Исследование и разработка математического и программного обеспечений подсистемы САПР лазерной резки листового материала

• Автор: Макарчук, Наталия Васильевна
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 156 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛИ

И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1 Обзор существующих пакетов программ и основные принципы оптимизации,

заложенные в них.

1.1.1 САПР Техтран.

1.1.2 Интегрированная САПР СИРИУС.

1.1.3 ПО фирмы Буэотс.

1.2 О преимуществах оптимизации холостого прохода деталей по сравнению с циклической резкой.

1.3 Основные результаты анализа.

Выводы по главе 1.
Глава 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАХОЖДЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ОБХОДА ДЕТАЛЕЙ ПРИ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКЕ.
2.1 Постановка задачи.
2.2 Разбиение деталей на листе материала на группы.
2.3 Нахождение минимального холостого прохода
в группе деталей.
2.4 Нахождение минимального холостого прохода
при вырезке внутренних отверстий деталей.
2.5 Нахождение минимального холостого прохода при вырезке деталей внутри отверстий и правила построения оптимального маршрута.
2.6 Нахождение минимального холостого прохода
среди групп деталей.
2.7 Методика объединения контуров нескольких деталей в один контур непрерывного реза и необходимые условия для этого.
Выводы по главе 2.
Глава 3. АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОЙ ДЛИНЫ РЕЗА И ХОЛОСТЫХ ПРОХОДОВ.
3 .1 Разработка пакета раскроя материала, его
структура и возможности.
3.2 Подсистема САПР оптимизации длины холостого
прохода и минимизации реза Обход.
3.3 Блоксхема алгоритма нахождения минимального холостого прохода в группе деталей.
3.4 Алгоритм нахождения минимального холостого
прохода при вырезке внутренних отверстий деталей.
3.5 Алгоритм нахождения минимального холостого
прохода среди групп деталей.
3.6 Блоксхема алгоритма объединения контуров нескольких деталей в один контур
непрерывного реза.
3.7 Нахождение оптимального холостого прохода
и минимального реза среди деталей на листе материала. 2 Выводы по главе 3.
Глава 4. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗРАБОТАННЫХ
МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ, МЕТОДОВ, АЛГОРИТМОВ И ИХ ПРЕИМУЩЕСТВА.
4.1 Показатель эффективности оптимального холостого прохода и минимального реза деталей при лазерной
резке.
4.2 Сравнительный анализ разработанной подсистемы САПР
Обход поиска оптимального холостого прохода и реза деталей с существующими пакетами программ.
4.3 Реализация алгоритма нахождения минимальной
длины реза деталей в случае совмещенного реза.
Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Литература


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 -% по сравнению с существующими пакетами раскроя листового материала ("Техтран", САПР "СИРИУС", программное обеспечение фирмы "Вувйчиис"). Общее технологическое время обработки листа сокращается на -%, длина реза деталей, расположенных без полей допуска, сокращается на -%. 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, г), “Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления” (г. Instrumentation in Ecology and Human Safety " ("IEHS’", St. Petersburg) [,,,,,]. Публикации. Опубликовано научных работ, 7 работ по теме диссертации, из них 1 статья [] 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 плаве 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. 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 МаЖсас! 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 положения, 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".