Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса, цели и задачи исследования. 14
1.1 Обзор существующих пакетов программ и основные принципы оптимизации, заложенные в них. 14
1.1.1 САПР "Техтран". 16
1.1.2 Интегрированная САПР "СИРИУС". 22
1.1.3 ПО фирмы "Bystronic". 24
1.2 О преимуществах оптимизации холостого прохода деталей по сравнению с циклической резкой. 25
1.3 Основные результаты анализа. 30
Выводы по главе 1. 34
Глава 2. Математическая модель нахождения оптимального обхода деталей прилазерной резке . 35
2.1 Постановка задачи. 35
2.2 Разбиение деталей на листе материала на группы. 38
2.3 Нахождение минимального холостого прохода в группе деталей. 41
2.4 Нахождение минимального холостого прохода при вырезке внутренних отверстий деталей. 47
2.5 Нахождение минимального холостого прохода при вырезке деталей внутри отверстий и правила построения оптимального маршрута. 51
2.6 Нахождение минимального холостого прохода среди групп деталей. 51
2.7 Методика объединения контуров нескольких деталей в один контур непрерывного реза и необходимые условия для этого. 57
Выводы по главе 2. 62
Глава 3. Алгоритмическое и программное обеспечение поиска оптимальной длины реза и холостых проходов . 64
3.1 Разработка пакета раскроя материала, его структура и возможности. 64
3.2 Подсистема САПР оптимизации длины холостого прохода и минимизации реза "Обход". 69
3.3 Блок-схема алгоритма нахождения минимального холостого прохода в группе деталей . 72
3.4 Алгоритм нахождения минимального холостого прохода при вырезке внутренних отверстий деталей. 89
3.5 Алгоритм нахождения минимального холостого прохода среди групп деталей. 97
3.6 Блок-схема алгоритма объединения контуров нескольких деталей в один контур непрерывного реза. 99
3.7 Нахождение оптимального холостого прохода и минимального реза среди деталей на листе материала. 112
Выводы по главе 3. 113
Глава 4. Эффективность разработанных математической модели, методов, алгоритмов и их преимущества . 115
4.1 Показатель эффективности оптимального холостого прохода и минимального реза деталей при лазерной резке. 115
4.2 Сравнительный анализ разработанной подсистемы САПР "Обход" поиска оптимального холостого прохода и реза деталей с существующими пакетами программ 115
4.3 Реализация алгоритма нахождения минимальной длины реза деталей в случае совмещенного реза. 136
Выводы по главе 4. 143
Заключение. 144
Литература 146
- О преимуществах оптимизации холостого прохода деталей по сравнению с циклической резкой.
- Нахождение минимального холостого прохода при вырезке внутренних отверстий деталей.
- Блок-схема алгоритма нахождения минимального холостого прохода в группе деталей
- Сравнительный анализ разработанной подсистемы САПР "Обход" поиска оптимального холостого прохода и реза деталей с существующими пакетами программ
Введение к работе
Наиболее распространенным технологическим
процессом в машиностроении и других отраслях является резка - основная операция заготовительного производства [73,81].
Широкое применение находят различные механические
^ методы разделения металлов [1J, в первую очередь резка
ножовочными полотнами, ленточными пилами, фрезами и др. [67]. В производстве используются разнообразные станки общего и специального назначения для раскроя листовых, профильных, и других заготовок и деталей из различных металлов и сплавов. Однако при многих достоинствах этого процесса следует отметить недостатки, связанные с низкой производительностью, малой стойкостью отрезного инструмента, трудностью или невозможностью раскроя материалов по сложному криволинейному контуру.
* В промышленности получил распространение ряд
процессов разделения материалов, основанных на электрофизическом, электрохимическом и физико-химическом воздействиях. Ацетиленокислородная резка, плазменная резка проникающей дугой и другие физико-химические методы разделения обеспечивают повышение производительности по сравнению с механическими методами, но не обеспечивают высокой точности и чистоты поверхностей реза и требуют в большинстве случаев последующей механической обработки. Электроэрозионная резка позволяет осуществлять процесс разделения
материалов с малой шириной и высоким качеством реза, но и одновременно с этим характеризуется низкой производительностью.
