WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

ПЕТУНИН Александр Александрович

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАСКРОЯ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

НА МАШИНАХ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ

УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность: 05.13.12

Системы автоматизации проектирования

(в промышленности)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Уфа 2010

Работа выполнена

в ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ»

на кафедре информационных технологий и автоматизации проектирования

Официальные оппоненты        д-р техн. наук, проф.

Фроловский Владимир Дмитриевич

зав. кафедрой АСУ

Новосибирского государственного

технического университета

д-р техн. наук, проф.

Мартынов Виталий Владимирович

зав. кафедрой экономической информатики

Уфимского государственного авиационного технического университета

д-р техн. наук, проф.

Юрьев Виктор Леонидович

генеральный директор

ОАО «Институт технологии

и организации производства»

Ведущая организация                Институт машиноведения

Уральского отделения  РАН,

г. Екатеринбург

Защита состоится  28 апреля______________  2010 г. в 10 часов

на заседании диссертационного совета Д-212.288.03

Уфимского государственного авиационного технического университета

по адресу:  450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан “___”_____________ 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д-р техн. наук, проф.                                                        В. В. Миронов

Общая характеристика работы



Актуальность темы. В машиностроении и других отраслях промышленности существенная часть продукции изготавливается из заготовок, получаемых из листовых материалов на различном технологическом оборудовании. К такому оборудованию относятся, в частности, машины с числовым программным управлением (ЧПУ) для лазерной, плазменной, газовой (кислородной), электроэрозионной и гидроабразивной резки материала. В условиях снижения серийности производства, которые в настоящее время оказались характерными для большинства промышленных предприятий не только в России, именно машины с ЧПУ становятся основным видом станков, удовлетворяющих требованию максимальной простоты адаптации к постоянным изменениям номенклатуры получаемых заготовок. Как известно, использование систем автоматизированного проектирования (САПР) управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ (Computer-Aided Manufacturing, CAM-систем) обеспечивает значительное сокращение времени подготовки программ в сравнении с «ручным» проектированием. Разработка УП для технологического оборудования резки предполагает предварительное геометрическое моделирование заготовок и получение раскройной карты листового материала, что порождает задачи оптимизации раскроя материала, которые заключаются в минимизации расхода материала при получении из него заготовок известных форм и размеров. Программное обеспечение, автоматизирующее процесс описания геометрии заготовок и проектирования раскроя принято относить к CAD (Computer-Aided Design) системам.

Начиная с середины 80-х годов прошлого века, во многих странах Европы и в США разрабатывалось математическое и программное обеспечение систем автоматизированного проектирования для решения задач оптимизация раскроя промышленных материалов и автоматизированной подготовки управляющих программ для машин резки с ЧПУ. Созданные на основе этих разработок CAD/CAM – системы отличаются, помимо применяемых математических моделей, методов и алгоритмов, также и различной степенью универсальности, которая касается как широты охватываемых задач раскроя материала, так и спектра технологического оборудования, поддерживаемого системой. Если говорить о зарубежных САПР, то на российском рынке сейчас, в основном, превалируют узкоспециализированные CAD/CAM системы, приобретаемые предприятиями вместе с конкретной машиной с ЧПУ. Такие системы, как правило, имеют эффективный CAM-модуль, разработанный специально для данного типа машин, и позволяют решать определенный (хотя и весьма ограниченный) круг задач проектирования раскроя листового материала. Вместе с тем, применение этих САПР вне рамок их специализации чаще всего бывает нецелесообразно, либо невозможно. Универсальные зарубежные CAD/CAM системы помимо высокой стоимости также имеют и недостаточно универсальные подсистемы проектирования раскроя и, как правило, CAM – модули, ориентированные, в первую очередь, только на автоматизацию процесса подготовки управляющих программ. При этом остаются нерешенными вопросы оптимизации разработки УП с точки зрения стоимости и времени резки. Кроме того, остается малоизученной проблема создания автоматизированных средств формирования УП, обеспечивающих минимизацию тепловых деформаций материала при термической резке на машинах с ЧПУ.

Российские разработчики, работающие в этой предметной области, имеют серьезные успехи в теоретических исследованиях вопросов оптимизации для многообразных задач раскроя-упаковки (Cutting & Packing, C&P), к которым относятся и задачи раскроя. Огромный вклад в разработку алгоритмов оптимизации раскроя материала, начало которой положили известные работы Л. В. Канторовича и В. А. Залгаллера, внесла самая крупная отечественная научная школа раскроя-упаковки Э. А. Мухачевой (Э. А. Мухачева, М. А. Верхотуров, В. В. Мартынов, В. М. Картак, А. С. Филиппова, А. Ф. Валеева и др.). Среди зарубежных ученых, работающих в области создания методов оптимизации раскроя, следует отметить харьковскую научную школу Ю. Г. Стояна. Активно ведутся исследования задач C&P в Германии, США, Италии, Японии, Китае, Израиле и др. странах.

Общие вопросы создания САПР описаны в работах И. П. Норенкова. Гораздо более скромны достижения российских ученых в теории и практике разработки САПР раскроя листовых материалов и автоматизации подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки с ЧПУ. В этой области в настоящее время работают, в частности, В. Д. Фроловский, М. А. Верхотуров и многие специалисты-практики.

Актуальность разработки отечественной интегрированной универсальной CAD/CAM системы, адекватной потребностям современного раскройно-заготовительного производства в различных отраслях промышленности, значительно возрастает и в связи с упомянутой выше тенденцией индивидуализации производства. Известно, что задачи оптимизации раскроя наиболее сложны на предприятиях с единичным и мелкосерийным типом производства. В первую очередь, это касается отсутствия математических моделей и алгоритмов, гарантирующих получение оптимального решения для большинства раскройных задач. Во-вторых, сложность получения даже приближенного рационального решения связана с временными ограничениями на проектирование раскройных карт. Эти ограничения диктуют также необходимость в разработке средств адекватного выбора существующих алгоритмов раскроя при решении практических задач. Кроме того, сложные раскройные карты, характерные для единичного и мелкосерийного типа производства, усложняют и разработку оптимальной технологии резки материала и соблюдение технологических требований резки. Все это делает особенно важным разработку методологии создания эффективных компьютерных средств автоматизации и оптимизации всех технологических процессов раскроя материала для предприятий с таким типом производства. Слабо разработаны до сих пор и теоретические вопросы, связанные с описанием структуры и функций САПР фигурного раскроя, адекватной потребностям единичного производства.

Таким образом, проблема разработки научных основ создания универсальных интегрированных САПР раскроя листового материала и автоматизации технологической подготовки раскройно-заготовительного производства на базе машин с ЧПУ является одной из актуальных народно-хозяйственных задач, решение которой позволит разработать и внедрить ресурсосберегающие технологии при производстве изделий в различных отраслях промышленности.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка методологических и теоретических основ автоматизации проектирования раскроя листовых материалов на базе машин с ЧПУ.

Для реализации указанной цели в работе ставятся и решаются следующие основные задачи:

  • разработка новых алгоритмов фигурного и прямоугольного раскроя на основе аппроксимационного подхода, дискретно-логической модели описания геометрических объектов и методов декомпозиции решения задач раскроя-упаковки с целью получения рациональных вариантов раскроя в автоматическом и интерактивном режиме проектирования за время, адекватное реальным условиям единичного и мелкосерийного производства;
  • разработка метода автоматического выбора рационального оптимизационного алгоритма раскроя  на основе классификации задач и сравнительного анализа алгоритмов с целью сокращения времени оптимизации и повышения коэффициента использования материала;
  • разработка новых автоматических и интерактивных методов проектирования управляющих программ для машин резки листовых материалов с целью минимизации временных и стоимостных характеристик резки и уменьшения тепловых деформаций материала при термической резке;
  • разработка концепции и методологии создания универсальных интегрированных CAD/CAM систем, ориентированных на автоматизацию  раскройно-заготовительного производства на базе машин с ЧПУ в единичном и мелкосерийном производстве с целью описания структуры, функций и способов программной реализации эффективной САПР фигурного раскроя, адекватной потребностям современного производства;
  • разработка программного обеспечения универсальной интегрированной САПР раскроя листового материала в единичном и мелкосерийном производстве с целью реализации предложенных методологии, методов и алгоритмов и апробации системы на промышленных предприятиях в различных отраслях промышленности и для различного технологического оборудования с ЧПУ.

Методы исследования. Результаты исследований, выполненных в работе, базируются на методах дискретной оптимизации и оптимизации размещения геометрических объектов, эвристических методах, применяемых при реализации оптимизационных алгоритмов, теории систем автоматизированного проектирования, основных понятиях и существующих технологиях резки листового материала. При разработке алгоритмов и программного обеспечения использовались принципы модульного, структурного и объектно-ориентированного программирования. Для проведения исследований и оценки эффективности полученных результатов использовался вычислительный эксперимент и апробация разработанного программного обеспечения на промышленных предприятиях.

Основные научные результаты, полученные автором и выносимые на защиту

  1. Алгоритмы фигурного и прямоугольного раскроя на основе аппроксимационного подхода, дискретно-логической модели описания геометрических объектов и декомпозиции оптимизационной задачи раскроя на задачу формирования множества допустимых решений, однозначно определяемых последовательностью размещения объектов на материале, и задачу поиска оптимальной последовательности.
  2. Метод автоматического выбора рационального оптимизационного алгоритма раскроя на основе классификации задач и сравнительного анализа алгоритмов.
  3. Методы проектирования управляющих программ для машин резки листовых материалов, основанные на способах уменьшения термических деформаций материала и на минимизации стоимости резки за счет применения техники «совмещенного» реза, «цепной» резки и других способов уменьшения временных и стоимостных характеристик резки.
  4. Концепция и методология создания универсальных интегрированных CAD/CAM систем, их структура и функции, ориентированные на автоматизацию  раскройно-заготовительного производства на базе машин с ЧПУ термической и гидроабразивной резки в единичном и мелкосерийном производстве.
  5. Программное обеспечение универсальной интегрированной САПР раскроя листового материала.

