автореферат диссертации по технологии материалов и изделия текстильной и легкой промышленности, 05.19.06, диссертация на тему:Программно-методический комплекс для расчета рационального использования материалов в подготовительно-раскройном производстве обувной промышленности



МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЛЕГКОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

на правах рукописи Перцовский Павел Глебович

ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАСЧЕТА РАЦИОНАЛЬНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ В ПОДГОТОВИТЕЛЬНО-РАСКРОЙНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ ОБУВНОЙ

ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность 05.19.06 "Технология обувных и кожевенно-галантерейных изделий"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Разин И„Б.

Москва - 1999 г,

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ .......................................... 5

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ, МЕТОДОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ОБУВНОЙ ПРОМЫПШЕНН-СТИ..............................................................................12

1.1. Анализ существующих САПР в обувной промыш-

12

ленности......................................

1.2. Анализ технических и программных средств

1.2.1. Выбор базовых технических средств..... 27

1.1.2. Устройства вводами.-"вывода графической информации, " • • " 30

1.1.3. Системное программное обеспечение..... 38

ГЛАВА 2. ОЦЕНКА МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ МОДЕЛЕЙ НА ЭТАПЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА____....____ 47

2.1. Традиционные методы оценки материалоемкости

47

изделии.......................................

2.1.1. Методы оценки показателя использования натуральной кожи............................

2.1.2. Методика расчета показателей использования площади текстильных и искусственных материалов на детали верха обуви........... 52

2.2. Структура представления и организация

ведения графической информации о конструкциях

верха обуви в ЭВМ. ............................

2.2.1. Типовые графические элементы традиционного проектирования и их классификация в условиях автоматизированного проектирования. 56

2.2.2. Методы и способы представления и описания конструкций при машинном

проектировании, и

9бобеооо*е*в • о • о о • о*#еоооеоо

2.3. Входные, промежуточные и выходные методы описания и представления контуров конструкций

и способы их трансформации..............................73

2.4. Методы построения годографа функции плотного размещения плоских деталей...........................77

2.5. Вычисление укладываемости деталей ....................91

ГЛАВА 3. ЗАДАЧИ РАСЧЕТА МАТЕРИАЛОЕМКОСТИ НА ЭТАПЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА........................97

3.1. Классификация и математическая постановка задач размещения. ...............................................98

3.2. Методы и подходы к решению задач размещения. 104

3.2.1. Методы автоматического размещения..........Ю4

3.2.2. Диалоговые методы размещения ......... 108

3 . 3 . Функции пакета размещения......................................109

3.3.1. Методы динамического контроля непересечения деталей..........................................................115

3.3.2. Пристыковка детали по направлению..........118

3.3.3. Построение огибающего контура

множества деталей..................................................121

3.4. Задачи управления автоматизированным оборудованием......................................................................123

3.4.1. Математическая постановка задачи отыскания оптимального маршрута раскроя................126

3.4.2. Выбор метода решения....................................132

3.4.3. Разработка метода решения на основе динамического программирования...............14 6

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПЫТНАЯ

ПРОВЕРКА РАБОТЫ ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА. 151

4.1. Состав технических средств....................................151

4.2. Информационное обеспечение комплекса.... ________153

4 .3. Программное обеспечение комплекса......................161

4 . 4 . Внедрение результатов работы на обувном

предприятии......................................................................181

ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................185

Литература...............................................................................187

Приложения..................................................................................201

ВВЕДЕНИЕ

Решение стратегической задачи по глобальной перестройке промышленности России, обусловленной переходом к рыночной экономике, конверсией производства, экологической выживаемостью, разрывом устоявшихся

материально-технических связей, возможно только на базе компьютеризации и интеграции производства, внедрения новейших ресурсосберегающих экологически чистых технологий и технологического оборудования.

Немаловажно и то обстоятельство, что социальное и интеллектуальное развитие общества может быть достигнуто только за счет повышения качества труда и уровня подготовки специалистов на основе комплексного применения новейших технологий, современных

средств электроники, вычислительной техники и коммуникаций. Без этого нельзя будет сформировать необходимую интеллектуальную и материальную среду, позволяющую максимально освободить человека от монотонного, тяжелого, не престижного и утомительного труда.

Основными причинами, определяющими необходимость компьютеризации и интеграции производства являются:

- усиливающаяся индивидуализация запросов потребителей, расширения многообразия изделий, сокращение времени морального:старения продукции легкой промышленности, сокращение времени инноваций и сроков поставки. Их своевременное удовлетворение возможно лишь при высокой гибкости, достигнутой во многом за счет автоматизации всех стадий жизненного цикла изделия и видов деятельности предприятия;

- ужесточающиеся требования к качеству продукции, удовлетворить которые возможно лишь при компьютеризации конструкторско-технологической деятельности и использовании программно-управляемого оборудования с автоматическим контролем технологического процесса во всех его фазах;

- значительное повышение стоимости рабочей силы, материалов, энергоресурсов, основных фондов, требующее реализации режимов жесткой их экономии, что возможно только при достаточно высоком уровне автоматизации;

- повышение рентабельности предприятия (снижение затрат, сокращение оборотного капитала, увеличение прибыли и др.);

- улучшение условий труда.

