автореферат диссертации по технологии, машинам и оборудованию лесозаготовок, лесного хозяйства, деревопереработки и химической переработки биомассы дерева, 05.21.05, диссертация на тему:Повышение выхода мебельных заготовок в технологиях раскроя листовых материалов

Введение.

Глава!. Состояние изученности темы, цель и задачи исследований.

1.1. Особенности технологий раскроя пиломатериалов на мебельные заготовки.

1.2. Существующие методы моделирования и оптимизации раскроя пиломатериалов на заготовки.

1.3. Особенности технологий раскроя древесностружечных, древесностружечных, древесноволокнистых плит на мебельные заготовки.

1.4. Моделирование и оптимизация раскроя древесных плит на мебельные заготовки.

1.5. Особенности технологий раскроя листовых материалов (тканей) на заготовки сложных форм при производстве мягкой мебели.

1.5.1. Раскрой листового материала на заготовки сложной, но одинаковой конфигурации.

1.5.2. Раскрой листового материала на заготовки сложной формы и разной конфигурации.

1.6. Цель и задачи исследования.

Глава 2. Математическое моделирование раскроя листовых материалов на мебельные заготовки.

2.1. Баланс и потери древесины при раскрое пиломатериалов на мебельные заготовки.

2.2. Математическая модель раскроя обрезных и необрезных пиломатериалов.

2.3. Математическое моделирование раскроя множества типоразмеров листовых материалов на множество типоразмеров заготовок прямоугольной конфигурации

2.4. Математическая модель раскроя листовых материалов одного типоразмера на множество типоразмеров криволинейных заготовок сложной конфигурации.

2.5. Математическое моделирование раскроя рулонных материалов на множество типоразмеров криволинейных заготовок сложной конфигурации.

Выводы.

Глава 3. Оптимизация, алгоритмы раскроя листовых материалов в технологиях производства заготовок мебели.

3.1. Принципы создания системы компьютерной поддержки раскроя пиломатериалов в производстве заготовок мебели.

3.2. Алгоритм решения задачи оптимального раскроя каждой доски на брусковые мебельные заготовки.

3.3. Принципы создания системы компьютерной поддержки оптимизации раскроя древесностружечных, древесново локнистых плит в производстве заготовок мебели.

3.4. Алгоритм решения задачи оптимального раскроя партий однотивных листовых материалов на прямоугольные мебельные заготовки особенности компьютерной поддержки раскроя рулонных материалов на мебельные заготовки.

Выводы.

Глава 4. Результаты проведения компьютерных экспериментов при исследовании эффективности математического моделировавния й оптимизации раскроя листовых материалов на мебельные заготовки.

4.1. Особенности и задачи машинных экспериментов.

4.2. Исследование полезного выхода брусковых заготовок стула при раскрое обрезных досок.

4.3. Исследование эффективности методов оптимизации раскроя обрезных пиломатериалов на мебельные заготовки.

4.4. Результаты компьютерной оптимизации раскроя обрезных, пиломатериалов на мебельные заготовки в производстве стульев.

4.5. Выход мебельных заготовок при раскрое необрезных пиломатериалов на.

4.6. Результаты раскроя ДВП на мебельные заготовки.

4.7. Эффективность продольно- поперечного и поперечно-продольного раскроя ДСП.

4.8. Результаты соревнования технологов деревообработки с компьютерной программой по эффективности раскроя ДСП на заготовки кухонной мебели.

4.9. Эффективность раскроя ДСП на 5 мебельных заготовок шкафа.

4.10. Эффективность раскроя ДСП на 24 заготовки для стенки "Русь Петровкая".

4.11. Результаты машинных экспериментов но раскрою рулонных материалов на заготовки прямоугольной фомы.

Выводы.

Главав 5. Рекомедации мебельному производству по использованию компьютерных программ оптимизации раскроя листовых материалов.

5.1. Рекомендации мебельному производству по использованию компьютерных программ оптимизации раскроя листовых материалов.

5.2. Рекомендации по раскрою обрезных пиломатериалов на брусковые мебельные заготовки.

5.3. Рекомендации по раскрою необрезных пиломатериалов на брусковые мебельные заготовки.

5.4. Рекомендации по раскрою древесноволокнистых плит на мебельные заготовки.

5.5. Рекомендации по компьютеризации раскроя древесностружечных плит.

5.6. Рекомендации по компьютеризации раскроя рулонных тканевых материалов на мебельные заготовки.

Актуальность темы. Существующие технологические процессы производства мебельных заготовок отличаются недостаточно высокой эффективностью, повышенным расходом сырья и материалов.

Так отходы при раскрое пиломатериалов на мебельные заготовки составляют в среднем 35% от объема сырья. На долю деревообрабатывающей промышленности приходится 51% от общего объема переработки древесного сырья, из них 35% составляет производство изделий из древесины, в том числе и мебели [18]. Мебель характеризуется большой материалоемкостью, 60-80% себестоимости мебели приходится на древесное сырье.

При раскрое плит, листовых материалов на мебельные заготовки обычно отходы составляют 10-20%. Следовательно, одним из основных резервов повышения эффективности мебельного производства является снижение потерь сырья за счет компьютерной поддержки оптимальных технологий раскроя пиломатериалов, плит, тканей.

Представляется актуальным разработка систем управления технологическими процессами разделения материалов на соответствующим станочном оборудовании с реализацией ресурсосберегающих технологий, снижающих расход материалов, трудоемкость производства.

Для достижения этих целей необходимо, прежде всего, использовать математические методы и вычислительную технику для расчетов, планирования и использования оптимальных карт, схем раскроя пиломатериалов, плит, рулонных материалов. Проблема оптимального раскроя этих материалов состоит в размещений геометрических объектов (заготовок) на поверхности пиломатериалов, плит, тканей.

В машиностроении, судостроении, в легкой, мебельной промышленности проблема оптимального размещения заготовок на поверхности листовых материалах до сих пор не утратила своей актуальности [1,4,6,15,19,25,37,38,40,43,44,48,51,55]. При этом практика постоянно выдвигает все новые задачи оптимизации раскроя материалов, требующие своего эффективного решения.

