Методологические и теоретические основы автоматизации проектирования раскроя листовых материалов на машинах с числовым программным управлением
Разработка новых алгоритмов фигурного и прямоугольного раскроя на основе аппроксимационного подхода и дискретно-логической модели. Разработка автоматических и интерактивных методов проектирования управляющих программ для машин резки листовых материалов.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.02.2018 |
| Размер файла | 399,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В главе 2 также приведена классификация задач фигурного раскроя материала по различным технологическим и геометрическим признакам (таблица 1). По сравнению с существующей типологией в новой классификации вводится ряд дополнительных классов (в таблице они выделены красным цветом). Данная классификация позволяет определить параметры для разработки алгоритмов оптимизации раскроя в интерактивном и автоматическом режимах, а также оценить применимость того или иного алгоритма для решения задач раскроя того или иного класса. Она также служит основой для более детальных классификаций по геометрическим и технологическим параметрам, которые, в свою очередь, позволяют проводить сравнительный анализ эффективности существующих алгоритмов оптимизации раскроя для задач того или иного класса.
Таблица 1
Классификация задач фигурного раскроя
|
Критерий классификации |
Наименование классов и подклассов |
|
|
Изотропность материала |
изотропный; анизотропный; полуизотропный |
|
|
Тип припуска на рез |
фиксированный; переменный |
|
|
Регулярность раскроя |
регулярный; нерегулярный; квазирегулярный |
|
|
Тип областей запрета |
без областей запрета; с безусловными областями запрета; с условными областями запрета |
|
|
Признак зеркального отражения |
без зеркального отражения заготовок; с зеркальным отражением заготовок; с зеркальным отражением для части заготовок в задании |
|
|
Геометрическая форма заготовок |
прямоугольные; круглые; многоугольные (ортогональные; выпуклые; произвольные; гофры); полилинии с дугами окружностей; полилинии со сплайнами. |
|
|
Тип резки |
гильотинная; произвольная (термическая резка; резка без деформаций материала) |
В современном программном обеспечении для решения задач фигурного раскроя применяются как полностью автоматические методы, так и диалоговое проектирование, а также интерактивные полуавтоматические функции. Использование интерактивных методов связано еще и с тем, что эффективность алгоритмов автоматического проектирования фигурного раскроя существенно зависит, как отмечалось выше, от условий задачи: геометрической формы заготовок, их ассортимента, количественных характеристик, размеров материала и пр., причем характер этой зависимости остается крайне малоисследованным. Проведение таких исследований позволит повысить долю задач, решаемых в САПР раскроя материала в автоматическом режиме за счет того, что «неперспективные» алгоритмы будут отброшены еще на этапе анализа условий задачи. Предлагаемый подход можно реализовать следующим образом.
1. Вводим некоторую классификацию заданий фигурного раскроя листового материала, т.е. разбиение множества заданий на группы (классы) по определенным признакам. Данная классификация дополняет описанную выше типологию задач раскроя, в первую очередь, по геометрическим признакам и предполагает, что используемые алгоритмы могут применяться для всех групп заданий.
2. Проводим тестирование имеющихся в распоряжении разработчика алгоритмов раскроя с целью выявления наиболее эффективного для каждого класса заданий.
3. Разрабатываем и включаем в состав программного обеспечения САПР фигурного раскроя процедуру автоматического выбора алгоритма в соответствии с результатами тестирования.
4. При решении конкретной задачи раскроя проводим предварительный анализ задания на предмет его принадлежности к какой-либо группе и выбираем алгоритм решения в соответствии с разработанной процедурой автоматического выбора алгоритма.
Для реализации сформулированного подхода было произведено разбиение всех заданий фигурного раскроя по трем признакам: серийности производства, «прямоугольности» задания и преобладанию «крупных» заготовок над «мелкими». Сформулированы формальные числовые правила разделения заданий на 12 групп по указанным признакам (таблица 2).
Таблица 2
Классификация заданий фигурного раскроя для тестирования алгоритмов
|
Тип производства |
Тип заготовок в задании |
||||
|
Непрямоугольные |
прямоугольные |
||||
|
Крупные |
Мелкие |
крупные |
мелкие |
||
|
Единичное |
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
Мелкосерийное |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
Крупносерийное |
9 |
10 |
11 |
12 |
При этом все задания в группах удовлетворяли следующим свойствам: изотропный материал, фиксированный припуск на рез, нерегулярный раскрой без областей запрета и без зеркального отражения контуров заготовок, описанных полилиниями с дугами окружностей, с произвольной резкой без термических деформаций. В качестве тестируемых алгоритмов были выбраны 2 алгоритма фигурного раскроя (NCL и Штабель), входящие в состав САПР «СИРИУС» и алгоритм Nesting Factory, разработанный компанией Algomate (Израиль). В таблице 3 приведена схема выбора алгоритма раскроя, полученная на основании результатов проведенного тестирования. Рекомендуемые для выбора алгоритмы выделены серым цветом.
