Розробка автоматизованої системи оптимального використання заготовок за для розкрою площинних матеріалів

Комплектність проектованої системи на об'єкті

• системний блок;
• монітор;
• пристрої периферії;
• блок безперебійного живлення;
• мережевий адаптер.

 

4 ОБСЯГ ВИКОНАНИХ РОЗРОБНИКОМ РОБІТ

 

Етапи і обсяг розробки по кожному етапу :

• розробка технічного завдання;
• розробка математичного забезпечення;
• аналіз та проектування інформаційних потоків;
• кодування і алгоритмізація ;
• розробка ПЗ ;
• тестування ;
• підготовка документації ;
• економічне обґрунтування розробки.

Терміни виконання етапів:

• розробка технічного завдання - 25.09.2013 ;
• розробка математичного забезпечення - 05.10.2013 ;
• аналіз та проектування інформаційних потоків - 12.10.2013 ;
• кодування і алгоритмізація - 26.10.2013 ;
• розробка ПЗ - 18.11.2013 ;
• тестування - 23.11.2013 ;
• підготовка документації 29.11.2013 ;
• економічне обґрунтування розробки - 29.11.2013.

Відповідальні виконавці та зразки по кожному етапу :

• технічне завдання - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение» ;
• діаграми інформаційних потоків - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение» ;
• алгоритми розроблюваної системи - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение» ;
• бета- версія програмного забезпечення - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение» ;
• фінальна версія програмного забезпечення - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение» ;
• документація до програмного забезпечення - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение» ;
• економічне обґрунтування розробки - ТОВ «ПрограммноеОбеспечение».

 

5 ТЕХНІЧНІ ВИМОГИ ДО ПРОЕКТОВАНОЇ  СИСТЕМИ

 

Інтенсивність і склад інформаційних потоків , що входять в проектовану систему , кількість обслуговуваних процесів з їх перерахуванням

Система отримує масив даних про розкрої , після перевірки вхідних даних проводитися оптимізація і візуалізація розкрою .

Режим роботи системи

Програма оптимізації працює в напівавтоматичному режимі.

Характер вторинного живлення проектованої системи і його параметри

Параметри вторинного живлення відповідають вимогам до персональних комп'ютерів .

Технічні характеристики проектованої системи і вхідних в неї складових частин

• IBM сумісний комп'ютер з операційною системою від MS Windows ХР;
• RGB монітор з роздільною здатністю від 1024x768 і вище;
• ергономічна клавіатура і миша;
• мережевий адаптер з пропускною здатність 100 Мbit , з не менш 2ма портами.

Вимоги до взаємозамінності апаратних засобів і програмних засобів , та необхідності застосування уніфікації та стандартизації

Установка системи в цілому , як і встановлення окремих її частин не повинна пред'являти додаткових вимог до покупки ліцензій на програмне забезпечення сторонніх виробників.

 

 

6 ВИМОГИ ДО ХУДОЖНЬО-КОНСТРУКТИВНОГО  ОФОРМЛЕННЯ СИСТЕМИ

 

Ергономічні вимоги

Інтерфейс повинен бути розрахований на переважне використання маніпулятора типу «миша» , тобто управління системою має здійснюватися за допомогою набору екранних меню , кнопок і т.д. Клавіатурний режим введення повинен використовуватися головним чином при заповненні та / або редагуванні текстових і числових полів екранних форм .

Всі написи екранних форм , а так само повідомлення, що видаються користувачеві ( крім системних повідомлень) повинні бути російською .

Система повинна відповідати вимогам ергономіки і професійної медицини за умови комплектування високоякісним обладнанням, що має необхідні сертифікати відповідності та безпеки Укрстандарту .

Вимоги до зовнішнього оформлення проектованої системи

Взаємодія користувачів з прикладним програмним забезпеченням , що входять до складу системи повинна здійснюватися за допомогою графічного інтерфейсу ( GUI ) . Інтерфейс системи повинен бути інтуїтивно зрозумілим і зручним , не повинен бути перевантажений графічними елементами і повинен забезпечувати швидке відображення екранних форм . Програма повинна мати панель управління розкрою , форми редагування вхідних даних, візуалізація оптимізованого розкрою , а так само загальне меню з доступом до всіх можливостей програми .

 

 

7 ВИМОГИ ДО ПАТЕНТНОЇ ЗАХИЩЕНОСТІ СИСТЕМИ

 

• науково-технічний рівень розробки - система розробляється на рівні корисної моделі;
• сертифікації та ліцензування проектованої системи - проектована система повинна мати деклараційний патент на корисну модель;
• авторські права на проектовану систему: належать організації-виконавцю.