Известные математические модели и методы оптимизации раскроя листовых материалов [15,16,20,22,25,27,28,31,39,40,42,45,51,52,57] не являются универсальными и решают отдельные частные задачи получения карт раскроя. Представляется необходимым для производства мебельных заготовок из пиломатериалов, древесностружечных плит, тканей провести анализ существующих математических моделей раскроя листовых материалов, используемых в различных промышленных технологиях. Все это позволит выбрать наиболее приемлемые математические модели, усовершенствовать их, а также разработать новые модели оптимизации раскроя пиломатериалов, древесностружечных плит, тканей на мебельные заготовки.

В настоящей работе решаются задачи разработки и применения наиболее целесообразных математических моделей, методов оптимизации раскроя материалов, которые на основании априорной информации о типоразмером составе сырья и спецификации заготовок позволяют определять карты раскроя с наибольшим полезным выходом и наименьшим количеством отходов.

Целью этой работы является исследование и разработка математических моделей, алгоритмов оптимизации раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, проведение экспериментов для повышения полезного выхода мебельных заготовок.

Для выполнения поставленной цели работы необходимо было решить следующие задачи научных исследований и прикладных разработок:

1 .Изучить особенности практических технологий раскроя пиломатериалов, древесностружечных, древесноволокнистых плит, тканей на мебельные заготовки.

2. Провести анализ возможности использования известных математических моделей раскроя пиломатериалов, листовых материалов для практического использования в мебельном производстве.

3. Усовершенствовать, разработать математические модели раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей на мебельные заготовки.

4. Разработать алгоритмы, вычислительные процедуры оптимизации раскроя листовых материалов в технологиях производства мебельных заготовок

5. Выполнить компьютерные эксперименты поиска оптимальных схем раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей и определить эффективность оптимизации раскроя листовых материалов в производстве мебельных заготовок.

6. Внедрить в практику мебельного производства программы компьютерной поддержки технологий раскроя пиломатериалов, листовых материалов и выдать рекомендации для практического использования полученных результатов исследований.

Методика исследований включает в себя: изучение технологий раскроя листовых материалов в условиях мебельного производства и анализ приемов математического моделирования оптимизации, решенной раскроенных задач, машинные имитационные эксперименты раскроя сырья на мебельные заготовки.

В первой главе рассмотрено состояние изученности темы, поставлены цель и задачи исследований.

Вторая глава посвящена анализу и разработке математических моделей раскроя листовых материалов на мебельные заготовки.

Третья глава содержит математический аппарат постановки и решения технологические задач оптимизации раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей в производстве заготовок мебели.

В четвертой главе дается анализ эффективности оптимизации раскроя листовых материалов в мебельном производстве.

В пятой главе представлены рекомендации мебельным предприятием по совершенствованию технологий раскроя листовых материалов.

Достоверность полученных результатов, обоснованность выводов и рекомендаций.

Результаты научных исследований получены на основе использования методов математического моделирования, программ компьютерной оптимизации процессов раскроя с учетом реальных размерных характеристик исходного сырья и заготовок. Обоснованность выводов и рекомендаций базируется на позитивных результатах производственной проверки математических моделей, алгоритмов, программ компьютерной поддержки технологий раскроя листовых материалов в мебельном производстве.

На защиту выносятся

1. Математические модели раскроя листовых материалов в мебельном производстве.

2. Алгоритмы, вычислительные процедуры оптимизации раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей на мебельные заготовки.

3. Результаты оптимизации раскроя листовых материалов.

4. Рекомендации мебельному производству по совершенствованию технологий раскроя листовых материалов.

Научное значение полученных результатов

Анализ существующих математических моделей и методов раскроя листовых материалов дал возможность усовершенствовать, разработать математические модели раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей на мебельные заготовки.

Предложенные математические модели раскроя листовых материалов дают математические аппарат численных расчетов показателей раскроя.

Вычислительные процедуры алгоритмов оптимизации раскроя сырья в мебельном производстве определяют особенности поиска схема раскроя листовых материалов.

Полученные результаты компьютерных экспериментов по раскрою листовых материалов определили закономерности и эффективность поиска оптимальных схем раскроя.

Практическое значение полученных результатов исследований

Мебельное производство получило математические модели раскроя пиломатериалов, древесностружечных плит, тканей, которые учитывает фактические размеры листовых материалов и выпиливаемых заготовок.

Программы компьютерной поддержки технологий раскроя листовых материалов на заготовки мебели решают задачи выпуска заготовок заданной спецификации при снижении расхода сырья.

Рекомендации мебельному производству при раскрое листовых материалов направлены на экономию пиломатериалов, древесностружечных, древесноволокнистых плит.

11

Промышленная реализация работы

Математические модели, программы компьютерной поддержки технологий раскроя листовых материалов внедрены в производстве на мебельном комбинате АООТ " Графское".

Апробация работы Основные результаты работы доложены, обсуждены на научно- технических конференциях ВГЛТА в 1997,1998,1999 г.

Публикация

Основные материалы диссертации опубликованы в 6 научных статьях.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 58 наименований и приложений.

Выводы

1. Адекватность математических моделей, эффективность алгоритмов, программ компьютерной оптимизации раскроя досок, плит, тканей подтверждена результатами машинных экспериментов на ЭВМ и производственными показателями раскроя листовых материалов.

2. Компьютерная программа раскроя досок, плит, тканей достаточно в полной мере реализует технологические, организационные, станочные ограничения на поиск схем раскроя листовых материалов.

3. Установлено, что чем большее число наборов мебели, тем точнее выполнение спецификации на типоразмеры заготовок.

При любом числе мебельных наборов выпуск каждого типоразмера заготовок составляет не менее 100%. Часто имеет место некоторое перевыполнение задания по отдельным типоразмерам заготовок, что связано с жёсткой реализацией ограничения по выполнению, перевыполнению задания, которое повышает общий полезный выход.

4. Определено, что чем больше ширины и длины листа, тем больше полезный выход заготовок. Но это не относится к узким (1400мм) и длинным рулонам, так как размещение заготовок по ширине узкого рулона дает существенные отходы.

5. Компьютерные программы раскроя досок, плит обеспечивают оптимальное формирование групп карт раскроя. Каждая группа досок, плит имеет единую карту раскроя, обеспечивающую выпуск не всех заготовок, а наиболее приемлемых. При этом реализация всех карт раскроя по группам досок, плит, рулонов обеспечивает наибольший возможный полезный выход заготовок по заданной спецификации.

