服装排样算法优化及软件设计

郭威龙+赵加成+李卫

摘要：排料过程是服装生产过程中的一个重要环节，排版软件是利用数学模型及函数计算的方法完成的并进而对几何图形进行各种判断、处理和优化。整个软件系统使用方便，其最优的排料方案材料利用率达92%以上。本算法对于机械行业以及其他行业的图形处理和计算均可沿用，因而具有较大的实用价值；另外，该文是针对服装排料系统的设计是以[VisualC++6.0]开发环境并依托CAD开发平台Opcn CASCADE进行的。该系统采用改进的遗传算法，即混合多种交叉、变异算子并采用快速解码方法，将不规则的衣片排料转化成矩形排料来实现服装的自动排料。通过平移、旋转和镜像等操作实现人机交互排料及优化自动排料。实验结果表明，该系统的使用能够缩短排料时间，并提高布料利用率。

关键词：服装排样；Opcn CASCADE平台；遗传算法

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）27-0257-03

作为服装生产基本环节和重要工序的排料在服装企业的生产重具有重要的地位，因为能否做到科学、合理的排料，对于布料利用率的高低乃至裁剪、缝制等过程都会造成直接的影响；而科学的排料并提高布料的利用率也成为服装生产企业经济效益提升的重要手段和途径之一。对此，本文提出了服装样板几何图形的输入是通过建构数学模型的方法来进行的，而计算机对图形的各种处理、计算及判断则是根据数学函数表达式完成的，通过选择进而排出最优排料方案。

1 自动排料模型的构建及其算法

1.1 数学模型的建构——直线样板

直线型样板的基本特征就是由若干条直线所组成，包括衣服中的门襟，大、小袖叉等衣片的裁剪均为直线型样板。

在完成了相交的判定的基础上，下一步的处理还需要依据判断结果进行计算。

2） 如果判断是相交，进行下一步的处理应将相交点首先求出来；

3） 如果判断为不相交，则判断转入下一阶段进行；

4） 对相交点是否为真进行判别。

求解出两曲线方程值是判别样板之间相交过程的目的。具体的判别方法可将两线段的取值范围大小的确立作为直接的判断方法。交点坐标值的求解，既要在副样板所判断为曲线范围内，同样也要在主样板所判别的曲线范围内，在同时满足二者范围要求时交点才能最终确定为真，然后，再进行下一曲线的判断并计算退出距离。

2.2 优化排料算法

式中，布料的宽度用[S]来表示，每次排料方案所用布料的长度为[L]；[Si]为第[i]樣板的面积，样板函数为[i=1，2，…P；P]。

本算法优化约束条件的增加的目的是为了最大化发挥材料的利用率，其条件是：

1） 首先是按列进行，就是下列的排放是在该列已不能再放入任何样板且排满的情况下进行的。

2） 选择布料区域的原则是：排放首先在封闭区域进行，然后再进行未封闭区域的排放。。

3） 由大到小依次排放是选择样板的基本原则。

在进行排料前，应由大至小将所有样板依次编号排列。首先是考虑大样板排放，若区域不够，再换次大的样板。

4） 计算布料区域

在计算布料区域的计算时，该区域的最大宽度、长度应是考虑的重点。通过公式推导，对于[n]个样板至少有[4n×n]种排列方案；其中，[n]为样板排版的先后顺序，[4n]为样板的4种排版方式，相应地增加了排版的选择余地。

3 排版软件设计

本文是利用[VisualC++6.0]开发环境并结合CAD开发平台Opcn CASCADE，针对服装排料系统进行研发。该系统采用改进的遗传算法，即混合多种交叉、变异算子并采用快速解码方法，将不规则的衣片排料转化成矩形排料来实现服装的自动排料。通过平移、旋转和镜像等操作实现人机交互排料及优化自动排料。实验结果表明，该系统的使用能够缩短排料时间，并提高布料利用率。

3.1 服装排料系统设计

3.1.1 可视化功能

1） 布料和衣片显示是可视化图形显示的主要内容。需要3种实体协作才能在屏幕上完成一个对象的显示，分别由[AIS]-InteractiveObject、[AIS]-Intera-tiveContext及Viewer来完成。

