数过多的问题。通过船体零件连续切割的路径优化以及船体零件内孔切割的路径优化，显著降低了切割空走路径长度和切割点火次数，控制了相关企业的数控切割成本，提高了船体零件数控切割的工作效率。同时运用船体零件数控切割优化软件能够使工作人员的工作强度降低，提升了优化的有效性。

参考文献：

[1]赵锦涛.船体零件切割路径优化技术及工程应用[D].大连理工大学，2015.

[2]吴俊杰.船体零件数控切割路径优化研究[D].大连理工大学，2013.