6. При раскрое обрезных пиломатериалов поперечно- продольным способом по программе ЭВМ установлены закономерности: а) Чем больше объём досок для реализации карты раскроя, тем выше полезный выход заготовок. б) Соответственно, чем больше количество необходимых досок для реализации карты раскроя, тем выше полезный выход. в) Чем больше число заготовок в карте раскроя, тем выше полезный выход. г) Чем больше размеры обрезных досок, тем выше полезный выход заготовок.

Реализация этих закономерностей в технологиях производства мебели дает возможность снизить расход обрезных пиломатериалов.

7. В практических технологиях деревообработки применяется два метода планирования раскроя обрезных досок на мебельные заготовки. Третий метод предлагает автор. Сопоставление этих методов показало следующие результаты при раскрое 6 типоразмеров досок на 10 типоразмеров заготовок стула:

Метод рационального субъективного раскроя каждого типоразмера досок, при котором возникают трудности выполнения спецификации. Полезный выход заготовок этого метода- 75,47%.

Метод раскроя обрезных досок, когда для каждого их типоразмера предварительно технологом составляется своя достаточно оптимальная карта раскроя. После чего по программе линейного программирования на ЭВМ определяется количество досок каждого типоразмера, которое нужно раскроить по той или иной карте раскроя. Здесь полезный выход заготовок стула составил 77,96%.

Метод, который предлагает автор диссертации, заключается в том, что сразу по программе на ЭВМ определяются карты раскроя по типоразмерам досок и сколько досок каждого типоразмера нужно раскроить по той или иной карте раскроя. Этот метод оказался самым эффективным, полезный выход заготовок стула из тех же самых типоразмеров досок составил 80,48%. Это объясняется тем, что в первых двух методах размещение заготовок по типоразмерам досок проводится достаточно субъективно технологом. В то время как в третьем методе это размещение заготовок выполняет программа ЭВМ, которая конечно решает задачу лучше, чем человек.

8. Машинный эксперимент компьютерной оптимизации раскроя 6 типоразмеров обрезных досок на 10 типоразмеров заготовок стула показал, что ЭВМ выдает 12 карт раскроя, в которых участвуют доски всех 6 типоразмеров в количестве, соответствующем их количественному весу, распределению на предприятии.

При этом последняя карта раскроя оказалась самой неэффективной, так как в ней программа ЭВМ добрала последние недостающие заготовки спецификации.

9. Компьютерная программа оптимизации раскроя обрезных досок на мебельные заготовки является гибкой и адаптивной к изменению спецификации на заготовки, к изменению типоразмеров и количества досок в каждом типоразмере.

10. Уставлено, что чем большее число досок в карте раскроя каждого типоразмера, тем выше общий полезный выход при выполнении спецификации на выпуск заготовок. Последние карты раскроя имеют меньший полезный выход заготовок со значительно меньшим числом раскраиваемых досок.

11. Машинные эксперименты по компьютерной оптимизации раскроя необрезных досок показали, что полезный выход заготовок стула на 15-25% меньше, чем при раскрое обрезных пиломатериалов.

Раскрой необрезных досок, как и обрезных досок, программа ЭВМ ведёт по поперечно- продольному способу.

12. Компьютерные расчёты раскроя ДВП размером 1700*2745мм на заготовки 7 типоразмеров показали, что полезный выход составляет 92,592,7%. Причём 85% от общего количества плит дали полезный выход 92,297,17%. А 15% плит раскраивались по двум последним картам с полезным выходом 90,75% и 75,69%. Как и в случае с раскроим обрезных досок, при раскрое ДВП на последних двух картах программа добрала недостающее количество заготовок до заданной спецификации. При этом не лучшим образом использовалась площадь поверхности последних плит.

Установлено, что чем больше наборов мебели, тем точнее выполняется спецификация на типоразмеры заготовок, то есть тем меньше перевыполнение.

Компьютерная программа раскроя листовых материалов не допускает недовыполнение спецификации для любого числа наборов мебели.

13. Полезный выход 7 типоразмеров заготовок из ДВП размером 1700*2745мм при продольно- поперечном раскрое составляет 92,4-92,9%. Это очевидно предельный выход, так как размеры заготовок не являются кратными размерам ДВП.

14. Компьютерный эксперимент по сопоставлению продольно- поперечного и поперечно- продольного раскроя плит показал, подтвердил обоснованность алгоритма раскроя листовых материалов, рассмотренного в главе 3.

На примере раскроя ДСП размером 3500* 1750мм на 6 мебельных заготовок шкафа показано, что при поперечно- продольном раскрое полезный выход составляет 79,14%, а при продольно- поперечном раскрое-88,99%.

15. Соревнование метода предварительного графического составления карт раскроя ДСП на 13 заготовок (для выпуска 100 кухонных наборов) достаточно кратных по размерам к размерам плит и компьютерной программы оптимизации раскроя показало полное преимущество программы перед специалистом- технологом.

Так число карт раскроя ДСП (3500* 1750мм ) на 13 заготовок у технолога было 9, у программы ЭВМ- 13, что дало более удачное размещение заготовок по площади плит.

Для выпуска 100 кухонных наборов, полезный выход заготовок у технолога составляет 94,47% и израсходовано 269 плит, компьютерная программа выдала карты раскроя с полезным выходом 95,64% и израсходовано при этом 265 плит. В наиболее эффективном диапазоне полезного выхода 94- 98% компьютерная программа выдала карты раскроя на 252 плит, а у технолога АООТ "Графское" только на 207 плит. В то же время в неблагополучном диапазоне полезного выхода до 91% находится 54 плита и у технолога АООТ "Графское" и только 3 плиты от компьютерной программы.

Карты раскроя на АООТ "Графское" реализуются продольно- поперечным способом. Компьютерная программа в этом случае реализует карты раскроя поперечно- продольным способом, что связано с лучшим размещением заготовок, размеры которых кратны размерам плит ДСП.

Проведенные исследования показали, что любой квалифицированный технолог при составлении карт раскроя листовых материалов не сможет превзойти рассматриваемую в диссертации компьютерную программу по полезному выходу заготовок заданной спецификации.

