1、H 型钢信息表及套料表编制软件开发 谢晖 张强 张谦 韦金超 中海福陆重工有限公司 摘 要： 针对 H 型钢的形状信息提取及套料排版方法进行研究, 构建算法模型, 开发出了一套用于加工设计的 H 型钢信息表及套料表编制软件。软件的形状信息表生成模块通过批量读取型钢零件的 NC 文件, 按照标准化型钢样式输出型钢信息表, 然后套料模块在识别信息表数据之后输出套料表, 整个过程计算准确, 运行效率高。不同于输出零件图和排版图的传统型钢加工设计作业模式, 该软件以数据表形式呈现设计文件, 大幅减少了出图量, 为用户提供了一套高效的型钢加工设计新模式。关键词： H 型钢; NC 文件; 形状信息; 套
2、料; Excel; C#; VB; 收稿日期：2017-8-20H Shape Steel Information Table and Nesting Table Programming Software DevelopmentAbstract： Based on the research of shape information extraction and nesting method of H shape steel, this paper builds an algorithm model and develops a set of information table and nest
3、ing table programming software for shop design.The shape information table generating module of the software outputs the steel information table according to the standardized steel style by reading the NC files of the steel part, and then the nesting module outputs the nesting table after the inform
4、ation table, and the whole process is accurate and the operation efficiency is high.Keyword： H-shape steel; NC file; shape; nesting; Excel; C#; VB; Received： 2017-8-20H 型钢1是较为常见的一种钢材, 由于组对焊接的需要, 在下料预制过程中, 通常对型钢零件的端部进行加工处理, 端部形状是型钢零件的重要特征信息2。目前车间生产是依照零件图确定型钢的长度和端部形状, 同时参考排版图确定使用的原料数量, 然后对型钢进行下料加工3。当型
5、钢零件数量较多时, 加工设计人员就需要为车间绘制大量的零件图和排版图, 导致加工设计工作任务繁重, 图纸处理繁琐, 而且大量的图纸也不便管理。显然, 型钢零件信息批量化处理以及快速套料具有重要的工程价值。目前, 上海船舶工艺所对于型材套料开发了一套一维套料软件4, 江南造船集团也针对H 型钢下料出图进行了研究5。这些研究均针对 H 型钢预制工作的单一方面, 且均以图形形式呈现。本文以能够通过三维软件快速输出得到的 H 型钢 NC 文件作为输入数据源, 为型钢预制方案编制提供了一套标准化的处理方式。1 软件逻辑及界面软件采用 C#和 VB 语言编写, 设计基于 NC (Numerica Cont
6、rol) 文件读取和Ex-cel 表格调用。通过批量化处理 Tekla structure8三维模型导出的型钢NC 文件, 获得型钢零件形状数据。型钢套料计算的输入数据建立在上一步批处理基础之上, 并通过内置算法进行批量化套料排版。两部分均通过调用 Excel表格文件来实现数据的输出。后台算法建立于界面设计下的 Click 事件。具体的设计逻辑见图 1。图 1 软件架构示意图 下载原图界面设计分为两部分, 图 2 是形状信息表的生成模块界面, 图 3 是套料模块界面。两者都对接同一份 Excel 模板文件。当两部分工作完成后, 整个预制方案即自动完成。图 2 形状信息表生成模块界面示意图 下载
7、原图图 3 套料模块界面示意图 下载原图2 H 型钢形状信息表生成原理2.1 H 型钢的形状描述针对端部规整的型钢零件, 选用一些参数对其形状进行描述, 见图 4。图中定义了L、sa1、sa2、ea1、ea2、sc1、sc2、ec1、ec2、sk1、sk2、ek1、ek2 这些标注参数, 用于描述 H 型钢的总长度和端部形状, 其中sa1、sa2、ea1、ea2、sc1、sc2、ec1、ec2 参数具有方向性, 表示由腹板端部指向翼板端部的测量长度。规定指向型钢中部方向为正数, 反之为负数。例如图 5 中, sa1 和 ea1 为负数, sa2 和 ea2 为正数。最终所有端部规整的 H 型钢
8、信息都可以汇集到一个形状信息表中。图 4 参数说明 1 下载原图图 5 参数说明 2 下载原图2.2 NC 文件读取算法NC 文件是纯文本格式编写的数控文件, 图 6 是一般 H 型钢的 NC 文件内容。从其中可以读取型钢编号、型钢材质、型钢规格、腹板轮廓数据、上翼板轮廓数据和下翼板轮廓数据。型钢编号、型钢材质和型钢规格数据可以直接使用, 但是需要通过算法转换轮廓数据, 得到需要的 H 型钢形状描述参数。图 6 算法说明 1 下载原图轮廓数据区的前两列表示轮廓定位点坐标, 前两列可分别看作横坐标和纵坐标。按逆时针或者顺时针方向排列, 描绘型钢腹板轮廓。见图 7, 圆圈表示轮廓定位点。图 7 算