Поэтому и возникла настоятельная производственная
необходимость в разработке и промышленном освоении
методов резки современных конструкционных материалов,
сочетающих высокие показатели как по
производительности процесса, так и по точности и качеству поверхностей реза. К числу таких перспективных процессов разделения материалов следует отнести лазерную резку металлов.
Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разделять практически любые металлы и сплавы независимо от их теплофизических свойств. При этом можно получать узкие разрезы с минимальной зоной термического влияния. При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал, и возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания. Вследствие этого можно осуществлять лазерную резку с высокой степенью точности, в том числе и легкодеформируемых и нежестких заготовок или деталей. Благодаря большой плотности мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. Кратко рассмотренные особенности лазерной резки наглядно демонстрируют несомненные преимущества процесса в сравнении с традиционными методами обработки.
На сегодняшний день применение лазеров [10,27] при
раскрое и резке очень распространено, так как
одновременно с высокой точностью и производительностью
обработки в этом случае обеспечивается значительная
экономия материала за счет очень малой ширины реза и
рациональной системы раскроя в сравнении с
традиционными технологиями. При этом эффективность
вырезания изделий сложного профиля значительно выше,
чем при обычной вырубной штамповке листовых изделий.
Лазерный раскрой материалов широко используется в
современной автомобильной, аэрокосмической,
судостроительной, электротехнической, легкой
промышленности, сельскохозяйственном машиностроении.
Экономия материальных ресурсов - один из важнейших факторов повышения эффективности любого производства. Главный путь решения данной проблемы - снижение материалоемкости промышленной продукции. Для этого используют рациональный раскрой материала, который сводится к оптимальной раскладке деталей на листе материала [71]. Основной характеристикой экономичности раскроя служит так называемый коэффициент раскроя, представляющий собой отношение полезной площади всех заготовок к площади, используемой для их получения.
Проектирование процессов [74,75] лазерной резки, в том числе не только составление карт раскроя, но и нахождение оптимального маршрута режущего инструмента и их автоматизация, является актуальной задачей, поскольку:
Существующие методы и средства проектирования процессов лазерной резки не удовлетворяют выросшим требованиям качества резки.
Современные средства автоматизации проектирования также не удовлетворяют поставленным задачам, т.к. не решают ряда насущных проблем, возникающих при подготовке карт раскроев.
В настоящее время проектирование, технологическая подготовка производства и их автоматизация тесно связаны, что особенно отличает рассматриваемую область от других направлений [88,89].
В соответствии с предложенной Р.И. Сольницевьш
концепцией, САПР рассматривается как инструментарий
проектировщика, где каждый инструмент включает
основные компоненты технического, лингвистического,
программного, информационного, методического и
организационного обеспечения. Автоматизация
практической деятельности человека позволяет повысить производительность труда [77]. Наиболее важными компонентами САПР в рассматриваемой области являются математическое и программное обеспечения, поскольку использование этих компонент позволит автоматизировать процесс подготовки карт раскроя для лазерной резки.
Математическое обеспечение - совокупность
математических моделей, методов и алгоритмов,
необходимых для построений инструментов
проектировщика - подсистем САПР. Программное
обеспечение - совокупность программных средств и
соответствующих программных документов,
представленных в заданной форме и позволяющих строить подсистемы САПР для решения различных задач проектирования [36,60,61]. Общие принципы и направления САПР разработаны в трудах ИЛ. Норенкова [55,56,57], Р.И. Сольницева [78,79,80], В.Н. Нуждина [58], В.И. Анисимова [7], Г.Д. Дмитревича [30], Д.И. Батищева [11,12] и др. Направление, связанное с раскроем, отражено в работах Э.А. Мухачевой [52], Ф.В. Бабаева [8], В.В. Мартынова [48,49,50,51,92,93], Л.В. Канторовича, В.А. Залгаллера [31]
и др.
Другими, не менее важными факторами повышения эффективности производства являются: экономия общего технологического времени, экономия энергозатрат, продление срока службы лазерного оборудования.