16. Эффективность раскроя ДСП на 5 типоразмеров заготовок, некратных размерам плиты, зависит от размеров плит. Так из плит размером 2750*1830мм полезный выход 5 типоразмеров заготовок шкафа по всем картам раскроя составляет 87,03- 87,58% в зависимости от числа наборов шкафа. В то же время при раскрое ДСП размером 3500* 1750мм на 5 типоразмеров заготовок полезный выход составляет 88,90- 89,45%.

В данном случае конечно целесообразно для выпуска 5 типоразмеров заготовок шкафа использовать плиты размером 3500* 1750мм.

17. Эффективность раскроя ДСП размером 3500*1750мм на 24 типоразмера заготовок, некратных размерам плит характеризуется полезным выходом 89,46. В то же время как раскрой этих плит на 5 типоразмеров заготовок ЭВМ дает полезный выход 88,9- 89,45% . Если мы объединили типоразмеры заготовок двух шкафов в одну спецификацию для компьютеризации раскроя плит на заготовки, то получим высокий полезный выход (89,74%) и меньшее число израсходованных плит (503) по сравнению с раскроем по отдельным спецификациям.

Все это говорит о том, что целесообразно при компьютеризации раскроя плит, объединить в одну спецификацию заготовки нескольких видов

137 мебели. При этом полезный выход заготовок значительно увеличится и будет выполнена спецификация.

18. По компьютерной программе проведен поперечно- продольный раскрой рулонных материалов (тканей) на прямоугольные заготовки мебели "Мягкий уголок". Половина заготовок была прямоугольной формы, половина заготовок имеет сложную форму, которая также была представлена прямоугольниками минимальной площади.

Из-за небольшой ширины рулонов (1400мм) выход прямоугольных заготовок составил 91,5%, а с учётом того, что из половины прямоугольников вырезаются сложные заготовки меньшей площади, фактический выход реальных заготовок составляет 87,5%.

В связи с таким полезным выходом тканевых заготовок, очевидно, целесообразно составить и использовать специальную компьютерную программу раскроя рулонных материалов на непрямоугольные заготовки сложной формы.

Глава 5

Рекомендации мебельному производству по использованию компьютерных программ оптимизации компьютеризации раскроя листовых материалов

В себестоимости мебели основной статьей является расход пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей, стекла. Предприятия по производству мебели работают в условиях жесткой конкуренции отечественных и зарубежных производителей. Поэтому снижение издержек производства, повышение качества и потребительских свойств мебели является главным условием успешной работы Российских производителей мебели в рыночных условиях свободного предпринимательства.

Снижение расхода пиломатериалов, ДСП, ДВП, тканей, стекла на производство мебели представляется весьма актуальным для производителей.

В этой связи научные и прикладные разработки автора диссертации могут быть полезными для мебельного производства в плане снижения расхода листовых материалов для выпуска мебельных заготовок.

5.1 Рекомендации мебельному производству по использованию компьютерных программ оптимизации раскроя листовых материалов

Разработанные в диссертации математические модели, алгоритмы раскроя листовых материалов направлены на минимизацию отходов при раскрое досок, ДСП, ДВП.

Полученные компьютерные программы оптимизации раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП рассчитаны на работу в современных 32-разрядных многозадачных операционных системах Windows 95 или Windows NT 4.0 и выше. Для установки программы требуется 6,68 МБ дискового пространства. Главное меню обеспечивает доступ ко всем функциям, имеющимся в программе. При выполнении программы появляется отчёт, в котором показывается:

1. Спецификация типоразмеров заготовок.

2. Фактическое количество заготовок каждого типоразмера, полученного в результате раскроя досок (плит).

3. Процент перевыполнения задания по отдельным заготовкам

4. Общий полезный выход заготовок в %.

5. Количество израсходованных пиломатериалов в штуках, м3, м2.

6. Объём кусковых отходов в м3, м2.

7. Объём опилок, м3

Компьютерные программы обладают достаточно высоким быстродействием и сходимостью карт раскроя к экстремумам полезного выхода заготовок с учётом ограничений.

В п.4.3.1 диссертации показано два существующих на практике метода раскроя пиломатериалов (а также плит), которые в своё время оказали позитивное влияние на снижение расхода листовых материалов в мебельном производстве. Первый метод предварительного графического составления карт раскроя на каждый типоразмер листовых материалов дал возможность несколько сократить объём кусковых отходов, но было трудно выполнять спецификацию на заготовки. Второй метод предварительного графического раскроя каждого типоразмера листового материала на несколько вариантов карт раскроя. На основании этих данных на ЭВМ симплекс-методом для заданной спецификации выбирались карты раскроя для каждого типоразмера листового материала.

В п.4.7 показаны результаты соревнования между двумя методами и методом автора. Каким бы не был квалифицированным специалистом технолог деревообработки, он при графическом проектировании карт раскроя не может выдержать соревнование с ЭВМ. Как показано в п.4.7 ЭВМ по нашей программе оптимизации раскроя без всякого предварительного составления карт раскроя дает сразу эти карты с указанием, сколько досок, плит нужно раскроить по каждой карте, чтобы получить заданную спецификацию заготовок.

Третий метод оптимизации раскроя листовых материалов, рассмотренный в этой диссертации при раскрое досок дает увеличение полезного выхода заготовок на 5% по сравнению с первым методом и на 2,5% по сравнению с вторым методом.

Если технологи графическим способом раскраивают плиты на заготовки, кратные размерам плит, то они получают весьма высокий полезный выход. Но и в этих условиях компьютерная программа раскроя плит дает увеличение полезного выхода и уменьшение количества израсходованных плит(см.п.4.8).

То- есть, рассматриваемые в диссертации компьютерные программы оптимизации раскроя досок, плит самые эффективные из всех известных методов оптимизации раскроя листовых материалов на прямоугольные заготовки и эти программы рекомендуются использовать в мебельном производстве.

5.2 Рекомендации по раскрою обрезных пиломатериалов на брусковые мебельные заготовки

Использование компьютерной программы оптимизации раскроя досок на брусковые заготовки мебели дает возможность на 2-5% повысить их полезный выход. Этот достаточно крупный резерв повышения эффективности мебельного производства можно реализовать применением компьютерной программы оптимизации раскроя обрезных пиломатериалов.

