Автоматизована система розкрою листового прокату в суднобудуванні

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ МОРСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ АДМІРАЛА МАКАРОВА

УДК 629.5.081.4 : 681.518.001.33.002.1

Удовицький Дмитро Валентинович

Автоматизована система розкрою листового прокату в суднобудуванні

05.08.04 - Технологія суднобудування та судноремонту

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Миколаїв - 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Українському державному морському технічному університеті імені адмірала Макарова, Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник:кандидат технічних наук, доцент, Фатєєв Микола Володимирович, Український державний морський технічний університет імені адмірала Макарова, декан факультету післявузівський підготовки, завідуючий кафедрою Основ підприємництва та управління підприємством.

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор, Мільто Олексій Олексійович, ТОВ-фірма “Байтвек” (м. Миколаїв), президент фірми кандидат технічних наук, доцент Герасимович Леонід Михайлович, Херсонський економіко-правовий інститут Міністерства освіти і науки України, завідувач кафедри менеджменту ЗЕД

Провідна установа:Одеський державний морський університет, Міністерства освіти і науки України, м. Одеса.

Захист відбудеться "28" травня 2001 р. о "10⁰⁰" годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 38.060.01 при Українському державному морському технічному університеті імені адмірала Макарова за адресою: 54025, м. Миколаїв, пр-т Героїв Сталінграду, 9.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Українського державного морського технічного університету імені адмірала Макарова за адресою: 54001, м. Миколаїв, пр-т Героїв Сталінграду, 9.

Автореферат розісланий "27" квітня 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.Ф. Квасницький

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розкрій листового прокату є одним з етапів технологічної підготовки суднобудівного виробництва. Задачі, розв'язувані на цьому етапі, характеризуються значною трудомісткістю. Крім того, ці задачі впливають на формування запуску металу в обробку, і їх рішення без застосування засобів автоматизації приводить до неефективного використання ресурсів підприємства і порушенню графіка побудування судна. Відповідно, у закордонних та вітчизняних дослідженнях процесів технологічної підготовки виробництва значна увага приділяється автоматизації розкрою. Незважаючи на проведені роботи, у даний час на ринку відсутня хоч скільки-небудь визнана ефективна система розкрою. Причиною недостатньої ефективності є недосконалість формалізованих моделей, покладених в основу існуючих систем і застосовуваних методів вирішення задач. Це викликає необхідність подальшого дослідження процесів розкрою листового прокату.

Будь-яка досить складна автоматизована система у своєму розвитку проходить кілька етапів: аналіз вимог, формалізація моделюємих процесів, реалізація, тестування і наступне супроводження. Як правило, ефективного рівня, на якому вона може задовольняти поставленим цілям, система досягає, якщо її розвиток має циклічну природу. Дійсно, до моменту, коли завершується реалізація і тестування системи, накоплений досвід дозволяє конкретніше визначити вимоги і будувати більш ефективні формалізовані моделі. Такий досвід отримано в результаті власних досліджень, розробок і аналізу інших робіт.

Крім факторів природної еволюції автоматизованих систем особливе значення має і вплив науково-технічного прогресу, визначаючий розвиток обчислювальної техніки, технологічного устаткування та ін. З підвищенням рівня автоматизації змінюються також підходи до представлення і рішення задач, технологічні й управлінські структури, технологічні процеси й ін.

Зв'язок з науковими програмами. Дисертаційна робота включає розробки, виконані відповідно до плану НДР УДМТУ Міністерства освіти і науки України по темах № 12/1264 "Розвиток інструментальних засобів САПР/АСТПВ у суднобудуванні на основі експертних систем" № держреєстрації 0197U 012946, № 13/1360 "Удосконалювання методів і засобів проектування технологічних процесів у корпусообробному виробництві" № держреєстрації 0100U 003106 та госпдоговірної теми № 1418 "Адаптація і впровадження програмних засобів автоматизованого розкрою листових матеріалів".

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є удосконалення технологічної підготовки суднобудівного виробництва при розкрої листового прокату на основі розробки методів і засобів автоматизованого формування планів розкрою і призначення маршруту вирізки деталей.. Для досягнення поставленої мети знадобилося вирішення наступних задач:

розробити теоретичні положення системи розкрою і її складових процесів;

дослідити процеси розкрою листового прокату і провести аналіз предметної області. Провести дослідження функціонального та інформаційного аспектів процесів розкрою та взаємозв'язок між сутностями системи розкрою;

розробити методи автоматизованого формування планів розкрою, установити закономірності впливу властивостей деталей і областей розміщення на формування планів розкрою, алгоритмізувати процес пошуку варіантів розміщення деталей;

формалізувати процес призначення маршруту вирізки деталей, дослідити параметри, що дозволяють підвищити ефективність використання матеріальних ресурсів при вирізці;

розробити методи автоматизованого обліку і використання мірних відходів, що залишаються після вирізки;

дослідити задачі, що виникають при розкрої листового прокату в корпусообробному цеху суднобудівного та судноремонтного підприємства, і розробити засоби їх автоматизованого рішення.