Таблица 3
Схема автоматического выбора алгоритма фигурного раскроя в зависимости от класса задания
|
Класс задания Алгоритм раскроя |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
Nesting Factory |
|||||||||||||
|
NCL |
|||||||||||||
|
Штабель |
Аналогичный вычислительный эксперимент на предмет определения схемы выбора алгоритма раскроя был проведен для класса прямоугольных заготовок: все тестируемые задания для прямоугольного раскроя были разбиты на четыре группы по двум признакам: серийности производства и преобладанию «крупных» заготовок над «мелкими».
В качестве тестируемых методов были выбраны 5 методов прямоугольного раскроя, входящие в состав систем CETAMI-CUT (разработка УГАТУ) и NCL: рекурсивный метод (RCAPlus), метод эмуляции отжига (SA),метод поиска с запретами (TS), метод выбора корзин (VBSPlus), гибридный детерминированный метод KAPRAL (NCL-K). В таблице 4 приведены результаты тестирования.
Таблица 4
Результаты тестирования методов прямоугольного раскроя
|
Метод оптимизации |
Среднее значение коэффициента раскроя (в %) для каждого класса задания |
||||
|
единичное |
мелкоcерийное |
||||
|
мелкие |
крупные |
мелкие |
крупные |
||
|
RCAplus |
89,51 |
89,57 |
92,75 |
88,22 |
|
|
SA |
85,61 |
85,61 |
89,00 |
88,43 |
|
|
TS |
85,48 |
85,48 |
88,85 |
87,98 |
|
|
VBSPlus |
89,19 |
89,19 |
91,03 |
89,01 |
|
|
NCL-K |
92,41 |
90,18 |
90,44 |
88,17 |
Серым цветом в таблице выделены лучшие результаты для каждого класса заданий, которые и определяют схему автоматического выбора метода расчета раскроя.
Таким образом, при решении задач раскроя в автоматическом режиме выбирается наиболее эффективный алгоритм оптимизации, что сокращает время проектирования рационального варианта раскроя и повышает коэффициент раскроя. Целесообразна реализация схемы автоматического выбора алгоритма с процедурой «самообучения» (т.е. с продолжением тестирования всех алгоритмов и изменением алгоритма выбора на основании результатов тестирования) при условии наличия достаточного временного ресурса у пользователя. Это, с одной стороны, позволит решить проблему качества тестов, которая неизбежно возникает при составлении тестовых заданий для алгоритмов раскроя-упаковки, и, с другой стороны, обеспечит «настройку» САПР на номенклатуру заданий пользователя.
В третьей главе исследуются вопросы автоматизации подготовки управляющих программ для машин резки листового материала с ЧПУ. Разработаны способы уменьшения термических деформаций материала при резке на машинах с ЧПУ и методы минимизации стоимости резки, реализованные как в виде автоматических процедур, так и в виде полуавтоматических функций. В самом общем виде задача минимизации стоимости резки может быть сформулирована следующим образом: дано начальное положение режущего инструмента, информация о вложенности контуров. Необходимо найти путь режущего инструмента такой, что функция
F3=, (9)
где Loff -- длина переходов с выключенным режущим инструментом (холостой ход); Coff -- стоимость единицы пути с выключенным режущим инструментом; Lon -- длина реза с включенным режущим инструментом; Con -- стоимость единицы пути с включенным режущим инструментом; Npt -- количество точек врезки; Cpt -- стоимость одной точки врезки; H -- толщина разрезаемого материала.
При этом Con,Cpt -- величины, зависящие от типа резки (газовая, плазменная, лазерная, гидроабразивная), толщины материала H и типа материала (конструкционные, нержавеющие, цветные металлы и пр.). Функциональная зависимость Con и Cpt от перечисленных параметров на практике определяется либо табличными функциями, либо аналитически, что позволяет оценить по формуле (9) стоимость резки, выполняемой по любой УП, в том числе, полученной в интерактивном режиме без оптимизации.
Если не применяется специальная техника резки («совмещенный рез», «мосты» или «перемычки»), то оптимизационная задача может быть сведена к задаче поиска оптимального вектора , где параметры ik и sk имеют тот же смысл, что и в постановке задачи минимизации холостого хода инструмента (6), а pk -- признак включения/выключения инструмента (1/0) при переходе в точку врезки sk. Т.е. F3=F(R), RG*, где G* -- множество технологически допустимых вариантов маршрута резки. Допустимость варианта маршрута предполагает не пересечение контуров заготовок при переходах между контурами с включенным инструментом и соблюдением требований допустимости с точки зрения термических воздействий на заготовки.
Термические воздействия на вырезаемые заготовки можно подразделить на три типа:
1) общие изменения геометрических размеров заготовок (уменьшение) вследствие ее вырезания из нагретой части листа;
2) изменения геометрических размеров вырезаемых заготовок вследствие термических деформаций участка листа, из которого непосредственно вырезается заготовка;
3) изменение геометрической формы заготовок (изменение радиусов у секторов, отклонения от прямолинейности у прямоугольных деталей) и др.
