Розробка методу автоматизованого проектування розкрійних схем рулонних матеріалів на деталі взуття

Размещено на http://www.allbest.ru

Київський національний університет технологій та дизайну

чебанюк олена вікторівна

УДК 685.31.02

РОЗРОБКА МЕТОДУ АВТОМАТИЗОВАНОГО ПРОЕКТУВАННЯ РОЗКРІЙНИХ СХЕМ РУЛОННИХ МАТЕРІАЛІВ НА ДЕТАЛІ ВЗУТТЯ

Спеціальність 05.18.18 - технологія взуття, шкіряних виробів та хутра

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, Щербань Володимир Юрійович, Київський національний університет технологій та дизайну, кафедра інформаційних технологій проектування, завідувач кафедри

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, Нестеров Владислав Петрович, Українська технологічна академія, президент

доктор технічних наук, с.н.с. Опанасенко Володимир Миколайович, інститут кібернетики НАНУ ім. В.М. Глушкова, відділ мікропроцесорної техніки, провідний науковий співробітник

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці КНУТД за адресою: 01011, м. Київ - 11, вул. Немировича - Данченка, 2.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Т.О. Полька

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми Перед підприємствами взуттєвої промисловості стоїть задача випуску якісної та конкурентоспроможної готової продукції. Так, як у взуттєвій промисловості ціна матеріалу складає до 87% вартості виробу, то особливо актуальною є задача раціонального використання матеріалу. У першу чергу це стосується розробки та удосконалення методів, що дозволяють швидко будувати ефективні розкрійні схеми з високим відсотком використання матеріалу. Впровадження більш ефективних розкрійних технологій дозволить:

· автоматизувати процес підготовки розкрійного виробництва та проектування схем розкрою;

· позбавитись від впливу людського фактору при проектуванні схем розкрою та впровадити у виробництво сучасне розкрійне обладнання;

· зменшити кількість відходів, витрати на утилізацію та знизити шкідливий вплив виробництва на навколишнє середовище.

Всі ці заходи дозволять знизити собівартість виробу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами. Дисертаційна робота виконана на кафедрах «Інформаційні технології проектування» та «Конструювання та технології виробів зі шкіри» Київського національного університету технологій та дизайну в період з 2005 по 2009 роки. Тематика дисертаційної роботи відповідає науковим напрямам робіт обох кафедр -3-08-06.16/08 «Питання САПР при розкрою тканин та шкіри». Дисертаційна робота безпосередньо пов'язана з реалізацією комплексної програми науково-технічного розвитку галузі легкої промисловості «Удосконалення методів проектування і технологій виготовлення взуття з метою зниження їх трудомісткості та матеріалоємності, підвищення якості» - та відповідає науковому напряму досліджень Київського національного університету технологій і дизайну: « Розробка теоретичних основ створення комп'ютерної системи оперативного управління технологічними процесами виготовлення високоякісного одягу та взуття в умовах інтенсифікації виробництва».

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка методу автоматизованого проектування розкрійних схем рулонних матеріалів на деталі взуття. автоматизований розкрійний деталь контур

Для досягнення поставленої мети потрібно розв'язати наступні задачі:

Розробити спосіб автоматичної підготовки інформації про зовнішні контури деталей.

Запропонувати математичну модель побудови щільних решітчастих укладок для двох видів деталей, що мають довільну ( однакову або різну) конфігурацію зовнішніх контурів.

Запропонувати метод побудови годографу вектор функцій щільного розміщення (ГВФЩР) для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів.

Представити спосіб побудови щільних укладок для двох видів деталей, які мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів.

Розробити математичну модель побудови решітчастих розкрійних схем для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів.

Запропонувати спосіб побудови ефективних розкрійних схем системного розміщення деталей на матеріалі.

Представити метод генерування декоративних елементів на деталях взуття та побудови розкрійних схем для деталей з декоративними елементами.

Запропонувати швидкий алгоритм контролю дій користувача при побудові та коригуванні розкрійних схем, який має невелику обчислювальну складність.

Протестувати розроблені CAD/CAM компоненти (програмне забезпечення), які базуються на запропонованих алгоритмах та методах, при підготовці їх як до інтеграції у існуючі системи автоматизованого проектування (САПР), так і до самостійного використання.

Об'єкт дослідження - технологічний процес розкрою матеріалів на деталі взуття.

Предмет дослідження - автоматизована підготовка розкрійних схем рулонних матеріалів на деталі взуття.

Методи дослідження ґрунтуються на основних положеннях технології взуттєвого виробництва, теоріях математичного моделювання та решітчастих укладок, математичному апараті годографа вектор-функції щільного розміщення, методах обчислювальної математики та аналітичної геометрії,

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному: вперше комплексно розв'язані задачі побудови щільних укладок та раціональних розкрійних схем для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів, а саме:

· розроблено метод автоматичної підготовки інформації про деталі взуття з обраною користувачем точністю. Обґрунтовано вибір необхідної точності апроксимації;

· запропоновано спосіб генерування декоративних елементів на деталях взуття, побудови розкрійних схем з нанесеними на деталі декоративними елементами, та спосіб збереження інформації про такі схеми;

· представлено математичну модель та метод побудови щільних укладок для двох видів деталей, що мають різну конфігурацію зовнішніх контурів;

· запропоновано спосіб побудови розкрійних схем в автоматичному режимі для двох видів деталей, що мають різну конфігурацію зовнішніх контурів. Схеми будуються з урахуванням технологічних умов та обмежень;

· розроблено математичну модель та метод контролю дій користувача при інтерактивній побудові та коригуванні розкрійних схем;

· представлено спосіб графічної візуалізації спроектованих схем.

