Введение к работе
Актуальность задачи
Швейное производство характеризуется постоянной
сменяемостью ассортимента, сопровождаемого созданием новых наборов деталей, требующих формирования новых раскладок в соответствии с категориями размеров и ростов. При этом требуется каждый раз обеспечить минимизацию потерь материала.
Естественно, что эта практически важная задача привлекла внимание многих авторов в интересах теоретического и теоретико-алгоритмического ее решения, в том числе и на пути автоматизации.
Анализ результатов, предлагаемых указанными авторами, показывает, что схемы и алгоритмы решения данной задачи размещения или не дают по уровню потерь результата, который достигается раскладчиками при ручной работе, в том числе в компьютерном интерактивном режиме (ниже показано, что при этом достигается практический минимум выпадов материала), или требуют перебора такого объема вариантов размещения деталей, что не имеет смысла говорить об ее (имеется в виду машинной) реализации.
Это обстоятельство объясняется двойственным характером задачи с осложнениями. Двойственность задачи заключается в том, что, с одной стороны, размещаются детали определенной площади, а, с другой стороны, эти детали отличаются сложными конфигурациями. Осложнения двойственного характера задачи состоят в том, что как площади деталей, так и их сложные конфигурации отличаются существенным разнообразием.
Оставляя в стороне от дальнейшего рассмотрения случаи нереального времени решения задачи, отметим, что все другие предлагаемые схемы и алгоритмы решения задачи допускают упрощения в описании конфигурации деталей, упрощения в порядке формирования фрагментов совместного размещения деталей и в ряде
других аспектов, конфигураций и размещения деталей
раскладываемого набора, которые отличаются от тех оценок и решений, которые делает раскладчик в ходе формирования размещения деталей на полотне.
Следствием является увеличенный объем потерь материала при попытках использования предлагаемых схем и алгоритмов задачи, пусть даже выполняемых в автоматическом режиме.
В связи с этим в практике работы предприятий, в интересах уменьшения указанных потерь, идут по пути ручного формирования раскладок, как правило, в интерактивном режиме, соглашаясь на факт утомительного труда операторов-раскладчиков.
В связи со сказанным является актуальной задача создания методологического обеспечения автоматического формирования раскладок лекал швейных изделий, которое в своем совокупном применении давало бы результат, эквивалентный эвристической деятельности оператора, что равносильно созданию искусственного интеллекта в предметной области.
Концепция работы
Разработку автоматического формирования раскладок лекал швейных изделий следует создавать с учетом того, что здесь имеет место задача трудноформализуемая.
В связи со сказанным, концепция решения задачи включает следующие позиции.
1. Опора на методы, специально предназначенные для преодоления недостатков, связанных с трудностями формализации задачи. К указанным методам следует, в первую очередь, отнести методы распознавания образов, которые, в числе других подходов, предполагают использование принципа деления объектов изучения на
классы и принципа прецедентности. На основе прецедентов (характеризующих их признаков) формируются распознающие базы данных, позволяющие определять классы новых объектов.
-
Создание базы знаний по общим рисункам раскладок. База знаний дает словесные описания характера и особенностей общих рисунков раскладок. Примером может служить рисунок с внутренней окаймляющей рамкой раскладки (ВОРР), из близких к прямоугольным деталей, и внутренней столбцовой структурой (ВСС). Указанную базу знаний следует рассматривать, как первоначальный этап выделения классов в решении задачи.
-
Ориентация на использование интеллекта операторов-раскладчиков, т.е. первоначальные варианты раскладок в каждом классе общих рисунков раскладок дает ручное решение задачи (интерактивный режим).
-
Работа с информацией - информационные технологии в предметной области. Эту позицию следует понимать широко, в том смысле, что информация о деталях, входящих в представляемые к раскладке наборы, сначала формируется, затем входит в обобщаемую по деталям информацию и в информацию по ансамблям деталей, претендующих на создание фрагментов раскладок (принцип претендентности), наконец, входит в информацию, характеризующую наборы в целом и позволяющую вычислять признаки наборов, необходимые (в числе других - признаков деталей) для формирования распознающих баз данных.
-
Ориентация при формировании фрагментов раскладок (компоновок деталей) на принцип непосредственного максимально плотного размещения деталей (принцип НМПР) без предположения о возможности максимально эффективно уплотнить раскладку после того, как оставлены во фрагментах неплотности ("дырки").
-
Как итог накопления опыта применения информационных
технологий в предметной области, создание, так называемого, полного рабочего перечня регламентирующих правил (ПРПРП) формирования раскладок - алгоритмов решения задачи в каждом классе общих рисунков раскладок.