На величину термических деформаций оказывают влияние:
§ тип резки (газовая, плазменная, лазерная);
§ марка материала;
§ состояние поставки металла (наличие внутренних напряжений);
§ толщина металла;
§ выбор порядка резки заготовок;
§ выбор точек врезки.
В диссертации приводится классификация заготовок по признаку подверженности деформациям при термической резке, и формулируются наиболее важные способы уменьшения термических деформаций материала за счет технологически корректного выбора порядка резки заготовок и точек врезки. Для этого вводятся понятия правил «жесткости материала» и «жесткости заготовки».
Правило «жесткости материала» определяет порядок (последовательность) резки заготовок на материале. Фактически оно включает в себя несколько эвристических правил. Рис. 4 иллюстрирует четыре правила выбора стороны материала, с которой следует начинать процесс термической резки.
Рисунок 4 Правила выбора начальной стороны материала
Правило а) рекомендует начинать процесс резки с узкой стороны листа (материала). Правила б), в) и г) уточняют, какую из узких сторон выбрать. Еще два правила «жесткости» заключаются в том, что при выборе последовательности вырезаемых заготовок на материале не должно оставаться узких полос и «островов», содержащих не вырезанные заготовки. Для того чтобы обеспечить все правила «жесткости материала», следует предварительно разбить всю область резки на некоторые «зоны» и затем процесс резки заготовок осуществлять в этих зонах последовательно по возрастанию номеров зон. При этом формирование и нумерация зон должна проводиться в соответствии со всеми правилами «жесткости материала» и таким образом, чтобы оставшаяся не вырезанная область по своей геометрической форме приближалась к квадратной области. Функции автоматического формирования маршрута термической резки в CAM системах должна учитывать сформулированные эвристические правила «жесткости материала». Эти же правила следует учитывать и при разработке УП в интерактивном режиме.
Правило «жесткости заготовки» заключается в том, что при резке контура точка врезки выбирается таким образом, чтобы сначала вырезались участки контура, расположенные в непосредственной близости к границе материала, либо к границе вырезанной области, а завершение резки происходило по участку контура, граничащего с «жесткой» (не вырезанной) частью области.
На основе введенных понятий «жесткости» заготовок, «жесткости» материала и «зоны резки» разработана методика выбора точек врезки и порядка резки заготовок, предназначенная для сокращения тепловых деформаций материала при проектировании УП для машин термической резки (МТР), как в автоматическом, так и в интерактивном режиме. Тем самым определено множество допустимых решений оптимизационных задач (6) и (9). Разработан вычислительный алгоритм автоматического проектирования УП для МТР, учитывающий сформулированные правила, что позволяет в автоматическом режиме формировать допустимые значения вектора и проектировать УП с соблюдением требований газовой и плазменной резки.
В главе 3 также описан разработанный в ходе диссертационного исследования набор специальных полуавтоматических функций (макропрограмм) CAM системы, обеспечивающий эффективное применение различных стратегий при проектировании УП для машин резки листового материала. Основное назначение разработанных макропрограмм -- автоматизация проектирования маршрута резки с целью сокращения времени и стоимости резки, как за счет использования специальных возможностей технологического оборудования с ЧПУ (резка трехрезаковым блоком, резка несколькими суппортами и др.), так и за счет применения специальных способов резки (совмещенный рез, цепная резка, комбинированные способы резки и пр.). На рис. 5 показана схема движения режущего инструмента при применении одной специальной функции («змейка»), использующей технику резки нескольких заготовок без выключения резака. Учитывая, что длина реза с включенным режущим инструментом при применении этой техники (по сравнению с техникой резки по контуру) практически не увеличится, уменьшение стоимости резки при каждом использовании функции составит не менее , где -- число контуров, вырезаемых «змейкой» без выключения инструмента.
Таким образом, специальные функции CAM системы (совместно со стандартными интерактивными функциями и автоматическими процедурами) обеспечивают сокращение временных и стоимостных характеристик резки, а также выполнение технологических требований термической резки.
Рисунок 5 Резка «змейкой» трех одинаковых заготовок
В диссертационной работе на основе реальных производственных примеров и с учетом технических характеристик конкретного технологического оборудования определено примерное соотношение времени холостого хода и общего времени резки листового металла толщиной 10-30 мм на МТР. Показано, что задача соблюдения технологических требований термической резки при разработке управляющих программ для машин с ЧПУ газовой и плазменной резки имеет приоритетный характер перед задачей (6) минимизации холостого хода инструмента. Алгоритмы минимизации холостого пути инструмента могут эффективно использоваться в CAM системах при резке тонколистового материала. Задача минимизации стоимости резки (9), в общем случае, может решаться с использованием полуавтоматических функций.