Научная новизна результатов. Автором разработаны методологические и теоретические основы автоматизации проектирования раскроя листовых материалов на базе машин с ЧПУ, позволяющие создавать универсальные интегрированные САПР раскроя материала в единичном и мелкосерийном производстве. В диссертации изложены новые научно-обоснованные решения по разработке и исследованию моделей, алгоритмов и методов автоматизации проектирования технологических процессов раскроя, внедрение которых вносит значительный вклад в повышение эффективности раскройно-заготовительного производства. Новизна результатов диссертационного исследования, в частности, заключается в следующем.

  1. На основе аппроксимационного подхода, дискретно-логического представления геометрической информации и декомпозиции оптимизационных задач раскроя-упаковки разработаны методы автоматизированного проектирования фигурного раскроя, отличающиеся тем, что позволяют выполнять проектирование рационального варианта раскроя за приемлемое время, приемлемое для условий единичного производства время. При этом учитываются технологические особенноститребования резки материала.
  2. На основе классификации задач и сравнительного анализа алгоритмов разработан метод автоматического выбора рационального оптимизационного алгоритма раскроя, отличающийся тем, что позволяет выделить классы задач, для которых целесообразно использовать один алгоритм оптимизации, что сокращает время проектирования рационального варианта раскроя и повышает коэффициент использования материала.
  3. Разработаны методы формирования управляющих программ для технологического оборудования резки с ЧПУ, отличающиеся от существующих уменьшением тепловых деформаций материала при термической резке, а также возможностью оптимизации временных и стоимостных параметров резки, как при автоматическом, так и при интерактивном режиме проектирования.
  4. Сформулирована концепция и методология создания высокоэффективных интегрированных САПР раскроя материала для условий единичного и мелкосерийного типа производств, отличающиеся ориентацией на сочетание специализированных подсистем и универсальных CAD систем и на использование автоматических и полуавтоматических методов проектирования. Описана структура и состав функций САПР фигурного раскроя материала, характеризующейся высокой степенью универсальности решаемых задач раскроя и широким охватом технологического оборудования с ЧПУ.
  5. Разработано математическое обеспечение САПР технологических процессов раскройно-заготовительного производства, отличающееся от существующих аналогов учетом различных технологий резки листового материала и эффективностью решения практических задач раскроя и проектирования управляющих программ для резательных машин с ЧПУ.

Обоснованность и достоверность результатов диссертации. Обоснованность результатов, полученных в диссертационной работе, базируется на использовании апробированных научных положений и методов исследования, корректном применении теоретических выводов теории систем автоматизированного проектирования и опыта разработки CAD/CAM систем раскроя материала, использовании адекватного математического аппарата, согласованности новых результатов с известными теоретическими положениями в исследуемых предметных областях.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается проведенными численными экспериментами и результатами внедрения на промышленных предприятиях.

Практическая значимость результатов. Практическая ценность результатов, полученных в диссертации, заключается в разработке:

  • методики создания САПР раскроя материала в единичном и мелкосерийном производстве, ориентированной на использование в различных отраслях промышленности и на широкий спектр технологического оборудования для производства заготовок из листовых материалов;
  • алгоритмического и программного обеспечения САПР «Сириус», предназначенной для автоматизации проектирования раскроя материала и автоматизированной подготовки управляющих программ для газовой (кислородной), плазменной, лазерной и гидроабразивной резки материала на машинах с ЧПУ.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, всесоюзных и региональных конференциях и семинарах, в том числе: Всесоюзном научном семинаре «Математическое обеспечение расчетов линейного и прямоугольного раскроя», Уфа, 1980; Всесоюзном совещании «Проектирование на ЭВМ технологических процессов и оснастки», Ростов-на-Дону, 1980; Всесоюзном семинаре «Применение ЭВМ в инженерных расчетах и автоматизация проектирования в химическом и нефтяном машиностроении», Москва, 1982; Всесоюзной научной конференции «Математическое обеспечение рационального раскроя в системах автоматизированного проектирования», Уфа, 1987; Всероссийском семинаре «Автоматизация раскройно-заготовительного производства на базе машин с ЧПУ», Екатеринбург, 1993,1995; Международной выставке «Информатика-2000», Екатеринбург, 2000; Первой Всероссийской научно-практической конференции по вопросам решения оптимизационных задач в промышленности «Ресурсосберегающие технологии: математическое обеспечение оптимизационных задач в системах автоматизированного проектирования», С-Петербург, 2001; Региональном научно-практическом семинаре «Автоматизация конструкторско-техноло­гической подготовки производства на базе программных продуктов T-FLEX», Екатеринбург, 2002, 2005; 1-м Международном Евроазиатском машиностроительном форуме, Екатеринбург,2003; Научно-практическом семинаре «Передовые российские технологии для автоматизации проектирования и подготовки производства», Екатеринбург, 2008; Международной конференции «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT2008), Анталия, Турция, 2008; Международной конференции «Компьютерные науки и информационные технологии» (CSIT2009), Ретимно, Греция, 2009.

Результаты диссертационной работы внедрены в виде универсальной интегрированной САПР «СИРИУС» в ОАО «Уралхиммаш», ОАО «Уралэлектротяжмаш», ЗАО «Проммашсервис», ЗАО «Завод подъемно-транспортного оборудования», ООО «Уралтехнопроект» (Екатеринбург), ЗАО «Уралпромоборудование», ЗАО «Березовский машиностроительный завод» (Свердловская обл.), ОАО «Мечел» (г.Челябинск), ОАО «Буммаш» (г.Ижевск), ЗАО «Улан-Удэстальмост» (г.Улан-Удэ), ЗАО «Курганстальмост» (г.Курган) и многих других предприятиях России. Результаты исследования используются также в учебном процессе Уральского государственного технического университета – УПИ и научных исследованиях аспирантов.

Публикации.  По теме диссертационной работы опубликовано 50 работ, в том числе: 36 статей (из них 99  статей в изданиях из перечня ВАК), 10 тезисов докладов международных, российских, всесоюзных и региональных конференций и семинаров, 4 информационных материала.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав основного материала, библиографического списка, трех приложений и содержит 340 с. (в том числе 261 с. основного текста). Библиографический список включает 279 наименований литературы. В приложениях приведены акты внедрения результатов диссертационной работы на ряде российских предприятий, а также описание некоторых компонент САПР фигурного раскроя и подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки, разработанной в рамках диссертационного исследования.

КРАТКОЕ Содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы исследований в области автоматизации проектирования раскроя материала и автоматизированной подготовки управляющих программ машин с ЧПУ для резки листовых материалов. Формулируется цель работы и основные решаемые в ней задачи, излагается научная новизна, практическая ценность и апробация выносимых на защиту результатов. Описывается структура и объем работы.

В первой главе проводится анализ существующих подходов и методов разработки САПР раскроя материала и средств автоматизации подготовки УП для технологического оборудования резки листового материала.

Отмечается, что совершенствование технологических процессов раскройно-заготовительного производства предполагает оптимизацию многих параметров, среди которых можно выделить следующие :

  1. Величину расхода материала при получении из него заготовок известных форм и размеров.
  2. Сроки проектирования технологических процессов раскроя и резки материала.
  3. Время резки на машинах с числовым программным управлением;
  4. Стоимость резки.
  5. Качество проектных решений с точки зрения соблюдения технологических требований резки.

Задача минимизации расхода материала рассматривается в работе в следующей общей постановке. Пусть A1,A2,...,An – двумерные геометрические объекты (точечные множества), представляющие собой односвязные или многосвязные области, ограниченные одной или несколькими замкнутыми кривыми (граничными контурами). Данные объекты являются геометрическими моделями заготовок. Будем считать, что граничные контуры заданы полилиниями, состоящими из отрезков прямых и дуг окружностей (это связано с тем, что движение инструмента большей части технологического оборудования для раскроя материала возможно только по траектории такого типа). Пусть также заданы В1,В2,...,Вm  – области размещения объектов (в общем случае, различные и многосвязные). Местоположение каждой заготовки Ai в области размещения определяется тремя параметрами x, y, , где x, y – абсцисса и ордината фиксированной точки (полюса) в некоторой системе координат, – параметр, задающий ориентацию (угол поворота) объекта на плоскости. Если допустить зеркальное отражение заготовки, то появляется четвертый параметр p (признак зеркального отражения). Таким образом, необходимо определить 4n параметров размещения заготовок, при которых некоторая функция цели (функция качества раскроя) F = F(x1,y1,1,p1,x2,y2,2,p2,…,xn,yn,n,pn)  достигает своего экстремума и выполняются условия взаимного не пересечения объектов, условия размещения объектов внутри одной из областей размещения В1,В2,...,Вm , а также ряд условий, определяемых свойствами раскраиваемого материала, серийностью производства и особенностями технологического оборудования, используемого для раскроя, т. е.

F(x1,y1,1,p1,x2,y2,2,p2,…,xn,yn,n,pn) extr                                        (1)

f1ij (xi,yi,i,pi,xj,yj,j,pj) 0 i j, i, j=1,2,…,n                                        (2)

f2i (xi,yi,i,pi) 0 i=1, 2,…,n                                                        (3)

f3k (x1,y1,1,p1,x2,y2,2,p2, …, xn,yn,n,pn) 0 k=1,2,…,l                        (4)

где (2) – условия взаимного не пересечения объектов, (3) – условия размещения в области размещения, (4) – другие условия, которые совместно с (2) и (3) определяют область допустимых решений G, удовлетворяющих геометрическим и технологическим ограничениям. На практике в качестве целевой функции F чаще всего используют функцию, значение которой равно так называемому коэффициенту использования материала (КИМ).,

, г  , где Si – площадь i –го объекта, P – суммарная площадь занятой части областей размещения (использованного материала).

Эта задача, известная также как проблема «нестинга» (nesting problem), относится к классу NP-трудных задач математического программирования, для которых неизвестны полиноминальные алгоритмы получения оптимального решения. Современные оптимизационные методы решения такого рода задач основаны на использовании алгоритмов, реализованных с применением компьютерных технологий, и являются, в основном, приближенными, поскольку известные до настоящего времени точные методы применимы только для очень ограниченного круга задач. В программном обеспечении для решения задач фигурного раскроя применяются как полностью автоматические методы проектирования, так и диалоговое проектирование. В диссертации на основании анализа  существующих работ в этой предметной области определяется несколько актуальных направлений дальнейших исследований:





  • разработка новых высокоэффективных алгоритмов фигурного раскроя, адекватных потребностям современного производства;
  • разработка методологии применения существующих алгоритмов раскроя для решения многообразных задач раскроя на основе классификации задач раскроя по технологическим признакам и типам технологического оборудования, используемого для резки материала;
  • разработка требований к программному обеспечению подсистемы проектирования раскроя в рамках интегрированной САПР, включая состав и параметры функций подсистемы, реализацию пользовательского интерфейса при автоматизированном проектировании раскройных карт.