Под общим технологическим временем [2,3,26,34] понимается время, затраченное на подготовку к вырезке и время, затрачиваемое непосредственно на саму вырезку. Подготовку к вырезке можно разделить на две части: нахождение оптимального расклада деталей на листе заготовки и нахождение оптимальной длины раскроя этих деталей. В дальнейшем рассматриваются время на поиск оптимальной длины раскроя и время вырезки деталей. Сумму этих времен и будем называть общим технологическим временем.
Однако лазерное оборудование является дорогим и энергоемким оборудованием [70,83]. Поэтому снижение времени и расхода рабочего тела на выполнение операций лазерной резки является существенной экономией не только
электроэнергии, но и продлит срок службы самого оборудования.
В частности, весьма актуальной является задача нахождения минимальной длины прохода лазерного луча при резке листового материала. Решение этой задачи, также как и полной задачи проектирования лазерной резки невозможно без применения средств автоматизации проектирования как самого процесса лазерной резки, так и управляющих программ для лазерных установок резания [4,5,9,21,25,47].
Целью настоящей работы является разработка математических методов и моделей, алгоритмов и программного обеспечения нахождения оптимальной длины холостых проходов и минимальной длины реза при лазерной резке листового материала.
Методы исследования базируются на методах комбинаторной геометрии и методах оптимизации технических решений [6,23,33,62]. Поиск оптимальной длины холостых проходов при вырезке деталей на листе материала основан на поиске оптимального расположения точек врезания на контурах деталей, внутренних отверстиях и объединения деталей в один контур реза. Это осуществляется с помощью метода сопряженного градиента и алгоритмов, предложенных автором. Расчеты проводились при помощи ПК на базе процессора Intel Pentium-II с использованием математических систем Matlab [83], MathCAD [29], и программ, реализованных в среде Visual C++ [86].
Научную новизну и ценность составляет:
Предложена методика объединения контуров деталей в линию непрерывного реза при наличии точек касания или общих сторон. Также предложена методика разбиения деталей на листе материала на группы с целью нахождения кратчайших холостых проходов в группах.
Разработана математическая модель, основанная на минимизации глобальной целевой функции, в результате которой находятся оптимальные положения точек врезания в контуры деталей. В качестве целевой функции предложена функция суммы расстояний между точками врезания всех деталей в группе.
Предложен единый алгоритм для нахождения оптимальных точек врезания, как внешних контуров деталей, так и внутренних отверстий, а также для деталей, расположенных внутри этих отверстий.
Разработана подсистема САПР "Обход", автоматизирующая процесс нахождения наикратчайшего маршрута лазерной режущей головки при раскрое листового материала.
Практическая ценность работы заключается в сокращении холостых проходов на 30-60% по сравнению с существующими пакетами раскроя листового материала ("Техтран", САПР "СИРИУС", программное обеспечение фирмы "Bystronic"). Общее технологическое время обработки листа сокращается на 10-15%, длина реза деталей, расположенных без полей допуска, сокращается на 10-30%. Созданные методики и алгоритмы использованы в
разработке системы САПР раскроя материала "Раскрой" - в созданной диссертантом подсистеме САПР "Обход".
Реализация результатов работы. Результаты работы и соответствующее программное обеспечение внедрено на ФГУП ЦНИИ КМ "Прометей", что подтверждено соответствующим актом о внедрении.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных конференциях "Гагаринские научные чтения" (г. Москва, 2000г), "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" (г. Екатеринбург, 2000г), научной сессии аспирантов (СПГУАП, 2000, 2002, 2003гг), международной конференции "Instrumentation in Ecology and Human Safety 2002" ("IEHS'02", St.Petersburg) [40,41,42,43,44,46].
Публикации. Опубликовано 12 научных работ, 7 работ по теме диссертации, из них 1 статья [45] и тезисы к 6 докладам на международных и всероссийских научно-технических конференциях.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и библиографии.
В первой главе проведен анализ современного состояния эффективности резки материала. Показано, что оптимизации холостого прохода и минимизации реза уделяется недостаточно внимания. Обзор показал, что на сегодняшний день не существует однозначной модели поиска длины холостого прохода и минимальной длины реза. В большинстве случаев ("Техтран", "Сириус" и др.) осуществляется простая последовательная резка деталей
[68,76,84]. На основании этого формулируются цели и задачи исследования.
