WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

ТАРАСОВ Андрей Евгеньевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАСКРОЙНО-ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА

СВЕТОПРОЗРАЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

НА ОСНОВЕ ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫХ МЕТОДОВ ОПТИМИЗАЦИИ

05.13.12 - Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа 2007

Работа выполнена в ГОУ ВПО

«Уфимский государственный авиационный технический университет»

на кафедре вычислительной техники и защиты информации

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущая организация

д-р техн. наук, проф.

Гузаиров Мурат Бакеевич

д-р техн. наук, проф.

Мухачева Элита Александровна

канд. техн. наук, доцент

Петунин Александр Александрович

ГОУ ВПО МО «Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

Защита состоится 14 декабря 2007 г. в 14 часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03

при Уфимском государственном авиационном техническом университете

по адресу: 450000, Уфа - центр, ул. К.Маркса 12, УГАТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан 13 ноября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д-р техн. наук, проф.

В.В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования

Проблема ресурсосбережения стоит в ряду первоочередных задач современной экономики. Важным фактором снижения материалоемкости и рационального использования материальных ресурсов является совершенствование системы технологической подготовки раскроя промышленных материалов. Большие отходы конструктивных материалов (до 30% в материалоемких производствах) требуют коренной перестройки технологии проектирования процесса раскроя, его автоматизации. Создание и широкое внедрение САПР ТП раскроя, представляющих собой новые, ресурсосберегающие технологии, обеспечивает снижение расхода материала, трудоемкости технологической подготовки и сроков проектирования.

Системы автоматизации проектирования раскройно-заготовительного производства в строительной индустрии недостаточно представлены на российском рынке. Это объясняется наличием большого числа мелких строительных компаний, для которых приобретение сквозных систем автоматизации чрезвычайно дорого. Что касается заготовительного производства, то в САПР раскроя почти везде отсутствует оптимизационное ядро. С другой стороны, многие ученые заняты разработкой точных и приближенных методов расчета раскроя и размещения деталей без учета каких-либо ограничений на производственные факторы. Сблизить обе проблемы: раскроя в конкретном производстве и ресурсосбережения за счет разработки оптимизационных методов автоматизированного расчета раскроя – весьма важная и актуальная задача. Здесь можно пойти различными путями: выбрать метод расчета и дополнить его учетом технологических и организационных ограничений; разработать новые проблемно-ориентированные методы расчета. Первый путь чреват созданием множества простых алгоритмов с выхолащиванием оптимизационных составляющих или необходимостью их доработки. Во втором подходе имеются хорошие перспективы выхода на использование разрабатываемых САПР в качестве оптимизационного ядра на любом предприятии рассматриваемого типа, т.е. при изготовлении светопрозрачных конструкций (стеклопакеты, окна, двери, витражи, входные группы, вентилируемые фасады, раздвижные серии, перегородки и т.д.) в строительной индустрии. Такие системы без каких – либо существенных доработок могут применяться в режимах полной автоматизации проектирования раскроя: для расчета рациональных карт раскроя с последующей их реализацией на любом оборудовании. В возможности широкого применения предлагаемых ресурсосберегающих подходов с учетом технологии раскроя и состоит актуальность работы.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка и исследование проблемно–ориентированных методов и алгоритмов расчета ресурсосберегающего одномерного и гильотинного раскроя и создание на этой базе оптимизационного ядра САПР ТП производства светопрзрачных конструкций.

Задачи исследования

Для достижения цели работы поставлены следующие задачи:

  1. Создать концепцию разработки и функционирования систем автоматизированного проектирования раскройно-заготовительного производства светопрозрачных конструкций, включая постановку и формализацию проектных процедур, выбор и разработку новых проблемно-ориентированных методов расчета проектных решений.
  2. Модифицировать базовые методы расчета одномерного раскроя с учетом технологии раскроя материалов и разработать проблемно – ориентированный метод раскроя материала различной длины.
  3. Модифицировать базовые алгоритмы гильотинного раскроя с учетом технологических ограничений при раскрое стекла, ориентированный на технологию изготовления светопрозрачных конструкций.
  4. Разработать оптимизационное ядро САПР раскройно-заготовительного производства светопрозрачных конструкций.
  5. Исследовать эффективность предложенных методов и алгоритмов, провести с этой целью численные эксперименты.