Результаты этих исследований позволят при разработке интегрированной САПР технологических процессов раскроя создать эффективную подсистему расчетов рационального раскроя, обеспечивающую получение рациональных раскройных карт для различных номенклатур заготовок за приемлемое для производства время.

Не менее актуальными являются исследования по совершенствованию средств автоматизированной подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки листовых материалов Анализ известных CAM-систем, сделанных в диссертационной работе, показывает, что среди нерешенных задач создания эффективных САМ – модулей в интегрированных САПР раскроя и автоматизированной подготовки УП для машин с ЧПУ можно выделить следующие:

  • разработка методовалгоритмов автоматического и полуавтоматического формирования маршрута инструмента для резки материала на машине с ЧПУ, учитывающих технологические требования термической резки;
  • разработка инструментария формирования маршрута резки, направленного на сокращение временных и стоимостных характеристик резки;
  • разработка требований к программному обеспечению CAM-модуля интегрированной универсальной САПР, выполнение которых направлено на повышение качества проектируемых управляющих программ и повышение эффективности системы в целом.

Рассмотрим основные оптимизационные оптимизационные задачи, возникающие при проектировании маршрута движения инструмента машины с ЧПУ для резки листового материала. Перед началом разработки УП пользователь САПР должен определить ряд важных числовых параметров, влияющих на процесс и результат проектирования. К ним, в частности, относится ширина реза. Еще она важная особенность термической и гидроабразивной резки – необходимость предварительной врезки (пробивки) материала перед процессом резки по контуру заготовки. Таким образом, проектирование УП заключается в выборе последовательности контуров для резки и определения для каждого контура точки врезки. После завершения процесса резки одного контура переход к следующей точке врезки происходит с выключенным инструментом на холостом ходе, если не используются специальныйспециальные приемы резки нескольких заготовок без выключения резака («цепная резка», «мосты» и др.). Приведем одну из формулировок задачи минимизации длины холостого хода инструмента при резке по контуру.

Пусть имеется n заготовок и N внешних и внутренних контуров (Nn), описывающих размещение заготовок в области размещения. Пусть также Pi – точки врезки для каждого контура заготовки (i=1,2,…,N), P0  – начальная точка положения инструмента, а  – расстояние между точками Pi и Pj (i,j=0,1,2,…,N). Необходимо найти такой порядок вырезки контуров I=(i1,i2,…,iN), который минимизирует функцию

                                                       (5)

При этом действует следующее ограничение: если в перестановке I контур ik – внешний, то все соответствующие внутренние контуры должны предшествовать контуру ik в перестановке I=(i1,…, ik ,…,iN). В силу того, что значение функции цели (5) однозначно определяется последовательностью вырезки (перестановкой I), задачу можно рассматривать, в общем виде, как задачу минимизации некоторого функционала F1 = F1 (  I ), заданного на множестве перестановок ПN из N символов. Если точки врезки интерпретировать как вершины плоского графа, то эта задача также сводится к задаче поиска гамильтонова цикла минимальной длины. Из постановки задачи следует, что точка врезки в контур и точка выключения инструмента после вырезки контура на рабочем ходе совпадают. Однако на практике это не так. Кроме того, каждый контур может иметь не одну, а несколько (в общем случае, бесконечное число) допустимых точек врезки.

Сформулируем более общую задачу минимизации холостого хода, которая реально возникает на практике при использовании техники резки по контуру. Будем полагать, что для каждого контура определено конечное число точек врезки и, соответственно, такое же количество точек выключения инструмента. Определим вид целевой функции, учитывающей множественность точек врезки для каждого контура. Пусть - число возможных точек врезки в контуре i, расстояние между точкой выключения инструмента с номером s для контура i и точкой врезки с номером t для контура j (s=1,…,; t=1,…, ). Тогда критерием оптимальности маршрута I=(i1,i2 ,…,iN) может служить функция вида

                                                               (6)

Здесь индекс p=0 и p=N+1 соответствует точке начального положения инструмента. Оптимальным решением задачи будет являться вектор R, состоящий из 2N элементов: R=(i1,i2,…,iN,s1,s2,…,sN ), где si – номер точки врезки для контура i (), и оптимизирующийминимизирующий функцию (6). В общем случае, если не накладывать технологических ограничений на выбор точек врезки и последовательность резки контуров, множество решений состоит из

векторов. Для поиска оптимального решения применимы все известные алгоритмы комбинаторной оптимизации. Фактически множество допустимых решений формируется с учетом информации о вложенности контуров и технологических требований термической резки.

Другая оптимизационная задача формирования маршрута резки связана с минимизацией стоимости процесса резки на машинах с ЧПУ. Эта задача, в настоящее время, решается преимущественно за счет применения интерактивных способов проектирования управляющей программы, которые позволяют учитывать и стоимостные и другие характеристики резки. Публикации на тему разработки полностью автоматических методов формирования УП рассматривают задачу уменьшения стоимости резки за счет использования «цепной резки». При ее решении, также как и при решении задач (5) и (6), применяются современные алгоритмы дискретной оптимизации, и также за рамками исследований остается вопрос технологичности получаемых решений. Оптимизация стоимости резки может быть достигнута, в частности, для маршрута инструмента, приводящего к значительному увеличению тепловых деформаций материала и превышению допустимых геометрических искажений размеров заготовок.

Отметим, что целесообразность решения задачи минимизации стоимости резки увеличивается при увеличении толщины материала. Задача (6), наоборот, имеют практический смысл только для тонколистового материала, для которого суммарное время рабочего хода инструмента и суммарное время холостого хода являются сравнимыми величинами.

Наиболее перспективным направлением повышения эффективности методов проектирования УП для машин термической и гидроабразивной резки материала является, на наш взгляд, разработка методов сокращения стоимости резки за счет использования специальных приемов резки («совмещенный рез», «цепная резка») при соблюдении условий технологичности. Техника совмещенного реза применяется для вырезки заготовок, которые содержат прямолинейные отрезки в контуре, и которые в процессе раскроя размещаются таким образом, что имеют общую границу по одному из таких прямолинейных отрезков. Это позволяет для некоторых заготовок уменьшить стандартную величину припуска на рез. При решении задачи минимизации стоимости резки целесообразно применение как полностью автоматических, так и полуавтоматических методов с эффективным пользовательским интерфейсом, позволяющим разрабатывать УП за максимально короткое время.

Помимо двух основных подсистем универсальной интегрированной САПР раскроя материала при создании системы необходимо определить состав и функции вспомогательных подсистем и интегрирующего программного обеспечение системы.

В целом, на основе проведенного в диссертации анализа теоретических и практических работ по разработке методов, алгоритмов и программного обеспечения САПР технологических процессов раскроя листового материала сделан вывод о том, что в настоящее время в этой области исследований необходимо решить ряд основных проблем.

1. Проблема создания универсального программного продукта для оптимизации фигурного раскроя листового материала в единичном и мелкосерийном производстве. Эффективность существующих методов автоматического проектирования фигурного раскроя существенно зависит от условий задачи: геометрической заготовки заготовок, их ассортимента, количественных характеристик, размеров материала и пр., причем характер этой зависимости остается крайне малоисследованным. Отсутствует адекватная классификация задач по технологическим признакам. Это приводит к тому, что вычислительные алгоритмы являются малоприменимыми при решении многих практических задач. Быстродействие большинства алгоритмов не позволяет использовать их в оперативных расчетах фигурного раскроя в условиях единичного производства.

2. Проблема создания универсального CAM-модуля, предназначенного для разработки УП для широкого спектра машин резки листового материала. Известные программные продукты этого типа, в большей степени, являются узкоспециализированными. Универсальные методы формирования УП не в полной мере учитывают возможности и особенности технологического оборудования резки. Практически не учитываются термические деформации материала, приводящие к искажению геометрических размеров заготовок. Отсутствуют эффективные методы и программные средства оптимизации стоимостных характеристик резки.

3. Проблема разработки интегрированной САПР раскроя листового материала в целом. В настоящее время недостаточно проработаны теоретические основы создания интегрированных систем проектирования технологических процессов раскроя, особенно в единичном и мелкосерийном производстве, малоисследованны вопросы состава подсистем, их функционального наполнения и программной реализации.

На основе анализа всех аспектов проблем в диссертационной работе предлагается:

  • разработать методы автоматического и диалогового проектирования фигурного раскроя для условий единичного и мелкосерийного производства на основе создания новых быстродействующих вычислительных алгоритмов, интерактивных функций и их интеграции с существующими алгоритмами;
  • разработать детальную классификацию задач фигурного раскроя с учетом технологических признаков, порождающую типологию оптимизационных алгоритмов раскроя и средств автоматизированного проектирования с точки зрения их применимости для задач определенного класса. Это позволит также определить необходимый набор параметров для универсальной САПР раскроя материала;
  • разработать методы автоматизированной подготовки управляющих программ для всех типов машин с ЧПУ газовой, плазменной, лазерной и гидроабразивной резки листовых материалов, ориентированные на  использование всех технологические возможности оборудования и на оптимизацию процесса резки по временным и стоимостным характеристикам при соблюдении требований термической технологии резки;
  • разработать структуру универсальной интегрированной системы для автоматизированного проектирования технологических процессов раскроя материала в единичном и мелкосерийном производстве, состав функций подсистем и требования к программному обеспечению для их реализации;
  • разработать программное обеспечение универсальной интегрированной САПР раскроя материала и апробировать его на промышленных предприятиях.

Во второй главе разрабатываются быстродействующие автоматические методы фигурного и прямоугольного раскроя, ориентированные на использование в подсистеме автоматизированного проектирования фигурного раскроя универсальной интегрированной САПР раскроя листового материала в единичном и мелкосерийном производстве., Приводитсядается новая классификация задач фигурного раскроя по технологическим и геометрическим признакам.  В главе также описывается предлагаемый метод автоматического выбора рационального оптимизационного алгоритма раскроя.