Практичне значення одержаних результатів. Запропоновані алгоритми дозволять швидко будувати ефективні розкрійні схеми у автоматичному режимі, коригувати існуючи та будувати нові схеми у інтерактивному режимі. Вони можуть бути використані як при розробці нових САПР так і для модернізації окремих CAD/CAM складових існуючих САПР систем. Високий відсоток використання матеріалу у таких схемах дозволить як зменшити відходи, так і знизити собівартість виробу. Запропоновані в роботі математичні моделі, методи, алгоритми і програми можуть бути використані як при дослідженні інших предметних областей комп'ютерної графіки, так і при розв'язанні будь-яких задач, де потрібно визначення взаємного розташування та розміщення плоских геометричних об'єктів.

Алгоритми, представлені у дисертаційній роботі, використані для розробки методичного та комп'ютерного забезпечення у навчальному процесі при підготовці спеціалістів по спеціальностям 7.050101 «Інформаційні технології проектування» в курсах «САПР при конструюванні виробів легкої промисловості» та «Автоматизоване проектування виробничих процесів» та при підготовці спеціалістів по спеціальностям 6.091820 та 7.091820 «Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби» Київського національного університету технологій та дизайну .

Особистий внесок здобувача В дисертації використані ідеї та розробки, які належать здобувачу особисто. Зокрема дисертантом були розроблені метод та програмне забезпечення автоматичної підготовки інформації про зовнішні контури деталей, обґрунтування необхідної точності апроксимації при підготовці інформації, алгоритм побудови ГВФЩР, методи побудови щільних укладок та розкрійних схем для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів, алгоритм інтерактивного коригування розкрійних схем, метод проектування та збереження інформації про декоративні елементи, що нанесені на деталі взуття. В надрукованих статтях [1-9],[11-19] сумісно з співавторами дисертантом виконано: постановка задач, проведення досліджень та аналіз отриманих результатів.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та експериментальні результати роботи доповідались на та отримали позитивну оцінку на семінарах кафедр «Конструювання та технології виробів зі шкіри», «Інформаційні технології проектування», на наукових конференціях аспірантсько-студентського та професорсько-викладацького складу Київського національного університету технологій та дизайну (2006 - 2009 р.), на VI міжнародній науково-практичній конференції УкрПрог-2008 інституту програмних систем Академії Наук України, на VI-VII міжнародних конференціях „Техническое регулирование: базовая основа качества товаров и услуг”, Південноросійського університету економіки та сервісу (м. Шахти, 2008, 2009 р.), на V-VI міжнародних науково-практичних конференціях „Інформаційні технології та безпека в управлінні” Східноукраїнського національного університету ім. Даля(Крим, 2008,2009 р.).

Результати роботи впровадженні в навчальному процесі для студентів спеціальностей 6.050101, 7.050101 (напрям - “Інформаційні технології проектування”), 6.091820 та 7.091820 (напрям - “Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби”) та у виробництво на ПП «Фірма АДІА-Плюс».

Публікації. Результати дисертації були висвітлені у дев'ятнадцяти публікаціях, серед яких десять у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України.

Структура та об'єм роботи Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, додатків та списку використаних джерел. Робота викладена на 166 сторінках тексту, має 48 рисунків і 6 таблиць. Додатки мають 35 сторінок. Бібліографія включає 154 найменування.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, якій присвячена дисертаційна робота, визначена мета роботи та основні задачі, що підлягають розв'язанню. Обґрунтована наукова новизна, практична цінність роботи і впровадження результатів дослідження, надана інформація про публікації і апробацію роботи, структуру й обсяг дисертації.

У першому розділі був виконаний огляд робіт, присвячених побудові ефективних розкрійних схем, функціональних можливостей САПР систем легкої промисловості та розкрійного обладнання.

Тому, практично до кінця 20 століття, активно розвивалися методи заповнення площини прямокутниками, колами, та іншими геометричними об'єктами, які мають просту конфігурацію зовнішніх контурів. Якщо деталі мали форму, близьку до простих, то навколо них описувалися прості контури (часто прямокутники ) і заповнення матеріалу проходило за вже розробленими алгоритмами.

Стрімкий розвиток технічних засобів є передумовою використання можливостей обчислювальної техніки для підвищення ефективності технологічних процесів, автоматизації виробництва та наукових досліджень.

У сфері розробки нових технічних засобів, удосконалення розкрійного обладнання та автоматизації виробництва легкої промисловості можна виділити роботи наступних вітчизняних дослідників: Нестерова В.П., Коновала В.П., Березненка М.П., Щербаня В.Ю., Щербаня Ю.Ю., Орловського Б.В., Либи В.П. та інших.