При рішенні поставлених задач використані наступні методи й апарат дослідження. При розробці специфікації системи розкрою застосовані методи структурного системного аналізу. При розробці методів формування планів розкрою, призначення маршрутів різання і розрахунку мірних відходів використані методи теорії множин, математичної логіки, обчислювальної геометрії і математичного програмування. При практичній реалізації отриманих результатів використані методи об'єктно-орієнтованого програмування.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному:

1.Вперше досліджено процес розкрою як комплекс взаємопов'язаних задач та розроблено специфікацію, яка відображає функціональний і інформаційний аспекти предметної області та являється первинним документом при створенні систем розкрою;

2.Розроблено нові методи формування планів розкрою, в основу яких покладено ідентифікацію та зіставлення властивостей деталей і областей розміщення, методи виділення областей розміщення та розширення простору пошуку при розкрої;

3.Розроблено методи автоматичного та інтерактивного розрахунку контурів мірних відходів, що залишаються після вирізки карт розкрою. Запропонована специфікація системи розкрою описує також облік і використання мірних відходів;

4.Формалізовано процес автоматичного призначення маршруту різання. Розроблено методи розрахунку точок пробивання метала та параметрів вирізки контурів деталей, враховуючих технологічні вимоги;

5.Розроблено концепцію створення автоматизованого робочого місця технолога дільниці теплової різки в середовищі інформаційної системи суднобудівного підприємства.

Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні програмних засобів для автоматизованого розкрою листового прокату, що дозволяють знизити трудомісткість і час формування карт розкрою, підвищити якість рішення задач і ефективно використовувати матеріальні ресурси, зокрема, враховувати і надалі використовувати мірні відходи. Крім того, проведені розробки дозволяють удосконалити організаційну структуру корпусообробного виробництва шляхом створення автоматизованого робочого місця технолога на ділянці теплової вирізки.

У результаті проведених досліджень розроблена система прямокутного розкрою АСТРА-Д та одержала подальший розвиток система розкрою деталей довільної форми РАЛИ; розроблено пакет програмних засобів АРМ технолога дільниці теплового вирізки.

Система автоматизованого розкрою деталей довільної форми інтегрована в САПР/АСТПВ ДЕЙМОС і ПЛАТЕР і впроваджена на підприємствах НДІ "Центр" (м. Миколаїв), ТОВ "Торола" (м. Миколаїв) та ФПО "Море" (м. Феодосія). На підприємствах НДІ "Центр" та "Торола" система використовується при підготовці керуючих програм вирізки для суднобудівних підприємств: Суднобудівна верф (м. Рига), ВСЗ (м. Волгоград), "Океан" (м. Миколаїв) та ін. Отримано пропозиції про співробітництво від ведучих російських розроблювачів САПР - КОМПАС (Аскон), Тиграс (Камея) і Stalker (УГАТУ).

Система розкрою деталей прямокутної форми використовується при технологічній підготовці на підприємствах: ПП "Ісаєнко О.Д." (м. Миколаїв), ТОВ ПТТКФ "Мегаліон" (м. Миколаїв), ТОВ "JUNIOR" (м. Алмати, Казахстан), ТОВ "ГЛЭСС" (м. Волгоград, Росія) і ряді інших підприємств.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто виконані наступні роботи. Системний аналіз предметної області і розробка специфікації системи розкрою. Встановлено залежності між властивостями деталей і областей розміщення. Розроблено методи виділення областей розміщення, розширення простору пошуку при формуванні планів розкрою і методи пошуку варіантів розміщення деталей. Розроблено методи формування, обліку і використання мірних відходів. Формалізовано процеси призначення маршруту різання - призначення послідовності вирізки і визначення координат точок пробивання, розрахунок параметрів обробки контуру деталі, контроль перетинання ліній різа.

При участі автора виконана програмна реалізація запропонованих методів. Особисто автором виконані наступні роботи: розробка алгоритмів розширення простору пошуку, визначення варіантів розміщення й укладання деталей, формування областей розміщення, розрахунку параметрів вирізки деталей, контролю перетинання ліній різа; розробка засобів обліку і розкрою мірних відходів; розробка засобів діалогового коректування планів розкрою; а також елементи інтерфейсу користувача.

