автореферат диссертации по кораблестроению, 05.08.04, диссертация на тему:Совершенствование подготовки числовых программ вырезки корпусных деталей на машинах с ЧПУ на основе оптимизации технологии и маршрута

РГБ ОД 1 О М1Р 1995

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНОЛОГИИ

СУДОСТРОЕНИЯ

На правах рукописи

Карпушкина Наталия Григорьевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОДГОТОВКИ ЧИСЛОВЫХ ПРОГРАМ» Л1РЕЗКИ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ НА МАШИНАХ С ЧПУ НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ И МАРШРУТА

Специальность: 05.08.04 - Технология судостроения,

судоремонта и организация судостроительного производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте технологии судостроения

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор В.В.Веселков

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор А.М.Брехов

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Б.И.Серпов

Ведущая организация - Выборгский судостроительный завод

Защита состоится в часов 1 995г •

на заседании специализированного совета К 130.04.01 в

Центральном научно-исследовательском институте технологии судостроения по адресу : 198095, Санкт-Петербург, Промышленная улица, д.7.

Ваш отзыв в одном экземпляре с подписями, заверенными печатью, просим направлять по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в аспирантуре Центрального научно-исследовательского института технологии судостроения.

Автореферат разослан 1995г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

/. Подготовка управляющих программ (УП) резки металла на машинах с ЧПУ является одной из важнейших задач всех автоматизированных систем технологической подготовки производства в судостроении. Она включает в себя: формирование в памяти ЭВМ числовых моделей контуров деталей судна, проектирование их размещения на попе листа металла, определение порядка вырезки деталей и выдачу по этим данным управляющих программ в соответствующем формате и коде. В настоящее время решены задачи аналитической деталировки и автоматического составления на ЭВМ карт раскроя листового проката. Анализ автоматизированных систем технологической подготовки производства показывает, что существующие методы проектирования маршрута контурной обработки деталей трудоемки и длительны, так как содержат значительную долю ручного труда, препятствующего дальнейшему повышению эффективности производства. Проектируемая траектория движения инструмента полностью зависит от индивидуальных качеств исполнителя, занятого подготовкой программ; затраты труда на составление маршрута обработки контуров велики, а вариант, принимаемый в качестве окончательного, зачастую далек от наилучшего. Поэтому, учитывая многократность процесса расчета УП, большую трудоемкость работ при определении траектории и технологического процесса резки, задача автоматизации проектирования маршрута вырезки деталей является актуальной.

Для решения задачи автоматизации проектирования маршрута имеются все необходимые предпосылки: решены задачи аналитической деталировки и автоматического составления на ЭВМ карт раскроя листового метапла, появилась мощная вычислительная техника типа персональных компьютеров IBM PC/AT и современные инструментальные средства (система автоматизированного проектирования AUTOCAD, системы управления базами данных и др.), разработаны математические методы решения графических задач, алгоритмы решения задачи коммивояжера.

Решение задачи автоматизации проектирования маршрута вырезки корпусных деталей позволяет исключить ручные работы по назначению маршрута и технологии резки, повысить качество назначаемого маршрута, снизить себестоимость выпуска УП резки металла, сокра-

тить календарные сроки технологической подготовки корпусообраба-тывающего производства.

Цепью работы является исследование существующих методов назначения технологии вырезки деталей в автоматизированных системах плазово-технологической подготовки судокорпусного производства и разработка на основе выполненных исследований научно-обоснованного метода автоматического проектирования рационального маршрута и технологии вырезки корпусных деталей на машинах с ЧПУ, обеспечивающего сокращение трудоемкости и повышение качества выпускаемых УП.

Для достижения цели в работе на основе проведенного анализа особенностей технологического процесса проектирования маршрута контурной обработки деталей решены следующие задачи :

разработаны требования, предъявляемые к проектируемому варианту траектории движения инструмента;

разработана система критериев для оценки качества проектирования маршрута;

определены аналитические зависимости маршрута от основных критериев оценки качества;

созданы эвристические модели проектирования маршрута на основе аналитического описания процесса проектирования последовательности вырезки контуров деталей;

разработано программное обеспечение данных моделей на ПЭВМ. Объект исследования

Объектом исследования явились существующие принципы и закономерности проектирования маршрута и технологии резки, организационные, технологические требования, предъявляемые к проектируемому маршруту вырезки корпусных деталей, факторы, с помощью которых можно управлять процессом проектирования. Методы исследования

Дпя выполнения исследований в работе использовались труды российских и зарубежных ученых и специалистов в области создания автоматизированных систем плазово-технологической подготовки судостроительного производства, методы решения задачи коммивояжера, эвристические методы решения комбинаторных задач.

