Автоматизированная информационная система оптимальной раскройки листа материала
|
ВВЕДЕНИЕ 4
1. Анализ мебельного рынка в России и существующие проблемы 6
1.1 Общая характеристика мебельной фабрики «МебельGood» 8
2 Существующие модели автоматизированного друхмерного раскроя листа
материала 18
2.1 Гильотинный раскрой 19
2.2 Методы решения задач гильотинного раскроя 22
2.2.1 Оптимизация раскроя на основе генетических алгоритмов 23
2.2.2 Оптимизация раскроя на основе послойного метода 35
2.2.3 Оптимизация раскроя на основе метода «Муравьиная колония» 39
3 Проектирование автоматизированной системы управления по оптимизации
раскроя листа 44
3.1 Описание работы системы 44
3.2 Отношения между прецедентами и актерами 45
3.3 Документирование элементов модели 46
3.4. Дополнительная диаграмма прецедентов 48
3.5 Потоки событий 48
3.6 Диаграмма деятельности 49
3.7 Диаграммы классов 50
3.8 Диаграмма пакетов 52
3.9 Диаграмма последовательности 52
3.10 Диаграмма кооперации 54
3.11 Атрибуты и операции классов 54
3.12 Отношения между классами 55
4 Реализация процессов раскроя листа 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74
ПРИЛОЖЕНИЯ 75
1. Анализ мебельного рынка в России и существующие проблемы 6
1.1 Общая характеристика мебельной фабрики «МебельGood» 8
2 Существующие модели автоматизированного друхмерного раскроя листа
материала 18
2.1 Гильотинный раскрой 19
2.2 Методы решения задач гильотинного раскроя 22
2.2.1 Оптимизация раскроя на основе генетических алгоритмов 23
2.2.2 Оптимизация раскроя на основе послойного метода 35
2.2.3 Оптимизация раскроя на основе метода «Муравьиная колония» 39
3 Проектирование автоматизированной системы управления по оптимизации
раскроя листа 44
3.1 Описание работы системы 44
3.2 Отношения между прецедентами и актерами 45
3.3 Документирование элементов модели 46
3.4. Дополнительная диаграмма прецедентов 48
3.5 Потоки событий 48
3.6 Диаграмма деятельности 49
3.7 Диаграммы классов 50
3.8 Диаграмма пакетов 52
3.9 Диаграмма последовательности 52
3.10 Диаграмма кооперации 54
3.11 Атрибуты и операции классов 54
3.12 Отношения между классами 55
4 Реализация процессов раскроя листа 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74
ПРИЛОЖЕНИЯ 75
В мебельной промышленности и других отраслях большая часть продукции изготавливается из заготовок и деталей, получаемых из листовых материалов на различном технологическом оборудовании.
Как известно, при производстве корпусной мебели использует ДСП, ДВП и МДФ в огромных количествах. Большей частью в ход идут листы с ламинированным покрытием разных цветов и фактур. При этом самое главное в работе любого изготовителя - правильный раскрой, с минимальным расходом материала при получении из него деталей заданных форм и размеров.
При правильном раскрое деталей на листе, как правило, уменьшается расход материала примерно на 15-20%, а также облегчается процесс распиловки и сокращается длина пропила.
На сегодняшний день большие организации по производству мебели используют специальные системы раскройки материала, но мелкому бизнесу все еще приходится пользоваться «ручным» проектированием, так как нет лишних средств на разработку и поддержку программного обеспечения по автоматическому размещению деталей на листе и получением карты раскроя.
Карта раскроя - это выполненный в масштабе чертеж раскраиваемого листового материала в плане. На план наносят несколько вариантов раскроя листового материала с указанием размеров получаемых заготовок и количества деталей каждого размера. Оптимальные варианты раскроя листа оценивают с учетом максимального выхода заготовок из листа, комплектности выхода заготовок разных размеров и назначения их в соответствии с планом производства изделий мебели, минимального количества типоразмеров заготовок в одной карте раскроя, минимального повторения одних и тех же заготовок в разных картах раскроя.