Методы исследования

В диссертации используются основные сведения по технологии производства светопрозрачных конструкций; теории автоматизации проектирования; методам исследования операций; принципам структурного программирования.

На защиту выносятся

  1. Концепция разработки и использования проблемно-ориентированных методов оптимизации в системах автоматизации проектирования раскройно-заготовительного производства.
  2. Гибридный метод решения задачи одномерного раскроя материала смешанных длин с использованием метода последовательного уточнения оценок и эволюционного одноточечного алгоритма.
  3. Новые послойные алгоритмы проектирования гильотинных раскроев: «модификация уровневого двухфазного алгоритма» и «метод конструирования вертикалей», в рамках которых реализуются проблемно – ориентированные ограничения на гильотинный раскрой стекла.
  4. Программная реализация оптимизационного ядра САПР светопрозрачных конструкций.
  5. Результаты и анализ численных экспериментов.

Научная новизна результатов

  1. Предложена концепция разработки проблемно-ориентированных проектных решений, основанных на оптимизационных методах расчета раскроя материалов и технологических процессах их реализации.
  2. Разработан гибридный метод решения задачи одномерного раскроя материала смешанных длин с использованием барьерной модификации метода последовательного уточнения оценок и одноточечного эволюционного алгоритма. Метод показал меньшие затраты времени по сравнению с точными алгоритмами и более высокую эффективность ресурсосбережения по сравнению с другими метаэвристиками.
  3. Предложена модификация «послойного» алгоритма решения задачи гильотинного раскроя стекла на базе уровневого двухфазного алгоритма с учетом технологических ограничений.
  4. Разработан новый проблемно–ориентированный метод «конструирования вертикалей» для создания специализированного алгоритма раскроя стекла и методики его применения в САПР светопрозрачных конструкций.
  5. Разработано оптимизационное ядро САПР производства светопрозрачных конструкций на основе предложенных методов расчета раскроя для включения в автоматизированное рабочее место технолога раскройно-заготовительного производства.

Практическая значимость и внедрение результатов

Практическая значимость проведенной работы заключается в реальной возможности организации процесса ресурсосбережения в сфере раскройно-заготовительного производства «светопрозрачных конструкций» строительной индустрии. Это приведет к снижению продажной цены конструкций, что в свою очередь спровоцирует расширение производства конструкций и повысит перспективы предприятия перед конкурирующими фирмами. Создание САПР раскроя с оптимизационным ядром позволит технологу эффективно использовать альтернативные программы для возникающих задач в различных постановках.

Разработанная САПР, реализующая предложенные методы расчета одномерного и гильотинного раскроя с учетом технологии производства светопрозрачных конструкций, внедрено на следующих предприятиях:

  • ООО «Промышленно-строительный комплекс-6», г. Уфа;
  • ООО «Комплекс строительно-монтажных работ», г. Уфа;
  • ООО «О.К.Н.О.», г. Уфа.

Разработанная концепция проблемно-ориентированных методов решения задач раскроя является условно инвариантной и на ее базе могут создаваться методы оптимизации раскроя в других отраслях.

Результаты работы внедрены в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета при изучении дисциплин: исследование операций, комбинаторные алгоритмы, математические методы в экономике и других.

Апробация работы и публикации

Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: Международной конференции «Computer Science and Information Technologies», Уфа, 2005, 2007; Зимней школе аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2006,2007); Международном форуме Ассоциации строителей России по проблемам автоматизации строительного бизнеса, Москва, 2006; научных семинарах кафедры «вычислительной техники и защиты информации» Уфимского государственного авиационного технического университета.