Апробація результатів дисертації. Результати дисертаційної роботи доповідалися й одержали позитивну оцінку на наукових семінарах кафедри Технології суднобудування (1996 - 2000); на міжнародній науково-технічній конференції "Ресурсо- і енергозберігаючі технології в промисловості" (м. Одеса, 1997); на міжнародному науково-практичному симпозіумі "Проблеми суднобудування: стан, ідеї, рішення" (м. Миколаїв, 1997); на міжнародній конференції "Інформаційні і керуючі системи" (м. Миколаїв, 1998); на науково-технічних конференціях УДМТУ (м. Миколаїв, 1998, 2000).

Створено і розміщено в мережі Internet сайт "Автоматизація розкрою промислових матеріалів" (http://astranest.chat.ru), де публікуються результати досліджень, опис і демонстраційні версії розроблених систем розкрою. Програма розкрою деталей прямокутної форми в травні 2000 р. за результатами рейтингу включена в "Колекцію корисних програм", опубліковану в російському журналі "Комп'ютер Пресс", і випущена на видавничому компакт-диску. Програма представлена в ряді популярних каталогів в мережі Internet (http://www.download.ru, http://www.softlist.ruі ін.). За результатами рейтингу каталогу ListSoft (http://www.listsoft.ru) програма одержала оцінку 10 з 10 і нагороду Users Choice - Вибір користувачів. За результатами рейтингу каталогу SoftArea.ru (http://www.softarea.ru) програма "Астра-Д" одержала нагороду Useful - Корисна.

Публікації. Основні положення дисертації викладені в 5 наукових статтях.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів основної частини, загальних висновків, списку використаних джерел з 79 найменувань, трьох додатків і містить 48 малюнків і 1 таблицю. Обсяг дисертації 138 сторінок.

суднобудівне розкроювання листовий прокат

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, визначені мета, задачі і методологічні основи дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи.

У першому розділі проведено аналіз методів і засобів автоматизації розкрою листових матеріалів. Значний внесок у рішення проблеми внесли Канторович Л.В., Мухачева Э.А., Стоян Ю.Г., Гіль М.І., Партас В.К., Височин В.Д., Фісак Э.В., Бєлякова Л.Б., Адамович М. (M. Adamowicz), Альбано А. (A. Albano) та ін.

Показано, що, незважаючи на проведені дослідження, задача автоматизованого розкрою не має досить ефективного рішення. Причиною недостатньої ефективності є недосконалість формалізованих моделей, покладених в основу існуючих систем і застосовуваних методів вирішення задач.

На основі зробленого аналізу визначені напрямки дослідження дисертаційної роботи:

1)Розглянути процес розкрою як комплекс задач, що утворюють складну систему. Використовуючи системний підхід розробити логічну модель системи автоматизованого розкрою;

2)Дослідити процеси розкрою листових матеріалів. Розробити методи автоматичного формування планів розкрою, призначення маршруту вирізки деталей та використання мірних відходів.

3)Розробити заходи для удосконалення організації виробництва і підвищення ефективності технологічної підготовки виробництва на ділянці теплової вирізки корпусообробного цеху суднобудівного підприємства.

В другому розділі на основі системного підходу виконано аналіз процесів розкрою листових матеріалів. Процес розкрою являє ряд задач, рішення яких виявляється неповним без врахування їх взаємодії. Сукупність задач розкрою розглядається як складна інформаційна система. Результати, отримані в ході проведеного дослідження, формують концептуальне представлення предметної області і лягають в основу розробки автоматизованих систем розкрою. У процесі аналізу розглядаються два аспекти системи розкрою - функціональний і інформаційний.

Для опису функціонального аспекту системи розкрою застосовані діаграми потоків даних. Відповідно до принципів декомпозиції й ієрархічного упорядкування система розкрою розбивається на функціональні підсистеми, які, у свою чергу, поділяються на підфункції, що підрозділяються на задачі. Процес розбивки продовжується до конкретних процедур. При цьому досліджуєма система зберігає цілісне представлення, у якому всі складові компоненти взаємопов'язані.

Так, на самому верхньому рівні представлення функціонального аспекту, система розкрою описується лише одним контекстним процесом "Отримати керуючу інформацію для вирізки деталей", що виражає основне призначення системи. Контекстний процес деталізується на ряд процесів першого рівня: підготовка початкових даних; формування планів розкрою; призначення маршруту різання та ін.

Ці процеси, які можна розглядати як функціональні підсистеми, надалі деталізуються до елементарного рівня. Приклад деталізації процесу "Формування планів розкрою" приведено на рис. 1.



Рис. 1 - Деталізація процесу "Формування планів розкрою"

У тому випадку, якщо подальша деталізація процесів неможлива, вони описуються специфікаціями. Нижче приведено приклад специфікації процесу "Автоматичне формування планів розкрою":

Специфікація процесу 2.1.