Представляется возможным, в рамках использования этой программы ЭВМ, значительно увеличить размер достигнутого полезного выхода заготовок реализацией установленных закономерностей компьютеризации раскроя досок.

В главе 4 установлено, что чем больше число заготовок в карте раскроя, тем выше их полезный выход.

В этой связи представляется целесообразным, выгодным в компьютерную программу оптимизации раскроя досок закладывать спецификацию брусковых заготовок для изготовления нескольких видов мебели. Тогда в каждой карте раскроя доски того или иного типоразмера будет не 1-2 заготовок, а 3-5 заготовок, что дает более высокий их полезный выход при снижении объёмов отходов древесины. При этом из доски каждого типоразмера получаются заготовки для разных видов мебели.

В технологиях раскройных цехов рассортировать заготовки по видам мебели, очевидно, не представляет трудностей.

В 4-ой главе установлено, что чем больше размеры, объём обрезных досок, тем выше полезный выход заготовок. В этой связи, конечно, целесообразно рекомендовать для выпуска брусковых мебельных заготовок использовать более крупные доски по длине и ширине. При этом необходимо сопоставить оптовые цены за 1м3 крупных, средних, мелких по размерам досок.

С учётом полезного выхода заготовок, их цены, с учётом оптовых цен обрезных досок принимать решение о приобретении тех или иных типоразмеров пиломатериалов.

Компьютерную программу оптимизации раскроя обрезных досок можно использовать при всех изменениях размеров досок и брусковых мебельных заготовок.

5.3 Рекомендации по раскрою необрезных пиломатериалов на мебельные заготовки

Полезный выход брусковых мебельных заготовок стула из обрезных досок составляет 80,48%, а из необрезных досок-60,47%.

В этой связи целесообразность использования необрезных досок в мебельном производстве, определяется их оптовыми ценами за 1м3. То есть оптовые цены необрезных досок должны быть как минимум меньше в 1,33 раза оптовых цен обрезных досок.

Если оптовые цены 1м3 необрезных досок меньше в 1,33-1,5-2 раза, чем обрезных досок, то целесообразно использовать для производства брусковых мебельных заготовок только необрезные доски. Здесь конечно выступает экономическая целесообразность, так как в издержках производства на изготовление мебели фигурируют не м3, а стоимостные показатели в рублевом исчислении.

Компьютерная программа раскроя необрезных пиломатериалов на брусковые мебельные заготовки ориентирует раскрой досок поперечно-продольным способом, который часто используют на практике.

При компьютеризации раскроя необрезных и обрезных пиломатериалов в спецификацию типоразмеров заготовок желательно включать брусковые заготовки, имеющие толщину, одинаковую с толщиной пиломатериалов.

Чем больше будет типоразмеров брусковых заготовок, тем больше получится карт раскроя, тем лучше разместятся заготовки на разных типоразмерах необрезных досок.

Узкие и короткие необрезные доски дают пониженный выход брусковых мебельных заготовок.

В п.4.5 диссертации рассмотрена оптимизация раскроя необрезных досок, полученных из цилиндрической зоны пиловочных бревен. Если рассматривать раскрой необрезных досок из зоны сбега бревен, то следует придерживаться практическим рекомендациям.

5.4. Рекомендации по раскрою древесноволокнистых плит на мебельные заготовки

При производстве мебельных заготовок прямоугольной формы желательно использовать типоразмеры ДВП с большей длиной и шириной, так как при этом полезный выход заготовок будет выше.

Экономически выгодно в одну спецификацию компьютерной программы оптимизации раскроя ДВП включать типоразмеры от разных видов мебели, выпускаемой на данном предприятии.

При выпуске 7 типоразмеров заготовок из ДВП размером 2745*1750мм полезный выход составляет 92,5-92,7%. При увеличении числа типоразмеров заготовок из ДВП полезный выход значительно возрастает, что связано с лучшей укладкой заготовок, с лучшим использованием площади поверхности плит. При компьютеризации раскроя ДВП проводится продольно- поперечным способом раскроя.

5.4 Рекомендации по компьютеризации раскроя древесностружечных плит

В п.4.7 показано, что компьютерная программа раскроя ДСП дает карты раскроя, обеспечивающие более высокий полезный выход заготовок, чем другие методы.

Однако эта программа дает более высокий полезный выход из плит размером 3500* 1750мм, чем из плит размером 2750*1830мм. При компьютерном раскрое плит на 5 типоразмеров заготовок полезный выход из плит размером 3500*1750мм на 1,8% будет выше, чем из плит размером 2750*1830мм.

Это говорит о целесообразности использования в мебельном производстве плит 3500* 1750мм, а не плит 2750* 1830мм.

Результаты компьютерных расчётов по оптимизации раскроя ДСП показали, что для заготовок, имеющих размеры, некратные размерам плиты, полезный выход не высок, хотя большинство израсходованных плит имеет достаточно высокий полезный выход заготовок. В остальные плиты, имеющих низкий полезного выхода приходиться включать другие виды типоразмеров заготовок, чтобы получить высокий полезного выхода заготовок с экономией израсходованных плит (п. 4.10).

Целесообразно при компьютеризации раскроя плит, объединить в одну спецификацию заготовки нескольких видов мебели. При этом полезный выход заготовок значительно увеличится и будет выполнена спецификация (п.10).

5.6. Рекомендации по компьютеризации раскроя рулонных тканевых материалов на мебельные заготовки

В диссертации рассмотрена задача использования компьютерной программы оптимизации раскроя плит на прямоугольные заготовки для раскроя рулонных материалов на заготовки сложной формы.

Для мебели "Мягкий уголок" половина тканевых заготовок имеет прямоугольную форму, половина заготовок имеет сложную непрямоугольную форму.

Эти заготовки следует превратить в заготовки прямоугольной формы минимальной площади. После чего можно использовать компьютерную программу оптимизации раскроя плит для оптимизации раскроя рулонных тканевых материалов.