Автоматические методы фигурного раскроя, разработанные и реализованные в работе, основываются на известной декомпозиционной схеме решения задачи (1)-(4), предусматривающей формирование такого множества допустимых решений G, каждый элемент которого однозначно определяется порядком (последовательностью) размещения заготовок на материале I=. i1, i2,…in.. Вычислительные алгоритмы формирования раскроя по заданной последовательности I называют декодерами. Самые простые алгоритмы-декодеры реализуются на основе метода последовательно-одиночного размещения (ПОР).

Отметим, что множество решений, сформированное по методу ПОР может не содержать оптимального. Это связано с тем, что размещение очередной заготовки происходит с ее фиксацией без учета геометрии заготовок, следующих за ней в выбранной последовательности размещения i1,i2,…,in. В то же время возможно при размещении очередной заготовки осуществлять «прогнозирование» раскройного плана в пределах некоторого числа заготовок, непосредственно следующих за данной. Излагаемые ниже 2 способа построения допустимых раскройных планов, однозначно определяемых последовательностью заданных заготовок, основаны на использовании принципа такого прогнозирования. Применительно к решению общей задачи «нестинга» (1)–(4) предлагаемые алгоритмы формирования множества допустимых решений можно сформулировать следующим образом.

Пусть задана некоторая очередность i1, i2,…in размещения заготовок в области размещения. Обозначим через вектор параметров размещения заготовки с номером i, (через - найденное и зафиксированное значение вектора zi). Пусть также выбрана некоторая частичная функция цели , v=1, 2,…,n, определяющая качество раскроя после укладки на материале v заготовок и задано целое положительное число к< n.

Всю совокупность заготовок согласно заданной последовательности i1, i2, …, in  разобьем на группы (по к элементов в каждой), исключая, может быть, последнюю:

.

Ясно, что число таких групп будет равно, если n кратно k, и  +1, если это не так. Укладку очередной заготовки в каждой группе будем осуществлять таким образом, чтобы после укладки последней k-ой заготовки в группе величина функции цели была минимальной. Такой принцип построения вариантов раскройных планов в соответствии с очередностью номеров заготовок называется принципом групповой оптимизации k-го порядка. Итерационную формулу процедуры, реализующий этот принцип, можно представить в следующем виде:

                       (7)

j=k,2k,p-k, где p=k[n/k], Gj+s - область возможных значений вектора при условии, что векторы зафиксированы. В том случае, если n не кратно k, формула (7) должно быть дополнена формулой:        

                       

Другой принцип укладки заготовок в заданной последовательности, который называется принципом паллиативной цели k-го порядка, отличается от принципа групповой оптимизации тем, что после определения наилучшего размещения группы из k заготовок фиксируется положение не всей группы, а только ее первого элемента.

Отметим, что при k = 1 алгоритмы групповой оптимизации и паллиативной цели совпадают с алгоритмом ПОР.

В диссертационной работе при реализации этих алгоритмов (при k=2) и метода ПОР для прямоугольных заготовок использован прием «упрощения» границы занятой части области размещения, который позволяет сделать линейной зависимость времени проектирования упаковки от числа прямоугольников. Таким образом, время t работы программы-декодера прямо пропорционально числу размещаемых прямоугольников n (tKn), где K-некоторая константа.  Например, время проектирования 100000 (!) вариантов прямоугольного раскроя для 100 прямоугольников на компьютере Genuine Intel® CPU 2140 @ 1,6 GHz (1ГБ – ОЗУ) по методу ПОР не превышает 10 сек. (Время генерации одного раскройного плана по методам групповой оптимизации и паллиативной цели 2-го порядка – в 4 и 8 раз больше соответственно). Такое высокое быстродействие позволяет применять современные эффективные метаэвристики  и другие алгоритмы комбинаторной оптимизации для поиска оптимального решения за допустимое в условиях оперативного управления производством время.

Таким образом, вторая задача декомпозиционной схемы заключается в поиске наилучшего решения среди n! допустимых, формируемых декодером, т.е. задача (1)- (4) сводится, как и задача (5),  к  задаче оптимизации некоторого функционала F, заданного на множестве перестановок Пn из n символов.

F(I) extr, IПn                                                                        (85)

В диссертации предложены и реализованы несколько приближенных гибридных алгоритмов поиска оптимальной последовательности, которые основываются на введении функции расстояния (метрики) на множестве  перестановок Пn . «Метризация» множества перестановок, которая порождает механизм определения «близости» элементов множества, позволяет, с одной стороны, разрабатывать алгоритмы «эволюционного» типа (в том числе, генетические), а с другой стороны, применять классические алгоритмы локальной оптимизации, базирующиеся на понятии окрестности точки (перестановки) в дискретном множестве Пn (окрестностью радиуса r перестановки I0 радиуса r называется множество Or(I0) Пn  такое, что Or(I0) (I,I0) r, где - некоторая функция расстояния, заданная на парах элементов множества Пn). В качестве функции расстояния использовалась транспозиционная метрика:

расстоянием между перестановками I и I0 в транспозиционной метрике называется наименьшее возможное число транспозиций, которое необходимо выполнить в перестановкеи I, чтобы получить перестановку I0 (преобразование перестановки, при котором меняются местами какие-либо два символа, а все остальные остаются на месте, называются транспозицией). Для генерации элементов окрестности выбранной перестановки использоваласьприменена переборная схема и генератор случайных чисел.

Во второй главе также исследуется вопрос целесообразности применения аппроксимационного подхода на основе аппроксимации прямоугольниками объектов сложной формы для решения задач «нестинга». Был проведен вычислительный эксперимент сравнения эффективности двух алгоритмов, предназначенных для решения задач раскроя-упаковки: алгоритма упаковки прямоугольных объектов и алгоритма упаковки объектов, границы которых состоят из отрезков прямых и дуг окружностей. Оба эти алгоритма входят в состав библиотеки Nest>

Коэффициентом прямоугольности crect двумерного объекта назовем величину, равную отношению площади заготовки к площади прямоугольника минимальной площади, содержащего данный объект (crect=S/P где S –площадь объекта, P – площадь содержащего объект прямоугольника).

Коэффициентом прямоугольности Crec задания на раскрой назовем величину, равную средней величине коэффициентов прямоугольности отдельных объектов в задании, Crect=

где n – количество объектов в задании на раскрой.

Было сгенерировано 1000 тестовых заданий на раскрой со значениями коэффициента прямоугольности  от 0,2 до 1. Результаты данного эксперимента приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Зависимость КИМ от коэффициента прямоугольности Crect

Как видно из графика, алгоритм прямоугольного раскроя-упаковки становится эффективнее алгоритма нерегулярного фигурного раскроя при значениях коэффициента прямоугольности больше 0,85. Таким образом, выделен класс задач фигурного раскроя, для которого прямоугольная аппроксимация целесообразна.

При решении задач нерегулярного фигурного раскроя коэффициент прямоугольности задания может быть значительно повышен за счет широко используемого на практике приема: объединения фигурных объектов (заготовок) в группы или «блоки» (bits). Ясно, что прием формирования блоков вместе с повышением коэффициента прямоугольности задания также расширяет и класс заданий на раскрой, для которых целесообразно применять оптимизационные алгоритмы прямоугольного раскроя-упаковки. На рис. 2 приведен результат раскроя, полученный методом прямоугольного раскроя-упаковки с предварительным формированием блоков заготовок.

Рисунок 2. Пример использования оптимизационного алгоритма

прямоугольного раскроя-упаковки

Исследована эффективность применения приема формирования групп при проектировании допустимых вариантов раскроя по методу ПОР. На примере ряда тестовых заданий было проведено исследование,  направленное  на определение целесообразности предварительного формирования bit  на основании значения введенного понятия: коэффициента «блочности» задания на раскрой cbit  = nbit/n, где nbit – количество заготовок,  входящих в прямоугольные «блоки»; n – общее количество заготовок в задании на раскрой. На рис. 3 показан график зависимости КИМ от коэффициента «блочности» задания на раскрой для раскройных планов, спроектированных с предварительным формированием групп заготовок и без их формирования.

Исследована эффективность применения приема формирования групп при проектировании допустимых вариантов раскроя по методу ПОР. На примере ряда тестовых заданий было проведено исследование,  направленное  на определение целесообразности предварительного формирования bit  на основании значения введенного понятия: коэффициента «блочности» задания на раскрой cbit= nbit/n, где nbit– количество заготовок,  входящих в прямоугольные «блоки»; n – общее количество заготовок в задании на раскрой. На рис. 3 показан график зависимости КИМ от коэффициента «блочности» задания на раскрой для раскройных планов, спроектированных с предварительным формированием групп заготовок и без их формирования.

Рисунок 3. Зависимость КИМ от коэффициента cbit

Полученная зависимость и зависимость, показанная на рис.1, использована в алгоритме автоматического выбора рационального алгоритма фигурного раскроя.

При проектировании допустимых вариантов раскроя для фигурных заготовок в работе использован подход, основанный на замене векторного описания геометрических данных о заготовках дискретно-логическим (растровым) описанием, которое позволяет заменить трудоемкие арифметические операции для вычисления параметров размещения геометрических объектов быстрыми логическими операциями процессора: AND, OR, NOT, XOR. Разработанные алгоритмы проектирования раскройных планов на базе растрового представления, как и алгоритмы прямоугольного раскроя, являются быстродействующими и обеспечивают возможность их применения в САПР фигурного раскроя в условиях единичного и мелкосерийного производства.

В диссертационной работе приведен результат решения тестовой задачи, которая является демонстрационным примером CAD/CAM системы AccuFab (США). На трех прямоугольных листах размером 96х48 необходимо разместить 207 заготовок сложной формы с фиксированным припуском на рез. Время проектирования – 37 с., аналогичное времени работы системы AccuFab. КИМ увеличен на 3% по сравнению с результатом раскроя, полученным в самой системе AccuFab. Для построения допустимых вариантов размещения использовался декодер, реализующий метод ПОР для задач с изотропными свойствами материала.