Використання обчислювальної техніки при побудові розкрійних схем дозволило залучити більш складний, а відповідно і точний математичний апарат для визначення варіантів оптимального розташування деталей на матеріалі. Зокрема, використання апарату годографу вектор функцій дозволило будувати більш ефективні розкрійні схеми для деталей довільної конфігурації зовнішніх контурів. У цьому напрямі відомі роботи таких вітчизняних та зарубіжних дослідників Стояна Ю.Г., Гіля Г.Н., Скатерного В.О., Стояна Ю.Г., Скатерного В.О., Нестерова В.П., Іспіряна Г.Н., Рожка В.Д., Фесенко А.Г., Попової Л.П., Свістунової Л.Т., Олівери Г., Албанно А, Саппупо Г. та інших.

Також у розділі був наведений огляд існуючих САПР систем, які використовуються у легкій промисловості та їх функціональних можливостей. Огляд показав, що більшість систем розроблено для комплексного розв'язання певного кола завдань виробництва. Але, виходячи із відгуків споживачів, виробники комерційних CAD і САМ систем часто перебільшують вигоди від їх використання. Реальний виграш від цих систем значно менше рекламованого через низький ступень інтеграції їх компонентів. Для підвищення продуктивності і забезпечення виживання на ринках з постійно зростаючою конкуренцією необхідно проводити заходи спрямовані збільшенню інтеграції підсистем САМ і САD.

Крім того, специфіка виробництва та проектування закордонних САПР систем має ряд особливостей, які не дозволяють повністю адаптувати їх до вимог вітчизняної промисловості.

Також можна виділити ряд задач, більш ефективне розв'язання яких теж дозволить підвищити продуктивність роботи САПР систем в цілому. До таких задач, крім удосконалення методів побудови розкрійних схем, належать: розробка методів контролю дій користувача при побудові та коригуванні схем в інтерактивному режимі, побудова розкрійних схем для деталей з декоративними елементами, автоматизована підготовка інформації про деталі та інші.

Таким чином, в результаті комплексного огляду САПР систем, алгоритмів побудови раціональних схем розкрою, актуальною визначена наступна задача: розробити систему автоматизованого проектування, яка б комплексно розв'язувала задачу побудови розкрійних схем з високим відсотком використання матеріалу із наступними CAM/CAD компонентами:

· програмний комплекс автоматичної підготовки інформації про зовнішні контури деталей взуття. Джерелом інформації про деталі виступають креслення у растрових форматах графічних зображень. Результат - координати зовнішніх контурів деталі, отримані із заданою точністю;

· методи побудови щільних укладок та раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття;

· методи побудови раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з спроектованими на них одиночними та груповими декоративними елементами;

· алгоритми та програмне забезпечення контролю дій користувача при інтерактивному коригуванні та побудові схем розкрою;

Також потрібно розробити практичні рекомендації по використанню програмного комплексу на етапі технологічної підготовки розкрійного виробництва.

У другому розділі розглядаються методи підготовки інформації про деталь. При проведенні огляду методів технологічної підготовки інформації про деталі були виділені основні задачі, які виконуються при підготовці інформації про деталь у інтерактивному та автоматичному режимах. При застосуванні різних методів певні стадії підготовки інформації про деталь можуть відрізнятися.

Описані методи інтерактивної підготовки інформації про деталь. Такі методи можуть бути використані, коли інформація про контури деталі надається у вигляді збірних креслень моделі взуття, де лінії контурів деталей накладаються одна на одну.

Далі представлено авторський алгоритм автоматичної підготовки інформації про деталь. Вихідною інформацією для цього алгоритму є креслення, які зберігаються у графічних монохромних зображеннях растрових форматів. Результатом перетворення є координати вершин зовнішніх контурів деталі, які отримані із заданою точністю .

Для отримання координат про зовнішні контури деталі відповідно до запропонованого алгоритму потрібно виконати наступні дії:

1. Отримання інформації зі сканера чи растрового графічного файлу, та визначення точності введення зображення креслення деталі .

2. Визначення точки всередині деталі та зафарбування деталі одним кольором.

3. Позбавлення зображення від небажаної випадкової інформації, тобто від шумів.

4. Визначення першої точки що належить зовнішньому контуру деталі.

5. Визначення наступних точок на зовнішньому контуру деталі.

6. Ущільнення інформації про зовнішній контур деталі.

Для позбавлення зображення від небажаної випадкової інформації, тобто від шумів, запропонований наступний алгоритм:

Масив точок, які складають растрове зображення вихідної деталі, позначається як А[w,h], де w - кількість точок у стовбці масиву h - кількість точок у рядку, a(i,j) - відповідно елемент цього масиву (a(i,j)- значення кольору точки). Складається новий масив даних С[w,h] того ж розміру, що і зображення креслення деталі із небажаною випадковою інформацію. Значення елементів цього масиву, а саме кольору точки c(i,j), i=1,…,w, j=1,…,h визначаються наступним чином:

Якщо у околі точки a(i,j), більше точок білого кольору, то точка теж приймається білого кольору, інакше - чорного.