Во второй главе разработана математическая модель поиска минимальной длины холостого прохода и реза, основанная на поиске оптимального расположения точек врезания на контурах деталей, внутренних отверстий, обхода групп деталей и объединения деталей в один контур реза. Сформулирована целевая функция поиска минимального холостого прохода, минимизация которой позволяет получить решение данной задачи. Применен единый математический аппарат для минимизации длины холостых проходов, основанный на методе сопряженных градиентов, как между внешними контурами и внутренними отверстиями, так и при объединении групп деталей. Сформулированы необходимые условия для объединения контуров нескольких деталей в один контур для уменьшения длины реза.
В третьей главе приводится структура и показаны возможности пакета оптимизации раскроя материала. Показано место подсистемы САПР "Обход" Разработаны блок-схемы и алгоритмы для нахождения оптимальной длины холостого прохода и реза деталей. Показаны примеры реализации этих алгоритмов в пакете Mathcad.
В четвертой главе исследована эффективность разработанных математической модели, методики, алгоритмов и их преимущества. На примере существующих программ раскроя материала показаны достоинства разработанной подсистемы САПР "Обход".
В заключении суммированы основные выводы диссертационной работы.
Основные пололсения, выносимые на защиту.
Методика объединения контуров деталей в линию непрерывного реза при наличии точек касания или общих сторон. Методика разбиения деталей на листе материала на группы с целью нахождения кратчайших холостых проходов в группах.
Математическая модель оптимизации холостых проходов, основанная на минимизации глобальной целевой функции, в результате которой находятся оптимальные положения точек врезания в контуры деталей. В качестве целевой функции предложена функция суммы расстояний между точками врезания всех деталей.
Единый алгоритм для нахождения оптимальных точек врезания, как внешних контуров деталей, так и внутренних отверстий, а также для деталей, расположенных внутри этих отверстий.
Структура подсистемы САПР "Обход".
О преимуществах оптимизации холостого прохода деталей по сравнению с циклической резкой.
После того, как детали разложены на листе материала, определяется маршрут вырезки этих заготовок. Для этого предназначен специальный модуль пакета САПР "СИРИУС"- модуль назначения маршрута резака.
Модуль назначения маршрута резака обеспечивает проектирование маршрута резки в интерактивном режиме (с помощью мыши) с целью соблюдения всех технологических требований резки материала. Реализован и полностью автоматический режим формирования программы резки, который в большинстве случаев (но не во всех!) обеспечивает соблюдение технологии резки даже для раскройных карт высокой сложности.
Тем не менее, ни тот, ни другой режим работы модуля не отвечает поставленным требованиям об оптимальном холостом проходе при вырезке деталей, т.к. разработчики выбрали только одну цель - соблюдение режимов резки и только.