Проведенные расчеты показали, что из рулонных материалов шириной 1400 мм, длиной 32000 мм полезный выход реальных типоразмеров заготовок "Мягкий уголок" составляет 87,5%. Конечно этот полезный выход можно признать удовлетворительным. Но в ближайшее время мебельную промышленность целесообразно обеспечить специализированной программой раскроя рулонных материалов на заготовки прямоугольной и сложной непрямоугольной формы с получением высокого полезного выхода заготовок, что дает большую экономию тканевых материалов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Поставленная автором цель и задачи исследования нашли свое решение на страницах этой диссертации. Полученные результаты исследования и научных разработок решают актуальную научно- практическую задачу повышения выхода заготовок мебели при раскрое листовых материалов.

1. Существующие методы компьютеризации раскроя листовых материалов на заготовки определенной спецификации требуют предварительного графического или иного метода составления различных карт раскроя, каждая из которых включает в себя не все, а часть типоразмеров заготовок из спецификации. Эти карты раскроя вводятся в программу ЭВМ, которая симплекс- методом определяет, сколько штук листов нужно раскроить по отдельным картам раскроя для получения заданной спецификации загото-вок.Но этот метод не может обеспечить максимально возможный полезный выход заготовок, так как предварительное графическое определение карт раскроя дает свои погрешности, которых не имеет наша программа ЭВМ. Поэтому в диссертации разрабатывается новый метод компьютерной оптимизации раскроя листовых материалов на мебельные заготовки прямоугольной формы.

2. Математическая модель раскроя листовых материалов на мебельные заготовки должна включать в себя целевую функцию раскроя и ограничения на поиск оптимальных карт раскроя.

3. Целевая функция раскроя пиломатериалов на заготовки строится на базе баланса объемов раскроенных досок, полученных заготовок и отходов древесины. Сущность целевой функции - минимизация объемов отходов древесины

4. Целевая функция раскроя ДСП, ДВП, рулонов отражает баланс площади раскроенных листовых материалов, площади полученных заготовок и площади кусковых отходов. Эта функция направлена на минимизацию площади кусковых отходов при раскрое листовых материалов.

4.Ограничения на поиск оптимальных карт раскроя листовых материалов должны учитывать: обязательность выполнения спецификации на выпуск определенного количества заготовок разных типоразмеров; ограничение по укладке заготовок по длине и ширине листа; ограничение по количеству пил на раскройном станке и ограничение по ширине пропила.

5. Алгоритмы раскроя пиломатериалов и плит в принципе идентичны. Но при раскрое досок осуществляется минимизация объема отходов пиломатериалов, а при раскрое ДСП, ДВП, рулонов осуществляется минимизация площади кусковых отходов. Кроме того, на раскрой пиломатериалов на заготовки поступают разные типоразмеры досок, а на раскрой ДСП, ДВП, рулонов на заготовки поступает один их типоразмер.

6. Логико- вычислительная процедура алгоритмов строится на перебор вариантов ширины полос раскроя листовых материалов по длине с последующим перебором вариантов размещения заготовок по каждой полосе с решением задачи максимального полезного выхода заготовок с учетом ограничений.

7. Математические модели, алгоритмы раскроя пиломатериалов, плит дали возможность составить программы оптимизации раскроя листовых материалов.

8. Компьютерные программы раскроя пиломатериалов, плит, рулонных материалов на мебельные заготовки обеспечивают получение максимально возможного полезного выхода при заданных размерах листовых материалов, заготовок, при учете ограничений.

9. Компьютерные программы оптимизации раскроя листовых материалов отличаются адаптивностью к изменению размеров листовых материалов и заготовок.

10. Компьютерные программы оптимизации раскроя листовых материалов эффективно реализуют продольно- поперечный способ раскроя для малотипоразмеров заготовок в спецификации наоборот реализуют поперечно- продольный способ раскроя для больших типоразмеров заготовок в спецификации.

11. Адекватность математических моделей, эффективность алгоритмов, программы компьютерной оптимизации раскроя досок, плит, тканей подтверждены позитивными результатами машинных экспериментов и производственными показателями раскроя листовых материалов.

12. При любом числе мебельных наборов выпуск каждого типоразмера заготовок составляет не менее 100% от заданного. Имеет место некоторое перевыполнение задания по отдельным типоразмерам заготовок, что связано с жесткой реализацией ограничения по выполнению, перевыполнению задания, которое повышает общий полезный выход.

13. Установлено, что чем братнее размеров заготовок размерам плит, тем высокий полезный выход заготовок. Об этом говорит опыт АООТ "Графское", где размеры заготовок в основном достаточно кратные размерам плит. Определено, что чем больше длина и ширина ДСП, ДВП, пиломатериалов, тем выше полезный выход заготовок.

Предложенная в диссертации система оптимизации раскроя досок, плит обеспечивает оптимальное формирование групп карт раскроя.

14. Установлено, что использование компьютерной программы оптимизации индивидуального раскроя обрезных пиломатериалов на брусковые заготовки стула, дает возможность получить полезный выход 80,48%, что на 2-5% выше по сравнению с применяемыми на практике методами на практике. Есть возможность дальнейшего повышения полезного выхода брусковых мебельных заготовок при компьютерной оптимизации раскроя обрезных досок.

Для чего необходимо в спецификацию типоразмеров брусковых заготовок включать заготовки от нескольких видов мебели. Кроме того, при использовании обрезных пиломатериалов большего размера по длине и ширине повышается полезный выход брусковых мебельных заготовок.

15. Компьютерная система обеспечивает оптимальное формирование трупп карт раскроя. Каждая группа листовых материалов имеет единую карту раскроя, обеспечивающую выпуск не всех заготовок, а наиболее приемлемых. Реализации всех карт раскроя по группам листовых материалов обеспечивает наибольший возможный полезный выход заготовок по заданной спецификации.

16. Сопоставление 3 методов раскроя обрезных досок на одних и тех же типоразмерах брусковых заготовок стула показало:

1. Существующий метод графического составления карт раскроя дает полезный выход заготовок 75,47%.

2. Метод предварительного составления карт раскроя и выбора на ЭВМ приемлемых карт раскроя для выполнения спецификации заготовок обеспечил полезный выход 77,96%.

3. Метод, рассмотренный в диссертации, позволяет при использовании компьютерной программы сразу определять карты раскроя по типоразмерам досок и сколько досок нужно раскроить по каждой карте раскроя. Полезный выход заготовок стула из тех самых типоразмеров досок составил 80,48%.

