1. Теоретическая часть 7
1.1 Основные определения 7
1.2 Реализация программы 8
1.2.1 Выбор используемых инструментов 8
1.2.2 Требования к программе 9
1.2.3 Программная реализация 9
1.2.3.1 Интерфейс 9
1.2.3.2 Объекты для расчета 10
1.2.3.3 Материалы 11
1.2.4 Расчет 11
1.2.5 Формирование заказа на раскрой 12
1.2.5.1 Начальные данные 12
1.2.5.2 Описание алгоритма 14
1.2.5.3 Результат расчета 17
1.3 Расчет плана раскроя 20
1.3.1 Функция 1 20
1.3.2 Функция 2 21
1.3.3 Алгоритм расчета плана раскроя 21
1.3.4 Результат расчета плана раскроя 24
2. Эксперименты 26
2.1 Эксперимент №1. Сравнительная эффективность алгоритмов 26
2.1.1 Начальные данные 26
2.1.2 Проведение экспериментов 26
2.1.3 Анализ полученных результатов 29
2.2 Эксперимент №2. Эффективность объединения задания на раскрой 33
2.2.1 Начальные данные 33
2.2.2 Проведение эксперимента 33
2.2.3 Анализ полученных результатов 35
2.3 Выводы 37
Заключение 39
Список использованных источников 40
Приложения 41
При проектировании и строительстве дома, зачастую требуется обшивка фасада и поверхностей внутренних помещений [1]. Дело в том, что она не только обеспечивает строение привлекательным и ухоженным внешним видом, но и защищает стены от неблагоприятного воздействия окружающей среды, и, таким образом, влияет на долговечность всего здания.
Обшивку фасада и внутренних помещений можно выполнить с помощью деревянной вагонки или сайдинга. Вагонка представляет собой деревянную доску, обработанную особым образом. Отделка дома вагонкой обеспечивает строение красивым внешним видом, и кроме этого зрительно выравнивает стены, утепляет их и не пропускает шум с улицы. Однако, этому материалу свойственны все недостатки древесины. Поэтому, без специальной обработки, покрытие быстро потеряет свою привлекательность и эксплуатационные качества.
Разновидностью вагонки является блок-хаус имитирующий бревна. Кроме того, в последнее время получила распространение евровагонка, которая, скрепляется между собой замковым соединением. Поэтому инструкция по установке данного материала предельно простая, а сам монтаж получается прочным и надежным.
Задача о рациональном раскрое была одной из проблем, сформулированных видным советским ученым Канторовичем в 1939 году в его работе «Математические методы организации и планирования производства» [2].
Задачи комбинаторной оптимизации, возникающие из задач оптимального раскроя, появляются в разных отраслях промышленности и имеют большой экономический потенциал [3].
При обшивке стен или потолков, вагонка разрезается на меньшие части.
При этом, появляется значительное количество отходов, которое нельзя
применить в дальнейшей обшивке. Это происходит из-за сложности расчета
непростых ограниченных прямоугольных поверхностей с проемами. Даже незначительное улучшение эффективности раскроя исходного материала способно обеспечить ощутимый экономический эффект, что связано, в первую очередь, с большими объёмами строительства.
Естественно, такие задачи имеют популярность среди мирового научного сообщества, и за полвека исследований возникла обширная библиография. За это время было вынесено на общее обозрение большое количество разных методов, направленных на решение подобных задач, которые возможно использовать на практике. В это же время развивались и разные стороны задач рационального раскроя.
В данной работе рассматривается оптимизация обшивки вагонкой одной или нескольких стен.
Целью работы является создание комплекса программ для расчета заказа на раскрой вагонки и расчета плана раскроя для обшивки одной или нескольких стен.
Объектом исследования является задача обшивки вагонкой одной или нескольких стен.
Предметом исследования является эффективное использование материала при обшивке вагонкой одной или нескольких стен.
Актуальность исследования. Актуальность данного исследования заключается в потребности практиков-строителей в оптимизации использования материалов.
Задачи, необходимые для достижения целей работы:
1. Разработка алгоритма расчета заказа на раскрой вагонки
2. Разработка алгоритма расчета плана раскроя
3. Создание программного инструментария для расчета заказа на раскрой вагонки и расчет плана раскроя для обшивки одной или нескольких стен
4. Оценка эффективности разработанного алгоритма.
Результатом работы будет являться комплекс программ для расчета
потребности в вагонке для обшивки стен.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка источников, включающего 11 наименований, и 2 приложений.
В ходе работы был проведен сбор и анализ требований, описанных в главе 1.2.2, проанализированы и выбраны необходимые средства разработки. Был спроектирован и создан интерфейс веб-приложения, позволяющий выполнять операции над стенами, отверстиями и материалами, а также выполнять расчеты. Были разработаны три алгоритма по методу последовательного выбора карт раскроя:
• Имитация «естественного» выбора карты раскроя (алгоритм 1);
• Выбор карты с минимальным остатком (алгоритм 2);
• Выбор из карт с минимальным остатком карты с максимальной применяемостью (алгоритм 3).
Был разработан комплекс программ для создания заказа на раскрой и плана раскроя. Были успешно выполнены два эксперимента.
По итогам экспериментов было выявлено, что созданные алгоритмы по эвристическому методу последовательного выбора карт раскроя работают эффективно. Алгоритм 3 является рекомендуемым для дальнейшего использования, так как выполняет расчет раскроя эффективнее по сравнению с алгоритмами 1 и 2. Объединение нескольких заказов на раскрой в один позволяет повысить экономию ресурсов.
Таким образом, можно считать все задачи и цели, поставленные в данном исследовании, выполненными. Продолжением научной работы можно считать поддержку расчета плана раскроя для сложных форм проемов (круглых, треугольных), а также оптимизация расчетов с использованием нейронных сетей.
Данная работа размещена на сервере GitLab ИТИС [11].