При подготовке программ для лазерных, плазморежущих и газорежущих машин, подсистема САПР "СИРИУС обеспечивает возможность задания эффективных технологий термической резки таких, как "совмещенный рез" и резка групп деталей без выключения резака. Но все эти возможности достигаются за счет ручного поэтапного задания маршрутов резки. Типовые движения описаны в макросах, которые пользователь выбирает для каждого отдельного случая. Далее можно привести некоторые характерные макросы, отражающие суть и возможности пакета: 1. "Контур" - вырезка контура; врезание в ближайшую точку на контуре, отмеченную курсором. Предусмотрена резка по часовой и против часовой стрелки. 2. "Угол" - вырезка контура; врезание в определенный угол, отмеченный курсором. 3. "Деталь-Контур" - вырезка детали со всеми её внутренними отверстиями; врезание в ближайшую точку на контуре, отмеченную курсором. 4. "Восьмерка" - резка двух деталей с общим резом по спанам (спан - участок от одной опорной точки контура до другой ближайшей опорной точки), не выключая резака. 5. "Змейка" - резка нескольких деталей по спанам, не выключая резака. 6. "Перемычки" - резка длинномерных деталей с перемычками. Два типа макросов - с совмещенным резом, без использования совмещенного реза. 7. "АвтоматК" - автоматическое описание маршрута резки участка, выбранного курсором. Следует отметить, что шесть вышеперечисленных макросов никаким образом не оптимизируют длину холостых проходов при вырезке деталей, т. к. пользователь самостоятельно, "на глаз", задает точки врезания в заготовки. Также не идет речь и об автоматическом режиме, поскольку для обработки каждой детали необходимо выбрать несколько настроек. Хотя макросы и упрощают работу пользователя, тем не менее, чтобы подготовить лист материала к вырезке, необходимо определенное время, иногда значительное, а также навыки в работе с пакетом. Макрос, приведенный в седьмом пункте, обеспечивает автоматическое задание параметров вырезки. "АвтоматК" включает в себя только те макросы, которые применяются для вырезки контура, т.е. макрос "Змейка" не используется. Разработчики пакета, вероятно, не ставили перед собой цель уменьшить длину холостых проходов, поскольку в аннотации к пакету об этом ничего не сказано. Также, по всей видимости, детали вырезаются в том порядке, в котором они были разложены, что опять таки говорит об отсутствии оптимизации. Принципы, по которым автоматически выбираются точки врезания в детали, авторы пакета не разглашают.
Таким образом, пакет САПР "СИРИУС" обеспечивает возможность задания параметров вырезки в ручном, полуавтоматическом и автоматическом режимах. Тем не менее, поставленной задаче об оптимальных холостых проходах и минимальной длине реза он не удовлетворяет.
Bystronic Laser AG входит в группу Bystronic, принадлежащую холдингу "Zuercher Ziegeleien", выпускает лазеры и лазерное оборудование. Также фирма реализует дружественное пользователю программное обеспечение.
ПО фирмы "Bystronic" рассматривает оптимизацию холостых проходов следующим образом. Точки врезания в деталь задаются на этапе формирования задания на раскрой. После того, как координаты детали введены в компьютер, пользователь может самостоятельно вручную, с помощью мыши, для заготовки назначить точки врезания. Другой способ - это автоматическое назначение точек врезания. В этом случае программа сама выбирает эти точки. Как показывает практика, назначение точек врезания происходит в произвольном порядке и не является оптимальным. Таким образом, заранее, еще перед раскладкой деталей на листы материала, известны точки врезания в каждую заготовку. В дальнейшем, при раскладке деталей на лист материала, заготовки меняют свое первоначальное положение относительно системы координат (поворачиваются, отражаются, смещаются), тем не менее, точки врезания остаются неизменными относительно детали. После того, как детали разложены на листе, можно задать опцию нахождения кратчайшего холостого прохода между деталями. Этот проход будет найден среди заготовок, у которых точки врезания зафиксированы на предыдущем этапе и коррекции не подлежат. На этом же этапе возможно найти только очередность вырезки деталей, такую, чтобы холостые проходы были минимальными. Таким образом, очевидно, что при таком подходе вырезка будет происходить не по оптимальному маршруту, т.к. остающиеся без изменений точки врезания не позволяют находить минимальный холостой проход между заготовками на листе материала.
Нахождение минимального холостого прохода при вырезке внутренних отверстий деталей.
После того, как вариант обхода деталей в группе определен, необходимо все детали объединить в так называемый вектор векторов или массив ячеек. Он представляет собой одномерный массив, элементами которого являются вектора, описывающие детали. Поскольку эти вектора заданы в том порядке, в котором будет происходить вырезка, несложно заметить, что холостым проходом будет конечная вершина одного вектора и начальная вершина следующего. Таким образом, холостой проход автоматически включен в вектор реза деталей.