7. Ориентация на прямую и обратную схемы формирования раскладок. При прямой схеме правая граница поля полотна открыта и определяется по завершении формирования раскладки. При обратной схеме размер полотна задается приближенно заранее и раскладка сразу формируется по всему полю полотна.
Предшествующие работы
Предлагаемую работу следует рассматривать как составную часть серии работ данного направления, выполняемых кафедрой автоматизации производственных процессов совместно с кафедрой конструирования и технологии швейных изделий.
Результаты предшествующих работ объединенно можно представить следующими двумя пунктами.
1. Разработаны алгоритмы и программы аналитического
описания сторон деталей, параметрического представления
аналитических описаний контуров лекал, определение площадей лекал
и их впади и других элементов, разработано матричное представление
поля полотна и, соответственно, алгоритмы и программы
автоматического обнаружения пересечения лекал на основе матрично-
аналитического подхода.
Перечисленные результаты вошли в первую часть, предлагаемого данной работой методологического обеспечения.
2. Разработаны и апробированы две автоматически работающие
программы:
программа последовательно-одиночного размещения деталей;
программа размещения мелких деталей.
Совместное применение программ, хотя и дает решение задачи, но по уровню потерь материала результат превышает тот уровень, который обеспечивается раскладчиками при ручной работе в интерактивном режиме.
Вместе с тем, две указанные выше программы дают ориентацию по поводу подходов, на которые следует опираться в разработке программ автоматического формирования раскладок лекал швейных /їзделий, удовлетворяющих поставленным условиям по уровням отхода материала.
Объект исследований
Обобщенным объектом исследований является весь объем зозможных наборов деталей швейных изделий, для которых необходимо сформировать раскладки лекал. Через конкретизацию в орактеристиках наборов деталей (например, по числу деталей разных эазмеров и другие признаки) и в характеристиках отдельных деталей с гочки зрения сложности их контуров требуется выйти на разработку /казанного выше методологического обеспечения, носящего эбобщенный характер.
Цель диссертации
Общая цель диссертации состоит в разработке, а также показательной реализации методологического обеспечения задачи автоматического формирования раскладок лекал швейных изделий.
Для достижения общей цели необходимо:
подготовить к использованию в общем комплексе указанную зыше первую часть методологического обеспечения задачи;
иметь в виду, что алгоритмы и программы решения задачи должны определять очередной шаг в выборе очередного ансамбля деталей (детали) на размещение, с учетом уже размещенных деталей, и с учетом ожидающих своего места (с учетом свойств последних). Но одновременно, иметь в виду, что в общем случае, в содержании очередного шага должна допускаться вариабельность, сочетающаяся с перебором малых сдвигов претендентов на очередной фрагмент раскладки в ходе поиска эффективного их размещения на участке поля полотна;
выделить для деталей швейных изделий те общие свойства, которые практически являются определяющими в решаемости задачи:
для деталей данной раскладки, хотя и с некоторым приближением, оказывается возможным назначать так называемые калибры по ширине и высоте, что позволяет, например, для вертикальных рядов раскладки (фрагментов раскладки) брать в качестве претендентов детали с одинаковым числом калибров по ширине и с суммой калибров по высоте, примерно равной сумме калибров той части поля полотна, в которой должен быть размещен данный фрагмент раскладки (рис.1);
Рис. 1. детали, особенно мелкие, которые могут приближенно быть
іредставленьї прямоугольниками, при их размещении на некоторой їлощади, могут иметь множество вариантов практически близких к оеззазорным перестановок в размещении, что может использоваться ;ля поиска вариантов их размещения, согласующихся по внешним раням получающегося ансамбля с другими смежными деталями (рис.1);
сформировать и частично реализовать программно-шгоритмическую систему обработки исходных данных по деталям эаскладок (система оценки конфигурации и размеров деталей - СОКР), шляющуюся основой информационных аспектов решения задачи;
в качестве "оптимального" принять решение, достигаемое вкладчиками и его считать точным решением, хотя при пробах, осуществляемых при автоматизации задачи, возможно, незначительное тучшение этого результата;
показать многозначность в решении задачи формирования заскладок, когда один и тот же практически минимальный уровень ютерь для данного набора может быть получен при разных оазмещениях деталей; опираясь на эту особенность раскладок швейных їзделий, показать, что задаче свойственна статистическая остойчивость, т.е. средний уровень потерь по совокупности проб и линимум среди них тем ближе к "оптимальному" решению, чем точнее лодель раскладки, что означает более совершенное отражение особенностей деталей в системе СОКР и применение составленного в заботе более полного набора регламентирующих правил при рормировании раскладок (Рис. 2);
одновременно показать, что чем совершеннее модель эаскладки, тем меньшее число проб требуется осуществлять для юлучения точного решения (однако показать, что снимать вопрос іеребора совсем вовсе нецелесообразно в интересах возможного тучшения "оптимального" решения).