17. Машинные эксперименты показали, что полезный выход брусковых мебельных заготовок стула из обрезных досок 80,48%, а необрезных досок 60,47%, то есть в 1,33 % меньше. Поэтому оптовые цены за 1 м3 необрезных досок должны быть как минимум в 1,33 раза ниже оптовых цен обрезных досок. Если оптовые цены 1 м3 необрезных досок 1,5-2 раза ниже цен обрезных досок, то конечно необрезные доски будут предпочтительнее для выпуска заготовок мебели.

1В. Раскрой ДВП целесообразно проводить продольно- поперечным способом и использовать плиты больших размеров по длине и по ширине, что повышает полезный выход заготовок. Обычно заготовки из ДВП используются для задних поверхностей мебели, и их количество типоразмеров составляет 4-7%.

19. Соревнование метода предварительного графического составления карт раскроя ДСП на 13 видов заготовок, достаточно кратных по размерам к размерам плиты и компьютерной программы оптимизации раскроя плит на заготовки показало полное преимущество перед специалистом - технологом. Число карт раскроя ДСП на мебельные заготовки, для выпуска 100 кухонных наборов, у технолога было 9, у программы ЭВМ 13, что дало более удачное размещение заготовок по площади плит. У технолога полезный выход заготовок составил 94,47% и израсходовано 269 плит, а компьютерная программа обеспечивала полезный выход 95,64% и израсходовано 265 плит.

20. При решении задачи оптимизации раскроя рулонных тканевых материалов на заготовки сложной формы для мебели "Мягкий уголок" оказалось, что половина заготовок имеет прямоугольную форму, половина заготовок имеет сложную непрямолинейную форму. Раскроя рулонных материалов по компьютерной программе раскроя листовых материалов на прямоугольные заготовки обеспечивает фактический полезный выход реальных заготовок 87,5%. Для повышения полезного выхода тканевых заготовок сложной формы, нужна специализированная компьютерная программа оптимального размещения таких заготовок на рулонных материалах.

21. В результатах проведенных исследований теория раскроя листовых материалов получена целевые функции и ограничении, алгоритмы, которые можно использовать в численных расчетах эффективности вариантов размещения заготовок на листовых материалах.

22. Практика мебельной промышленности получила метод компьютеризации раскроя пиломатериалов, ДСП, ДВП, рулонных материалов.

23. Программные обеспечения оптимизации раскроя может быть реализовано в двух вариантах:

Первый вариант. ЭВМ используется в качестве "советчика", когда для каждой смены раскройного цеха сразу составляются карты раскроя листовых материалов для реализации спецификации заготовок с их максимальным полезным выходом. Оператор форматного станка реализуется эти карты раскроя обычным способом.

Второй вариант. Управляющий компьютер устанавливается в контур управления технологической линии раскройного цеха.

Программа оптимизации раскроя листовых материалов для каждого типоразмера листовых материалов определяет и реализует свою оптимальную карту раскроя, при этом автоматически изменяется расстановка пил триммерного устройства форматного станка.

1. Бабаев Ф.В. Автоматизация раскроя сортового проката и листового материала на прямоугольные заготовки. Журнал "Кузнечно- штамповочное производство", N 12, 1975. с 31-34.

2. Бабаев Ф.В. Автоматическая оптимизация одномерного и двумерного раскроя. Журнал "Прибор и системы управления", N11, 1974 .-с 17-21.

3. Белысо В.И., Иголькин Н.С. Анализ схемы раскроя необрезных пиломатериалов на детали ящичной тары. Сб. науч.тр. ВНИИ тары и упаковки. М, 1969 . выпуск 6.

4. Бугаев Ю.В. Модели и алгоритмы математического обеспечения автоматизации проектирования многостадийного раскроя древесины. Автореферат канд. дисс. ВПИ, Воронеж 1986.

5. Бугаев Ю.В., Петровский B.C. Систематика моделей раскроя лесоматериалов в технологиях переработки древесины. Межвуз. Сб. науч. тр. Л ТА, "Технология и оборудование деревообрабатывающих производств", выпуск 15, Ленинград 1986 . с 1-3.

6. Бугаев Ю.В., Кузнецов С.Ю. Математическая модель раскроя лесоматериалов, максимизующая количество комплектов продукции. Журнал "Деревообрабобатывающая промышленность" N2, 1982 . с 3-4.

7. Бухтояров В.П., Новак Г.К. Развитие мебельной промышленности. Издательство: "Лесная промышленность", М., 1982 . 256 с.

8. Веретенник Л.Т. Оптимизация раскроя пиломатериалов на заготовки. Журнал "Деревообрабатывающая промышленность" N 2, 1982.- с 3-4.

9. Ву Хыу Дай. Вычислительные процедуры программ оптимального раскроя лесоматериалов. Мезжвуз. Сб. науч. тр. "Нетрадиционные технологии в машиностроении и приборостроении", выпуск 3, ВГТУ, Воронеж, 1999.-с 194-200.

10. Ву Хыу Дай., Петровский B.C. Раскрой листовых материалов в производстве мебели. Межвуз. Сб. науч. тр. "Нетрадиционные технологии в машиностроении, приборостроении" выпуск 4, ВГТУ, Воронеж, 1999.-с 217-222.

11. Ву Хыу Дай. Математическое моделирование лесоматериалов дуба. Межвуз. Сб. науч. тр. "Нетрадиционные технологии в машиностроении, приборостроении" выпуск 3, ВГТУ, Воронеж, 1999 .- с 194-200.

12. Гарин В.А., Михайлов H.A. Технология изделия из древесины. Издательство ВГУ, Воронеж, 1985 . с 236.

13. Глушко А.Г., Рвачев В.Л. О наиболее плотном заполнении полосы фигурами сложной геометрической формы. Кибернетика, N 3, 1969.-с 31-37.

14. Гловинский Б.Л., Фемер М.Н. Некоторые вопросы расчета раскроя досок твердых лиственных пород на заготовки. ИВУЗ, " Лесной журнал", 1980. N 2,125-128 с.

15. Гончаров H.A., Башинский В.Ю., Буглай Б.М. Технология изделий из древесины. Изд. "Лесная промышленность", М., 1990. -524 с.

16. Данциг Д.Б. Линейное программирование, его применения и обощения. М., 1966. 210 с.

