一种PCB同构拼板的最佳矩形布局方法、介质及设备与流程

一种pcb同构拼板的最佳矩形布局方法、介质及设备
技术领域
1.本发明涉及印刷电路；电设备的外壳或结构零部件；电气元件组件的制造的技术领域，特别涉及一种pcb同构拼板的最佳矩形布局方法、介质及设备。


背景技术：

2.pcb单元板的拼板问题伴随电子行业电路板大规模生产过程而来。早期，pcb单元板的拼板主要依赖人工经验进行决策，力求每张料板的利用率最高，从而以最少的料板满足客户需求。pcb单元板的拼板问题不但是运筹优化领域的重要学术问题，也是一直困扰pcb电路板生产企业的、亟需解决的痛点和难点。pcb单元板拼板问题属于np难问题，自1939年开始就有国外学者针对拼板的类似问题进行研究，时至今日，企业界和学术界仍然在致力于探寻pcb单元板拼板问题的有效数学模型和可行优化方法。
3.pcb同构拼板指的是pcb中单一尺寸矩形单元板的拼板决策，它是众多电子企业每天都要面对的棘手问题，拼板决策人员通常采用某些开料软件根据客户需求进行拼板方案制定。这些软件的特点是以条带拼接原则为基础，采用单纯型法和简单规则在较短时间内获取可行拼板方案。
4.然而，这些拼板方案不一定能够获得满意的效果，例如当料板尺寸为长度3000mm和宽度1500mm、pcb单元板尺寸为长度406mm和宽度229mm时，最佳的拼板效果为本发明的布局方法得到的拼接方案，如图1(a)所示，包含48个pcb单元板，采用当前的软件给出的拼板方案为条带拼接方案如图1(b)所示，仅包含47个单元板；显然，料板存在至少一个pcb单元板的面积的损耗，非最佳方案。


技术实现要素：

5.本发明解决了现有技术中存在的问题，提供了一种优化的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法、介质及设备，通过枚举料板每条边上的最佳利用情况，在能够进行套拼时进行套拼，无法进行套拼时采用最佳矩形单元板原则进行方案搜寻，最终给出满意的拼板方案。
6.本发明所采用的技术方案是，一种pcb同构拼板的最佳矩形布局方法，所述方法将单一尺寸的pcb单元板布局至料板；布局过程中，以若干pcb单元板的组合为拼接块，在料板上实现4个拼接块的首尾相接，在料板的余料上再布局、直至料板无法容纳新的pcb单元板。
7.优选地，所述方法包括以下步骤：步骤1：获取料板的长l和宽w，令长边和宽边分别对应x轴和y轴；步骤2：确定单一尺寸pcb单元板的长l和宽w；步骤3：分别列举单一尺寸pcb单元板对应料板的长边和宽边的组合，记录为cl和cw，得到组合对应的总覆盖长度l’和总覆盖宽度w’；步骤4：将cl与cw逐项相乘，得到布局集合m；步骤5：若一组或多组有布局集合m中的任意元素对应的2个pcb单元板的拼接块可以满足x轴方向上之和及y轴方向上之和分别为l’和w’，则继续步骤6，否则采用其他预设的
布局方法；步骤6：以一组或多组2个pcb单元板的拼接块构建布局方案，若任一方案中料板的余料无法满足1个pcb单元板的设置，则输出作为最佳矩形布局方案，否则进行下一步；步骤7：以余料作为新的料板，重复执行步骤3。
8.优选地，所述步骤3中，若存在任一组合使单一尺寸pcb单元板对应料板的长边或宽边余量为0，则取所有满足这一特征的组合；若不存在任一组合使单一尺寸pcb单元板对应料板的长边或宽边余量为0，则取余量最小的一个或多个组合。
9.优选地，所述步骤3中，令cl中的一组元素为《a,b》、cw中的一组元素为《c,d》，分别表示横向设置的a个pcb单元板及竖向设置的b个pcb单元板为一个组合、横向设置的c个pcb单元板和竖向设置的d个pcb单元板为一个组合；所述步骤4中，对应这两组元素构成的m中的新元素为《a*c,b*d》。
10.优选地，所述步骤5中，若布局集合m中的任意元素中存在对应的pcb单元板的拼接块为0，则选中、继续步骤6，并将其中的非0拼接块并列设置。
11.优选地，所述步骤7中，若重复执行步骤3过程中，构成的所有新的2个pcb单元板的拼接块无法实现4个拼接块的首尾相接，则构造每一组2个pcb单元板的拼接块的子矩形，以子矩形形式的pcb单元板进行余料的布局。
12.优选地，所述步骤7中，若重复执行步骤3过程中，cl为《0,b》、cw为《c,0》，则获得布局方案及对应的余料面积，计算布局方案包含的单元板数量之和及余料的面积，如果数量和相等且余料大小也相等，则随机选择一种方式进行布局。