9、法说明 2 下载原图2.3 NC 文件数据转换代码轮廓定位点坐标序列, 确定了 H 型钢的形状, 需通过适当转换得到所需的描述参数。在程序中设置一个大循环, 遍历轮廓数据区中的数据。型钢总长度 L 就是轮廓数据第 1 列中的最大值。而腹板端部切割尺寸反应在腹板轮廓数据第 2 列的变化之中, 如 sk1 可由下面的 C#代码计算得到:同理翼板端部切割尺寸反应在翼板轮廓数据第 1 列数据中, 同时还需综合腹板边定位数据计算获得。C#代码片段如下:if (Convert.To Double (Regex.Split (linesi, s+) 3) =0) /数据3 H 型钢套料原理3.1 套料原理以
10、同材质, 同规格对输入端数据进行分类, 在同一类型之下遵从如下套料原理9-10:设定固定的型钢长度为 L, 余量为 R, N 个型钢的长度数据分别为L1、L2、L3LN。SUM=L1+L2+Lx, 构建一个 FOR 循环, 每一次循环包含所有的长度数据, 当 SUML 时, 即将 Lx 改为 LX+1 直到所有的数据全部循环一次后, 将 SUM 里的每一项长度数据归零。下一次循环针对未归零的长度, 直到最后将所有的长度数据归零。3.2 套料代码两次循环, 并将归入套料数据的项进行归零处理, 下次循环将跳过该项。并将各项和限制在钢板生产能力内, 满和即进入下一个求和过程, 具体如以下 VB 代码
11、所示。4 软件应用实例某海洋平台组块由多层甲板构成, 其中一层甲板片上主梁包含H7003001324、H5883001220 和 H4403001118 三种规格型钢零件, 共计 82 根。以编制这些型钢的预制方案为例, 使用软件生成型钢信息表的套料表, 步骤如下:1) 从三维模型软件中导出所有方案涉及的 H 型钢 NC 文件, 存放于某磁盘路径下;2) 点击软件主界面的 NC 文件读取按钮, 弹出文件选择对话框, 选择需要读取的 H 型钢的 NC 文件 (可多选) ;3) 确认后, 软件自动提取文件中的相关数据, 经过计算转换得到直观的型钢数据信息, 并显示在信息显示区的表格中, 见图 8;
12、4) 点击输出型钢表按钮, 即可在与软件同路径下得到一个与上述内容完全相同的 Excel 表格文件。图 8 型钢形状信息输出表 下载原图表格栏包含零件号、规格、长度、材质、数量、端部信息和重量。上翼板端部信息和下翼板端部信息区分了背景色。端部规整的型钢零件端部形状参数值将完整地显示出来。若某型钢端部不规整, 采用简单参数不足以描述其形状, 软件可自动识别, 仅提取得到该型钢总长度, 端部信息将全部显示为空白。线性套料引擎可根据零件规格和长度快速生成套料排版表;5) 点击主界面的套料排版按钮, 弹出图 3 所示的套料界面;6) 输入料长, 即采购的成品型钢的原料长度;7) 设置余量下限。由于在下
13、料切割时, 每根型钢原料上排布的型钢零件之间需要留有一定切割间隙, 所以就以余量下限的形式体现切割间隙造成的原料损耗;8) 点击打开输入表按钮, 选择步骤 4 生成的 Excel 表格文件;9) 点击排版套料按钮, 即可在上述 Excel 表格文件中生成一个排版表 sheet, 见图 9。图 9 套料输出表 下载原图排版表中分类显示不同规格型钢的排版信息, 用到的型钢原料数量以及每根原料上排布的零件号和余量。该排版功能还可用于成品管排版等其他所有线性排版领域。使用本软件不仅效率高, 而且编制的方案占用的篇幅较小, 对同样数量的型钢处理, 与传统方法对比如表 1 所示。表 1 对比 下载原表 5
14、 结束语通过软件调试和项目实践运用, 开发的软件具备计算效率高、适用性强、操作简便以及运行稳定等优点。以数据表的形式快速、批量化地体现 H 型钢的预制数据, 作为加工设计的方案基础。该方法相比图形形式的加工设计方案, 具有更高的设计效率。同时通过构建的算法可以准确地对数据进行处理, 保证方案的准确性和下料加工的质量, 提高了工程项目的效益。软件目前的不足之处在于, 生成的信息表只能完整描述具有正交或斜切这样规整端部形状的 H 型钢, 对于带弧形等不规整端部的型钢, 对其形状的定义和 NC文件的数据转换, 需要继续进行研究和优化。参考文献1GU Jianguo.Development and r
15、esearch of h-beam using for offshore oil drilling platformJ.Iron and Steel, 2001, (02) 2J Lindner.Design of steel beams and beam columnsJ.Engineering Structures, 1997, 19 (5) :378-384 3张世亮, 张建, 陆兵, 等.H 型钢端部数控火焰切割机工艺研究与运动分析J.现代制造工程, 2010 (10) :56-60 4成宇韬, 明星.型材一维套料软件开发与应用C/中国造船工程学会.2015年 CAD/CAM 学术交流
16、会议论文集.北京, 2015:6 5费玉清, 陈丽华.型钢设计自动化研究J.船舶与海洋工程, 2012 (4) :67-72 6章善财, 夏链, 韩江.通用 NC 代码编译器的设计与实现J.组合机床与自动化加工技术, 2014 (10) :53-56 7赵寒涛, 陈洪林, 陈刚, 等.用 C 语言实现 NC 程序的编写J.自动化技术与应用, 2001 (5) :44-45 8宋建军, 程治, 吴梦先, 等.Tekla Structures 与 Fast CAM 软件在套料过程中的结合应用研究J.钢结构, 2016, 31 (9) :111-114 9Herrmann J W, Delalio D R.Algorithms for sheet metal nestingCIEEE Transactions on Robotics and Automation, 2001, 17 (2) :183-190 10D Qi, Y Rao.An integrated approach on cut planning and nesting for metal structures manufacturingJ.Journal of Engineering Manufacture, 2014, 228 (4) :527-539