 

8 ВИМОГИ ДО ЗАМОВНИКА ЩОДО  ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РОЗРОБКИ, УПРОВАДЖЕННЮ  ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ СИСТЕМИ

 

• проведення допоміжних проектних і будівельних робіт: не потрібно;
• комплектація допоміжного обладнання :
• пристрій для вирізання розкрою ;
• забезпечення спеціалізованої робочою силою при монтажі та запуску системи : не потрібно;
• підготовка кадрів для обслуговування системи : до роботи з системою повинні допускатися співробітники, що мають навички роботи на персональному комп'ютері , ознайомлені з правилами експлуатації і пройшли навчання роботі з системою. Спеціально навчених кадрів для роботи з системою не потрібно .

 

9 ДОДАТОКИ

 

Розрахунок техніко-економічної ефективності

Імовірно, впровадження проектованої системи має дати прибуток підприємству в розмірі 4,000 гривень на місяць.

Мережевий графік розробки

Роботи зі створення системи виконуються в три етапи:

• проектування . Розробка ескізного проекту . Розробка технічного проекту ( тривалість - 1 місяць);
• розробка робочої документації . Адаптація програм ( тривалість 3 місяці);
• введення в експлуатацію ( тривалість - 2 тижні).

Дані про об'єкт , на якому буде використовуватися проектована система

Вимоги до даних про об'єкт , на якому буде виконуватися проектована система , не пред'являються .

Схеми цього об'єкта

Особливі вимоги до схем не пред'являє.

План розміщення обладнання об'єкта

Особливі вимоги до плану розміщення обладнання не пред'являється .

План розміщення системи по приміщеннях об'єкта

Особливі вимоги до плану розміщення проектованої системи по приміщеннях об'єкта не пред'являються.

План кабельних галерей і трас

Особливі вимоги до плану кабельних галерей і трас не пред'являються .

План розміщення первинних джерел живлення

Особливі вимоги до плану розміщення первинних джерел живлення не пред'являються .

Тимчасові діаграми функціонування об'єкта , для якого проектується система

Вимоги до тимчасових діаграмах функціонування об'єкта не пред'являються .

 

 

2 АНАЛІЗ  СУЧАСНОГО СТАНУ ЗАДАЧІ ПРЕКТУ

 

Детальний аналіз та узагальнення зібраної інформації дають можливість окреслити подальші етапи дослідження , а для кожного з них розробити відповідні заходи , виконання яких призведе до перетворення вхідних даних і поточних результатів розрахунку в очікувані результати виконання роботи. У нашому випадку такими результатами будуть :

• адаптовані відомі або розроблені нові методики формування допустимих карт розкрою різних концептуальних схем і відповідних їм базових конфігурацій;
• уточнення традиційні або запропоновані власні методи оптимізації одно- , двох - і багатокритеріального плану розкрою ;
• вироблення рекомендацій щодо удосконалення процесу виготовлення заготовок з ПДМ чи проектування нового ТП розкрою плит на заготовки.

На сьогоднішній день відомо , що переважна більшість типових задач проектування складних виробничих систем формально зводяться до перебору всіх допустимих її варіантів і вибору серед них найкращих з деякої дискретної сукупності заданих характеристик. Щодо оптимізації технологічний процес ( ТП) розкрою , то тут розрізняють два типи дискретних оптимізаційних задач : екстремальні завдання і задачі розпізнавання властивостей. В екстремальних задачах потрібно знайти такі значення аргументів , при яких функція цілі сягає екстремуму . Переважно це стосується задачі оптимізації плану розкрою ПДМ на меблеві заготовки , в якій аргументами є отримані інтенсивності використання карт розкрою і , як наслідок , кількості заготовок по картах розкрою . У задачах розпізнавання властивостей потрібно визначити , чи має функція мети з дискретними аргументами певний фіксований властивість . Процес формування допустимих карт розкрою різних концептуальних схем і відповідних їм базових конфігурацій з дотриманням обмеження на задані кількості заготовок і вимоги максимальної ефективності використання матеріалу є одним із прикладів такого типу завдань. Оскільки область визначення екстремальної задачі задається деякими властивостями її аргументів , які описуються , наприклад , системою рівнянь або нерівностей , то саме рішення задачі розпізнавання властивостей є одним з етапів вирішення екстремальної задачі .

З розвитком комп'ютерної техніки більшість науковців зосереджують свої зусилля на розробці спеціалізованих САПР складних виробничих систем (рис. 2.1). Якщо традиційне інженерне проектування таких систем - це свого роду класика, то їх комп'ютерне моделювання базується на тісній взаємодії людини-проектанта з інструментарієм САПР.