В рамках диссертационного исследования была также разработана методика автоматизации проектирования и изготовления на машинах термической резки металла малых архитектурных форм типа «решетка», которая основывается на использовании следующих программных средств:
· моделирование 2D - объектов, состоящих из отрезков прямых и дуг окружностей, без ограничений на количество геометрических примитивов;
· оцифровка 2D - объектов любой сложности с помощью устройств типа «дигитайзер»;
· оцифровка 2D - объектов любой сложности на экране монитора по растровой «подложке»;
· делинеаризация геометрических контуров;
· автоматическая и интерактивная процедуры назначения маршрута резки с соблюдением технологических требований термической резки.
В четвертой главе рассматриваются вопросы, связанные с разработкой концепции и методологии автоматизации проектирования раскроя материала на базе машин с ЧПУ, описана структура универсальной интегрированной CAD/CAM системы проектирования технологических процессов раскроя листового материала в единичном и мелкосерийном производстве, сформулированы функциональные требования к программному обеспечению системы.
Определены следующие основные концептуальные признаки САПР:
· универсальность (широкий охват задач раскроя и технологического оборудования с ЧПУ для термической и гидроабразивной резки материала);
· ориентация на условия единичного и мелкосерийного производства;
· использование геометрических моделей, использующих круговую и линейную интерполяцию;
· применение автоматических, интерактивных и полуавтоматических методов проектирования;
· использование автоматических методов выбора алгоритма раскроя;
· обеспечение быстродействия алгоритмов проектирования, необходимого в условиях единичного производства;
· приоритет соблюдения технологических требований термической резки;
· ориентация на оптимизацию стоимостных характеристик резки на машинах с ЧПУ.
Выделены следующие базовые подсистемы интегрированной САПР раскроя, обеспечивающие универсальность системы и эффективность ее применения системы в условиях единичного и мелкосерийного производства:
1) Подсистема моделирования геометрической информации для двумерных объектов.
2) Модуль формирования задания на раскрой.
3) Подсистема проектирования раскроя.
4) Модуль проектирования УП.
5) Постпроцессор.
6) Модуль вывода управляющей программы на носитель для ввода в машину с ЧПУ.
7) Модуль верификации и редактирования УП.
8) База данных материала и заготовок.
9) Подсистема планирования раскроя,
а также дополнительные модули и подсистемы, наличие или отсутствие которых определяются конкретными задачами предприятия (организации), эксплуатирующей систему:
§ модуль для связи с системой ERP (Enterprise Resource Planning), функционирующей на предприятии;
§ подсистема расчетов линейного и гильотинного раскроя;
§ модуль расчетов 3D раскроя-упаковки и пр.
На рис. 6 и 7 представлены структурная схема универсальной интегрированной САПР, предназначенной для проектирования технологических процессов раскройно-заготовительного производства, и функциональная модель ее подсистемы для проектирования раскроя материала. Сформулированы требования к программной реализации функций основных подсистем универсальной интегрированной CAD/CAM системы раскроя. Показана целесообразность наличия в универсальных интегрированных CAD/CAM системах фигурного раскроя модуля верификации УП и подсистемы гильотинного раскроя, предназначенной как для проектирования фигурного раскроя, так и непосредственно для оптимизации раскроя на гильотинном оборудовании.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 6 Структура программного обеспечения универсальной CAD/CAM системы для проектирования технологических процессов раскройно-заготовительного производства
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 7 Функциональная модель подсистемы проектирования раскроя
Отмечено, что в случае потребности у предприятия в решении задач одномерного и трехмерного раскроя-упаковки, универсальную САПР фигурного раскроя следует расширять соответствующими подсистемами. Формализована оптимизационная задача минимизации времени резки на гильотинных ножницах.
В главе 4 также разработан и обоснован подход к программной реализации подсистем САПР нерегулярного раскроя (рис. 8), заключающийся в том, что в качестве графического редактора САПР выступает универсальная CAD система, а специализированные модули разрабатываются с использованием API (Application Programming Interface) на основе технологии.NET. Проведена реализация предложенной схемы применительно к модулю проектирования фигурного раскроя и API универсальной системы T-Flex CAD.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Рисунок 8 Схема применения Open API T-Flex CAD при разработке САПР нерегулярного фигурного раскроя
Пятая глава посвящена вопросам разработки и внедрения САПР «СИРИУС». На основании требований к структуре и функциям программного обеспечения универсальной интегрированной САПР фигурного раскроя, изложенных в главе 4, разрабатывалась интегрированная САПР «СИРИУС» (Система Интерактивного Раскроя И Управления Станками). САПР «СИРИУС» - это программный продукт для персональных компьютеров, предназначенный для решения задач плоского раскроя-упаковки и проектирования управляющих программ для резки листовых материалов на различном технологическом оборудовании с ЧПУ, использующем термическую и гидроабразивную технологии резки, а также технологию вырубки и высечки в комбинации с лазерной и плазменной резкой. Описаны состав и структура программного обеспечения универсальной интегрированной САПР «Сириус», а также функции программных модулей системы.