17. Дроздова И.В. Моделирование и оптимизация технологических процессов производства брусковых мебельных заготовок. Автореферат дис. канд. тех. наук. ВЛТИ, Воронеж, 1994. 264 с.

18. Дроздрова И.В., Петровский B.C. Моделирование и оптимизация технологических режимов производства брусковых мебельных заготовок. Деп. НИР, ВННПИЭЛЕСПРОМ, 19.06.93, И2890-лб 93 5 с.

19. Духон Ю.И., Марков В.А., Павлов Ю.Г. Автоматизация управления в "Лесной промышленность", М., 1989. 318 с.

20. Егоров В.А., Глушковский A.A. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки. Изд. ЛТА, Л., 1988. 80 с.

21. Елизарова М.А. Решения задачи рационального раскроя резины. Тр. института эконом. Алма-Ата, 1969. 47-54 с.

22. Заботин Я.И. Некоторые постановки задачи рационального раскроя промышленных материалов. Учеб. зап. Казанского Гос. Уни-та, 1965. -125 с.

23. Нспирян Г. П. К оптимальному раскрою материалов. Изв. вузов, "Технология легкой промышленности", 1963., N 3, N 4.

24. Канторович Л.В., Залгамер В.А. Рациональный раскроя промышленных материалов. Изд. "Наука", Новосибирск, 1971. 180 с.

25. Канторович Л.В., Залгамер В.А. Расчет рационального раскроя промышленных материалов. Изд. Л., 1951. 120 с.

26. Канторович Л.В. Экономическкий расчет наилучшего использования ресурсов., Изд. АНСССР, М., 1959. 264 с.

27. Коробов П.Н. Математические методы планирования и управления в лесной и деревообрабатывающей промышленности. Изд. "Лесная помышленность", М., 1974. -311 с.

28. Львов Ю.В. Автоматизация процесса продольного раскроя пиломатериалов на многопильных станках. Автореферат канд. дис., СТН, Красноярск, 1974. 21 с.

29. Малыгин Л.Н. Исследование и разработка технологии раскроя сосного сырья на тару и черновые заготовки. Автореферат канд. дисс. СТН, Красноярск 1974. 21 с.

30. Маслий В.В. Рациональное использование дубого пиловочного сырья при выработке мебельных заготовок. Автореферат канд. дисс., ЛЛТИ, Львов, 1988., 16 с.

31. Межов И.С. Основы повышения объемного и спецификационно-го выхода пиломатериалов и заготовок при раскрое бревен брусово- сегментным способом на специализированном оборудовании. Автореферат канд. дисс., СПЛТА, Санкт- Петербург, 1994. 16 с.

32. Меничелько В.П. Оптимальный раскрой резиновых пластин. Журнал "Кожев. обув, пром.", 1969. -N3.

33. Михайлов В.А., Богданов М.П. Автоматизированная лазерная резка мактериалов. Изд. " Машиностроение", М., 1976. 205 с.

34. Мойжес Ю.Л. Геометричечкие основы рационального раскроя полосового и листового материала. "Машиностроение", М., 1966. 182 с.

35. Мухачева Э.А. Рациональный раскрооя промышленных материалов. Применение АСУ. Изд. "Машиностроение", М., 1984. 176 с.

36. Некрасовов Ю.В. Бездефектное формирование листовых материалов на обтяжном оборудовании с программным управлением. Автореферат канд. дисс., ВГТУ, Воронеж, 1998. 16 с.

37. Нурбаганцов А.К., Бабаев Ф.В. Формирование оптимальных подметальных норм расхода листового прокатка. В кн.: Технология производства, научная организация труда и управления. Изд. НИИМАШ, М., 1975. -вып. 9, 44-53 с.

38. Петровский B.C. Оптимальная раскряжевка лесоматериалов. Изд. "Лесная промышленность", М., 1989. 287 с.

39. Петровский B.C. Теория управления. ВГЛТА, Воронеж 1998.,292 с.

40. Петровский B.C. Моделирование систем управления. ВГЛТА, Воронеж, 1998.-256 с.

41. Пивоваров А.Я. Агрегат поперечного раскроря пиломатериалов по меткам. Журнал "Деревообрабатываюшая промышленность", 1968., N 5.

42. Пжурин A.A., Розенблит М.С. Основы моделирования и оптимизации процессов деревообработки. Изд. "Лесная промышленность", М., 1987.-264 с.

43. Рыкунин С.Н. Влиние качества необрезных пиломатериалов на выход заготовок при разных способах их выработки. ИВУЗ, "Лесной журнал", 1967.-N4.

44. Смоленцев В.П., Черная Г.А. Интерактивная система автоматизированного проектирования процессов обработки резанием. Весник машиностроения. N 11 1991. с 25-28.

45. Стоян Ю.В., Гиль Н.И. Методы и алгоритмы размещения плоских геометрических объектов. Изд. "Наукова думка", Киев, 1975. -237 с.

46. Сухарев A.B., Кюркчу Т.Н. Методические основы анализа норм расхода тканей на промышленное потребление. В сб. науч. тр. "Рациональное использование сырья и материалов в промышленности. Изд. НИИПиНА при Госплане СССР, М., 1982. 33-38 с.

47. Фергин В.Р. Методы оптимизации в лесопильно- деревообрабатывающем произврдстве. Изд. " Лесная промышленность", М., 1987. -264 с.

48. Gilmore P. The cutting stock problem. Canada. Math.Bull.,1966, 184 c.

49. Wintgen G, Kluge H. Vber den optimalen Zuschnit von Blechen, in problem der Linearpragrammierung. Wiss.Z. Techn. Univ. Dresden, 1969. -106 c.

50. Dane C. Pracctice and Potential for Forest Products Industries. Forest Prod. J., 1967. 171 c.

51. Ясиннский B.C. Технология производства заготовок. ЛТА, Л., 1977.-47 с.1. Описание работы программы

52. Файл Настройка Заготовки Пиломатериалы Расчет Результаты О программе

53. К некоторым функциям можно обращаться и другим способом — при помощи клавиш быстрого доступа Клавиши быстрого доступа — это комбинация клавиш ( <Ctrl> и некоторой другой), позволяющая непосредственно обращаться к функции, не пользуясь меню.