 

Рисунок 2.1 - Приклад програми САПР розкрою листового матеріалу

 

Ця так звана людино - машинна система дає можливість найбільш ефективно використовувати характерні особливості людини - проектанта - його знання , вміння та інтуїцію в поєднанні з сучасними можливостями комп'ютерної техніки. Водночас , застосування АСТПП , до складу якої повинна входити підсистема спеціального призначення - САПР ТП виготовлення меблевої продукції , не тільки значно покращує і прискорює виконання різних розрахунків, а й на якісно новому рівні дає можливість приймати інженерно й економічно обґрунтовані управлінські рішення.

Кінцевим результатом оптимального проектування ТП розкрою за допомогою спеціалізованої САПР є представлене замовнику безліч допустимих альтернативних варіантів його реалізації . Багато науковці вважають , що формальними засобами для складних виробничих систем практично неможливо отримати єдиного оптимального рішення. Методика вибору потрібного варіанту з безлічі альтернативних передбачає прийняття компромісного рішення щодо таких двох ситуацій :

• якщо вимогам технічного завдання відповідають кілька спроектованих варіантів , то серед них вибирається один найкращий для більш детальної його опрацювання на етапі ескізного проектування;
• якщо жоден із запропонованих варіантів не задовольняє виставленим вимогам замовника , то це спонукає розробника вибрати одну з двох стратегій подальшої поведінки - зобов'язати замовника внести корективи в технічне завдання або відмовитися від подальшого проектування .

На сьогоднішній день проглядається постійне оновлення асортименту випуску меблевої продукції , здійснюється систематичне впровадження сучасних ТП виготовлення , проводиться заміна морально застарілого обладнання на нове спеціалізоване з комп'ютерним управлінням. Все це дає можливість значно зменшити її собівартість , підвищити продуктивність праці , поліпшити культуру виробництва . У сукупності перелік цих та багатьох інших першочергових завдань створює важливу народногосподарську проблему , вирішити яку можна поступово завдяки розробкам нових , більш досконалих автоматичних ліній або технологічних комплексів спеціального призначення.

3 ВИБІР  НАПРЯМКУ РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧІ ПРОЕКТУ

 

У роботі розглядається відома задача розміщення прямокутників на площині. Подібні завдання виникають при проектуванні електронних систем. Так, на етапі планування інтегральних систем потрібно розташувати без взаємних перетинів в прямокутної області кристала прямокутні компоненти (блоки), які мають фіксовані розміри. Вихідними даними для зазначеної прикладної задачі є розміри блоків та їх кількість, а критерій якості розміщення спрямований на мінімізацію використовуваної площі.

Завдання розміщення прямокутників ставитися до класу NP-важких (окремий випадок задачі, коли розміщуються прямокутники мають рівну ширину, відомий як завдання упаковки в контейнери). На практиці використання точних методів рішення не представляється можливим у силу великих порядків завдань. Саме цим пояснюється підвищений інтерес до наближених методів її вирішення. Наприклад, не погано себе зарекомендували в практиці дослідження прикладних проблем підходи, засновані на методах моделювання відпалу та генетичної еволюції.

У даній роботі представлений комбінований метод для вирішення задачі розміщення блоків однакової геометрії, заснований на застосуванні жодних алгоритмів, еволюційно-генетичного підходу і багаторівневої техніці відомості до завдань менших порядків.

 

4 РОЗРОБКА  МАТЕМАТИЧНОГО ТА ІНФОРМАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

 

Позначимо через Р={p1,…, pn} безліч прямокутників. Кожен прямокутник pi Є P дописується парою позитивних дійсних чисел (wi hj), які відповідають довжині і ширині прямокутника. Параметри: п, pi, wi, hi ( i = 1,n ), будемо називати параметрами задачі.

Рішенням задачі розміщення є вектор = (xi,..., xn ), де хi, = (x2i, x2j ) відповідає координатам розташування прямокутника рi, де x2i, x2j Є R.

Опишемо обмеження, пов'язані з вимогою розміщувати прямокутники без взаємних перетинів. Для цього введемо відображення g (pi, xi, pj, xj), яке повертає площа прямокутника, отриманого перетином прямокутника рj, з координатами хi, з прямокутником рi, розташованим в точці з координатами xj.

У цьому випадки обмеження, пов'язане з виключенням взаємних перетинань розміщених прямокутників, можна записати у вигляді (4.1):

 

 

 

Позначимо X1 () та Х2 () такі величини (4.2):

 

 

 

 

Ці значення визначають відповідно висоту і ширину прямокутника.

У цьому випадки відношення суми площ фігур до площі прямокутника будемо називати коефіцієнт ефективності використання площі (4.3):

 

 

 

Якість рішення тим краще, чим менше периметр прямокутника і чим більше коефіцієнт ефективності використання площі. У силу цього пропонується наступний вид функції мети (4.4):

 

 

 

Задачу (4.1) , (4.4) будемо називати завданням розміщення прямокутників на площині.