При этом для исследования количественных характеристик параметров алгоритмов автоматизации проектирования маршрута использовалось компьютерное моделирование процесса назначения траектории резки.

научные положения, выносимые на защиту:

метод автоматического проектирования маршрута вырезки деталей на машинах с ЧПУ;

основные принципы создания допустимой траектории резки; две модели проектирования на ЭВМ маршрута по различным критериям, учитывающие особенности и требования судостроительного производства.

Сформулированные научные положения по автоматизации проектирования маршрута и технологии вырезки корпусных деталей на машинах с ЧПУ были доложены автором на Межзаводских школах по автоматизированным системам в судостроении в г.Выборге в 1987г. и в г. Астрахани в 1989г.

Разработанное программное обеспечение модуля автоматизированного проектирования маршрута и технологии внедрено в 1989-1990г. в рамках системы АТОПС применительно к ЕС ЭВМ на Выборгском Судостроительном заводе, на Северном Машиностроительном Предприятии в г.Северодвинске, на ГСП "Балтия" в г.Клайпеда, в ЦКБ "Коралл" в г.Севастополе.

В период с 1991 по 1993 гг. подсистема автоматизированного проектирования маршрута и технологии резки внедрялась на ЭВМ типа IBM PC/AT в рамках системы АСТПП Верфи на Выборгском судостроительном таводе, на судостроительном заводе в г. Сосновка, на Тюменском судостроительном заводе, в Астраханском судостро-ительно- производственном объединении, в ЦКБ "КАСПРЫБА" в г.Астрахани. В 1994г. подсистема включена в состав автоматизированной системы РИТМ-Корпус и внедрена на Зеленодольском судостроительном заводе и Навашинском судостроительном заводе.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах.

Структура_и_о£&.елг__&а2охи. диссертация состоит из введения,

пяти разделов , заключения и 2 приложений. Работа содержит 140

страниц машинописного текста, 36 рисунков, 6 таблиц, список использованной литературы из 40 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, рассмотрены цель и задачи исследования, отражены научная новизна результатов и основные положения, которые вынесены на защиту.

В первом разцвпе проводится сравнительный анализ существующих (языковых и графических) методов проектирования маршрута вырезки деталей. В практике судостроения проектирование маршрута вырезки деталей выполняется на стадии плазово- технологической подготовки производства. По результатам аналитической деталировки и автоматического составления карт раскроя происходит" назначение последовательности вырезки деталей, определение точек пробивок для контуров и направления резки контура. Как правило, эту работу выполняет технолог- программист одним из выше указанных методов. Выполненный в разделе анализ языковых и графических методов показал, что применяемые на судостроительных предприятиях методы назначения маршрута не удовлетворяют современным требованиям ввиду большой трудоемкости этих работ, зависимости от индивидуальных качеств исполнителей, появления неизбежных ошибок при определении траектории резки. Многократность выполнения задачи расчета программ резки и важность дальнейшего сокращения ее трудоемкости требуют автоматизации процесса технологии вырезки контуров деталей на машинах с ЧПУ. Из приведенного обзора автоматизированных систем технологической подготовки производства видно, что задача автоматизации проектирования маршрута вырезки деталей является актуальной и требует решения с помощью математических методов и ЭВМ.

С учетом полученных выводов в работе сформулирована постановка задачи проектирования маршрута: при заданном расположении деталей в карте раскроя определить технологию вырезки деталей, при которой обеспечивается точность вырезаемых деталей, и при этом длина резов, количество пробивок, длина холостых переходов и уровень тепловых деформаций будут минимальными, а проектируемая траектория вырезки удовлетворяет

организационно-технологическим требованиям производства. Такой маршрут определен в работе как оптимальный.