Після застосування фільтрів визначаються точки, що належать зовнішньому контуру деталі.

Для цього ланцюг точок, що визначають координати контуру, позначається як L. Точка, що належить цьому ланцюгу, відповідно позначається, як, f=0,…,m-1, де m - кількість точок у ланцюзі.

Для пошуку першої точки растрове монохромне зображення сканується по рядках до знаходження першої точки чорного кольору. Решта точок визначається наступним чином: у множині точок, де, визначається точка P(x_f,y_f), в околі якої найбільша кількість білих точок. ( Це є гарантією, що точка P(x_f,y_f) належить контуру деталі). Обрана точка заноситься до ланцюгу L, L=LP(x_f,y_f).

Після визначення всіх точок на зовнішньому контуру деталі, масив може містити декілька тисяч точок. Їх кількість залежить від периметру деталі та роздільної здатності, з якою отримане креслення деталі. Для ущільнення інформації обирається необхідна точність . Алгоритм ущільнення інформації про зовнішній контур деталі працює наступним чином:

Через точки та, що належать масиву не ущільненої інформації , проводиться пряма . Початкове значення: i=0, k=2. Із точок , де j=i+1,…,k-1 опускаються перпендикуляри на пряму .

На кожному кроці k збільшується на одиницю. Якщо хоча б одне значення , де, то точка заноситься до ланцюгу ущільненої інформації,. Після цього i та k приймають нові значення. i=k-1 , k = k + 1.

До задач підготовки інформації про деталі можна віднести підготовку інформації про деталі з спроектованими на них декоративними елементами. Схеми з декоративними елементами можуть використовуватись при проектуванні літнього взуття, тоді в якості декоративних елементи виступають фігурні отвори. Відповідно, при побудові таких схем, потрібно підготувати інформацію про декоративні елементи та розробити спосіб збереження інформації про них.

Серед декоративних елементів були розглянуті такі: прямокутник, ромб, хрест, правильний N-кутник, коло, крапля, еліпс та зірка.

У роботі запропонований спосіб проектування декоративних елементів на деталях та метод збереження інформації про розкрійні схеми, для деталей з декоративними елементами. Для відтворення декоративних елементів доцільно зберігати тільки основні параметри, по яким можна відновити деталь. Інформацію про параметри декоративних елементів доцільніше зберігати у окремих файлах, які використовуються при візуалізації розкрійних схем. Ці параметри можна розбити на два типи:

- параметри, що відповідають за місце розташування декоративного елемента на деталі (вони стандартні для кожного декоративного елемента - координати полюса декоративного елемента відносно полюса деталі та кут повороту декоративного елементу відносно його основного положення.)

- параметри самого декоративного елементу, які однозначно визначають ключові координати його зовнішнього контуру.

У третьому розділі представлені алгоритми побудови щільних укладок та розкрійних схем. Задача побудови щільних укладок для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів була розв'язана у наступній постановці: серед подвійних решітчастих укладок многокутників і із щільністю укладки знайти таку,для якої щільність подвійної укладки многокутників і, виконаної за цією решіткою, задовольняла співвідношенню:

В нашому випадку, та - замкнені многокутники, якими представляються деталі, та - відповідно - площі цих деталей. Враховуючи те, що та є сталими величинами, задачу можна сформулювати по іншому: серед подвійних решіток, допустимих для укладки фігур і, знайти таку, детермінант якої має мінімальне значення.

На основі щільних укладок будуються розкрійні схеми. Задача побудови розкрійних схем решітчастого розміщення деталей на матеріалі прямокутної форми для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів, була розв'язана в роботі у наступній постановці:

Дано: матеріал прямокутної форми довжиною та шириною , два види деталей та з різною конфігурацією зовнішніх контурів та площами та . Побудувати схему з решітчастим розміщенням деталей на матеріалі таким чином, щоб відсоток виростання матеріалу був максимальним, тобто: де - кількість деталей першого типу; - кількість деталей другого типу.

Або, в термінах подвійних решіток, задача розміщення деталей на матеріалі може бути сформульована наступним чином: серед множини подвійних решіток для двох деталей та обрати ту подвійну решітку , для якої відсоток виростання матеріалу є найбільшим, тобто: де r- кількість допустимих схем; - довжина і- ої схеми розкрою, .

Для розв'язання цієї задачі необхідно виконати наступні етапи:

1. Визначаються площі та деталей та . Площа деталі S, зовнішній контур якої представлений координатами вершин , і=1,…,n, де n кількість вершин апроксимуючого многокутника, визначається за наступною формулою:

2. Будується еквідистанта до зовнішнього контуру деталі.

3. Будується множина щільних укладок для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів.

4. Проводяться опорні прямі, паралельні границям матеріалу, які визначають допустиму область розміщення деталей q₁ та q₂. Для цього виконуються наступні пункти.