@ВХІД = ДЕТАЛІ ГСР

@ВХІД = листовой прокат

@ВХІД = МІРНІ ВІДХОДИ

@ВХІД = ПАРАМЕТРИ

@ВИХІД = ПЛАНИ РОЗКРОЮ

@СПЕЦПРОЦ 2.1. Автоматичне формування планів розкрою

ВИКОНАТИ на основі списків ЛИСТОВОГО ПРОКАТУ і МІРНИХ ВІДХОДІВ сформувати список областей розміщення

ДОТЕХПОРПОКА не розміщені всі деталі ТА є вільні області розміщення

ВИКОНАТИ вибрати деталь зі списку ДЕТАЛЕЙ ДЛЯ ГСР

ВИКОНАТИ вибрати область розміщення

ВИКОНАТИ укласти деталь в область розміщення і розрахувати координати прив'язки деталі

ВИКОНАТИ видати повідомлення про результати і закінчення процесу

@КІНЕЦЬ СПЕЦИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСУ 2.1.

Сукупність специфікацій елементарних процесів представляє повну специфікацію системи розкрою.

Для опису інформаційного аспекту системи розкрою застосовується діаграма "сутність-зв'язок". Процес розробки діаграми розбивається на два етапи:

розробка діаграм атрибутів сутностей предметної області;

ідентифікація відносин між сутностями і указання типів відносин;

Процеси розкрою листового прокату включають наступні сутності: запуск; матеріал; група спільного розкрою; деталь; листовий прокат; мірний відхід; план розкрою; маршрут різання.

Деталізація сутності здійснюється з використанням діаграм, що розкривають асоційовані з нею атрибути. На мал. 2 приведений приклад діаграми атрибутів сутності "Група спільного розкрою". Серед інших властивостей сутність має у своєму розпорядженні ключовий атрибут, унікально ідентифікуючий кожен об'єкт серед множини інших, і зовнішній ключ, що описує взаємозв'язок з іншими сутностями.

Рис. 2 - Діаграма атрибутів сутності "Група спільного розкрою"

Відносини між сутностями системи розкрою описуються діаграмою "сутність-зв'язок", що є також прообразом бази даних досліджуваної системи (рис. 3).

Рис. 3 - Діаграма "сутність-зв'язок" системи розкрою

У результаті аналізу створюється логічна модель системи розкрою, у якій вичерпно описані структура технологічного процесу підготовки керуючої інформації для вирізки деталей і структура інформації розглянутої предметної області. Специфікація побудованої логічної моделі є первинним документом, що описує вимоги до абстрактної системи розкрою листових матеріалів.

У третьому розділі досліджені методи вирішення задач розкрою. Розглядаються процеси формування планів розкрою, призначення маршруту вирізки деталей і використання мірних відходів.

Процес формування планів розкрою розбивається на кілька етапів: ідентифікація деталей; формування областей розміщення; пошук варіантів розміщення; розміщення деталі в обраній області. Для вирішення кожної задачі пропонується ряд методів, заснованих на емпіричних асоціаціях.

У загальному випадку задача формування планів розкрою зводиться до розміщення заданої множини деталей D в областях розміщення множини SG. Ці множини описуються вираженнями:

,

де - k-та деталь; K - кількість деталей ГСР; - властивості деталі; - i-та область розміщення на j-му листі; J - кількість аркушів; Ij - кількість областей розміщення на j-му листі; - властивості області розміщення .

Множина D формується на основі списку деталей, отриманого на попередніх етапах конструкторсько-технологічної підготовки виробництва. Множина областей розміщення формується на підставі даних по листовому прокату, мірним відходам і планам розкрою, сформованим частково чи цілком. Надалі, у процесі розміщення деталей на плани розкрою, множина SG динамічно змінюється.

Ідентифікація властивостей деталей і областей розміщення заснована на аналізі геометричних контурів. У результаті формуються множини і , що описують властивості об'єктів розкрою. Ці множини містять наступні елементи: F - ознака форми; Кф - відношення площі контуру до площі описаного прямокутника; Кв - питома площа увігнутих областей у площі опуклої описаної фігури; r - відхилення центра ваги деталі щодо центра описаного прямокутника мінімальної площі; Nв - кількість увігнутих областей.

Ознака форми деталі F(dk) визначається при зіставленні описаних властивостей. Виділено дев'ять основних форм, характеризуючих деталі корпусу судна: довгі вузькі деталі; прямокутні деталі; деталі, що незначно відрізняються від прямокутника; деталі, що мають форму багатокутника чи трапеції; трапецієподібні деталі великої відносної довжини; деталі трикутної форми; деталі з великими увігнутими областями (серповидні та ін.); Г-образні деталі; Т- і Ш-образні деталі, а також деталі невизначеної форми.

Ознаки форм областей розміщення F(sij) ідентифікується аналогічно.

