Введение к работе
Актуальность теш. Автоматизация производства, наряду с разработкой ресурсосберегающее те:.нологий, является одним из вагшекшес направлений научно-технического прогресса. В связи с этшл представляется актуальной разработка систем автоматизированного управления технологическими процессами, применение коб-х методов и технологий разделения материалов. Создание и широкое внедрение автоматизировали: х систед» раскроя, представляддих собоїі принципиально повне, ресурсосбе-регагеще технологии, обеспечивает значительное снижение расхода материала, трудоемкости производства, сокращение непроизводительного труда, позволяет иолностьо автоматизировать процесс раскроя. Наиболее прогрессизнгы направлением совершенствования технологии и повышения эффективности производства в отраслях лесного комплекса является использование . лазерн'тс установокг11нтегрированш!Х с 7ЧПУ или непосредственно с мжроЗШ,для раскроя целлюлозно-бумаїшнх катериалов (ЦШ) и некоторое материалов деревообработки. Применение технологических лазерних установок...(ТЛУ) создает принципиально нопуа, гибкую технологию раскроя, позволяющую с мини- . мальшяаі затратами времени переходить'на.изготовлеіше нових видов изделии слоздои-конфигурации. Применение лазерной технологий, например, в деревообработке, в целом ряде случаев позволяет почти что здвое сократить число операций по сравнению с традиционной технологией обработки древесных материалов. Однако, при внедрении лазерного раскроя возникает ряд проблем, требувдих глубокой прорабо/ки: формирование оптимальних планов, раскроя и оперативный доиск траектсри
двиаеюш лазерного резака , обеспечивр'сгдх максимальную производительность лазерного комплекса, преобразование полученной траектории в кода УЧПУ, выбор и. опгшлизация-технологических параметров резаіпія и т.д. С точки зрения разработки алгоритмиїсского и программного обеспечения системы автоматизированного управления'технологический процессом лазерного раскроя клетевыми полностью определяющими эффективность применения ТЛУ являются проблемы размещения геометрических объектов слепши конфигурации и поиск эфйектявге-.'х траекторий-резания. Несмотря на большой интерес исследователей к проблеме -размещения геометрических объектов, она на сегодняшний день не утратила своей актуальности. При этом практика постоянно выдвигает все новке задачи, требующие своего решения. Задача поиска оптимальной траектории двиаения' режущего инструмента менее исследована, а имеющиеся в настоящее время ее рссенля носят частішії харшетер. Таким образом, актуальность проблем оптимального размещения геометрических объектов слоеной конфигурации и синтез?, оптимальных траекторий движения рекущего инструмента,.а такае необходимость аффективного решения практических задач размещения и трасси-розки с помощью 2Е.1 обусловили внбор теш диссертационной работы. -'''.-.-'-''
Цель и задачи исследования.-Целью настоящей работы язл. стся разработка алгоритмического п программного обеспечения элементов систем-! автоматизированного управления технологи-ческим процессом лазерного раскроя к использование его для реиения практически задач, возник вдих при изготовлении де талей.сложной конфигурации. В соответствии с данной целью основний задачами работы являются: анализ особенностей раз мецения геометрических объектоз и движения'режущего инсгру-мента при использовании ТЛУ з целявлозно-бумахной и деревообрабатывающей промышленности; анализ состояния вопроса размещения геометрических объектов и поиска оптимальних тра екторий'резания; моделирование размещения геометрических об ектов сложной конфигурации а прямоугольной области, синтез математической модели и алгоритмов реализации; разработі . методов и алгоритмов определения эффективных траекторий дви
— 4
На защит? с/косятся;-'метод генерации размещений сдао-связннх геометрических объектов слоякой конфягураціс: в прямо-. угольной области; алгоритмическое п прої рам.мое обеспечение размещения геометрических объектов произвольной форма; алгоритмическое и программное обеспечение размещения прямоугольник геометрических объектов; алгорит» и программное обеспечение . задачи определения оптимальних траєкторій движения лазерного резака. ' '
Практическая, ценность табот;?. Исследования-по теме диссертационной- работе выполнялись в рамках научной тематики кафедры технической кибернетики (УЛТЙ) по nporpaiwe 00.11.08 ШГГ СМ СССР в-ракках. хоздоговорных работ (гос.регистрация 1« . QI8EQC042G9).- Разработанное математическое и программное обеспечение решаемых ко,\шексоз задач я его эяекектк впедренч на ряде предприятий страна: Заволкскогл картошю-фпбровом производственной объединении,- ПШ "Россия", ПШ "Коскза", ЛСК-І60 .МО СССР, Ніше-Тапш>ско:.і мебельном комбинате, .Тираспольском ДОКе, з ЇЇИКПШПе.; Подтзергдсшшй'документально экономический эффект, от- внедрения результатов дпесортацпошоп работа составил 242, '12;тио';'руб.". .,.:. .: ...'-'--.