Вырез внутренних отверстий имеет ряд особенностей по сравнению с вырезкой внешних контуров [32,39,63,64,66]. Можно отметить следующие моменты: 1. В связи с тем, что детали после вырезки отделяются от основного листа материала, несомненно, происходит некоторое смещение заготовки относительно координатного стола и поэтому обработка внутренних отверстий невозможна после того, как деталь вырезана. Вследствие этого, внутренние отверстия должны быть вырезаны до обработки внешнего контура детали либо в процессе реза этого контура. 2. Точкой перехода к вырезу внутренних отверстий должна являться точка на внешнем контуре заготовки. Она может быть как точкой врезания на внешнем контуре при вырезке группы деталей, так и другой любой точкой (рис.2.5). Здесь эти точки не совпадают. А - это точка врезания на внешнем контуре, В1 - точка перехода на вырезку внутренних отверстий. В этом случае точка В1 должна быть включена в описание внешнего контура детали, как отдельная вершина (об этом будет сказано ниже), т. к. после прихода в эту точку вырезание внешнего контура прекращается и осуществляется переход к вырезу внутренних отверстий, после чего происходит возврат в эту точку В1 и продолжается вырез внешнего контура детали. При этом такая точка, как В1, является и начальной и конечной точкой, т.е. вырезка внутренних отверстий будет начинаться с этой точки и заканчиваться в ней же, чтобы затем начать или продолжить вырезку внешнего контура детали в зависимости от того, совпадают точки вырезки внешнего контура и внутренних отверстий соответственно или нет.
Целевой функцией поиска минимального холостого прохода является расстояние между точками врезания на внешнем контуре и внутренних отверстий і и к [15]: где: Llik - расстояние между точками врезания ink, которые являются точками врезания во внутренние отверстия, либо одна точка является точкой перехода от внешнего контура детали к внутренним отверстиям, мм, /(0 - уравнения контуров отверстий и внешнего контура детали в комплексной форме, t - параметр. Глобальной целевой функцией является сумма расстояний между точками врезания во все отверстия плюс расстояние до внешнего контура. Fl = mining;к, (211) При минимизации отыскиваются такие значения параметра / , что положение точек врезания на контурах внутренних отверстий и внешнего контура является ближайшим между собой для данной детали. Минимум функции F\ находится методом сопряженного градиента. Нахождение F\ для внутренних отверстий подобно нахождению минимального холостого прохода в группе деталей. Его главное отличие состоит в том, что необходимо вернуться в ту же точку, с которой началась вырезка. Поэтому после того, как оптимальная точка на внешнем контуре и оптимальные точки на внутренних отверстиях определены, находится кратчайшая последовательность обхода этих точек. Особенностью нахождения кратчайшей последовательности обхода является то, что начальная точка обхода и конечная точка вырезки внутренних отверстий известны заранее - это точка на внешнем контуре - она будет первой точкой, и она же будет последней. Найденные оптимальные точки на контурах внутренних отверстий перестраиваются в векторах отверстий так, чтобы оптимальные точки были первыми и последними в них. Затем эти вектора объединяются в вектор векторов вырезки внутренних отверстий в найденной оптимальной последовательности. После того, как сформирован вектор, описывающий последовательность обработки внутренних отверстий, во внешний контур детали включаются две вершины. Они одинаковы - это та оптимальная точка, с которой начинается и заканчивается вырезка внутренних отверстий. Теперь необходимо в описание внешнего контура детали между двумя этими точками включить вектор обхода и вырезки внутренних отверстий. Таким образом, описание детали, у которой есть внутренние отверстия, само становится вектором векторов. Его элементами являются вершины, которые описывают внешний контур и вектор, который описывает внутренние отверстия. При переходе от вершины внешнего контура к первой вершине вектора внутреннего отверстия и при переходе от последней вершины вектора внутреннего отверстия к вершине внешнего контура будут холостые проходы.
Блок-схема алгоритма нахождения минимального холостого прохода в группе деталей
Таким образом, выбранные детали будут автоматически разложены на листе. Теперь необходимо задать тип обхода этих заготовок в соответствии с видом разложенных деталей (рис.3.3). Существует три вида различных обходов заготовок. В случае, если детали на листе имеют сложную конфигурацию с очень большим количеством отверстий, при вырезке материал (металл) будет нагреваться и деформироваться вследствии термических напряжений, что может привести к искажению геометрии вырезаемой детали [17]. Для устранения этого эффекта существует опция обхода, которая называется "Термозависимый обход". Здесь выбор вырезаемых деталей и их отверстий происходит случайным образом, так, что вначале обрабатываются внутренние отверстия (причем, если деталь имеет несколько отверстий, то они вырезаются не подряд, а с переходами на вырезку отверстий других деталей), и только затем обрабатываются внешние контуры. Также предусмотрена возможность ручного переназначения очередности вырезаемых контуров. В случае, когда технологически необходима резка с минимальными холостыми проходами и конфигурация деталей позволяет это, существует опция "Оптимальный обход", которая запускает работу разработанной подсистемы САПР, о которой будет сказано ниже, в которую входят два других вида обхода деталей - когда заготовки разложены с полями допуска и без них.
