Задачи оптимального раскроя гофрополотна и методы их решения

• Автор: Сошкин, Роман Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Петрозаводск
• Количество страниц: 130 с.

Введение.
Глава 1. Математические модели планирования работы оборудования производства гофротары.

1.1 Содержание задачи планировании производства гофротары

1.2 Обзор ранее выполненных разработок систем планирования производства гофротары

1.3 Базовая математическая модель планирования производства гофротары один гофроагрегат
1.4 Исследование особенностей и вариантов задачи планирования и управления производством гофротары

1.5 Расширенная модель планирования производства ГТ . . .

1.0 Вызоды .

Глава 2. Базовые методы решения задач планирования и управления производством гофрокартона

2.1 Динамическое программирование в решении задач раскроя

2.2 Особенности решения задач линейного программирования

2.3 Генерация столбцов в задаче оптимизации раскроев ГП . .
2.4 Дискретность и нелинейность связей в задачах оптимизации
2.5 Матроиды и жадные алгоритмы
2.6 Выводы .
Глава 3. Специальные методы решения задач планирования и управления производством гофрокартона
3.1 Двойственные оценки и расчет потерь материала.
3.2 Задачи линейного программирования с ограниченным количеством базисных переменных.
3.3 Простейшие свойства и варианты постановки задачи ОКБП
3.4 Матроиды решений задачи ОКБП.
3.5 Прямые алгоритмы перебора
3.6 Приближенные прямые методы.
3.7 Двойственные алгоритмы.
3.8 Применение перечисленных алгоритмов для решения других задач .
3.9 Выводы
Глава 4. Вопросы технической реализации и внедрения АСУ на основе алгоритмов планирования и управления производством ГТ.
4.1 Общие проблемы при внедрении АСУ на предприятии . . .
4.2 Эффективность внедрения системы .
4.3 Требования к автоматизированной системе
4.4 Модуль регистрации заявок заказчиков и формирования производственных заказов.
4.5 Модуль регистрации технологических карт и характеристик оборудования
4.6 Модуль объемного планирования
4.7 Модуль оперативного планирования работы гофроагрега
4.8 Модуль оперативного планирования работы технологических линий
4.9 Модуль учета выработки производства
4. Выводы.
Заключение
Библиографический список.
Приложение.
Список сокращений
АРМ автоматизированное рабочее место
АСУ автоматизированная система управления
ГА гофроагрегат
ГК гофрокартон
гп гофрополотно
гг гофротара
дп динамическое программирование
лп линейное программирование
ПетрГУ Петрозаводский государственный университет
СУБД Система управления базами данных
ЦБП целлюлознобумажная промышленность
ЦБК целлюлознобумажный комбинат.
Введение
В основе диссертационного исследования лежит накопленный опыт разработки и внедрения автоматизированных систем управления, основанных на решении оптимизационных задач планирования производства гофрокартона ГК для ряда предприятий России.
Реализация всех систем выполнена с участием автора в рамках разработок Центра ПстрГУМетсо систем автоматизации Петрозаводского государственного университета в гг. и основана на применении исследования операций, математического моделирования, современных средств и методов создания комплексов программ для решения задач планирования производства гофрокартонной упаковки.
В диссертационной работе рассматриваются вопросы построения математических моделей планирования производственных процессов, разработки методов решения соответствующих оптимизационных задач , , , , и комплексов программ, в которых научные и прикладные проблемы взаимосвязаны , , .
История рассматриваемой задачи не нова. В годах ею занимались профессора ПетрГУ А.В.Воронин и В.А.Кузнецов, которыми была разработана система планирования производства гофрокартона для ОАО Архангельский ЦБК. Вопросам исследования этой и других подобных систем посвящен параграф 1.2.
Зарубежные системы оптимизации раскроев гофрополотна ГП поставляются в комплекте с самым современных оборудованием, стоят очень дорого и лишь частично соответствуют требованиям российских предприятий. Принципы работы таких систем составляют секрет разработчиков и, как правило, не освещаются более, чем на рекламном уровне. В связи с финансовыми трудностями предприятий п сменой собственников, часто повлекших смену руководства, в течение некоторого периода времени автоматизированные системы планирования производства гофрокартона были не востребованы.
Картина изменилась з году, когда группа сотрудников ПетрГУ Л.В. Воронин, В.Л. Кузнецов, Д.П. Власов и автор, существенно продвинулась в разработке систем такого рода, сравнительно легко адаптируя их к имеющимся на предприятиях бухгалтерским, учетным и информационным системам 1С, БАР 3 и прочие.
В настоящее время Центром ПетрГУМетсо систем автоматизации Петрозаводского государственного университета далее Центр ведутся переговоры примерно с предприятиями России и зарубежных стран, желающими приобрести разработку.
На автоматизированную систему Управление гофропроизводством получено свидетельство об отраслевой регистрации разработки в ФГНУ Государственный координационный центр информационных технологий, отраслевой фонд алгоритмов и программ, ее реализацией занимается отдел Центра. В настоящее время разработанные в России и за рубежом системы оказались неконкурентноспособны разработкам Центра ПетрГУМетсо систем автоматизации Петрозаводского государственного университета.
Функции рассматриваемой системы определяет решение следующих задач.
1. Генерации рациональных по составу заготовок и доле отходов раскроев.
2. Оптимизации объемного плана раскроев в целях минимизации затрат материала.
3. Оценки фактических затрат материала на выпуск комплекта деталей каждого вида с учетом всех элементов конструкции и совместных планов раскроя.
4. Оптимизации объемного плана с учетом комплектности элементов конструкции ящика.
5. Оптимизации объемнокалендарного плана производства с учетом ожидаемого времени переналадки, производительности и специализации оборудования.
6. Формирования чертежей заготовок конструкции ящика и калькуляции заявки.
7. Расчета схем укладки пачек готовых изделий на поддоны, размещения поддонов в транспортных средствах и пр.
Реализация комплекса моделей, методов и программных систем, лежащих в основе этой разработки, связана не только с применением известных, но и с созданием некоторых специальных методов решения оптимизационных задач, что составляет научную новизну диссертационной работы.
Вопросами разработки моделей и методов поиска оптимальных раскроев и созданием соответствующего программного обеспечения позиции занимался автор диссертации, формированием объемнокалендарного плана Д.П.Власов. Необходимо отметить, что указанные задачи тесно связаны между собой при расчете оптимального объемного плана раскроев приходится учитывать особенности формирования объемнокалендарного плана производства с учетом времени переналадки, производительности и специализации оборудования и наоборот.
Актуальность