По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе две из них в рецензируемых журналах из списка ВАК.

СТРУКТУРА РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Объем основного текста диссертации составляет 127 страниц.

Во введении обоснована актуальность работы; сформулированы цель диссертации, основные задачи, новизна полученных результатов и их практическая значимость. Приведено краткое содержание работы.

Глава 1 посвящена обзору работ в области САПР раскроя, моделей и методов раскроя и их анализу с позиции пригодности применения в САПР светопрозрачных конструкций. Приведены фундаментальные работы Л.В. Канторовича и В.А. Залгаллера, которые возникли в связи с развитием прикладных аспектов линейного программирования. Аналогичные работы появились и за рубежом. Они оказались приемлемыми для задач планирования в массовом производстве. В условиях мелкосерийного и единичного производства, применение линейного программирования мало пригодно. Известно, что простейшая задача одномерной упаковки является NP – трудной и точных методов полиномиальной сложности для ее решения не найдено. В качестве основных рассматриваются следующие задачи.

  1. Задача одномерного раскроя материала смешанных длин. Входная информация определяется набором следующего вида: <m; n; ; >, где m – количество различных линейных заготовок; (n-m) – количество хлыстов (прутков) различной длины; = (1, 2,…, m, m+1, …, n) – вектор длин i, заготовок и размеров m+i,, хлыстов (прутков); = (b1, b2,…, bm, bm+1,…, bn) – вектор требуемого количества bi, заготовок, и количество bm+i,, хлыстов, имеющихся в наличии. Требуется, располагая набором хлыстов заданных размеров, составить план из карт раскроев с минимальными затратами материала по длине с указанием номера каждого хлыста и его количества. Эта задача при раскрое одинаковых хлыстов (прутков) хорошо изучена. Для ее решения применяются различные мета-эвристики, в том числе эволюционные алгоритмы. Однако применение этих методов для стационарной последовательности хлыстов различных размеров не обеспечивает приближения к оптимуму. Поэтому здесь появляется проблема поиска рациональной смеси материала, которая часто возникает и в других производствах.
  2. Задача гильотинного раскроя. Входная информация задается следующим набором данных: <W; L; m; w; l; >, где W – ширина листа; L – длина листа; m – количество прямоугольных заготовок; w = (w1, w2, …, wi, …, wm) – вектор ширин заготовок; l = (l1, l2, …, li, …, lm)– вектор длин, – признак возможности поворота заготовки. Предполагается, что все размеры целые. Требуется получить гильотинным способом раскроя все заготовки, затратив минимальное количество листов. Под гильотинным понимается сквозной рез, параллельный кромкам материала.

В диссертации приведен обзор известных методов решения задач раскроя и их анализ на предмет эффективности и пригодности для раскроя светопрозрачного листового материала. На основе анализа выбрана послойная методология генерации раскроя стекла. Она применялась ранее для раскроя металла, древесных и других материалов. Подход был предложен M.Adamowich и A.Albano в 70-е годы. Независимо от них аналогичные алгоритмы разрабатывались в школе Э.А. Мухачевой. Послойные алгоритмы представляют детерминированные эвристики для построения «хорошего» плана раскроя без его дальнейшего улучшения. Реализованы два варианта: рулонный и раскрой листа. Однако не все, присущие данной производственной среде ограничения выполнялись. Более подходящими оказались уровневые алгоритмы, приведенные в обзоре A.Lodi; S.Martello и D.Vigo. А именно – «двухфазные уровневые алгоритмы». Эти алгоритмы нуждаются в адаптации и модификациях. Тем не менее, специального алгоритма для раскроя стекла найти путем анализа литературы не удалось. Анализ существующих на российском рынке САПР в строительной индустрии, показал отсутствие подсистем раскроя с оптимизационным ядром, в том числе – в рамках автоматизированного места технолога.

На основании проведенного аналитического обзора сделан вывод о важности и открытости следующих направлений в области разработки комбинаторных методов решения задач гильотинного раскроя стекла.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»