В главе 2 также приведена классификация задач фигурного раскроя материала по различным технологическим и геометрическим признакам (таблица 1). По сравнению с существующей типологией в новой классификации вводится ряд дополнительных классов (в таблице они выделены красным цветом). Данная классификация позволяет определить параметры для разработки алгоритмов оптимизации раскроя в интерактивном и автоматическом режимах, а также оценить применимость того или иного алгоритма для решения задач раскроя того или иного класса. Она также служит основой для более детальных классификаций по геометрическим и технологическим параметрам, которые, в свою очередь, позволяюет проводить сравнительный анализ эффективности существующих алгоритмов оптимизации раскроя для задач того или иного класса.

Таблица 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАДАЧ ФИГУРНОГО РАСКРОЯ

Критерий

классификации

Наименование классов и подклассов

Изотропность

материала

изотропный; анизотропный; полуизотропный

Тип припуска на рез

фиксированный; переменный

Регулярность раскроя

регулярный; нерегулярный; квазирегулярный

Тип областей запрета

без областей запрета; с безусловными областями запрета; с условными областями запрета

Признак зеркального отражения

без зеркального отражения заготовок; с зеркальным отражением заготовок; с зеркальным отражением для части заготовок в задании

Геометрическая форма заготовок

прямоугольные; круглые;  многоугольные (ортогональные; выпуклые; произвольные; гофры); полилинии с дугами окружностей; полилинии со сплайнами.

Тип резки

гильотинная; произвольная (термическая резка;

резка без деформаций материала)

В современном программном обеспечении для решения задач фигурного раскроя применяются как полностью автоматические методы, так и диалоговое проектирование, а также интерактивные полуавтоматические функции. Использование интерактивных методов связано еще и с тем, что эффективность алгоритмов автоматического проектирования фигурного раскроя существенно зависит, как отмечалось выше, от условий задачи: геометрической формы заготовок, их ассортимента, количественных характеристик, размеров материала и пр., причем характер этой зависимости остается крайне малоисследованным. Проведение таких исследований позволит повысить долю задач, решаемых в САПР раскроя материала в автоматическом режиме за счет того, что «неперспективные» алгоритмы будут отброшены еще на этапе анализа условий задачи. Предлагаемый подход можно реализовать следующим образом.

1. Вводим некоторую классификацию заданий фигурного раскроя листового материала, т.е. разбиение множества заданий на группы (классы) по определенным признакам. Данная классификация дополняет описанную выше типологию задач раскроя, в первую очередь, по геометрическим признакам и предполагает, что используемые алгоритмы могут применяться для всех групп заданий.

2. Проводим тестирование имеющихся в распоряжении разработчика алгоритмов раскроя с целью выявления наиболее эффективного для каждого класса заданий.

3. Разрабатываем и включаем в состав программного обеспечения САПР фигурного раскроя процедуру автоматического выбора алгоритма в соответствии с результатами тестирования.

4. При решении конкретной задачи раскроя проводим предварительный анализ задания на предмет его принадлежности к какой-либо группе и выбираем алгоритм решения в соответствии с разработанной процедурой автоматического выбора алгоритма.

Для реализации сформулированного подхода было произведено разбиение всех заданий фигурного раскроя по трем признакам: серийности производства, «прямоугольности» задания и преобладанию «крупных» заготовок над «мелкими». Сформулированы формальные числовые правила разделения заданий на 12 групп по указанным признакам (таблица 2).

Таблица 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЗАДАНИЙ ФИГУРНОГО РАСКРОЯ ДЛЯ ТЕСТИРОВАНИЯ АЛГОРИТМОВ

Тип производства

Тип заготовок в задании

Непрямоугольные

прямоугольные

Крупные

Мелкие

крупные

мелкие

Единичное

1

2

3

4

Мелкосерийное

5

6

7

8

Крупносерийное

9

10

11

12

При этом все задания в группах удовлетворяли следующим свойствам: изотропный материал, фиксированный припуск на рез, нерегулярный раскрой без областей запрета и без зеркального отражения контуров заготовок, описанных полилиниями с дугами окружностей, с произвольной резкой без термических деформаций. В качестве тестируемых алгоритмов были выбраны 2 алгоритма фигурного раскроя (NCL и Штабель), входящие в состав САПР «СИРИУС» и алгоритм Nesting Factory, разработанный компанией Algomate (Израиль). В таблице 3 приведена схема выбора алгоритма раскроя, полученная на основании результатов проведенного тестирования. Рекомендуемые для выбора алгоритмы выделены серым цветом.

Таблица 3. СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЫБОРА АЛГОРИТМА ФИГУРНОГО РАСКРОЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КЛАССА ЗАДАНИЯ

  Класс задания

Алгоритм раскроя

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

1

12

Nesting Factory

NCL

Штабель

Аналогичный вычислительный эксперимент на предмет определения схемы выбора алгоритма раскроя был проведен для класса прямоугольных заготовок: все тестируемые задания для прямоугольного раскроя были разбиты на четыре группы по двум признакам: серийности производства и преобладанию «крупных» заготовок над «мелкими». 

В качестве тестируемых методов были выбраны 5 методов прямоугольного раскроя, входящие в состав систем CETAMI-CUT (разработка УГАТУ) и NCL: рекурсивный метод (RCAPlus), метод эмуляции отжига (SA),метод поиска с запретами (TS), метод выбора корзин (VBSPlus), гибридный детерминированный метод KAPRAL (NCL-K). В таблице 4 приведены результаты тестирования.

Таблица 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ МЕТОДОВ ПРЯМОУГОЛЬНОГО РАСКРОЯ

Метод

оптимизации

Среднее значение коэффициента раскроя (в %)

для каждого класса задания

единичное

мелкоcерийное

мелкие

крупные

мелкие

крупные

RCAplus

89,51

89,57

92,75

88,22

SA

85,61

85,61

89,00

88,43

TS

85,48

85,48

88,85

87,98

VBSPlus

89,19

89,19

91,03

89,01

NCL-K

92,41

90,18

90,44

88,17

Серым цветом в таблице выделены лучшие результаты для каждого класса заданий, которые и определяют схему автоматического выбора метода расчета раскроя.

Таким образом, при решении задач раскроя в автоматическом режиме выбирается наиболее эффективный алгоритм оптимизации, что сокращает время проектирования рационального варианта раскроя и повышает коэффициент раскроя. Целесообразна реализация схемы автоматического выбора алгоритма с процедурой «самообучения» (т.е. с продолжением тестирования всех алгоритмов и изменением алгоритма выбора на основании результатов тестирования) при условии наличия достаточного временного ресурса у пользователя. Это, с одной стороны, позволит решить проблему качества тестов, которая неизбежно возникает при составлении тестовых заданий для алгоритмов раскроя-упаковки, и, с другой стороны, обеспечит «настройку» САПР на номенклатуру заданий пользователя.

В третьей главе исследуются вопросы автоматизации подготовки управляющих программ для машин резки листового материала с ЧПУ. Разработаны способы уменьшения термических деформаций материала при резке на машинах с ЧПУ и методы минимизации стоимости резки, реализованные как в виде автоматических процедур, так и в виде полуавтоматических функций. В самом общем виде задача минимизации стоимости резки может быть сформулирована следующим образом: дано начальное положение режущего инструмента, информация о вложенности контуров. Необходимо найти путь режущего инструмента  такой, что функция

F3=,                                (97)

где Loff — длина переходов с выключенным режущим инструментом (холостой ход);

Coff — стоимость единицы пути с выключенным режущим инструментом;

Lon — длина реза с включенным режущим инструментом;

Con = H * K1— стоимость единицы пути с включенным режущим инструментом;

Npt — количество точек врезки;

Cpt =H *K2 — стоимость одной точки врезки;

H — толщина разрезаемого материала.;

При этом Con ,Cpt K1,K2 — величиныконстанты, зависящие от типа резки (газовая, плазменная, лазерная, гидроабразивная),  толщины материала H  и типа материала (конструкционные, нержавеющие, цветные металлы и пр.).. Функциональная зависимость Con и Cpt  от перечисленных параметров на практике определяется либо табличными функциями, либо аналитически, что

Формула (97) позволяет оценить по формуле (9) стоимость резки, выполняемой  по любой УП, в том числе, полученной в интерактивном режиме без оптимизации.

Если не применяется  специальная техника резки: («совмещенный рез», «мосты» или «перемычки»), то оптимизационная задача может быть сведена к задаче поиска оптимального вектора R=(i1,i2,…,iN,s1,s2,…,sN,p1,p2,…,pN), где параметры ik и sk  имеют тот же смысл, что и в постановке задачи минимизации холостого хода инструмента (6), а  pk — признак  включения/выключения инструмента (1/0) при переходе в точку врезки sk. Т.е. F3=F(R), RG*, где G* — множество технологически допустимых вариантов маршрута резки. Допустимость варианта маршрута предполагает не пересечение контуров заготовок при переходах между контурами с включенным инструментом и соблюдением требований допустимости с точки зрения термических воздействий на заготовки.

Термические воздействия на вырезаемые заготовки можно подразделить на три типа:

  1. общие изменения геометрических размеров заготовок (уменьшение)  вследствие ее вырезания из нагретой части листа;
  2. изменения геометрических размеров вырезаемых заготовок вследствие термических деформаций участка листа, из которого непосредственно вырезается заготовка;
  3. изменение геометрической формы заготовок (изменение радиусов у секторов, отклонения от прямолинейности у прямоугольных деталей) и др.

На величину термических деформаций оказывают влияние:

  • тип резки (газовая, плазменная, лазерная);
  • марка материала (его теплопроводность);
  • состояние поставки металла (наличие внутренних напряжений);
  • толщина металла;
  • выбор порядка резки заготовок;
  • выбор точек врезки для каждого контура.

В диссертации приводится классификация заготовок по признаку подверженности деформациям при термической резке, и формулируются наиболее важные способы уменьшения термических деформаций материала за счет технологически корректного выбора порядка резки заготовок и точек врезки.  Для этого вводятся понятия правил «жесткости материала» и «жесткости заготовки».

Правило «жесткости материала» определяет порядок (последовательность) резки заготовок на материале. Фактически оно включает в себя несколько эвристических правил. Рис. 4 иллюстрирует четыре правила выбора стороны материала, с которой следует начинать процесс термической резки.