После того, как детали разложены на листе материала и найдена очередность вырезки их контуров одним из способов, описанных выше, необходимо выбрать команду меню Выполнение и запустить непосредственно процесс резки. Следует отметить, что описываемый пакет раскроя материала является не только подготовительным звеном для резки, но и является самостоятельной управляющей программой для координатного стола. В ней предусмотрены такие команды, как "Создать программу управления", "Начать резку", "Пауза", "Начать резку с команды...", "Отменить резку".
Опция "Просмотр" позволяет отслеживать последовательность управляющих команд в реальном режиме резки, а также графически наблюдать траекторию резки заготовок на экране монитора (вырезаемые контуры окрашиваются в другой цвет).
В команде меню Файл предусмотрена опция "Запись в файл". Она позволяет создать и записать в текстовый файл задание на раскрой, в котором отражены материал листа, его толщина, перечень деталей, длина реза, длина холостого хода, общее технологическое время обработки листа, коэффициент эффективности.
Следует отметить, что данный пакет раскроя материала находится в разработке и пока не поступил на рынок, поэтому окончательный вариант этого пакета может несколько отличаться от представленного. Подсистема САПР оптимизации длины холостого прохода и минимизации реза "Обход".
Подсистема САПР оптимизации длины холостого реза и минимизации реза "Обход" (рис.3.4) является разработанной частью системы САПР лазерного раскроя материала. Она предназначена для лазерной резки деталей, расположенных на листе материала. Детали могут иметь различные контуры, не только прямоугольные, но и фигурные.
После того, как детали разложены на листе материала, необходимо определить тип обхода этих заготовок. Как уже говорилось выше, возможны два варианта: термозависимый обход и оптимальный. Остановимся на втором. После запуска подсистемы "Обход" на экране монитора появляется окно с разложенными заготовками на листе материала, которые были получены на предыдущем этапе. С помощью команды меню Маршрут/Параметры резки необходимо задать следующие параметры: скорость резки -она зависит от мощности лазера, толщины листа и марки материала, на котором разложены заготовки; скорость холостого хода - это скорость, с которой будет перемещаться лазерная режущая головка (или координатный стол в зависимости от фирмы производителя) при переходе от вырезки одного контура к другому; время пробивки - это время задержки лазера на одном месте для пробивки материала (зависит от мощности лазера, марки материала листа и его толщины).
Команда меню Маршрут/Определить маршрут позволяет задать два режима нахождения холостых проходов. Первый режим называется "Минимальный ход", он позволяет найти оптимальный маршрут вырезки деталей, чтобы холостой проход между деталями был минимальным. Второй режим носит название "Минимальный ход+рез". Он позволяет сократить длину реза деталей и задается в том случае, когда детали на листе материала разложены вплотную друг к другу (раздел 2.8). После того, как маршрут найден, можно рассчитать длину реза, холостого хода и коэффициент эффективности (глава 4).
Маршрут/Масштаб позволяет масштабировать лист материала, чтобы упростить работу пользователя и сделать более наглядным лист (увеличить какую-то его часть или уменьшить размер листа на экране). С помощью команды Маршрут/Время можно определить общее технологическое время обработки листа в целом.
Подсистема САПР "Обход" может также использоваться как отдельная программа для таких случаев, когда детали уже оптимально разложены в каком-либо пакете оптимизации раскроя листового материала. Для этого существует команда меню Вставка. С помощью нее можно импортировать файлы с разложенными деталями на листах материала.