4.1. навколо деталей q₁ та q₂, повернутих на кути та - відповідно, - описуються прямокутники;

4.2. визначаються наступні величини:, (відстань від лівої границі деталі до полюса), , ( відстань від правої границі деталі до полюса), , (відстань від верхньої границі деталі до полюса), , ( відстань від нижньої границі деталі до полюса);

4.3. проводяться опорні прямі для деталей q₁ та q₂. Для деталі- це прямі, які обмежують наступну область на матеріалі.

Якщо полюс деталі лежить всередині області, то деталь не буде виходити за межі матеріалу, інакше - деталь виходить за межі матеріалу, якщо на одній із опорних прямих, тобто на границі області ?^k(?^r).

5. Розраховуються параметри кожної із допустимих розкрійних схем та обирається схема з найбільшим відсотком використання матеріалу.

Полюси деталей будуть лежати у вузлах подвійної решітки, , де. Для деталі - кількість вузлів подвійної решітки, що знаходяться в області для. Координати вузлів решітки, що знаходяться в області для , будуть координатами полюсів деталей q₁ (q₂) , які повернені на кут и_к (и_r). Із всіх розрахованих схем розкрою обирається та, відсоток використання матеріалу для якої найбільший.

6. Параметри розкрійної схеми з найбільшим відсотком використання матеріалу зберігаються у файлі.

7. Візуалізація або вивід на друк розкрійної схеми.

Так, як краща укладка не завжди визначає найкращу розкрійну схему, то будувати ефективні схеми розкрою, які б не потребували подальшого коригування, не завжди вдається. Звідси випливає необхідність у розробці алгоритмів та програмного забезпечення для побудови та коригування вже побудованих схем розкрою у інтерактивному режимі.

При розробці універсального алгоритму контролю дій користувача при побудові та коригуванні розкрійних схем були розв'язані наступні задачі:

· розміщення деталей на матеріалі заданих розмірів та неперетин деталями границь матеріалу та вже розміщених деталей (додавання деталі до схеми);

· вилучення будь-якої раніш розміщеної деталі із розкрійної схеми;

· визначення взаємного розташування деталей (перевірка їх взаємного розташування).

При розв'язанні всіх задач потрібно визначати взаємне розташування деталей та площині. Методи променя і кутів дозволяють визначити взаємне розташування деталей по взаємному розташуванню їх вершин. Для випадку взаємного розташування деталей на рис.6.а. ці методи покажуть, що деталі не перетинаються, так як жодна вершина однієї деталі не знаходиться всередині другої.

Для визначення взаємного розташування деталей на площині крім визначення взаємного розташування вершин, потрібно і знати і взаємне розташування сторін. Отже, виникає потреба у розробці універсального алгоритму контролю дій користувача при інтерактивній побудові та коригуванні схем розкрою.

Так як зовнішній контур будь-якої деталі моделі після апроксимації представляє собою опукло-ввігнутий многокутник, то задача визначення взаємного розташування двох деталей зводиться до задачі визначення взаємного розташування двох відрізки AB та СD, які належать двом різним многокутникам. Нехай, є два відрізки AB та СD з координатами вершин:

Достатньою умовою перетину двох відрізків AB та BC буде те, що вершини A та B лежать по різні сторони прямої СD та вершини С,D лежать по різні сторони прямої AB

Навколо деталей описуються прямокутники. Якщо вони перетинаються, або накладаються, спочатку визначається зона перетину (рис. 7). Для визначення зони перетину двох прямокутників, позначимо ліву верхню вершину першого прямокутника, як, другого -, праву нижню вершину першого многокутника - як, другого.

Відповідно, зона перетину представляє собою прямокутник з координатою лівої верхньої вершини

Потім визначається, які сторони одного та другого многокутника попали у зону перетину, використовуючи один із відомих алгоритмів визначення точки перетину двох відрізків.

Далі, по черзі, розглядаються всі сторони першого многокутника, що попадають у зону перетину двох прямокутників, та визначається, чи мають вони точки перетину хоча б з одною із сторін другого многокутника, які теж попали у зону перетину. Якщо хоча б одна сторона має хоча б одну точку перетину з сторонами іншого многокутника, то вважається, що многокутники перетинаються.

У четвертому розділі розглянута практична реалізація автоматизованої системи проектування розкрійних схем по таким напрямкам:

· оцінка величини апроксимації при автоматичній підготовці вихідної інформації про зовнішні контури деталей;

· розробка рекомендацій використання програмного комплексу для побудові розкрійних схем, що базується на алгоритмах, запропонованих в роботі;

· швидка та надійна передача інформації про зображення схем розкрою по комп'ютерній мережі.

При побудові розкрійних схем зовнішні контури деталей апроксимуються многокутниками, для однозначного визначення яких достатньо знати координати вершин їх зовнішніх контурів. Велика кількість вершин призводить до підвищення обчислювальної складності при виконанні операцій над деталлю. А чим менше вершин, тим більші викривлення площ деталей при апроксимації. Отже, виникає задача оцінити кількісні зміни площі при кусково-лінійній апроксимації із заданим .

Для цього в роботі вводиться коефіцієнт точного відображення деталі ж.