Множини D і SG являють собою простір пошуку рішення при виборі варіантів розміщення. У дисертаційній роботі запропоновано метод розширення простору пошуку рішення. Суть його полягає в тім, що найкраще положення деталі визначається у множині областей одночасно на декількох формируємих картах розкрою.

При виборі варіантів розміщення в дисертаційній роботі пропонується зіставляти властивості елементів множин областей розміщення і деталей.

У залежності від сполучення властивостей деталей і областей розміщення пропонуються різні цільові функції. Як правило, різні варіанти розміщення можна привести до наступних випадків: розміщення прямокутних деталей у прямокутних областях; розміщення деталей довільної форми в областях довільної форми; одночасне розміщення групи деталей.

У загальному виді цільова функція вибору варіантів розміщення описується вираженням:

де P1, P2 - параметри цільової функції.

Параметри цільової функції визначаються в залежності від властивостей деталі й області розміщення.

При розміщенні деталей довільної форми в областях довільної форми в дисертаційній роботі пропонується зіставляти ознаки форми деталі F(di) і області розміщення F(sj). Для елементів множин D і SG, у яких ознаки форми збігаються, обчислюється значення цільової функції. У цьому випадку P1 і P2 обчислюються наступним чином:

(1)

де h(sj) - множина хорд геометричної фігури, що ідентифікує область розміщення sj; h(di) - множина хорд геометричної фігури, що ідентифікує деталь di; L - кількість хорд геометричної фігури; s(di) - площа i-й деталі; s(sj) - площа j-й області розміщення.

Якщо збігу по ознаці форми не знайдено, P1 і P2 обчислюються в такий спосіб:

(2)

де k1, k2, k3 - критерії вибору; l(di), w(di) - довжина і ширина i-й деталі; l(sj), w(sj) довжина і ширина прямокутника, уписаного в область розміщення.

Залежності (1) і (2) використовуються також при розміщенні блоку деталей. У цьому випадку, при обчисленні критеріїв використовуються властивості блоку, ідентифіковані аналогічно властивостям деталей.

Після того, як варіант розміщення знайдено, визначається найкраще положення деталі в області. Ця задача вирішується наступним образом. Визначається контур області розміщення, уздовж якого будується годограф - слід переміщення центра деталі уздовж цього контуру. У вузлових точках годографа визначається значення функції щільного розміщення для різних варіантів орієнтації деталі. Укладання деталі здійснюється в точці годографа, якій відповідає мінімальне значення цільової функції. У попередніх дослідженнях запропоновано ряд критеріїв для визначення найкращого положення деталі: площа прямокутника, описаного навколо деталей, відстань між контурами деталей, що укладаються, та ін. У більшості випадків запропоновані критерії є необхідними, але недостатніми для раціонального розміщення деталей довільної форми. У дисертаційній роботі пропонується додатковий критерій, що враховує площу, що відтинається деталлю від контуру області розміщення. Контур фігури, що відтинається, описується наступним вираженням (рис. 4):

si(dk) = s(dk) И s(dk)

де s(dk) - технологічний зазор між контуром деталі і контуром області розміщення.

Значення критерію si(dk) визначається для різних положень деталі (мал. 4, а, б). Мінімальне значення площі відповідає найкращому положенню деталі.

si(dk) а min

Рис. 4 - Визначення положення деталі в точці годографа

Після того, як положення деталі в обраній області розміщення визначене здійснюється динамічна зміна областей розміщення. У загальному випадку нова область утворюється при виключенні контуру деталі з контуру вихідної області розміщення:

sij И si+1,j …И si+n,j = sij \ s(dk) \ s(дk)

Області довільної форми при пошуку варіантів розміщення доцільно розглядати як сукупність підобластей (рис. 5), форму яких можна ідентифікувати відповідно до прийнятих критеріїв. У дисертаційній роботі запропоновані методи виділення областей прямокутної і довільної форми, а також виділення в їхньому складі локальних підобластей розміщення.

Рис. 5 - Виділення областей розміщення довільної форми

Після формування планів розкрою здійснюється розрахунок маршруту вирізки деталей. Процес призначення маршруту вирізки можна умовно розділити на кілька етапів. Спочатку визначається послідовність обробки контурів, а потім технологія вирізки кожного контуру - розраховується точка початку різу, спосіб підходу до контуру після пробивання металу, напрямок обходу контуру, точка закінчення різу, траєкторія різака після точки кінця різу, стан різака при підході до наступного контуру. У роботі формалізовані послідовність і вплив технологічних обмежень на рішення задач призначення маршруту різання.