Для решения задач оптимального раскроя листовых материалов при большом числе типоразмеров получаемых заготовок на предприятиях пользуются электронными вычислительными машинами.
Система раскройки листа материала предназначена для геометрического моделирования деталей и их автоматического размещения на заданной площади с минимальными отходами и значительной экономией времени при производстве мебели.
Как известно, при производстве корпусной мебели использует ДСП, ДВП и МДФ в огромных количествах. Большей частью в ход идут листы с ламинированным покрытием разных цветов и фактур. При этом самое главное в работе любого изготовителя - правильный раскрой, с минимальным расходом материала при получении из него деталей заданных форм и размеров.
При правильном раскрое деталей на листе, как правило, уменьшается расход материала примерно на 15-20%, а также облегчается процесс распиловки и сокращается длина пропила.
На сегодняшний день большие организации по производству мебели используют специальные системы раскройки материала, но мелкому бизнесу все еще приходится пользоваться «ручным» проектированием, так как нет лишних средств на разработку и поддержку программного обеспечения по автоматическому размещению деталей на листе и получением карты раскроя.
Карта раскроя - это выполненный в масштабе чертеж раскраиваемого листового материала в плане. На план наносят несколько вариантов раскроя листового материала с указанием размеров получаемых заготовок и количества деталей каждого размера. Оптимальные варианты раскроя листа оценивают с учетом максимального выхода заготовок из листа, комплектности выхода заготовок разных размеров и назначения их в соответствии с планом производства изделий мебели, минимального количества типоразмеров заготовок в одной карте раскроя, минимального повторения одних и тех же заготовок в разных картах раскроя.
Для решения задач оптимального раскроя листовых материалов при большом числе типоразмеров получаемых заготовок на предприятиях пользуются электронными вычислительными машинами.
Система раскройки листа материала предназначена для геометрического моделирования деталей и их автоматического размещения на заданной площади с минимальными отходами и значительной экономией времени при производстве мебели.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы достигнута его цель - оптимальный раскрой листа материала с минимальными отходами, снижение себестоимости выпускаемой продукции, путем разработки автоматизированной информационной системы.
Во время написания работы был изучен рынок мебельного производства России, который показал динамику роста мебельных организаций с 2015 года и по настоящий день. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, так как организаций работающих в данном секторе бизнеса становится больше, соответственно растет и конкуренция между ними.
По подсчетам в городе Набережные Челны насчитывается около 30 организаций, которые занимаются производством корпусной мебели различного рода, в том числе и объект исследования - мебельная фирма «МебельОоой».
Результаты исследования мебельного производства показали что, на предприятии существуют большие потери времени при раскрое мебели станочником-распиловщиком, из-за этого повышается себестоимость выпускаемой продукции.
Для решения данной проблемы было предложено разработать программное обеспечение для оптимального раскроя деталей с минимальными отходами и экономии ресурсов фирмы.
Анализы существующих моделей автоматизированного двухмерного раскроя листа материала показали, что каждый метод решения задач раскроя- упаковки можно применить при написании программного обеспечения. При этом в данных методах не учитывается ширина лезвия, т.е. не предусмотрено оставления места на пропил.
Проектирование автоматизированной системы управления по оптимизации раскроя листа, решило ряд задач по моделированию работы программы. А именно, как будет взаимодействовать пользователь программы и система, документирование элементов модели, дополнительная диаграмма прецедентов, потоки событий, диаграмма деятельности, диаграммы классов, диаграмма пакетов, диаграмма последовательности, диаграмма кооперации, атрибуты и операции классов, отношения между классами.
Раскрой листовых материалов позволяет:
- экономить материалы, создавая оптимальные карты раскроя;
- поддерживать базу данных, с примерами деталей и добавлением новых;
- сохранять рассчитанные варианты раскроя;
- вручную корректировать раскрой;
- учитывать остатки, хранящиеся на балансе организации и введенные в программу;
- снизить себестоимость продукции за счет экономии времени на ее производство.
Реализация процессов раскроя листа, представляет собой работу программного обеспечения по получению оптимальной карты раскроя.
Оптимальная карта раскроя - это размещение деталей на листе с минимальными отходами.