Рисунок 4. Правила выбора начальной стороны материала

Правило а) рекомендует начинать процесс резки с узкой стороны листа (материала). Правила б), в) и г) уточняют, какую из узких сторон выбрать. Еще два правила «жесткости» заключаются в том, что при выборе последовательности вырезаемых заготовок на материале не должно оставаться узких полос и «островов», содержащих не вырезанные заготовки. Для того чтобы обеспечить все правила «жесткости материала», следует предварительно разбить всю область резки на некоторые «зоны» и затем процесс резки заготовок осуществлять в этих зонах последовательно по возрастанию номеров зон. При этом формирование и нумерация зон должна проводиться в соответствии со всеми правилами «жесткости материала» и таким образом, чтобы оставшаяся не вырезанная область по своей геометрической форме приближалась к квадратной области.

Функции автоматического формирования маршрута термической резки в CAM системах должна учитывать сформулированные эвристические правила «жесткости материала». Эти же правила следует учитывать и при разработке УП в интерактивном режиме.

Правило «жесткости заготовки».  Это правило заключается в том, что при резке контура точка врезки выбирается таким образом, чтобы сначала вырезались участки контура, расположенные в непосредственной близости к границе материала, либо к границе вырезанной области, а завершение резки происходило по участку контура, граничащего с «жесткой» (не вырезанной) частью области.

На основе введенных понятий «жесткости» заготовок, «жесткости» материала и «зоны резки» разработана методика выбора точек врезки и порядка резки заготовок, предназначенная для сокращения тепловых деформаций материала при проектировании УП для машин термической резки (МТР), как в автоматическом, так и в интерактивном режиме. Тем самым определено множество допустимых решений оптимизационныхой задачи (6) и (9). Разработан вычислительный алгоритм автоматического проектирования УП для МТР, учитывающий сформулированные правила, что позволяет в автоматическом режиме формировать допустимые значения вектора и проектировать УП с соблюдением требований газовой и плазменной резки. 

В главе 3 также описан разработанный в ходе диссертационного исследования набор специальных полуавтоматических функций (макропрограмм) CAM системы, обеспечивающий эффективное применение различных стратегий при проектировании УП для машин резки листового материала. Основное назначение разработанных макропрограмм — автоматизация проектирования маршрута резки с целью сокращения времени и стоимости резки, как за счет использования специальных возможностей технологического оборудования с ЧПУ (резка трехрезаковым блоком, резка несколькими суппортами и др.), так и за счет применения специальных способов резки (совмещенный рез, цепная резка, комбинированные способы резки и пр.). На рис. 5 показана схема движения режущего инструмента при применении одной специальной функции («змейка»), использующей технику резки нескольких заготовок без выключения резака. Учитывая, что длина реза с включенным режущим инструментом при применении этой техники (по сравнению с техникой резки по контуру) практически не увеличится, уменьшение стоимости резки  при каждом использовании функции составит не менее , где — число контуров, вырезаемых «змейкой» без выключения инструмента.

Таким образом, специальные функции CAM системы (совместно со стандартными интерактивными функциями и автоматическими процедурами) обеспечивают сокращение временных и стоимостных характеристик резки, а также выполнение технологических требований термической резки.

Рисунок 5. Резка «змейкой» трех одинаковых заготовок

В диссертационной работе на основе реальных производственных примеров и с учетом технических характеристик конкретного технологического оборудования определено примерное соотношение времени холостого хода и общего времени резки листового металла толщиной 10-30 мм на МТР. Показано, что задача соблюдения технологических требований термической резки при разработке управляющих программ для машин с ЧПУ газовой и плазменной резки имеет приоритетный характер перед задачей (6) минимизации холостого хода инструмента. Алгоритмы минимизации холостого пути инструмента могут эффективно использоваться в CAM системах при резке тонколистового материала. Задача минимизации стоимости резки (9), в общем случае, может решаться с использованием полуавтоматических функций. 

В диссертационной работе на основе реальных производственных примеров и с учетом технических характеристик конкретного технологического оборудования определено примерное соотношение времени холостого хода и общего времени резки листового металла толщиной 10-30 мм на МТР. Показано, что задача соблюдения технологических требований термической резки при разработке управляющих программ для машин с ЧПУ газовой и плазменной резки имеет приоритетный характер перед задачей (6) минимизации холостого хода инструмента. Алгоритмы минимизации холостого пути инструмента могут эффективно использоваться в CAM системах при резке тонколистового материала. Задача минимизации стоимости резки резки (9) в общем случае может решаться с использованием полуавтоматических функций. 

В рамках диссертационного исследования была также разработана методика автоматизации проектирования и изготовления на машинах термической резки металла малых архитектурных форм типа «решетка», которая основывается на использовании следующих программных средств:

  • моделирование 2D – объектов, состоящих из отрезков прямых и дуг окружностей, без ограничений на количество геометрических примитивов;
  • оцифровка 2D – объектов любой сложности с помощью устройств типа «дигитайзер»;
  • оцифровка 2D – объектов любой сложности на экране монитора по растровой «подложке»;
  • делинеаризация геометрических контуров;
  • автоматическая и интерактивная процедуры назначения маршрута резки с соблюдением технологических требований термической резки.

В главе 3 также описан разработанный в ходе диссертационного исследования набор специальных полуавтоматических функций (макропрограмм) CAM-системы, обеспечивающий эффективное применение различных стратегий при проектировании УП для машин резки листового материала. Основное назначение разработанных макропрограмм - автоматизация проектирования маршрута резки с целью сокращения времени и стоимости резки, как за счет использования специальных возможностей технологического оборудования с ЧПУ (резка трехрезаковым блоком, резка несколькими суппортами и др.), так и за счет применения специальных способов резки («совмещенный рез, цепная резка, комбинированные способы резки и пр.). На рис. 5 показана схема движения режущего инструмента при применении одной специальной функции, использующей технику резки нескольких заготовок без выключения резака.

Рисунок 5. Резка «змейкой» трех одинаковых заготовок

Таким образом, специальные функции CAM системы (совместно со стандартными интерактивными функциями и автоматическими процедурами) обеспечивают сокращение временных и стоимостных характеристик резки, а также выполнение технологических требований термической резки.

В четвертой главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой концепции и методологии автоматизации проектирования раскроя материала на базе машин с ЧПУ, описана структура универсальной интегрированной CAD/CAM системы проектирования технологических процессов раскроя листового материала в единичном и мелкосерийном производстве, сформулированы функциональные требования к программному обеспечению системы.

Определены следующие основные концептуальные признаки САПР:

  • универсальность (широкий охват задач раскроя и технологического оборудования с ЧПУ для термической и гидроабразивной резки материала);
  • ориентация на условия единичного и мелкосерийного производства;
  • использование геометрических моделей, использующих круговую и линейную интерполяцию;
  • применение автоматических, интерактивных и полуавтоматических методов проектирования;
  • использование автоматических методов выбора алгоритма раскроя;
  • обеспечение быстродействия алгоритмов проектирования, необходимого в условиях единичного производства;
  • приоритет соблюдения технологических требований термической резки;
  • ориентация на оптимизацию стоимостных характеристик резки на машинах с ЧПУ.

Выделены следующие базовые подсистемы интегрированной САПР раскроя, обеспечивающие универсальность системы и эффективность ее применения системы в условиях единичного и мелкосерийного производства:

  1. Подсистема моделирования геометрической информации для двумерных объектов.
  2. Модуль формирования задания на раскрой.
  3. Подсистема проектирования раскроя.
  4. Модуль проектирования УП.
  5. Постпроцессор.
  6. Модуль вывода управляющей программы на носитель для ввода в машину с ЧПУ.
  7. Модуль верификации и редактирования УП.
  8. База данных материала и заготовок.
  9. Пподсистема планирования раскроя,

а также дополнительные модули и подсистемы, наличие или отсутствие которых определяются конкретными задачами предприятия (организации), эксплуатирующей систему:

  • модуль для связи с системой ERP (Enterprise Resource Planning), функционирующей на предприятии;
  • подсистема расчетов решения задач линейного и гильотинного раскроя;
  • модуль расчетов 3D раскроя-упаковки и пр.

На рис. 6 и 7 представлены структурная схема универсальной интегрированной САПР, предназначенной для проектирования технологических процессов раскройно-заготовительного производства, и функциональная модель ее подсистемы для проектирования раскроя материала. Сформулированы требования к программной реализации функций основных подсистем универсальной интегрированной CAD/CAM системы раскроя.  Показана целесообразность наличия в универсальных интегрированных CAD/CAM системах фигурного раскроя модуля верификации УП и подсистемы гильотинного раскроя, предназначенной как для проектирования фигурного раскроя, так и непосредственно для оптимизации раскроя на гильотинном оборудовании.

Рисунок 6. Структура программного обеспечения универсальной CAD/CAM системы для проектирования технологических процессов

раскройно-заготовительного производства

Рисунок 7. Функциональная модель подсистемы

проектирования раскроя

Сформулированы требования к программной реализации функций основных подсистем универсальной интегрированной CAD/CAM системы раскроя. Показана целесообразность наличия в универсальных интегрированных CAD/CAM системах фигурного раскроя модуля верификации УП и подсистемы гильотинного раскроя, предназначенной как для проектирования фигурного раскроя, так и непосредственно для оптимизации раскроя на гильотинном оборудовании. Отмечено, что в случае потребности у предприятия в решении задач одномерного и трехмерного раскроя-упаковки, универсальную САПР фигурного раскроя следует расширять соответствующими подсистемами. Формализована оптимизационная задача минимизации времени резки на гильотинных ножницах.

В главе 4 также разработан и обоснован подход к программной реализации подсистем САПР нерегулярного раскроя (рис. 8), заключающийся в том, что в качестве графического редактора САПР выступает универсальная CAD система, а специализированные модули разрабатываются с использованием API (Application Programming Interface) на основе технологии .NET. Проведена реализация предложенной схемы применительно к модулю проектирования фигурного раскроя и API универсальной системы T-Flex CAD.