Розроблено методи автоматичного й інтерактивного розрахунку контурів мірних відходів. При автоматичному розрахунку контур відходу формується по границі вільного поля карти розкрою і може мати довільну форму. Якщо неможливо одержати математичну модель карти розкрою, опис мірних відходів здійснюється в режимі діалогу, при цьому використовуються шість типових форм. Облік і використання мірних відходів виконується у відповідності зі специфікаціями, розробленими в другому розділі.

Четвертий розділ присвячений удосконалюванню організації технологічної підготовки виробництва при виготовленні деталей. Пропонується удосконалити організаційну структуру корпусообробного виробництва шляхом створення автоматизованого робочого місця (АРМ) технолога дільниці теплового різання і розробки концепції його застосування в умовах сучасних інформаційних технологій. Основною перевагою створення АРМ технолога є справжня гнучкість, тобто оперативне рішення питань, зв'язаних з технологічною підготовкою безпосередньо в корпусообробному цеху.

Основними недоліками існуючої організації технологічної підготовки виробництва є:

1)Зміна геометрії деталей чи даних по замовленому прокату після підготовки керуючих програм;

2)Відсутність прямого інтерфейсу між місцями підготовки і реалізації керуючих програм.

Аналіз технологічних процесів на рівні цеху дозволив виділити ряд задач, винесення яких на верхні рівні недоцільно:

1)Повторна вирізка бракованих чи загублених деталей;

2)Опис, облік і використання мірних відходів;

Існують також задачі, властиві для судноремонтного виробництва, наприклад - відсутність інформаційних моделей деталей та обмеженість строку на підготовку керуючих програм та вирізку деталей.

Вирішення цих задач на АРМ виключає процеси, зв'язані з документуванням і передачею на верхні рівні інформації, таким чином, знижуючи їх трудомісткість і інформаційну складність.

Для подолання описаних недоліків існуючої організації виробництва формується пакет програмних засобів. АРМ технолога дільниці теплового різання складається з наступних компонентів: підсистема автоматизованого формування планів розкрою; підсистема призначення маршруту різання; постпроцесори видачі керуючих програм; програмні засоби по опису й обліку мірних відходів, а в умовах судноремонтного виробництва й засоби моделювання деталей корпусу судна.

АРМ технолога може бути реалізовано у складі інтегрованої системи чи системи з розподіленими функціями. Незалежно від способу реалізації створюються засоби інформаційно-комунікаційної взаємодії АРМ технолога дільниці теплового різання із системою підготовки виробництва. Засоби інформаційно-комунікаційної взаємодії забезпечують рішення наступних задач: формування і супровід груп спільного розкрою; організація інтерфейсу з автоматизованою системою технологічної підготовки виробництва; організація інтерфейсу з керуючим обчислювальним комплексом; ведення бази даних листового прокату та мірних відходів

При створенні АРМ технолога дільниці теплового різання забезпечується принцип гнучкості, що означає пристосовність системи до можливої модифікації завдяки модульності побудови всіх підсистем і стандартизації їх елементів. Розглянутий комплекс програмних засобів може бути елементом АРМ технолога корпусообробного цеху.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

1.Зроблено огляд і аналіз методів і засобів автоматизації розкрою листових матеріалів. Показано, що, незважаючи на проведені роботи, існуючі програмні системи не дозволяють ефективно вирішувати комплекс задач розкрою листових матеріалів. Визначено задачі дослідження дисертаційної роботи, спрямовані на розвиток методів і засобів розкрою.

2.Виконано структурний системний аналіз предметної області розкрою листових матеріалів. Досліджено функціональний і інформаційний аспекти представлення системи розкрою. Для опису функціонального аспекту розроблено діаграми потоків даних. Діаграми відбивають склад задач, їх послідовність, описують вихідні дані й отримані результати для кожної задачі, а також спрямованість потоків даних між ними. За допомогою діаграм атрибутів описані сутності предметної області, що розкривають асоційовані із сутністю атрибути. Для опису інформаційного аспекту розроблена діаграма "сутність-зв'язок", що розкриває відносини між сутностями предметної області. У результаті проведеного системного аналізу розроблена специфікація, яка є первинним документом при розробці систем розкрою листових матеріалів.

3.Досліджено процес формування планів розкрою. Розроблено модель, яка відображає послідовність етапів автоматизованого формування планів розкрою, та методи вирішення задач кожного етапу. Запропоновані методи забезпечують виконання технологічних вимог, пропонованих до карт розкрою, і дозволяють враховувати організаційні особливості конкретного виробництва. Розроблено принципи ідентифікації властивостей геометричних об'єктів - деталей і областей розміщення, запропоновані критерії дозволяють оцінити форму об'єкта і сформувати множини однакових і близьких деталей. Запропоновано методи формування множини областей розміщення, у тому числі розрахунок контуру області розміщення і розширення простору пошуку рішення. Установлено взаємозв'язки між властивостями областей розміщення і деталей при формуванні планів розкрою, запропоновано методи зіставлення цих властивостей при виборі варіантів розміщення. Розроблено критерії вибору найкращого положення деталі в обраній області розміщення.