В условиях возросшей самостоятельности предприятий, существенное влияние на эффективность их деятельности оказывают элементы рыночных отношений. Повышается роль обоснованности принимаемых предприятием решений и, в первую очередь, на этапах планирования, определения стратегии развития предприятия, разработки его ассортиментной политики.

Рынок выдвигает следующие требования к обувным предприятиям:

— большое разнообразие модного ассортимента;

— быстрая реакция на новые тенденции моды;

— соответствующее качество;

— конкурентоспособная стоимость, низкая себестоимость;

— быстрая подготовка производства новых моделей;

— уменьшенные размеры партии и ускоренная оборачиваемость;

— быстрая настройка оборудования при смене моделей;

— укороченный промежуток времени между "заказом" и "поставкой" - при уменьшенном количестве полуфабрикатов .

Это означает, что массовое производство обуви имеет тенденцию перехода к мелкосерийному, при этом смена ассортимента не должна требовать больших затрат.

В этих условиях существенно возрастает роль интегрированных компьютеризированных систем проектирования и технологической подготовки производства обуви. Только организация гибкого производства, адаптируемого на новый ассортимент продукции в кратчайшие сроки, способна обеспечить "выживание" предприятия и приносить максимальную прибыль для его развития.

Учитывая высокую материалоемкость продукции обувной промышленности, одним из важнейших модулей такой системы является подсистема расчета и оценки материалоемкости изделий.

Ставка на использование систем автоматизированного проектирования, внедренных в производство 5-10 лет назад, в настоящее время неперспективна в связи с бурным развитием вычислительной техники и невозможностью переориентации старых систем на современные технические и программные средства.

V Поэтому сегодня актуальна задача создания отечественной модульной системы сквозного автоматизированного проектирования на основе последних достижений в области программных, технических средств и новых информационных технологий.

Это подтверждается планами Министерства науки и технологии РФ, а также Федеральной целевой научно-технической программой "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники гражданского назначения", направление 01 "Создание гибких компьютеризированных производств товаров народного потребления на базе информационных технологий и новых материалов" .

Задача данной диссертационной работы в рамках Федеральной программы состоит в разработке программно-методического комплекса оценки и расчета материалоемкости обуви, с возможностью его интеграции в сквозную систему проектирования.

Предоставляемые сегодня современными техническими и программными средствами возможности позволяют по новому рассмотреть эту задачу, вернуться к ее решению на новом уровне и реализовать такие методы, которые были ранее не возможны в силу недостаточной производительности ЭВМ.

Цель и задачи работы.

Целью настоящей работы является разработка методов и алгоритмов для решения задач оценки и расчета материалоемкости изделий, структуры комплекса и его программная реализация на основе последних достижений в области компьютерной техники, программного обеспечения и новых информационных технологий.

В целях комплексной автоматизации конструкторско-технологической подготовки производства решается вопрос взаимосвязи разрабатываемой подсистемы с другими модулями, в рамках интегрированной системы на уровне со-

вместимости математического аппарата описания объектов проектирования и информационного обеспечения.

Разработка гибкой системы, способной настраиваться на конкретный технологический процесс - одна из задач данной работы. Только в этом случае при современном уровне развития программного обеспечения можно говорить о жизнеспособности предлагаемых решений.

Совокупность этих задач определила достаточно широкий диапазон исследований, как в области задач размещения, методов оптимизации, так и организации хранения, поиска и преобразования графической информации, проведение которых необходимо для создания комплекса.

Основные методы научных исследований.

Решение поставленных задач осуществлялось на основе методов математического моделирования, оптимизации, дискретного динамического программирования.

Кроме того, при практической реализации применялись современные положения функционального и объектно-ориентированного программирования, методы построения информационных систем. Предлагаемые решения предусматривают широкое использование вычислительной техники.

Научная новизна.

Проведена классификация графических объектов применительно к условиям автоматизированного проектирования. Разработана структура графических объектов, определены их качества и свойства, описана их взаимосвязь и определены методы синтеза более сложных объектов на основе набора базовых элементов.

Разработаны структура, функции и режимы пакета диалогового размещения деталей.

Предложен ряд новых методов и алгоритмов решения известных задач:

- вычисления годографа функции плотного размещения объектов, схем совмещения деталей и определения укладываемости;

- динамического контроля непересечения деталей в процессе их размещения на материале;

- нахождения рационального маршрута выруба деталей раскладки.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Теоретические положения работы и рекомендации по их использованию вошли в состав отчетов по Федеральной целевой программе за 1996-1998г.

Результаты работы реализованы в виде программно-методического комплекса расчета и оценки материалоемкости конструкций обуви (РОМКО). РОМКО реализован на IBM совместимом персональном компьютере в среде операционной системы Windows 95.