Повышение эффективности производства чаще всего достигается за счет оптимизации производственных процессов, то есть за счет принятия рациональных управленческих решений, позволяющих повысить согласованность работы отдельных агрегатов, входящих в состав технологической системы, использование которых сокращает время простоя оборудования, дает значительную экономию сырья и энергии, повышает объемы и качество выпускаемой продукции при прежних трудовых и производственных затратах , , , . Основными производственными технологическими процессами производства гофротары ГТ являются формирование раскроев гофрополотна на заготовки деталей картонных ящиков и преобразование этих заготовок в детали. При этом наиболее ответственной и сложной операцией является раскрой гофрополотна, что обуславливает актуальность диссертационной работы, посвященной исследованию именно этой задачи и использованию методов математического моделирования и оптимизации с применением компьютерных технологий для ее решения. Разработка АСУ на основе решения данной задачи позволяет получить реальный экономический эффект в форме снижения доли отходов на , повысить оперативность и качество планирования и управления производственными процессами, сократить расход сырья, снизить себестоимость продукции и, в конечном счете, принести значительный экономический эффект. Целы и задачи исследования. Цель работы повышение эффективности планирования и управления производством гофрокартона и упаковки посредством использования математических моделей и методов планирования и управления раскроем гофрополотна. Исследовать технологии планирования и управления раскроями гофрополотна на различных производствах. Разработать расширенную математическую модель задачи планирования работы цеха гофротары. Исследовать математические задачи, полученные на основании расширенной модели. Разработать математические методы решения оптимизационных задач, связанных с полученными математическими моделями планирования и управления раскроем гофрополотна. Реализовать предложенные алгоритмы планирования в виде программных модулей и внедрить автоматизированную систему управления и планирования производства на промышленных предприятиях России. Объектом исследования являются используемые в современных условиях технологии планирования и управления раскроями гофрополотна. Предметом исследования являются математические модели и методы решения задач раскроя гофрополотна. Методы исследования. Теоретической и методологической основой исследования являются методы исследования операций и математического программирования. Системный анализ и методы оптимизации используются для анализа производственных процессов, построения математических моделей и разработки алгоритмов решения соответствующих экстремальных задач. Используется теория матроидов, методы линейного, динамического и дискретного программирования для решения линейных и нелинейных задач сложной структуры и высокой размерности. Для разработки использовались системы программирования i 4 7 и i Vi i . Научная новизна. В диссертации на основании имеющегося практического опыта обобщены разработанные А. В.Ворониным и В. А.Кузнецовым математические модели раскроя гофрополотна для производства гофрокартона и тары, модифицированы известные методы решения прикладных задач, связанные с этими моделями и предложены новые методы. Представлены принципы классификации исследуемых моделей. Сформулированы и исследованы задачи оптимизации для моделирования процессов раскроя гофрополотна. Предложены и исследуются различные методы решения задач линейного программирования с ограниченным количеством базисных переменных. Разработаны эффективные методы и алгоритмы решения задач оптимизации планирования раскроев гофрополотна. Предложен метод расчета оценок потерь материала в случае вырождеиностк или при отсутствии допустимых решений задачи. Практическая значимость и реализация результатов работы. Полученные в диссертации результаты использовались при выполнении хоздоговорных научноисследовательских работ при личном участии автора на кафедре прикладной математики и кибернетики и в Центре ПетрГУМетсо систем автоматизации Петрозаводского государственного университета в годах. В работе приведены результаты расчетов, которые подтверждают применимость разработанных алгоритмов и программ для решения задач с размерностью, требуемой на практике.