Показано, что в САПР «Сириус» на основе сочетания разработанных автоматических, интерактивных и полуавтоматических методов проектирования раскройных карт и УП предусмотрено решение задач раскроя материала для различных типов производств в различных отраслях промышленности и использование специальных технологических возможностей отечественных и зарубежных МТР с ЧПУ. Обоснована целесообразность реализации подсистемы автоматизированного проектирования раскроя в универсальной CAD/CAM системе фигурного раскроя в виде универсального программного обеспечения для решения задач 2D раскроя-упаковки, охватывающей широкий круг задач, которые возникают в реальном практике, в том числе, задачи фигурного, гильотинного и не гильотинного прямоугольного раскроя в условиях единичного и мелкосерийного производства.
На примере одного из уральских предприятий проведен расчет экономической эффективности применения САПР «Сириус» для оптимизации экономических характеристик термической резки листовых материалов. Обобщен опыт внедрения САПР «Сириус» на российских предприятиях, который показывает, что использование интегрированных решений САПР «Сириус» позволяет:
· на раскройно-заготовительном этапе производства сократить расходы материала минимум на 5-10%;
· сократить сроки подготовки управляющих программ для машин термической и гидроабразивной резки материала в несколько раз;
· при термической резке металла машинами с ЧПУ минимизировать время резки, расход газа, электроэнергии, других расходных материалов, уменьшить износ технологического оборудования резки и обеспечить допустимые тепловые деформации заготовок;
· повысить качество получаемой продукции.
Проведенные в ходе внедрения САПР «Сириус» исследования эффективности средств, предназначенных для автоматизации технологических процессов раскроя материала, позволяют сформулировать несколько направлений дальнейшего развития и совершенствования систем автоматизированного проектирования раскроя и программирования УП для машин с ЧПУ:
1. Разработка высокоэффективных полностью автоматических методов раскроя материала, учитывающих технологические требования резки на машинах с ЧПУ (совмещенный рез, резку трехрезаковым блоком, относительные области запрета и т. д.);
2. Разработка полностью автоматических методов формирования управляющих программ, учитывающих требования термической резки материала и оптимизирующих время и стоимость резки на машинах с ЧПУ.
3. Разработка отечественной интегрированной САПР фигурного раскроя и программирования УП для всех типов технологического оборудования с ЧПУ (включая прессовое оборудование) на базе универсальной российской CAD системы типа T-Flex CAD.
В Приложениях приведены акты внедрения результатов диссертационной работы на ряде российских предприятий, а также описание некоторых компонент САПР фигурного раскроя и подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки, разработанной в рамках диссертационного исследования.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ и выводы
В диссертационной работе в результате проведенных исследований разработаны методологические и теоретические основы автоматизации проектирования раскроя листовых материалов на базе машин с ЧПУ, позволяющие создавать универсальные интегрированные САПР раскроя материала в единичном и мелкосерийном производстве. В диссертации изложены новые научно-обоснованные решения по разработке и исследованию моделей, алгоритмов и методов автоматизации проектирования технологических процессов раскроя, внедрение которых вносит значительный вклад в повышение эффективности раскройно-заготовительного производства. В ходе проведенных исследований получены следующие научные и практические результаты.
1. На основе аппроксимационного подхода и дискретно-логического представления геометрической информации разработаны автоматические и интерактивные методы проектирования фигурного раскроя, отличающиеся тем, что позволяют получать рациональные варианты раскройных карт за время, приемлемое для условий единичного производства. При этом учитываются технологические особенности резки материала. Проведена классификация задач фигурного раскроя листового материала по технологическим и геометрическим признакам, позволяющая разрабатывать алгоритмы оптимизации раскроя с учетов технологии резки, особенностей технологического оборудования для резки, свойств раскраиваемого материала, степени серийности производства и геометрических форм заготовок. Кроме того, предложенная типология позволяет проводить сравнительный анализ эффективности алгоритмов раскроя материала применительно к решению практических задач. На основе проведенных исследований выделен класс задач фигурного раскроя, для которого прямоугольная аппроксимация целесообразна.
2. На основе классификации задач и сравнительного анализа алгоритмов разработан метод автоматического выбора рационального оптимизационного алгоритма раскроя, отличающийся тем, что позволяет выделить классы задач, для которых целесообразно использовать один алгоритм оптимизации, что сокращает время проектирования рационального варианта раскроя и повышает коэффициент использования материала. При создании универсальных систем автоматизации расчетов раскроя материала, ориентированных на решение широкого круга задач, предложенный подход является наиболее эффективным способом интеграции существующих вычислительных алгоритмов, позволяющим сократить время получения рационального решения и повысить качество раскроя.