Рисунок 8. Схема применения Open API T-Flex CAD при разработке САПР нерегулярного фигурного раскроя

Пятая глава посвящена вопросам разработки и внедрения САПР «СИРИУС». На основании требований к структуре и функциям программного обеспечения универсальной интегрированной САПР фигурного раскроя, изложенных в главе 4, разрабатывалась интегрированная САПР «СИРИУС» (Система Интерактивного Раскроя И Управления Станками). САПР «СИРИУС» – это программный продукт для персональных компьютеров, предназначенный для решения задач плоского раскроя-упаковки и проектирования управляющих программ для резки листовых материалов на различном технологическом оборудовании с ЧПУ, использующем термическую и гидроабразивную технологии резки, а также технологию вырубки и высечки в комбинации с лазерной и плазменной резкой. Описаны состав и структура программного обеспечения универсальной интегрированной САПР «Сириус», а также функции программных модулей системы.

Показано, что в САПР «Сириуссистеме» на основе сочетания разработанных автоматических,  интерактивных и полуавтоматических методов проектирования раскройных карт и УП предусмотрено эффективное решение различных задач раскроя материала для различных типов производств производств в различных отраслях промышленности и использование специальных технологических возможностей любых отечественных и зарубежных МТР с ЧПУ. Обоснована целесообразность реализации подсистемы автоматизированного проектирования раскроя в универсальной CAD/CAM системе фигурного раскроя в виде универсального программного обеспечения для решения задач 2D раскроя-упаковки, охватывающей широкий круг задач, которые возникают в реальном практикеоизводстве, в том числе, задачи фигурного, гильотинного и не гильотинного прямоугольного раскроя в условиях единичного и мелкосерийного производства.

На примере одного из уральских предприятий проведен расчет экономической эффективности применения САПР «Сириус» для оптимизации экономических характеристик термической резки листовых материалов. Обобщен опыт внедрения САПР «Сириус» на российских предприятиях, который показывает, что использование интегрированных решений САПР «Сириус» позволяет:

  • на раскройно-заготовительном этапе производства сократить расходы материала минимум на 5–10%;
  • сократить сроки подготовки управляющих программ для машин термической и гидроабразивной резки материала в несколько раз;
  • при термической резке металла машинами с ЧПУ минимизировать время резки, расход газа, электроэнергии, других расходных материалов, уменьшить износ технологического оборудования резки и обеспечить допустимые тепловые деформации заготовок;
  • повысить качество получаемой продукции.

Проведенные в ходе внедрения САПР «Сириус» исследования эффективности средств, предназначенных для автоматизации  технологических процессов раскроя материала, позволяют сформулировать несколько направлений дальнейшего развития и совершенствования систем автоматизированного проектирования раскроя и программирования УП для машин с ЧПУ:

  1. Разработка высокоэффективных полностью автоматических методов раскроя материала, учитывающих технологические требования резки на машинах с ЧПУ (совмещенный рез, резку трехрезаковым блоком, относительные области запрета и т. д.);
  2. Разработка полностью автоматических методов формирования управляющих программ, учитывающих требования термической резки материала и оптимизирующих время и стоимость резки на машинах с ЧПУ.
  3. Разработка отечественной интегрированной САПР фигурного раскроя и программирования УП для всех типов технологического оборудования с ЧПУ (включая прессовое оборудование) на базе универсальной российской CAD системы типа T-Flex CAD.

В Приложениях приведены акты внедрения результатов диссертационной работы на ряде российских предприятий, а также описание некоторых компонент САПР фигурного раскроя и подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки, разработанной в рамках диссертационного исследования.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ и выводы

В диссертационной работе в результате проведенных исследований разработаны методологические и теоретические основы автоматизации проектирования раскроя листовых материалов на базе машин с ЧПУ, позволяющие создавать универсальные интегрированные САПР раскроя материала в единичном и мелкосерийном производстве. В диссертации изложены новые научно-обоснованные решения по разработке и исследованию моделей, алгоритмов и методов автоматизации проектирования технологических процессов раскроя, внедрение которых вносит значительный вклад в повышение эффективности раскройно-заготовительного производства. В ходе проведенных исследований получены следующие научные и практические результаты.

  1. На основе аппроксимационного подхода и дискретно-логического представления геометрической информации разработаны автоматические и интерактивные методы проектирования фигурного раскроя, отличающиеся тем, что позволяют получать рациональные варианты раскройных карт за время, приемлемое для условий единичного производства. время. При этом учитываются технологические особенности резки материала. Выделен класс задач фигурного раскроя, для которого прямоугольная аппроксимация целесообразна. Проведена классификация задач фигурного раскроя листового материала по технологическим и геометрическим признакам, позволяющая разрабатывать алгоритмы оптимизации раскроя с учетов технологии резки, особенностей технологического оборудования для резки, свойств раскраиваемого материала, степени серийности производства и геометрических форм заготовок. Кроме того, предложенная классификациятипология позволяет проводить сравнительный анализ эффективности алгоритмов раскроя материала применительно к решению практических задач новые быстродействующие алгоритмы оптимизации фигурного раскроя, позволяющие получать рациональные варианты раскройных карт за технологически приемлемое время. На основе проведенных исследований выделен класс задач фигурного раскроя, для которого прямоугольная аппроксимация целесообразна.
  2. На основе классификации задач и сравнительного анализа алгоритмов разработан метод автоматического выбора рационального оптимизационного алгоритма раскроя, отличающийся тем, что позволяет выделить классы задач, для которых целесообразно использовать один алгоритм оптимизации, что сокращает время проектирования рационального варианта раскроя и повышает коэффициент использования материала. При создании универсальных систем автоматизации расчетов раскроя материала, ориентированных на решение широкого круга задач, предложенный подход является наиболее целесообразнымэффективным способом интеграции существующих вычислительных алгоритмов, позволяющим сократить время получения рационального решения и повысить качество раскроя.
  3. Разработаны новые методы формирования управляющих программ для технологического оборудования резки с ЧПУ, отличающиеся от существующих уменьшением тепловых деформаций материала при термической резке, а также возможностью оптимизации временных и стоимостных параметров резки, как при автоматическом, так и при интерактивном режиме проектирования. Разработана методика автоматизации проектирования и изготовления на машинах термической резки металла малых архитектурных форм типа «решетка». Проведен сравнительный анализ технологий резки листового материала на машинах с ЧПУ. Разработан набор специальных функций CAM-системы, обеспечивающий эффективное применение различных стратегий при проектировании УП для машин резки листового материала и позволяющий использовать возможности широкого класса технологического оборудования с ЧПУ для оптимизации процесса резки.
  4. Сформулирована концепция и методология создания высокоэффективных интегрированных САПР раскроя материала для условий единичного и мелкосерийного типа производств, отличающиеся ориентацией на сочетание специализированных подсистем и универсальных CAD систем и на использование полуавтоматических методов проектирования. Сформулированы основные оптимизационные задачи автоматизации проектирования раскройно-заготовительного производства. Предложен и реализован подход к созданию эффективного программного обеспечения проектирования технологических процессов раскроя на основе сочетания специализированных подсистем и универсальной CAD системы T-Flex CAD с использованием автоматических и интерактивных методов проектирования. Описана структура и состав функций САПР фигурного раскроя материала, характеризующейся высокой степенью универсальности решаемых задач раскроя и широким охватом технологического оборудования с ЧПУ для газовой, плазменной, лазерной и гидроабразивной резки материала.
  5. Разработано математическое и программное обеспечение САПР технологических процессов раскройно-заготовительного производства, отличающееся от существующих аналогов учетом различных технологий резки листового материала и ориентацией на применение автоматических, интерактивных и полуавтоматических методов проектирования с целью эффективногостью решения практических задач раскроя и разработки УПпроектирования управляющих программ для резательных машин с ЧПУ в условиях различных типов производств..
  6. Результаты диссертационной работы внедрены в виде универсальной интегрированной САПР «СИРИУС», которая используется для оптимизации расчетов фигурного и прямоугольного раскроя и подготовки управляющих программ машин резки листовых материалов в ОАО «Уралхиммаш», ОАО «Уралэлектротяжмаш», ЗАО «Проммашсервис», ЗАО «Завод подъемно-транспортного оборудования», ООО «Уралтехнопроект» (Екатеринбург), ЗАО «Березовский машиностроительный завод» (Свердловская обл.), ОАО «Мечел» (г.Челябинск), ОАО «Буммаш» (г.Ижевск), ЗАО «Улан-Удэстальмост» (г.Улан-Удэ), ЗАО «Курганстальмост» (г.Курган) ОАО «Уралхиммаш», ОАО «Уралэлектротяжмаш», ЗАО «Проммашсервис», ООО «Уралтехнопроект» (г. Екатеринбург), ЗАО «Уралпромоборудование» (Свердловская обл.), ОАО «Мечел» (г. Челябинск), ЗАО «Курганстальмост» (г. Курган) и многих других предприятиях России. В учебном процессе Уральского государственного технического университета– УПИ результаты работы используются на механико-машиностроительном факультете при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования» и «Разработка САПР» со студентами специальности 230104 (220300) – Системы автоматизированного проектирования, а также в курсовом, дипломном проектировании и диссертационных исследованиях аспирантов кафедры «Информационные технологии и автоматизация проектирования».

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в рецензируемых журналах из перечня ВАК

  1. Об одном подходе к решению задач раскроя-упаковки / А. А. Петунин, А. В. Полевов, Д. В. Куреннов // Вестник УГТУ-УПИ. Конструирование и технология изготовления машин: сб. науч. тр. В 2-х частях. Ч. 2. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. № 18(70). С. 212–216.
  2. Применение конструктивной метаэвристики «муравьиная колония» к задаче гильотинного прямоугольного раскроя / А. Ф. Валеева, А. А. Петунин, Р. И. Файзрахманов // Вестник Башкирского университета. 2007. Т. 12, № 3. С. 12–14. (Принята в печать в августе 2006 г.).
  3. Параллелепипедная упаковка: алгоритмы, численный эксперимент и практические расчеты / А. А. Петунин, А. Ф. Валеева // Информационные технологии. 2007. № 12. С. 43–50.
  4. Метод прямоугольной аппроксимации для решения задач нерегулярного фигурного раскроя-упаковки / А. А. Петунин, Э. А. Мухачева, А. С. Филиппова // Там же. 2008. № 1. С. 28–31.
  5. Задача размещения ортогональных многоугольников: модели и алгоритм покоординатной упаковки / В. М. Картак, Э. А. Мухачева, Л. И. Васильева, А. А. Петунин // Там же. 2008. № 3. С. 46–53.
  6. О применении API T–FLEX CAD при разработке подсистемы автоматизированного проектирования раскроя материала / А. А. Петунин, И. С. Галкин // САПР и Графика 2008. № 12. C. 86–88.
  7. О некоторых стратегиях формирования маршрута инструмента при разработке управляющих программ для машин термической резки материала / А. А. Петунин // Вестник УГАТУ. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2009. Т. 13, № 2 (35).  С. 280–286.
  8. Автоматизация нерегулярного фигурного раскроя: основные подходы к разработке систем проектирования раскроя и управляющих программ для машин резки листовых материалов / А. А. Петунин // Информационные технологии. 2009. № 10. С.29–34.
  9. Об автоматическом выборе метода оптимизации прямоугольного раскроя / А. А. Петунин // Программные продукты и системы. 2009. № 4 (88). С.143–145.

Статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК, опубликованные до 2001 г.

  1. Автоматизация проектирования раскройных карт в условиях индивидуального производства / В. Я. Гамберг, А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Кузнечно–штамповочное производство. 1982. № 3. С. 26–28.
  2. Централизация раскройно–заготовительного производства на базе автоматизированных технологических линий раскроя листового металлопроката / А. А. Петунин, А. А. Беседин, В. Я. Гамберг, В. В. Геймур, В Н. Ковальков // Тяжелое машиностроение. 1993. №7. С.19–22.
  3. САПР «Сириус» – оптимизация раскроя и резки листовых материалов /  А. А. Петунин А. А., В. И. Кротов, С. С. Уколов, В. В. Видяпин // САПР и графика. 1999. №10. С.42–47.
  4. Информационная система планирования для интегрированной САПР «Сириус» / А. В. Полевов, А. А. Петунин А. А // Вестник УГТУ–УПИ. Конструирование и технология изготовления машин: Сб. научн. трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ. 2000. №3(11). С. 62–65.

Другие публикации

  1. О плотном размещении плоских выпуклых геометрических фигур / А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Автоматизация проектирования в машиностроении. Минск: ИТК АН БССР, 1981.  Вып. 3. С. 39–44.
  2. Задачи размещения геометрических объектов в проектировании: препринт / В. Г. Ещенко, А. В. Шишов, В. С. Тимощук, И. В. Титкин, А.И. Липовецкий, А. А. Петунин, Л. С. Шевелев. Киев: ИК АН УССР, 1981. 31 с. (АН УССР. Ин–т кибернетики; препринт 81–81).
  3. Использование выпуклых оболочек плоских фигур для приближенного решения задачи раскроя / А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Информационный листок Свердловского ЦНТИ, № 580–81. Свердловск, 1981. 4с.
  4. Методы укладки прямоугольников в заданной последовательности и их программная реализация / А. А. Петунин // Математическое обеспечение расчетов линейного и прямоугольного раскроя: матер. Всесоюзн. сем. Уфа: УАИ, 1981. С. 142–145.
  5. Автоматизация раскроя листового проката в индивидуальном производстве / В. Я. Гамберг, А. И. Липовецкий, А. А. Петунин, Л. С. Шевелев // Экспресс–информация о производственно–техническом опыте. Серия ХМ–15. М.: ЦИНТИХимнефтемаш, 1982. 2с.
  6. Об изменении метрик на множестве перестановок и решении задач размещения геометрических объектов / А. А. Петунин, А. И. Липовецкий // Автоматизация проектирования технологических процессов. Минск: ИТК АН БССР, 1982. Вып. 1. С. 154–159.
  7. Автоматизация проектирования раскройных карт в условиях индивидуального производства / В. Я. Гамберг, А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Кузнечно–штамповочное производство. 1982. № 3. С. 26–28.
  8. О некоторых вопросах разработки системы автоматизированного проектирования управляющих программ для газорезательных машин с ЧПУ в ПО «Уралмаш» / Н. В. Быков, А. А. Петунин, М. А. Тришин // Автоматизация технологической подготовки производства: межвуз. сб. научн. трудов. Свердловск: УПИ, 1986. С.35–38.
  9. Программные средства перевода символьной информации с ЕС ЭВМ на ЭВМ NORD–100CX и обратно / А. А. Петунин // Информационный листок Свердловского ЦНТИ, №639–87. Свердловск, 1987. 4с.
  10. О применении алгоритмов нерегулярного прямоугольного раскроя в комплексной системе автоматизированной подготовки управляющих программ для машин с ЧПУ / А. А. Петунин // Математическое обеспечение рационального раскроя в системах автоматизированного проектирования: тез. докл. Всесоюзн. научн. конф. Уфа: УАИ, 1987. С. 143–144.
  11. Централизация раскройно–заготовительного производства на базе автоматизированных технологических линий раскроя листового металлопроката / А. А. Петунин, А. А. Беседин, В. Я. Гамберг, В. В. Геймур, В Н. Ковальков // Тяжелое машиностроение. 1993. №7. С.19–22.
  12. Система автоматизированного проектирования раскроя материалов и автоматизация раскроя металлопроката на базе машин с ЧПУ для термической резки металла / А. А. Петунин, В. Я. Гамберг, В. И. Кротов // Титан. М.: ВИЛС. 1993. №2. С.56–58.
  13. Интегрированная САПР «Сириус» / А. А. Петунин // КомпьютерМэн. Екатеринбург: Комсомольская Правда – Урал. 1996. №6. С.9–112.
  14. Интегрированная САПР рационального раскроя материала и подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки металлопроката / А. А. Петунин, Р. А. Вайсбурд, Н. У. Тугушев // Принятие решений в условиях неопределенности (проблема раскроя–упаковки): междунар. научн. изд. Уфа: УГАТУ, 1997. С.329–348 (на англ. языке).
  15. Промышленные системы автоматизированного проектирования / А.А. Петунин // Методические материалы по изучению курса «Разработка САПР» для студентов специальности САПР. Екатеринбург: УГТУ, 1998. 40с.
  16. САПР «Сириус» – оптимизация раскроя и резки листовых материалов / А. А. Петунин А. А., В. И. Кротов, С. С. Уколов, В. В. Видяпин // САПР и графика. 1999. №10. С.42–47.
  17. Информационная система планирования для интегрированной САПР «Сириус» / А. В. Полевов, А. А. Петунин А. А // Вестник УГТУ–УПИ. Конструирование и технология изготовления машин: Сб. научн. трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ. 2000. №3(11). С. 62–65.
  18. Интегрированная САПР «Сириус» для автоматизации раскройно–заготовительного производства. Концепция. Опыт разработки и внедрения / А. А. Петунин // Ресурсосберегающие технологии: математическое обеспечение оптимизационных задач в системах автоматизированного проектирования: сб. докл. 1–й Всерос. науч.–практ. конф. по вопросам решения оптимизационных задач в промышленности. СПб: ЦНИИТС, 2001. С. 126–129.
  19. О некоторых методах решения задач двумерного раскроя–упаковки в единичном производстве / А. В. Полевов, А. А. Петунин // Там же. С.133–136.
  20. Об одном алгоритме проектирования раскроя для условий мелкосерийного производства / А. С. Вьюгин, А. А. Петунин // Там же. С.69–73.
  21. Разработка программного обеспечения интерактивного раскроя и проектирования управляющих программ для машин термической резки материала / В. И. Кротов, А. А. Петунин // Там же. С. 87–91.
  22. Nest>
  23. Создание и обработка параметрических моделей геометрических объектов / П. А. Копорушкин, А. А. Петунин // Там же. Ч.3. C. 368–370.
  24. Автоматизация проектирования и изготовления малых архитектурных форм типа «решетка» / А. А. Петунин // Архитектон: Известия вузов. 2006. №16. URL: http://archvuz.ru/ (дата обращения 21.11.09).
  25. САПР и .NET / И. С. Галкин, А. А. Петунин // Научн. труды XI отчетной конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ–УПИ: сб. статей в 3 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ–УПИ, 2007. Ч. 3. С. 287–289.
  26. Структура САПР фигурного раскроя и подготовки управляющих программ для машин резки листового материала / А. А. Петунин // Компьютерные науки и информационные технологии. Междунар. научное изд.: матер. 10–той междунар. конф. CSIT’2008 (Анталия, Турция, 15–17 сентября 2008 г.). Уфа, 2008. Том 3. С. 119–122 (на англ. языке).
  27. Использование интерфейса прикладного программирования в универсальных САПР / И. С. Галкин, А. А. Петунин // Научн. труды XV отчетной конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ–УПИ: сб. статей в 3 ч. Екатеринбург: УГТУ–УПИ, 2009. Ч. 2. С. 14–16.
  28. О классификации оптимизационных задач фигурного раскроя / А.А.Петунин // Инновационные информационные технологии: Теория и практика. Междунар. научн. изд.: матер. Междунар. сем. (Карлсруе – Уфа – Дрезден, 25–31 июля 2009 г.). 2009. С. 95–97 (на англ. языке).
  29. Об одном подходе к разработке программного обеспечения для решения задачи фигурного раскроя материала / И. С. Галкин, А. А. Петунин // Мавлютовские чтения: матер. конф. молодых ученых. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 276–278.
  30. О некоторых функциях Computer–Aided Manufacturing (CAM) систем для программирования управляющих программ для машин термической резки / А. А. Петунин, В. И. Кротов // Компьютерные науки и информационные технологии. Междунар. научн. изд.: матер. 11–той междунар. конф. CSIT’2009 (Крит, Греция, 5–8 октября 2009 г.). Уфа, 2009. Том 1. С. 76–80 (на англ. языке).

Диссертант                                                                        А. А. Петунин

ПЕТУНИН Александр Александрович

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ РАСКРОЯ ЛИСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА МАШИНАХ С ЧИСЛОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Специальность: 05.13.12. – Системы автоматизации проектирования

(в промышленности)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Подписано к печати хх.хх.хх                Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Печать плоская. Усл. печ. л..

Усл. кр.–отт. 2,0. Уч.–изд. л. 2,0. Тираж 100 экз.

Заказ №






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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.