В настоящее время РОМКО внедрен на обувном предприятии "АО Восток" и используется на этапе конструкторской подготовки производства.

Экспериментальная проверка РОМКО проводилась на реальном ассортименте моделей, выпускаемых "АО Восток" и показала, что применение комплекса позволяет ускорить процесс оценки материалоемкости и исключить из технологического процесса морально и физически устаревшее оборудование для обмера площадей деталей.

ПМК РОМКО внедрен в учебный процесс МГАЛП и используется при подготовке студентов по курсу САПР обуви и

кож. галантерейных изделий по специальности 2806,2808 "Технология и конструирование изделий из кожи".

Диссертационная работа изложена на 210 страницах машинописного текста, состоит из введения и 4 глав, 3 таблиц, 30 рисунков, списка использованных источников, насчитывающего 100 наименований, а также приложений на 10 страницах.

Глава 1. АНАЛИЗ СРЕДСТВ, МЕТОДОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ОБУВНОЙ ПРОМЫПШЕННСТИ

1.1 Анализ существующих САПР в обувной промышленности

Работы по созданию САПР обуви проводятся последние несколько десятилетий как в нашей стране, так и за рубежом, рядом крупнейших научных и промышленных центров, специализирующихся на создании технических комплексов для производства обуви.

Развитие САПР прошло долгий и трудный путь: от создания систем, автоматизирующих части операций одного из этапов подготовки производства до интегрированных систем, позволяющих автоматизировать все этапы конструкторской и технологической подготовки производства^у

Одной из первых систем, положивших начало широкому распространению и развитию САПР в обувной промышленности, была система "Gradamatic/Apex" американской фирмы "Camsco" (1970 г.). Система предназначалась для градирования деталей верха обуви [1,2]. Полученные данные в основном использовались для нормирования расхода материала .

Вслед за системой "Gradamatic/Apex" появились разработки других фирм. Однако большинство из них предлагало лишь автоматизированное градирование моделей и изготовление картонных шаблонов [3]. Сдерживающим фактором развития САПР являлась высокая стоимость и ограниченная производительность ЭВМ, отсутствие периферийных устройств ввода/вывода (в частности цветных графических мониторов с высоким разрешением). Качественное изменение произошло в середине 80-х годов с появлением персональных компьютеров (ПК) IBM PC/AT. Основные преимуще-

ства нового класса ЭВМ: высокая производительность при небольших размерах и доступной цене; наличие большого количества периферийных устройств; сетевые возможности, позволяющие объединить в локальную вычислительную сеть (ЛВС) несколько рабочих мест.

у Доступность ПК позволила расширить круг задач, решаемых САПР, а также использовать ЭВМ для автоматизации производственных процессов.

В настоящее время на мировом рынке имеется большое количество САПР обуви: системы фирмы Lectra (Франция), система "Crispin" фирмы USM (Австрия), семейство систем FDS (Footwear Design System) фирмы Microdynamics (США) , системы "Padsy" и "Tase" фирмы Atom+Vicam (Австрия), система "Descom" фирмы Cimtech (Канада), система "ShoeMaker" фирмы Gerber System Technology (GST, США) и др. [3-7,11,12]. Из отечественных систем наибольший интерес представляют: САПР, разработанная в МГАЛП (ПП ФРОД) [8] и интегрированная САПР фирмы ТОО «ТЕКС СОФТ»

[9] .

Возможности, реализуемые современными системами в обувном производстве, можно разделить на следующие группы :

- автоматизированное решение задач конструкторской подготовки производства;

- автоматизированное решение задач технологической подготовки производства;

автоматизированное управление технологическими процессами производства обуви;

автоматизация экономико-производственных расчетов .

Конструкторская подготовка производства (КПП), являясь составляющей системы сквозной САПР подготовки

производства обуви [10], предназначена для создания новых и модификации существующих моделей обуви требуемого ассортимента и уровня качества, разработки всей конструкторской документации [13-15].

Основными задачами КПП является: составление задания на проектирование и сбор исходной информации, создание эскиза модели, анализ ее новизны по сравнению с имеющимися в архиве, получение разверток боковой поверхности и следа колодок, проектирование деталей обуви, подготовка шаблонов среднего размера, градирование шаблонов, анализ конструкции на технологичность, изготовление опытных образцов и всей конструкторской документации .

САПР применяются как для эскизного моделирования, так и для конструирования обуви [3] . При создании модели обуви основной акцент делается на получение рисунка, отображающего замысел художника-модельера, подобно созданию эскиза на листе бумаги. Конструирование обуви требует точного математического описания реальной модели.

V САПР способную представлять изобразительную информацию можно называть эскизной, изобразительной или графической.

Возможностями эскизного моделирования обладают, как системы разработанные специально для обувной промышленности ( "Crispin" [7], "MicroDesing" [16,17] GST Visualization ) , так и современные графические редакторы ( COREL DRAW! (Канада) [18], Ado