3. Разработаны новые методы формирования управляющих программ для технологического оборудования резки с ЧПУ, отличающиеся от существующих уменьшением тепловых деформаций материала при термической резке, а также возможностью оптимизации временных и стоимостных параметров резки, как при автоматическом, так и при интерактивном режиме проектирования. Разработана методика автоматизации проектирования и изготовления на машинах термической резки металла малых архитектурных форм типа «решетка». Проведен сравнительный анализ технологий резки листового материала на машинах с ЧПУ. Разработан набор специальных функций CAM-системы, обеспечивающий эффективное применение различных стратегий при проектировании УП для машин резки листового материала и позволяющий использовать возможности широкого класса технологического оборудования с ЧПУ для оптимизации процесса резки.
4. Сформулирована концепция и методология создания высокоэффективных интегрированных САПР раскроя материала для условий единичного и мелкосерийного типа производств, отличающиеся ориентацией на сочетание специализированных подсистем и универсальных CAD систем и на использование полуавтоматических методов проектирования. Сформулированы основные оптимизационные задачи автоматизации проектирования раскройно-заготовительного производства. Предложен и реализован подход к созданию эффективного программного обеспечения проектирования технологических процессов раскроя на основе сочетания специализированных подсистем и универсальной CAD системы T-Flex CAD с использованием автоматических и интерактивных методов проектирования. Описана структура и состав функций САПР фигурного раскроя материала, характеризующейся высокой степенью универсальности решаемых задач раскроя и широким охватом технологического оборудования с ЧПУ для газовой, плазменной, лазерной и гидроабразивной резки материала.
5. Разработано математическое и программное обеспечение САПР технологических процессов раскройно-заготовительного производства, отличающееся от существующих аналогов учетом различных технологий резки листового материала и ориентацией на применение автоматических, интерактивных и полуавтоматических методов проектирования с целью эффективного решения практических задач раскроя и разработки УП для резательных машин с ЧПУ в условиях различных типов производств.
6. Результаты диссертационной работы внедрены в виде универсальной интегрированной САПР «СИРИУС», которая используется для оптимизации расчетов фигурного и прямоугольного раскроя и подготовки управляющих программ машин резки листовых материалов в ОАО «Уралхиммаш», ОАО «Уралэлектротяжмаш», ЗАО «Проммашсервис», ЗАО «Завод подъемно-транспортного оборудования», ООО «Уралтехнопроект» (Екатеринбург), ЗАО «Березовский машиностроительный завод» (Свердловская обл.), ОАО «Мечел» (г.Челябинск), ОАО «Буммаш» (г.Ижевск), ЗАО «Улан-Удэстальмост» (г.Улан-Удэ), ЗАО «Курганстальмост» (г.Курган) и многих других предприятиях России. В учебном процессе Уральского государственного технического университета- УПИ результаты работы используются на механико-машиностроительном факультете при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам «Автоматизация конструкторского и технологического проектирования» и «Разработка САПР» со студентами специальности 230104 (220300) - Системы автоматизированного проектирования, а также в курсовом, дипломном проектировании и диссертационных исследованиях аспирантов кафедры «Информационные технологии и автоматизация проектирования».
Основные публикации по теме диссертации
Публикации в рецензируемых журналах из перечня ВАК
1. Об одном подходе к решению задач раскроя-упаковки / А. А. Петунин, А. В. Полевов, Д. В. Куреннов // Вестник УГТУ-УПИ. Конструирование и технология изготовления машин: сб. науч. тр. В 2-х частях. Ч. 2. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. № 18(70). С. 212-216.
2. Применение конструктивной метаэвристики «муравьиная колония» к задаче гильотинного прямоугольного раскроя / А. Ф. Валеева, А. А. Петунин, Р. И. Файзрахманов // Вестник Башкирского университета. 2007. Т. 12, № 3. С. 12-14. (Принята в печать в августе 2006 г.).
3. Параллелепипедная упаковка: алгоритмы, численный эксперимент и практические расчеты / А. А. Петунин, А. Ф. Валеева // Информационные технологии. 2007. № 12. С. 43-50.
4. Метод прямоугольной аппроксимации для решения задач нерегулярного фигурного раскроя-упаковки / А. А. Петунин, Э. А. Мухачева, А. С. Филиппова // Там же. 2008. № 1. С. 28-31.
5. Задача размещения ортогональных многоугольников: модели и алгоритм покоординатной упаковки / В. М. Картак, Э. А. Мухачева, Л. И. Васильева, А. А. Петунин // Там же. 2008. № 3. С. 46-53.
6. О применении API T-FLEX CAD при разработке подсистемы автоматизированного проектирования раскроя материала / А. А. Петунин, И. С. Галкин // САПР и Графика 2008. № 12. C. 86-88.
7. О некоторых стратегиях формирования маршрута инструмента при разработке управляющих программ для машин термической резки материала / А. А. Петунин // Вестник УГАТУ. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика. 2009. Т. 13, № 2 (35). С. 280-286.
8. Автоматизация нерегулярного фигурного раскроя: основные подходы к разработке систем проектирования раскроя и управляющих программ для машин резки листовых материалов / А. А. Петунин // Информационные технологии. 2009. № 10. С.29-34.