;. Апробепик таботн.Г Основное '.содёраанпе диссертационной работы. докладывалось - и; обсукдалось на Всесоюзної! научно-технической конфербкцём, '^тематическое обеспечение рационального раскроя .в системах автоматизированного проектировшпш" (г.Уфа, 1987 г.), на Всесоюзной научно-технінеском семинаре "Штенск^икапдя; производственных процессов в отраслях' лесного комплекса с использованием комплексной "механизации и средств вычислительной техники" (г.Ленинград,- 1933 г.), на научно-техническойконференции, с иеядународнкм. участком "Перспектав-нне материала и технологии в производстве.мебели и столярно-стрситёяьннх изделий'* (г.Стара-Загора, 1988 г.), на Зсесояз-ной научно-технической конференции "Научно-технический прогресс лесной'и деревообрабатывающей прокншленности" (г.Киев, IS89 V*), на научно-технической конференции "Автоматизация технологического проектирования" (г.Пенза, IS89 г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре "Совераснствование системы автоштизарованнрго проектирования при технологической под-
жеиия лазерного резака; реализация разработанных методов и алгоритмов в пакет.прикладных программ; проверка работоспособности с ітезированннх алгоритмов и программного обеспечения на практических задачах с целью подтверждения основных теоретических предпосылок и эффективности предлагаемых методов.
Осяоннпе метода исследований. Для решения поставленных задач бкли использовани методи математического анализа, математического программирования, теории графов, методи аналитической и вычислительной геометрии, исследования операций. При разработке программного обеспечения применены принципы модульного и структурного программирования и использован сгандарт-Н!-й набор технических и программных средств микроЭШ ІШ PC.
Научная новизна полученных в диссертационной работе результатов состоит в сяедувдем: разработанаи исследована математическая модель задачи размещения геометрических объектов слоеной конфигурации в прямоугольной области при лазерном раскрое; для математических моделей размещения объектов сложной конфигурации разработан.метод-получений" эффективное укладок с использованием элементов математического программирования; разработано алгоритмическое и программное обеспечение для ремения задачи размещения геометрических объектов сложной крнфигураціш в условиях лазерной технологии для целлюлозно-бумажной и деревообрао'ать'ващей промышленности; для математической модели размещения пряшуголыгох объектов синтезирован .Алгоритм генерация'частично сыешашшх размещений на основе двухуровневой оптимизации и метода последовательного улучшения разработаны и исследованч математические модели задачи поиска едтнмальнь'х траекторий двияенпя лазерного резака с учетом технологических особенностей лазерного раскроя древесных и ЦЕН; синтезированы алгоритмы и разработано программное обеспечение, позвояяпдее получать оптимальные траектории движения лазерного резака при реализации раскройннх карт лсбой'сложности; прс^ уеденг зкспершленталінке исследования разработанного математического и програшного обеспечения на комплексе реальних произволе твешшх задач, которне показали его високую эффективность ;j практическую ценность.
готовке производства машиностроительной продукции" (г.Москва, IS09 г.), на Всесоюзной научно-техническом семинаре-"Совре-мешіке пройлсім автоматизацій и внедрения вычислительной техники в целяшозио-букаяноИ и деревообрабатнващєй промігаїлен- ности" (г.Москва, 2ЭЭ0 г.), на научно-технических конференциях І.ШГЛ (г.Мг.таци, I987-IS90 гг.)
Публикации. По материалам диссертации опубликовано тринадцать печатая работ.
Структура диссертационной паботя. Диссертация состоит из .
введения, пяти глаа, заключения, списка использованной лигера-
гурн и приложений. Основной материал исследований излояен на
132 страницах машинописного текста. Имеется 8 рисунков и
3 таблица. Список использованной литературы содераит 116 наи
менований, г '
Во введет:» обоснована актуальность темы диссертационной
работы, цель, задачи к методы исследований, приведена струкгу-/
за работы. '-