Нехай є деталь Sd та плоский геометричний об'єкт Sr, що апроксимує цю деталь. Під коефіцієнтом точного відображення ж розуміється наступна математична залежність: ж=1-|deSp|/|Sd|, де |Sd| - площа деталі Sd, |Sp| - площа плоского геометричного об'єкту (зафарбованої області на рис.8.б), що визначається наступним чином: Sp= (Sd\Sr)( Sr\Sd). Тобто площа зафарбованої області

Дослідження показали, що при точності е=0.5мм площа апроксимуючого многокутника буде відрізнятись від площі плоского геометричного об'єкту не більше ніж 1.5%, а при точності е=0.25мм площа апроксимуючого многокутника буде відрізнятись від площі плоского геометричного об'єкту не більше ніж 0.7%.

Кількість вершин апроксимуючого многокутника при 0.5мм?е ?0.25мм буде не більше ніж 60, що повністю задовольняє технологічним вимогам втрати площ при апроксимації контуру та не збільшує час при обрахунку зміни положень деталі.

Був проведений аналіз роботи програмного комплексу побудови щільних укладок та розкрійних схем. Для визначення найкращої укладки потрібно розглянути всі можливі положення деталей в ній, тобто розглянути розташування деталей на площині під всіма можливими кутами повороту. Відсоток укладки буде найвищій у положенні, при якому дві деталі повністю ввійдуть у паралелограм найменшої площі. Найкраща щільна укладка дозволяє оцінити мінімальні міжшаблонні відходи. У деяких випадках щільніша укладка утворюється коли деталі розташовані під кутами та , які відрізняються від основних положень деталі ( розташування під кутами 0 або 180 градусів).

Але так, як краща щільна укладка не завжди визначає кращу розкрійну схему, через крайові відходи, то при побудові розкрійних схем перебирається всі укладки з великою щільністю.

Для візуалізації та виводу на друк розкрійних схем розроблений САМ компонент, що входить до складу програмного комплексу. Крім того будь-яку із розкрійних схем, що зберігаються у файлі формату *.sxm, можна при необхідності відкоригувати в інтерактивному режимі за допомогою CAD/CAM компонентів контролю дій користувача, які також входять у програмний комплекс. У цих CAD/CAM компонентах реалізовані алгоритми, що запропоновані в третьому розділі для інтерактивної побудови розкрійних схем.

ВИСНОВКИ

1. Комплексно розв'язано задачу автоматичної підготовки інформації про зовнішні контури деталей. Джерелом інформації про контур може бути ескіз деталі, чи растровий файл графічного зображення. Результат - координати вершин зовнішніх контурів деталей, що отримані з заданою точністю.

2. Дано оцінку необхідної точності апроксимації при отриманні координат зовнішнього контуру деталі.

3. Розроблено математичну модель побудови щільних решітчастих укладок для двох видів деталей, які мають довільну (однакову або різну ) конфігурацію зовнішніх контурів.

4. Сформульовано достатню умову існування щільних укладок для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів.

5. Запропоновано метод побудови щільних укладок для двох видів деталей, які мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів. Представлений у роботі метод базується на авторському алгоритмі побудови ГВФЩР.

6. Розроблено математичну модель побудови решітчастих розкрійних схем рулонних матеріалів для двох видів деталей, які мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів.

7. Представлено метод побудови решітчастих розкрійних схем рулонних матеріалів для двох видів деталей, які мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів, з урахуванням специфіки технологічних умов та обмежень щодо розміщення деталі на матеріалі.

8. Запропоновано спосіб генерування декоративних елементів на деталях та збереження інформації про деталі, на які спроектовані декоративні елементи.

9. Розроблено метод побудови та збереження інформації по розкрійні схеми для деталей з декоративними елементами.

10. Розроблено математичну модель задачі інтерактивної побудови та коригування вже побудованих розкрійних схем.

11. Запропоновано алгоритм контролю дій користувача при інтерактивній побудові та коригуванні раціональних схем розкрою, який не містить недоліків алгоритмів контролю взаємного розташування геометричних об'єктів на площині, які використовуються зараз (метод променя та метод кутів);

12. Забезпечено вивід розкрійних схем у поширених форматах файлів растрової графіки, у розробленому форматі *.sхm, та графічна візуалізація побудованих схем розкрою.

13. Обґрунтовано вибір алгоритму для компресії та декомпресії розкрійних схем та технологію для їх передачі по мережі.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Чупринка В.І. Алгоритм автоматичної підготовки вихідної інформації для побудови раціональних схем розкрою. / В.І.Чупринка, О.В. Чебанюк // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2006. -№6 (32). - С. 18-22

2. Чебанюк О.В. Алгоритм побудови годографа вектор-функції щільного розміщення. / О.В. Чебанюк, В.І. Чупринка // Тези доповідей V Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 26-28 квітня „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.2. - К.:КНУТД, 2006, С.57.

3. Чупринка В.І. Алгоритм інтерактивної побудови та коригування схем розкрою. / В.І.Чупринка, О.В. Чебанюк // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2007. -№ 1. С. 31-35

4. Чебанюк О.В. Програмне забезпечення інтерактивної побудови схем розкрою. /О.В. Чебанюк, В.В. Герасеменко // Тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 17-18 квітня „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.2. - К.:КНУТД, 2007. - С. 43.