9. Об автоматическом выборе метода оптимизации прямоугольного раскроя / А. А. Петунин // Программные продукты и системы. 2009. № 4 (88). С.143-145.
Статьи в рецензируемых журналах из перечня ВАК, опубликованные до 2001 г.
10. Автоматизация проектирования раскройных карт в условиях индивидуального производства / В. Я. Гамберг, А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Кузнечно-штамповочное производство. 1982. № 3. С. 26-28.
11. Централизация раскройно-заготовительного производства на базе автоматизированных технологических линий раскроя листового металлопроката / А. А. Петунин, А. А. Беседин, В. Я. Гамберг, В. В. Геймур, В Н. Ковальков // Тяжелое машиностроение. 1993. №7. С.19-22.
12. САПР «Сириус» - оптимизация раскроя и резки листовых материалов / А. А. Петунин А. А., В. И. Кротов, С. С. Уколов, В. В. Видяпин // САПР и графика. 1999. №10. С. 42-47.
13. Информационная система планирования для интегрированной САПР «Сириус» / А. В. Полевов, А. А. Петунин А. А // Вестник УГТУ-УПИ. Конструирование и технология изготовления машин: Сб. научн. трудов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2000. №3(11). С. 62-65.
Другие публикации
14. О плотном размещении плоских выпуклых геометрических фигур / А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Автоматизация проектирования в машиностроении. Минск: ИТК АН БССР, 1981. Вып. 3. С. 39-44.
15. Задачи размещения геометрических объектов в проектировании: препринт / В. Г. Ещенко, А. В. Шишов, В. С. Тимощук, И. В. Титкин, А.И. Липовецкий, А. А. Петунин, Л. С. Шевелев. Киев: ИК АН УССР, 1981. 31 с. (АН УССР. Ин-т кибернетики; препринт 81-81).
16. Использование выпуклых оболочек плоских фигур для приближенного решения задачи раскроя / А. И. Липовецкий, А. А. Петунин // Информационный листок Свердловского ЦНТИ, № 580-81. Свердловск, 1981. 4 с.
17. Методы укладки прямоугольников в заданной последовательности и их программная реализация / А. А. Петунин // Математическое обеспечение расчетов линейного и прямоугольного раскроя: матер. Всесоюзн. сем. Уфа: УАИ, 1981. С. 142-145.
18. Об изменении метрик на множестве перестановок и решении задач размещения геометрических объектов / А. А. Петунин, А. И. Липовецкий // Автоматизация проектирования технологических процессов. Минск: ИТК АН БССР, 1982. Вып. 1. С. 154-159.
19. О некоторых вопросах разработки системы автоматизированного проектирования управляющих программ для газорезательных машин с ЧПУ в ПО «Уралмаш» / Н. В. Быков, А. А. Петунин, М. А. Тришин // Автоматизация технологической подготовки производства: межвуз. сб. научн. трудов. Свердловск: УПИ, 1986. С. 35-38.
20. Система автоматизированного проектирования раскроя материалов и автоматизация раскроя металлопроката на базе машин с ЧПУ для термической резки металла / А. А. Петунин, В. Я. Гамберг, В. И. Кротов // Титан. М.: ВИЛС. 1993. №2. С. 56-58.
21. Интегрированная САПР «Сириус» / А. А. Петунин // КомпьютерМэн. Екатеринбург: Комсомольская Правда - Урал. 1996. №6. С. 9-12.
22. Интегрированная САПР рационального раскроя материала и подготовки управляющих программ для технологического оборудования резки металлопроката / А. А. Петунин, Р. А. Вайсбурд, Н. У. Тугушев // Принятие решений в условиях неопределенности (проблема раскроя-упаковки): междунар. научн. изд. Уфа: УГАТУ, 1997. С. 329-348 (на англ. языке).
23. Промышленные системы автоматизированного проектирования / А.А. Петунин // Методические материалы по изучению курса «Разработка САПР» для студентов специальности САПР. Екатеринбург: УГТУ, 1998. 40с.
24. Интегрированная САПР «Сириус» для автоматизации раскройно-заготовительного производства. Концепция. Опыт разработки и внедрения / А. А. Петунин // Ресурсосберегающие технологии: математическое обеспечение оптимизационных задач в системах автоматизированного проектирования: сб. докл. 1-й Всерос. науч.-практ. конф. по вопросам решения оптимизационных задач в промышленности. СПб: ЦНИИТС, 2001. С. 126-129.
25. О некоторых методах решения задач двумерного раскроя-упаковки в единичном производстве / А. В. Полевов, А. А. Петунин // Там же. С. 133-136.
26. Об одном алгоритме проектирования раскроя для условий мелкосерийного производства / А. С. Вьюгин, А. А. Петунин // Там же. С. 69-73.
27. Разработка программного обеспечения интерактивного раскроя и проектирования управляющих программ для машин термической резки материала / В. И. Кротов, А. А. Петунин // Там же. С. 87-91.