Рис.2
;"г;
*
№
ник)-.
N^
%
іі.
Г'^
"-'&—
^.
-OK
aMFwt ;вред оянж
УІЄ.ПКІ/
5ЄД«И
попытки
11 Научная новизна работы заключается в следующем:
разработанное методологическое обеспечение задачи стоматического формирования раскладок лекал швейных изделий, в :воей существенной части, представлено как состоящее из двух частей, іри этом, с одной стороны, самостоятельных, а с другой - органически юполняющих друг друга в единое целое и представляющих собой юответственно информационный аспект задачи и аспект элементов іскусственного интеллекта в предметной области;
основные решения, относящиеся к информационному ібеспечению задачи (реализуются в системе СОКР) позволяют ірименять информационные технологии формирования раскладок;
предложено аспект искусственного интеллекта в предметной )бласти формировать как состоящий из следующих трех частей: базы наний по общим рисункам раскладок, базы знаний по выбору схемы рормирования раскладки (имеются в виду прямая и обратная схемы) и юлного набора регламентирующих правил; указанные три части іскусственного интеллекта в предметной области тесно взаимосвязаны, іри этом применение указанных трех частей дополняется частичным іеребором вариантов размещения деталей и их фрагментов;
для каждого общего рисунка раскладки, т.е. для каждого класса іервоначально введенной классификации раскладок предложено :оздавать свою ветвь базы данных по выбору схемы формирования эаскладки и полному набору регламентирующих правил;
показано, что основная задача в области реализации іскусственного интеллекта по первому его пункту связана с выбором )бщего рисунка раскладки, наиболее соответствующего каждому набору сталей;
в решении указанной задачи предложено воспользоваться
теорией распознавания образов; некоторые положения этой теории, адаптированные к данной задаче, привели с использованием идеологии потенциалов к созданию распознающей базы данных, решающей указанную выше задачу применительно к общему рисунку с ВОРР и ВСС;
в реализации задачи выбора схемы формирования раскладки рекомендуется, как и в задаче выбора общей схемы формирования раскладки, опираться на методологию распознавания образов;
предложено рассматривать вопрос формирования полоного набора регламентирующих правил как задачу сочетания первоначальных регламентирующих правил (общеизвестных) и дополнительных регламентирующих правил, сформулированных в данной работе, при этом необходимо учитывать те общие свойства деталей, которые определяют решаемость задачи автоматизации;
показана возможность на основе полного рабочего перечня регламентирующих правил и с учетом данных системы СОКР формировать алгоритмы оперативного управления ходом создания раскладки требуемого общего рисунка;
Практическая ценность работы
дана показательная реализация задачи автоматического формирования раскладок лекал швейных изделий с использованием компьютерного интерактивного режима на примерах выполнения раскладок по общему рисунку с внутренней окаймляющей рамкой и столбцовой сердцевиной;
на основе методологического обеспечения для реализации алгоритмического и программного обеспечения задачи предложена и частично реализована система СОКР (Система Оценки Конфигурации и Размеров деталей), предназначенная для подготовки и реализации
інформационной части формирования раскладок лекал для конкретного іабора деталей;
оперативность автоматического формирования раскладок :редней сложности (40 деталей в наборе) определяется временем юрядка 1 минуты (расчет выполнен по оценкам применения юслєдовательно-одиночного метода формирования раскладок в штоматическом режиме), при этом устраняется труд раскладчиков;
получающиеся потери материала при автоматической раскладке жазываются не выше тех, которые имеют место при решении задачи докладчиками;
полученные в работе результаты использовались в учебном
іроцессе кафедр автоматизации производственных процессов и
ехнологии и конструирования швейных изделий.
Достоверность и обоснованность результатов
Достоверность и обоснованность результатов обеспечиваются ірименением методов экспертных оценок и статистическими юпытаниями, в последнем случае показана статистическая і'стойчивость задачи.
Публикации и апробация работы
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ. Основные ручные положения и результаты работы обсуждались и получили юложительную оценку на Международных, Всероссийских и зегиональных научно-технических конференциях, на заседаниях и семинарах кафедры Автоматизации производственных процессов, семинарах кафедры Конструирования и технологии швейных изделий.
Структура работы