Разработаны четыре алгоритма раскроя листа материала.
Каждый алгоритм работаем по своей траектории, исходя из этого, выходные данные тоже разные. Первые три алгоритма являются методом точного размещения. В преобразованном генетическом алгоритме (алгоритм №4) решение задачи находится одним из популярных методов решения задач раскоя-упаковки - эвристическим.
В зависимости от первоначальных данных каждый алгоритм может показывать различные результаты.
На основе базового примера в программе были протестированы четыре алгоритма, наилучший результат получен при использовании алгоритма №4, так как общий отход по нему минимальный и составил - 19,45%.
Для определения эффективности разработки, были проведены исследования на основе тестовых примеров, с различным количеством входных данных. Главным показателем эффективности является - общий отход при раскрое.
Результаты исследований показали, что преобразованный генетический алгоритм превосходит другие программы раскроя Cutting, Базис-раскрой и PRO100 в среднем от 0,5% до 2,33%, что говорит об эффективности предложенного подхода решения задач раскроя.
Во время написания работы был изучен рынок мебельного производства России, который показал динамику роста мебельных организаций с 2015 года и по настоящий день. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, так как организаций работающих в данном секторе бизнеса становится больше, соответственно растет и конкуренция между ними.
По подсчетам в городе Набережные Челны насчитывается около 30 организаций, которые занимаются производством корпусной мебели различного рода, в том числе и объект исследования - мебельная фирма «МебельОоой».
Результаты исследования мебельного производства показали что, на предприятии существуют большие потери времени при раскрое мебели станочником-распиловщиком, из-за этого повышается себестоимость выпускаемой продукции.
Для решения данной проблемы было предложено разработать программное обеспечение для оптимального раскроя деталей с минимальными отходами и экономии ресурсов фирмы.
Анализы существующих моделей автоматизированного двухмерного раскроя листа материала показали, что каждый метод решения задач раскроя- упаковки можно применить при написании программного обеспечения. При этом в данных методах не учитывается ширина лезвия, т.е. не предусмотрено оставления места на пропил.
Проектирование автоматизированной системы управления по оптимизации раскроя листа, решило ряд задач по моделированию работы программы. А именно, как будет взаимодействовать пользователь программы и система, документирование элементов модели, дополнительная диаграмма прецедентов, потоки событий, диаграмма деятельности, диаграммы классов, диаграмма пакетов, диаграмма последовательности, диаграмма кооперации, атрибуты и операции классов, отношения между классами.
Раскрой листовых материалов позволяет:
- экономить материалы, создавая оптимальные карты раскроя;
- поддерживать базу данных, с примерами деталей и добавлением новых;
- сохранять рассчитанные варианты раскроя;
- вручную корректировать раскрой;
- учитывать остатки, хранящиеся на балансе организации и введенные в программу;
- снизить себестоимость продукции за счет экономии времени на ее производство.
Реализация процессов раскроя листа, представляет собой работу программного обеспечения по получению оптимальной карты раскроя.
Оптимальная карта раскроя - это размещение деталей на листе с минимальными отходами.
Разработаны четыре алгоритма раскроя листа материала.
Каждый алгоритм работаем по своей траектории, исходя из этого, выходные данные тоже разные. Первые три алгоритма являются методом точного размещения. В преобразованном генетическом алгоритме (алгоритм №4) решение задачи находится одним из популярных методов решения задач раскоя-упаковки - эвристическим.
В зависимости от первоначальных данных каждый алгоритм может показывать различные результаты.
На основе базового примера в программе были протестированы четыре алгоритма, наилучший результат получен при использовании алгоритма №4, так как общий отход по нему минимальный и составил - 19,45%.
Для определения эффективности разработки, были проведены исследования на основе тестовых примеров, с различным количеством входных данных. Главным показателем эффективности является - общий отход при раскрое.
Результаты исследований показали, что преобразованный генетический алгоритм превосходит другие программы раскроя Cutting, Базис-раскрой и PRO100 в среднем от 0,5% до 2,33%, что говорит об эффективности предложенного подхода решения задач раскроя.