13.优选地，若余料无法满足1个pcb单元板的设置，则输出作为最佳矩形布局方案，否则重复步骤7。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储有pcb同构拼板的最佳矩形布局程序，该pcb同构拼板的最佳矩形布局程序被处理器执行时实现所述的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法。
15.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现所述的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法。
16.本发明涉及一种优化的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法、介质及设备，将单一尺寸的pcb单元板布局至料板；布局过程中，以若干pcb单元板的组合为拼接块，在料板上实现4个拼接块的首尾相接，在料板的余料上再布局、直至料板无法容纳新的pcb单元板；介质上存储有pcb同构拼板的最佳矩形布局程序，被处理器执行时实现pcb同构拼板的最佳矩形布局方法；计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，执行程序时实现pcb同构拼板的最佳矩形布局方法。
17.本发明的有益效果在于：（1）规则明确，过程清晰；（2）能够快速、有效地给出问题的满意方案；（3）易于在软件中进行过程实现，转化为软件产品。
附图说明
18.图1为本发明的布局方法与现有技术的条带拼接的方案的比较示意图，当前料板尺寸为长度3000mm和宽度1500mm、pcb单元板尺寸为长度406mm和宽度229mm；图2为本发明的方法流程图；图3为实施例1中pcb单元板与料板及其匹配方案的预备示意图；图4为实施例1中的重构的拼接块方案示意图；图5为实施例1中可实现拼接块的首尾相接的方案示意图；图6为实施例1中重复布局后得到的布局结果示意图；图7为实施例2中pcb单元板与料板及其匹配方案的预备示意图；图8为实施例2中的重构的拼接块方案示意图；图9为实施例2中可实现拼接块的首尾相接的方案示意图；图10为实施例2中重复布局时基于新的料板尺寸、构造新矩形的子矩形后的布局方案示意图；图11为实施例3中pcb单元板与料板及其匹配方案的预备示意图；图12为实施例3中的重构的拼接块方案示意图；图13为实施例3中可实现拼接块的首尾相接的方案示意图；图14为实施例3中重复布局时基于新的料板尺寸、构造新矩形的子矩形后的布局方案示意图。
具体实施方式
19.下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围并不限于此。
20.本发明涉及一种pcb同构拼板的最佳矩形布局方法，所述方法将单一尺寸的pcb单元板布局至料板；布局过程中，以若干pcb单元板的组合为拼接块，在料板上实现4个拼接块的首尾相接，在料板的余料上再布局、直至料板无法容纳新的pcb单元板。
21.本发明中，首先需要明确，“单一尺寸”的pcb单元板均是指单一尺寸的、矩形pcb同构拼板；以图1(a)为例，可以发现此方案中料板长边l和宽边w基本都得到充分利用，且每条边的利用方式为寻求排列单元板的长边l和宽边w的最佳组合，料板长边l的利用方式为4
×
l 6
×
w、大料板宽边w的利用方式为3
×
w 2
×
l；形成最佳套拼方案的决定因素是根据每条边的最佳使用情况，仅能产生两个不同尺寸新矩形单元板，并且边长约束为a
×
l≥b
×
w且c
×
w≤d
×
l或者a
×
l≤b
×
w且c
×
w≥d
×
l，此时l-l＜(a
×
l b
×
w)≤l且w-w＜(c
×
w d
×
l)≤w；套拼方案形成条件得到满足后，套拼结果也不一定就是最终方案，如果套拼后中间的剩余料块仍然很大，就需要进一步继续对余料进行拼板直到生成最终方案。
22.本发明中，如果在探查料板长边和宽边最佳利用组合时，每条边上有多种最佳利用方式；或者虽然每条边上只有1种最佳利用方式且只能构造2个新矩形单元板，但这2个新矩形单元板不能满足边长约束，则判定无法构成套拼方案，此时需要尽量构造多个新矩形单元板，然后根据每个新矩形单元板找出其所有子矩形单元板，再根据所有这些尺寸不一的子矩形单元板（包括原来的新矩形单元板）进行定序（智能优化算法）和定位（极点法结合最左下原则），得出最终的拼板方案。
23.本发明中，参考定义的a、b、c和d，如果a、b、c和d中有1个或多个为0，则需要分情况讨论：a为0而b、c和d不为0时，先将d