5. Чебанюк О.В. Програмне забезпечення ущільнення інформації растрової інформації графічних зображень. О.В. Чебанюк, В., І.Ю. Темченко // Тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 17-18 квітня „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.2.-К.:КНУТД, 2007. - С. 44.

6. Чебанюк О.В. Побудова щільних укладок для двох видів деталей. /О.В. Чебанюк, В.І. Чупринка // Тези доповідей VІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 17-18 квітня „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.2. - К.:КНУТД, 2007. -С. 46.

7. Чебанюк О.В. Застосування чисельних методів при моделюванні технологічних процесів у легкій промисловості на прикладі визначення оптимальних розмірів нитконямлячів та робочіх органів трикотажних машин. /Чебанюк О.В., Щербань В.Ю. // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2005. -№4.- С. 18-24.

8. Чупринка В.І. Алгоритм побудови щільних укладок для двох видів плоских геометричних об'єктів. / В.І.Чупринка, О.В. Чебанюк // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2007. -№6. - С . 107-112.

9. Чебанюк О.В. Моделювання процесів взаємодії нитки з напрямною поверхнею. /Чебанюк О.В., Щербань В.Ю. // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2005. -№5.- С. 86-89.

10. Чебанюк О.В. Розробка засобів підвищення ефективності роботи САПР легкої промисловості. /О.В.Чебанюк // Вісник Київського національного університету технологій та дизайну, 2008. -№1. - С. 209-213.

11. Чебанюк О.В. Методика автоматичної побудови розкрійних схем для двох видів плоских геометричних об'єктів. / О.В. Чебанюк, В.І. Чупринка. // Матеріали 6-ої міжнародної науково-практичної конференції з програмування УкрПрог,2008 . - С. 730-734.

12. Чупринка В.І. Автоматизована підготовка інформації про схеми розкрою рулонних матеріалів на однакові плоскі геометричні об'єкти, / В.І. Чупринка, А.В. Пінчук, О.В Чебанюк // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Даля, 2008. -№8 (126). - С. 226-230.

13. Чупринка В.І. Автоматична побудова решітчастих схем розкрою для двох видів плоских геометричних об'єктів. / В.І.Чупринка, А.В.Пінчук, О.В.Чебанюк // Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Даля ,2008. -№8 (126). - С. 230-235.

14. Чебанюк О.В. Раціональний розкрій рулоних матеріалів на деталі взуття. /О.В. Чебанюк, В.І. Чупринка // Тези доповідей VІІ Всеукраїнської наукової конференції молодих вчених та студентів, 15-16 квітня „Наукові розробки молоді на сучасному етапі”. - Т.2. - К.:КНУТД, 2008. - С. 37.

15. Чупринка В.І. Інтерактивна побудова та коригування вже побудованих схем розкрою. / В.І.Чупринка, А.В. Пінчук, О.В. Чебанюк// Вісник Східноукраїнського національного університету ім. Даля, 2009. - №6, - С. 279-284.

16. Чупринка В.И. Алгоритм интерактивного построения и корректирования схем раскроя. / В.И. Чупринка, Е.В. Чебанюк, В.Ю. Щербань // Материалы VI международной конференции «Техническое регулирование: базовая основа качества товаров и услуг», Шахти, 2008. - С. 141-143.

17. Чупринка В.И. Алгоритм построения плотных укладок для двух видов плоских геометрических объектов. / В.И. Чупринка, Е.В. Чебанюк, П.В. Омельченко // Материалы VI международной конференции «Техническое регулирование: базовая основа качества товаров и услуг», Шахти, 2008. - С. 143-147.

18. Чупринка В.И. Алгоритм сохранения информации о декоративных элементах на деталях обуви. / В. И. Чупринка, Е.В.Чебанюк // Материалы VIІ международной конференции «Техническое регулирование: базовая основа качества товаров и услуг», Шахты, 2009. - С. 70-73.

19. Чупринка В.И. Подготовка информации для автоматизированного раскроя материалов на детали обуви / В.И. Чупринка, Е.В. Чебанюк, П.В. Омельченко // Материалы VIІ международной конференции « Техническое регулирование: базовая основа качества товаров и услуг», Шахты, 2009. - С. 73-76.

АНОТАЦІЇ

Чебанюк О.В. Розробка методу автоматизованого проектування розкрійних схем рулонних матеріалів на деталі взуття. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.18 - технологія взуття шкіряних виробів та хутра. - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ 2009.

Дисертаційна робота присвячена розробці методу автоматизованого проектування розкрійних схем решітчастого розміщення деталей на матеріалі прямокутної форми для двох видів деталей, що мають довільну ( тобто однакову або різну) конфігурацію зовнішніх контурів. В роботі представлені алгоритми та математичні моделі для всіх етапів комплексного розв'язання цієї задачі.

Запропоновані методи, алгоритми та математичні моделі автоматичної підготовки інформації про зовнішні контури деталей, побудови щільних укладок та розкрійних схем для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів, проектування декоративних елементів на деталі, алгоритм контролю дій користувача при інтерактивній побудові та коригуванні розкрійних схем.