4.Формалізовано послідовність етапів призначення маршруту різання. Описано вимоги, вплив технологічних обмежень і запропоновано методи вирішення задач призначення маршруту: визначення параметрів обробки контуру, координат точок пробивання та ін. Розроблені методи дозволяють мінімізувати теплові деформації, витрати електроенергії і робочих газів у процесі теплового різання, а також підвищити довговічність технологічного устаткування.

5.Розроблено методи автоматичного й інтерактивного розрахунку контурів мірних відходів. Запропоновано і реалізовано моделі обліку і використання мірних відходів, які дозволяють підвищити ефективність використання матеріальних ресурсів підприємства.

6.Розглянуто питання удосконалення організації корпусообробного виробництва суднобудівних підприємств. Для подолання недоліків, властивих прийнятий організації технологічної підготовки виробництва, розроблено проект створення автоматизованого робочого місця технолога і концепцію його застосування в умовах сучасних інформаційних технологій.

7.У результаті проведених досліджень розроблено системи автоматизованого розкрою деталей довільної форми і деталей прямокутної форми. Розроблені системи впроваджені на підприємствах НДІ "Центр" (м. Миколаїв), ТОВ "Суднобудування і судноремонт" (м. Миколаїв), ФВО "Море" (м. Феодосія), ПП "Ісаєнко О.Д." (м. Миколаїв), ТОВ ПТТКФ "Мегаліон" (м. Миколаїв), ТОВ "JUNIOR" (м. Алмати, Казахстан), ТОВ "ГЛЭСС" (м. Волгоград, Росія) та ін.

У результаті впровадження розроблених автоматизованих систем трудомісткість формування планів розкрою знижена в 3-4 рази, коефіцієнт використання матеріалу підвищено на 5-10 %, забезпечена необхідна якість виготовлення виробів. Крім того, реорганізовано облік мірних відходів, що дозволяє підвищити ефективність їх використання.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНО В РОБОТАХ:

1.Дубовой А.Н., Гулый Г.А., Фатеев Н.В., Удовицкий Д.В. Технологическая подготовка производства и управление ГАУ тепловой резки листового проката // Збірник наукових праць № 7 (355), - Миколаїв, УДМТУ, 1998. - с.218-221.

2.Дубовой А.Н., Партас В.К., Удовицкий Д.В. Принципы рационального раскроя листового проката в технологической подготовке судостроительного производства // Збірник наукових праць № 9 (357), - Миколаїв: УДМТУ, 1998 - С. 75-77;

3.Ничипоров М.Н., Партас В.К., Удовицкий Д.В. Учет формы деталей при автоматизации процесса формирования планов раскроя листового проката в судостроении // Збірник наукових праць № 6 (354), - Миколаїв: УДМТУ, 1998. - С. 29-34;

4.В.К. Партас, Н.В. Фатеев, Д.В. Удовицкий. Моделирование процесса формирования планов раскроя // Збірник наукових праць № 5 (365), - Миколаїв: УДМТУ, 1999. - С.35-40;

5.Удовицкий Д.В. АРМ технолога участка тепловой резки судостроительного предприятия // Збірник наукових праць № 2 (374), - Миколаїв: УДМТУ, 2001. - С.35-40.

6.А.с. ПА № 4052. Автоматизована система розкрою листових матеріалів "Астра-Д" / Д.В. Удовицький, В.К. Партас // Державне агентство по реєстрації авторських прав - 21 березня 2001 р.

Особистий внесок здобувача в працях, що опубліковані в співавторстві. У роботі [1] автором встановлено зв'язок між задачами технологічної підготовки виробництва і управління гнучкою автоматизованою дільницею теплової вирізки, описано склад задач і схему технологічної підготовки. У роботі [2] автором сформульований метод розширення простору пошуку при розкрої і принцип вибору варіантів розміщення. У роботі [3] автором запропоновані нові критерії, що дозволяють оцінити форму деталей корпуса судна. У роботі [4] описана послідовність етапів формування планів розкрою і зміст задач кожного етапу. У роботі [5] автором обґрунтована необхідність створення і склад програмних засобів АРМ технолога дільниці теплового різання.

АНОТАЦІЯ

Удовицький Д.В. Автоматизована система розкрою листового прокату в суднобудуванні. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.08.04 - Технологія суднобудування та судноремонту. - Український державний морський технічний університет, Миколаїв, 2001.

У дисертаційній роботі виконано структурний системний аналіз процесів розкрою листового прокату. Досліджено функціональний і інформаційний аспекти і розроблена специфікація автоматизованої системи розкрою листового прокату.