×
b个矩形单元板整体拼合，之后的剩余料板重新进行拼板过程，其他类似情况以此类推；而a、c同时为0，则整个区域以b
×
d的新矩形单元板填满，其他类似情况以此类推；如果a、d同时为0而b、c不为0时，则分情况考量按不同的模式下分别拼放条带后，以条带包含单元板数量与剩余料板中可拼出的单元板个数之和更多的模式作为当前拼板方案；如果总和相同，则剩余余料面积最小者优先；如果剩余余料面积也相同，则随机选择一种方案；之后对于剩余料板，再继续开展拼板过程直至得到最终拼板方案为止。
24.如图2所示，所述方法包括以下步骤：步骤1：获取料板的长l和宽w，令长边和宽边分别对应x轴和y轴；步骤2：确定单一尺寸pcb单元板的长l和宽w；步骤3：分别列举单一尺寸pcb单元板对应料板的长边和宽边的组合，记录为cl和cw，得到组合对应的总覆盖长度l’和总覆盖宽度w’；所述步骤3中，若存在任一组合使单一尺寸pcb单元板对应料板的长边或宽边余量为0，则取所有满足这一特征的组合；若不存在任一组合使单一尺寸pcb单元板对应料板的长边或宽边余量为0，则取余量最小的一个或多个组合。
25.所述步骤3中，令cl中的一组元素为《a,b》、cw中的一组元素为《c,d》，分别表示横向设置的a个pcb单元板及竖向设置的b个pcb单元板为一个组合、横向设置的c个pcb单元板和竖向设置的d个pcb单元板为一个组合；步骤4：将cl与cw逐项相乘，得到布局集合m；所述步骤4中，对应这两组元素构成的m中的新元素为《a*c,b*d》。
26.步骤5：若一组或多组有布局集合m中的任意元素对应的2个pcb单元板的拼接块可以满足x轴方向上之和及y轴方向上之和分别为l’和w’，则继续步骤6，否则采用其他预设的布局方法；所述步骤5中，若布局集合m中的任意元素中存在对应的pcb单元板的拼接块为0，则选中、继续步骤6，并将其中的非0拼接块并列设置。
27.步骤6：以一组或多组2个pcb单元板的拼接块构建布局方案，若任一方案中料板的余料无法满足1个pcb单元板的设置，则输出作为最佳矩形布局方案，否则进行下一步；步骤7：以余料作为新的料板，重复执行步骤3。
28.所述步骤7中，若重复执行步骤3过程中，构成的所有新的2个pcb单元板的拼接块无法实现4个拼接块的首尾相接，则构造每一组2个pcb单元板的拼接块的子矩形，以子矩形形式的pcb单元板进行余料的布局。
29.所述步骤7中，若重复执行步骤3过程中，cl为《0,b》、cw为《c,0》，则获得布局方案及对应的余料面积，计算布局方案包含的单元板数量之和及余料的面积，如果数量和相等且余料大小也相等，则随机选择一种方式进行布局。
30.若余料无法满足1个pcb单元板的设置，则输出作为最佳矩形布局方案，否则重复
步骤7。
31.本发明中，给出几个实施例。
32.实施例1：如图3(a)所示，料板尺寸为l=32、w=30，矩形单元板尺寸为l=7、w=2；枚举l边的所有可能的组合情况，如图3(b)所示，记录为cl=[《4,2》;《2,9》;《0,16》]；枚举w边的所有可能的组合情况，如图3(c)所示，记录为cw=[《1,4》;《8,2》;《15,0》]；将cw每一项与cl每一项进行相乘, 形成m=[《1
×
4,4
×
2》;《1
×
2,4
×
9》;《0,4
×
16》;《8
×
4,2
×
2》;《8
×
2,2
×
9》;《0,2
×
16》;《15
×
4,0》;《15
×
2,0》;《0,0》]，m中的每一项代表2个新矩形尺寸，如图4所示（省略最后一组《0,0》）；查看哪些新矩形组合可以构成套拼方案，最终得到几种拼板方案如图5所示；评价几种拼板方案发现，虽然其他拼板方案和图5（b）所示方案的拼板数量与余料拼出数量之和一样，但是按照图5（b）所示方案执行后，剩余料板尺寸较小甚至小于单元板尺寸，因此可以直接选择此方案作为最终布局方案；进一步地，如果按照其他方案再继续进行拼板操作，则最好情况可以如图6所示，分别对应图5（a）、图5（e）、图5（c）所示方案。
[0033]
实施例2如图7(a)所示，料板尺寸为l=21、w=17，矩形单元板尺寸为l=5、w=2；枚举l边的所有可能的组合情况，如图7(b)所示，记录为cl=[《3,3》;《1,8》]；枚举w边的所有可能的组合情况，如图7(c)所示，记录为cw=[《6,1》;《1,3》]；将cw每一项与cl每一项进行相乘, 形成m=[《6
×
3,1
×
3》;《6
×
1,1
×
8》;《1
×
3,3
×
3》;《1
×
1,3
×