Сравнительный анализ разработанной подсистемы САПР "Обход" поиска оптимального холостого прохода и реза деталей с существующими пакетами программ
В первой главе были рассмотрены два алгоритма вырезки деталей: простейший и усложненный алгоритмы маршрута циклической вырезки на примере карты регулярного раскроя для двадцати четырех кругов (рис. 1.4,1.5). Такой способ обработки листа прост в программировании, но не отвечает требованиям о минимальных холостых проходах при вырезке деталей. Такое расположение заготовок на листе материала было выбрано в качестве тестовой задачи для проверки созданного математического, алгоритмического и программного обеспечений для решения проблемы поиска оптимальных холостых проходов: при: реаке листового материала. Полученный результат (рие. 4.1) показал значительное сокращение длины холостых проходов по сравнению с циклической вырезкой.
Так, при простейшей циклической резке коэффициент эффективности холостых проходов Копт=0.364, при усложненной циклической резке Копт= 0.262. Вариант обхода деталей, полученный автоматически в подсистеме САПР "Обход", улучшил предъгдупще показатели" и составил Копт= 0.202. Таким образом, показатель эффективности - коэффициент эффективности: холостых проходов уменьшился в 1.8 раза по сравнению с простейшей резкой и в 1.3 раза по сравнению с усложненной резкой. Длина холостых проходов при вырезке деталей сократилась на 56% в первом случае и на 29% во втором случае.
Рассмотрим предлагаемый разработчиками вариант автоматического раскроя деталей сложной конфигурации, выполненный в САПР "СИРИУС" (рис. 4.2). На листе разложены шестьдесят деталей трех видов. Данная раскладка не является полностью регулярной, тем не менее, на листе можно проследить наличие рядов. Детали первого вида (условимся, что это детали с отверстиями) расположены рядами шесть на четыре. Последняя, двадцать пятая заготовка расположена справа от этих рядов. Внутри отверстия каждой детали первого вида располагаются детали второго вида. Их количество равно количеству заготовок первого вида. Все детали первого и второго видов расположены одинаково относительно друг друга и относительно листа материала. Заготовки третьего вида, в количестве десяти штук, лежат на листе справа и 50% из них повернуты на 1&0& относительно листа. Первоначальное положение режущего инструмента показано в виде звездочки. Она располагается в левом нижнем углу. С этого места начнется вырезка заготовок, расположенных на материале. Непрерывной линией показаны холостые проходы при вырезке. Так, первой будет вырезаться деталь второго вида, которая находится внутри верхней левой заготовки первого типа. Далее будет вырезана деталь второго типа, которая находится на ряд ниже. Затем будет обработано отверстие детали первого типа, в котором уже вырезана внутренняя деталь, и только потом сама деталь. В том же порядке - вначале внутреннее отверстие, а затем внешний контур будут вырезаны у детали во вторам ряду слева сверху. Очевидно, что выбор детали для первого врезания не является оптимальным, поскольку эта деталь не является ближайшей к месту первоначального расположения режущего инструмента. Далее также не наблюдается попыток уменьшить длину холостых проходов, т.к. на всем листе происходят перескоки с вырезки одной детали на другую, ничем не мотивированные. Это приводит к увеличению технологического времени обработки листа материала в целом за счет большого количества ненужных длинных холостых переходов.
Таким образом, можно сделать следующие выводы: 1. Очередность вырезки деталей - вначале детали, расположенные внутри отверстий других деталей, затем внутренние контуры этих деталей и только потом внешние контуры деталей, соблюдена. 2. Длина холостых проходов между деталями при вырезке не оптимальна, поскольку разработчики пакета, вероятно, не ставили перед собой такой цели (алгоритм поиска холостых проходов является коммерческой тайной и не разглашается). Коэффициент эффективности- холостых проходов при автоматическом нахождении пути вырезки деталей, описанных выше, а САПР "СИРИУС" равноКопт= (К220_ Для сравнения результатов работы системы САПР "СИРИУС" и разработанной подсистемы САПР "Обход", в разработанную подситему были введены координаты деталей трех видов такой же конфигурации, в том же количестве и расположении, что и в САПР "СИРИУС".