Розроблено методи автоматичного формування планів розкрою і призначення маршрутів вирізки деталей. Запропоновані методи забезпечують виконання технологічних вимог, дозволяють враховувати організаційні особливості виробництва, мінімізувати теплові деформації, витрати електроенергії і робочих газів у процесі теплового різання. Розроблено методи автоматичного розрахунку і використання мірних відходів.

Для подолання недоліків, властивих прийнятій організації технологічної підготовки суднобудівного виробництва, розроблено проект автоматизованого робочого місця технолога.

Ключові слова: технологічна підготовка виробництва, автоматизована система, план розкрою, маршрут вирізки, теплове різання.

АННОТАЦИЯ

Удовицкий Д.В. Автоматизированная система раскроя листового проката в судостроении. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.08.04 - Технология судостроения и судоремонта, Николаев, 2001.

Работа направлена на повышение эффективности технологической подготовки производства и производственных процессов при раскрое листового проката и содержит совокупность теоретических положений и практических разработок по анализу предметной области, развитию методов и созданию средств автоматизированного раскроя.

Выполнен структурный системный анализ процессов раскроя листового проката. Исследованы функциональный и информационный аспекты представления системы раскроя. Для описания функционального аспекта разработаны диаграммы потоков данных. Диаграммы отражают состав задач, их последовательность, описывают исходные данные и полученные результаты для каждой задачи, а также направленность потоков данных между ними. С помощью диаграмм атрибутов описаны сущности предметной области и ассоциированные с сущностью свойства. Для описания информационного аспекта разработана диаграмма "сущность-связь", раскрывающая отношения между сущностями предметной области. В результате проведенного системного анализа разработана спецификация, являющаяся первичным документом при разработке систем раскроя листового проката.

Исследован процесс формирования планов раскроя. Разработана модель, отображающая последовательность этапов автоматизированного формирования планов раскроя. Разработаны методы решения задач каждого этапа. Предложенные методы обеспечивают выполнение технологических требований, предъявляемых к картам раскроя, и позволяют учитывать организационные особенности конкретного производства. Разработаны принципы идентификации свойств геометрических объектов - деталей и областей размещения, предложены критерии, позволяющие оценить форму объекта и сформировать множества одинаковых и близких деталей. Предложены методы формирования множества областей размещения, в том числе расчет контура области размещения и расширения пространства поиска решения. Установлены взаимосвязи между свойствами областей размещения и деталей при формировании планов раскроя, предложены методы сопоставления этих свойств при выборе вариантов размещения. Разработаны критерии выбора наилучшего положения детали в выбранной области размещения.

Формализована последовательность этапов назначения маршрута резки. Описаны требования, влияние технологических ограничений и предложены методы решения задач назначения маршрута: определения параметров обработки контура, координат точек пробивки и др. Разработанные методы позволяют минимизировать тепловые деформации, расход электроэнергии и рабочих газов в процессе тепловой резки, а также повысить долговечность технологического оборудования.

Разработаны методы автоматического и интерактивного расчета контуров мерных отходов. Предложены и реализованы модели учета и использования мерных отходов, позволяющие повысить эффективность использования материальных ресурсов предприятия.

Рассмотрены вопросы совершенствования организации корпусообрабатывающего производстве судостроительных предприятий. Для преодоления недостатков, присущих принятой организации технологической подготовки производства, разработан проект создания автоматизированного рабочего места технолога и концепция его применения в условиях современных информационных технологий.

В результате проведенных исследований разработаны системы автоматизированного раскроя деталей произвольной формы и деталей прямоугольной формы. Разработанные системы внедрены на ряде предприятий Украины и Российской федерации.

Ключевые слова: технологическая подготовка производства, автоматизированная система, план раскроя, маршрут вырезки, тепловая резка.

SUMMARY

Dmitry V. Udovitski. Automation system nesting sheet of materials in shipbuilding. - Manuscript.

Thesis for obtaining the degree of Candidate of Technical Science by the speciality 05.08.04 - Technology of shipbuilding and ship repairing. - Ukrainian state maritime technical university, Nikolaev, 2001.

The structural system analysis of the data domain of the materials sheet nesting is executed in the dissertation. The functional and information aspects are investigated and the specification of an automated system of sheet nesting of materials is developed.

The methods of automatic shaping of the nesting plans and assignment of routes for details cutting are developed. The offered methods ensure the fulfillment of technological requirements, allow to take into account organizational features of production, to minimize thermal deformations, the cost of electric power and working gases during thermal cutting. The methods of automatic account and use of the rests are developed.

For overcoming the defects of the technological preparation organization of the production the project of the automated workbench of the technologist is developed.

Key words: production development, analysis of the project, automated system, technological preparation, nesting, cutting.

Размещено на Allbest.ru