8》]，m中的每一项代表2个新矩形尺寸，如图8所示；查看哪些新矩形组合可以构成套拼方案，最终得到2种拼板方案如图9所示；评价2种套拼方案发现，2个方案的套拼数量与余料拼出数量之和一样，但是按照图9(b)所示方案执行后，剩余料板尺寸较小，因此选择此方案再继续进行拼板操作；此时料板尺寸为l=11、w=7，矩形单元板尺寸为l=5、w=2，得到新的cl=[《1,3》]且cw=[《1,1》]，根据cw和cl构成2个新矩形，如图10(a)所示，但2个新矩形不能构成套拼；构造所有新矩形的子矩形ms=[l=5 w=2;l=2 w=5;l=4 w=5;l=6 w=5]，如图10(b)所示，共4个子矩形；采用极点法结合最左下原则定位子矩形位置，构造拼板方案；最终拼板方案如图10(c)所示。
[0034]
实施例3如图11(a)所示，料板尺寸为l=14、w=14]，矩形单元板尺寸为l=5、w=2；枚举l边的所有可能组合，如图11(b)所示，记录为cl=[《2,2》;《0,7》]；枚举w边的所有可能组合，如图11(c)所示，记录为cw=[《2,2》;《7,0》]；将cw每一项与cl每一项进行相乘, 形成m=[《2
×
2,2
×
2》;《2
×
0,2
×
7》;《7
×
2,0
×
2》;《7
×
0,0
×
7》]，m中的每一项代表2个新矩形尺寸，如图12所示（省略最后一组《0,0》）；查看哪些新矩形组合可以构成套拼方案，最终得到1种套拼方案如图13(a)所示；评价几种拼板方案发现套拼方案同图13(b)、图13(c)中方案的拼合数量与余料含
单元板量之和一样，但是按照图13(a)所示方案执行后，剩余料板尺寸较小，因此选择套拼方案再继续进行拼板操作；此时料板尺寸为l=6、w=6，计算cl和cw得到cl=[《0,3》]且cw=[《3,0》]，此种情况出现后，按照图14(a)方案找出拼合方案和余料大小，再计算拼合方案与余料包含单元板数量之和，如果总数量和相等，余料大小也相等，则随机选择一种方式进行拼板，然后继续对余料板材进行拼板过程，直到得出最终方案如图14(b)所示。
[0035]
为了实现上述实施例，本发明提出一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有pcb同构拼板的最佳矩形布局程序，该pcb同构拼板的最佳矩形布局程序被处理器执行时实现所述的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法。
[0036]
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过pcb同构拼板的最佳矩形布局程序，以使得处理器在执行该pcb同构拼板的最佳矩形布局程序时，实现如上述的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法，从而实现可行而简洁的、考虑套拼的最佳矩形单元板拼板方法，通过枚举料板每条边上的最佳利用情况，在能够进行套拼时执行套拼，无法进行套拼时采用最佳矩形单元板原则进行方案搜寻，最终给出满意的拼板方案。
[0037]
为了实现上述实施例，本发明提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时，实现所述的pcb同构拼板的最佳矩形布局方法，从而实现可行而简洁的、考虑套拼的最佳矩形单元板拼板方法，通过枚举料板每条边上的最佳利用情况，在能够进行套拼时执行套拼，无法进行套拼时采用最佳矩形单元板原则进行方案搜寻，最终给出满意的拼板方案。
[0038]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0039]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0040]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0041]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0042]
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造
性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
[0043]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。