При підготовці інформації про зовнішні контури деталей вихідною інформацією є зображення деталей, що зберігаються у графічних файлах растрових форматах. Результат - координати зовнішніх контурів деталей, які отримані з заданою точністю. В роботі обґрунтовано вибір необхідної точності апроксимації при отриманні зовнішніх координат контуру.

Запропонований у роботі метод побудови щільних укладок для двох видів деталей, що мають довільну конфігурацію зовнішніх контурів, базується на основі математичного апарату годографа вектор-функцій щільного розміщення, Для підвищення щільності деталі в укладках можуть бути повернуті під довільними кутами та .

У роботі описаний метод автоматичної побудови розкрійних схем, які відповідають технологічним вимогам та обмеженням щодо розміщення деталі на матеріалі. Передбачена можливість повороту решітки.

Також запропонований метод контролю дій користувача при інтерактивному коригуванні розкрійних схем, що базується на визначенні взаємного положення сторін деталей та не має недоліків алгоритмів кутів та променя.

Ключові слова: розкрійна схема, щільна укладка, годограф, решітчасте розміщення деталей, декоративні елементи, інтерактивний розкрій, технологічна підготовка інформації ,алгоритми стиску інформації, апроксимація, оцінка точності апроксимації.

Чебанюк Е.В. Разработка метода автоматизированного проекти-рования раскройных схем рулонных материалов на детали обуви. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.18. - технология обуви, кожгалантерейных изделий и меха. - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев. 2009.

В работе представлены алгоритмы и математические модели для комплексного решения задачи построения плотных укладок и раскройных схем для двух видов деталей, которые имеют произвольную, то есть одинаковую или разную, конфигурацию внешних контуров.

В работе выделены задачи, которые необходимо решить для подготовки информации про деталь в интерактивном и автоматическом режимах.

Предложен метод автоматической подготовки технологической подготовки информации про деталь. Источником информации являются графические файлы растровых форматов, в которых хранится изображение детали. Результат работы алгоритма - координаты внешних контуров детали, полученные с точностью, определенной пользователем.

Предложен метод построения плотных укладок для двух видов деталей, которые имеют произвольную конфигурацию внешних контуров. Детали в укладках могут быть повернуты под углами и . Для построения плотных укладок используется математический аппарат годографа вектор функций плотного размещения.

Описан метод построения раскройных схем с соблюдением технологических ограничений и требований относительно расположения детали на материале. Предусмотрена возможность поворота решетки и построение схем с спроектированными на детали декоративными элементами. Разработана система хранения информации про декоративные элементы и метод воссоздания декоративных элементов.

Предложен алгоритм контроля действий пользователя при интерактивном построении и корректировании раскройных схем, который не имеет недостатков алгоритмов луча и углов, так как базируется на определении взаимного расположения вершин, а не сторон деталей, для которых ищется их взаимное расположение.

Далее дана оценка необходимой точности апроксимации при получении информации про внешний контур детали. Проведен анализ работы разработанного программного комплекса, даны рекомендации по его использованию для построения раскройных схем с высоким процентом использования материала. Предложен метод эффективного сжатия информации цветных и черно-белых раскройных схем.

Ключевые слова: аппроксимация, технологическая подготовка информации, вектор-функция плотного размещения, плотная укладка, раскройная схема, решетчатое размещение, рулонный материал, детали обуви, интерактивный раскрой, точность аппроксимации, декоративные элементы, алгоритмы сжатия информации, рещетчастое размещение деталей.

Chebanuik O. V. Development of method automated design cutting schemas of roll materials on shoe's details.

Thesis for submitting a candidate of technical science degree on speciality 05.18.18 Footwear, leather and fur items.- Kyiv National University of Technologies and Design, Kiev, 2009.

The thesis is dedicated to development of method automated generation cutting schemas, in witch details are placed in grid on the rectangle's form material, for two kinds of details, which have arbitrary (the same or different) configuration of outside contour. The methods, algorithms and mathematical models for every step of complex decision of this task are proposed in this work. Methods, algorithms and mathematical models of automated information preparation's about outside detail's couture, building, thick packing and cutting schemas for details, witch have arbitrary configuration of outside contours, designing of picturesque elements on details, the algorithm of control user's action during interacting building and correction of cutting schemas.

For the algorithm of information's preparation source information is drawing of details in bitmapped graphics format. The result - is positions of outside detail's contour, witch get with chosen accuracy. Also the measure of accuracy is founded in work.

The algorithm of building, thick packing for details, witch have arbitrary configuration of outside contours, proposed in this work is founded on the mathematical apparatus of hodograph vector function thick packing.

The algorithm of building cutting schemas in automated design includes operation of grid's rotation.

The algorithm of user's action control is based on the operation of detection details sides positional relationship.

Key words: cutting schema, thick packing, locus function, lattice detail's allocation, picturesque elements, interactive cut, technology information's preparation, algorithms of information's compression, approximation, estimation of approximation's precision.

Размещено на Allbest.ru