28. Nest Class Library / А. В. Полевов, А. А. Петунин А. А // Научн. труды VII отчетной конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сб. статей в 3 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Ч. 2. C. 212-214.
29. Создание и обработка параметрических моделей геометрических объектов / П. А. Копорушкин, А. А. Петунин // Там же. Ч.3. C. 368-370.
30. Автоматизация проектирования и изготовления малых архитектурных форм типа «решетка» / А. А. Петунин // Архитектон: Известия вузов. 2006. №16. URL: http://archvuz.ru/ (дата обращения 21.11.09).
31. САПР и.NET / И. С. Галкин, А. А. Петунин // Научн. труды XI отчетной конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сб. статей в 3 ч. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. Ч. 3. С. 287-289.
32. Структура САПР фигурного раскроя и подготовки управляющих программ для машин резки листового материала / А. А. Петунин // Компьютерные науки и информационные технологии. Междунар. научное изд.: матер. 10-той междунар. конф. CSIT'2008 (Анталия, Турция, 15-17 сентября 2008 г.). Уфа, 2008. Том 3. С. 119-122 (на англ. языке).
33. Использование интерфейса прикладного программирования в универсальных САПР / И. С. Галкин, А. А. Петунин // Научн. труды XV отчетной конф. молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ: сб. статей в 3 ч. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. Ч. 2. С. 14-16.
34. О классификации оптимизационных задач фигурного раскроя / А.А.Петунин // Инновационные информационные технологии: Теория и практика. Междунар. научн. изд.: матер. Междунар. сем. (Карлсруе - Уфа - Дрезден, 25-31 июля 2009 г.). 2009. С. 95-97 (на англ. языке).
35. Об одном подходе к разработке программного обеспечения для решения задачи фигурного раскроя материала / И. С. Галкин, А. А. Петунин // Мавлютовские чтения: матер. конф. молодых ученых. Уфа: УГАТУ, 2009. С. 276-278.
36. О некоторых функциях Computer-Aided Manufacturing (CAM) систем для программирования управляющих программ для машин термической резки / А. А. Петунин, В. И. Кротов // Компьютерные науки и информационные технологии. Междунар. научн. изд.: матер. 11-той междунар. конф. CSIT'2009 (Крит, Греция, 5-8 октября 2009 г.). Уфа, 2009. Том 1. С. 76-80 (на англ. языке).
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Основные теоретические аспекты рационального раскроя листового материала. Влияние методов резки на проектирование карт раскроя листового металла. Организация управленческого учета листового металла в условиях малого машиностроительного предприятия.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 12.08.2017Разработка технологии раскроя материалов. Ассортимент раскройного цеха. Расчет потребности материалов, рабочей силы и оборудования на участке раскроя. Подбор и расчет комбинаций на раскрой кож для верха обуви. Составление сменного задания раскройщикам.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 02.07.2011Выбор рациональной технологической структуры процесса раскроя материалов. Операции по сборке и комплектованию. Вырезание деталей, нумерация, контроль качества кроя. Обработка дефектных полотен. Расчет рабочей силы, оборудования, площадей раскройного цеха.
курсовая работа [117,5 K], добавлен 19.08.2016Обоснование способа раскроя бревен на пиломатериалы. Расчет поставов при развальном способе раскроя. Составление плана раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы. Расчет поточной линии лесопильного цеха на базе лесопильных рам. Баланс раскроя древесины.
курсовая работа [162,3 K], добавлен 25.06.2013Способы автоматической резки металла. Выбор оборудования и материала. Разработка технологического процесса раскроя и управляющей программы для станка с ЧПУ с помощью системы Техтран. Детали для задания на раскрой. Создание деталей в базе данных.
дипломная работа [5,0 M], добавлен 17.09.2012Анализ существующих методов и средств автоматизации процесса загрузки. Компоновка технологического комплекса устройства подачи листовых деталей. Расчёт пневмоцилиндров и вакуумного захвата. Принцип работы и назначение схемы пневматической принципиальной.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 31.05.2013Группы и типы станков с числовым программным управлением, их отличительные признаки и сферы применения, функциональные особенности. Классификация станков по точности, по технологическим признакам и возможностям, их буквенное обозначение на схемах.
реферат [506,2 K], добавлен 21.05.2010Общие сведения о станках с числовым программным управлением. Классификация станков по технологическому назначению и функциональным возможностям, их устройство. Оснастка и инструмент для многоцелевых станков. Технологические циклы вариантов обработки.
презентация [267,7 K], добавлен 29.11.2013Расчет реверсивного комплектного автоматического электропривода и обоснование замены устаревшей программы управления на станке с числовым программным управлением. Осуществление проверки работоспособности модернизированного электрооборудования станка.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 05.09.2014Разработка принципов и технологий лазерной обработки полимерных композиционных материалов. Исследование образца лазерной установки на основе волоконного лазера для отработки технологий лазерной резки материалов. Состав оборудования, подбор излучателя.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 12.10.2013