2） 对图形进行动态拾取是根据用户设定的选取模式进行的，模式为默认的Neutral Point模式，也就是选取交互对象自身。

3） 衣片线框的颜色和背景颜色选择可以结合用户的个性化需求任意进行界面的设置与操作界面。

3.1.2 参数设置及选定样片

1） 进行参数的设置，内容主要包括布料的宽度、交叉概率[P]以及变异概率[Pm]、迭代次数[Gn]的设定。

2） 样片的选定。包括是否允许衣片水平、裁片数、样片的路径设计、垂直随机放置计裁片数的设定等内容。

3.1.3 样片预处理

衣片的面积、长度和宽度及最小包络矩形是样片预处理的主要内容。

3.2 自动排料

自动排料并生成排料图均采用上述方法进行，同时将布料的尺幅、矩形利用率及布料利用率等数据在状态栏中予以显示。具体过程如下：

1） 读取衣片[i][∈][0，n-1]是根据[m]-[Reci].patternPic所保存的相应衣片路径进行的。

2） 衣片是否旋转是结合[m]-[Reci].[ISRotion]的值进行判断。

3.2.1 交互排料

1） 如果不满意自动排料结果，要提高布料利用率并实现人机交互排料的目的，可通过对衣片进行旋转、平移及镜像操作等方式完成。

2） 检查衣片是否重叠或交叉可以通过滚动鼠标放大或缩小视图来观察。endprint

3） 当完成交互式排料工序后，此时所需布料的长度可利用“直尺”功能进行计算；同时对此时布料的利用率进行自动计算，计算完成这条直线可以消除。基于用户编辑或者操作方便的考虑，可以将布料的尺幅、数据及布料利用率数据在“排料结果”对话框中进行显示。

3.2.2 生成排料文件

通过Open CASCADE为用户提供数据交换服务，标准的数据包包括STEP、VRMI等。为方便服装自动裁剪系统读取排料图数据，可将衣片排布图以BREP、STL和IMAUES等多种数据文件格式予以保存。

3.2.3 系统运行过程描述

排料系统的主要运行过程如图1所示。

3.3 实验结果

为了验证系统对服装排料的有效性，本文的验证过程是结合open CASCADE 6.3几何内核并在[VisualC++6.0]开发环境下进行的。验证以普通衬衫排料为例，允许衣片纵向或横向放置，验证具体参数设定如下：布料的宽度为114cm，变异概率[Pm]=0.0 5，交叉概率[Pc]=0.6，迭代次数[Gn]=200。实验数据及结果见表2所列。

图2为3套普通衬衫的自动排料结果，布料所需长度为288.803 cm，布料利用率R为0.7873；交互排料后，布料所需长度仅为280.503 cm、利用率则提高到0.8107，见图3所示；图4则为4套衬衫的自动排料结果，布料所需长度为388.716 cm，布料利用率为0.780 0，交互排料后，布料所需长度为367.778 cm，利用率提高到0.824 4，如图5所示。

4 结论

1） 系统的自动排料布料利用率相对高且运行时间短，而通过交互排料后，明显地布料的利用率进一步提升；对于矩形件的自动排料利用率则高达93%以上。

2） 用戶通过open CASCADE几何内核的辅助，可完成复杂应用程序的快速开发，系统操作过程更为方便、快捷。本文设计的服装排料软件对相关企业具有一定的实际借鉴意义。

参考文献：

[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] 陈文宇. 服装C'AD自动排料的研制[J]. 成都纺织高等专科学校学报， 1999， 16（1）.

[3] 汤安平. 服装自动排料系统的研究与设计[D]. 湘潭： 湘潭大学， 2008.

[4] 扈静，等. 基于改进遗传算法的混合装配生产线平衡问题研究[J]. 合肥工业大学学报： 自然科学版， 2010， 33（7）.

[5] 蒋兴波，等. 一种用于矩形排样优化的改进遗传算法[J]. 计算机工程与应用， 2008， 11（22）.endprint