Задача получения оптимального маршрута относится к классу задач математического программирования, имеющих большие размерности, нелинейные ограничения, многоэкстремальные целевые функции. Анализ литературных источников показал, что в связи с большой размерностью задачи получение точного решения затруднительно из-за Больших объемов памяти, необходимых для решения задачи. Поэтому для решения задачи были приняты эвристические методы, моделирующие работу технолога по определению технологического процесса и маршрута вырезки деталей и позволяющие сузить область поиска решения задачи. Эффективность эвристических методов зависит от того, насколько учтены технологические требования, предъявляемые к проектируемому маршруту вырезки деталей и насколько приемлемо решение, полученное в результате моделирования процесса назначения маршрута. Одновременный учет всех требований практически невозможен. Вследствие этого в работе введено понятие рационального маршрута, под которым понимается маршрут, удовлетворяющий требованиям, предъявляемым к технологическому процессу вырезки деталей и получаемый за приемлемое время счета на ЭВМ.

Второй раздел посвящен исследованию и формализации основных требований, предъявляемых к проектируемому маршруту резки на ЭВМ, исследованию критериев, предъявляемых к определяемой траектории резки, оптимальным технологическим решениям при назначении маршрута, аналитической постановке задачи

автоматического проектирования маршрута вырезки деталей на машинах с ЧПУ.

Технические требования к назначению маршрута резки листового

металла

1.Автоматизированный маршрут вырезки деталей должен учитывать особенности оборудования, применяемого для тепловой резки металлов .

2. Автоматическое назначение маршрута должно базироваться на результатах автоматизированного составления карт раскроя и аналитическом представлении геометрии деталей корпуса судна.

3.Вариант автоматически спроектированного маршрута должен удовлетворять требованиям критерия, учитывающего технологические

требования, предъявляемые к процессу резки, в том числе минимума холостых переходов между деталями, минимума количества пробивок, минимума длины реза, минимального уровня тепловых деформаций.

4.Последовательность вырезки деталей из листа, выбор точки начала реза и направление обхода контура детали должны определяться с учетом обеспечения максимальной точности вырезаемых деталей.

На практике при определении последовательности вырезки деталей руководствуются следующим:

исходя из принципа сохранения жесткости разрезаемого листа, резку начинают с внутренних вырезов. Кроме уменьшения тепловых деформаций при этом более точно будут ориентированы вырезы относительно контура, так как деталь почти до конца вырезки жестко связана с листом. При наличии деталей, расположенных в вырезах, — в первую очередь вырезаются- данные детали , затем~ осуществляется резка по контуру выреза, далее резка по внешнему контуру. Перед началом резки по контуру определяют направление обхода контура, которое оказывает влияние на тепловые деформации. Для внутренних контуров это влияние менее существенно, и направление резки можно выбирать произвольным, как правило, оно противоположно направлению обхода внешнего контура. Направление обхода внешнего контура выбирается таким, чтобы кромка, соединяющая деталь с основной массой листа, резалась в последнюю очередь. Пробивка производится на заданном расстоянии от контура детали. При этом величина отстояния пробивки определяется толщиной листа и маркой материала, а подход к контуру осуществляется по прямой линии или по радиусу.

4.Для уменьшения длины реза по возможности применяют совмещенные резы.

5.Для уменьшения тепловых деформаций при составлении маршрута учитывают следующее:

очередность вырезки деталей из листа назначают по принципу наибольшей жесткости вырезаемой детали и наименьшей изгибной деформации листа, т.е. в первую очередь вырезаются детали у кромки по ширине листа и постепенно переходят к следующему ряду;

детали с вырезами по одной кромке следует располагать на писте таким образом, чтобы последней обрезалась кромка, не имеющая вырезов.

6.Вырезку крупных деталей следует производить с угла вдоль листа, начиная с длинной кромки.

7. Детали мелкие и длиной меньше двух ширин вырезают в последнюю очередь.

В результате изучения и анализа заводской документации и маршрутов резки, выполненных технологами различных заводов, установлено, что приоритетность критериев для назначения маршрута в подавляющем большинстве случаев устанавливается в следующей последовательности:

минимальный уровень тепловых деформаций; минимальное количество пробивок; минимальная длина резов; минимальная длина холостых переходов.

Перечень факторов, оказывающих влияние на критерии, приведен в табл.1.

Табп.1

Перечень факторов, оказывающих влияние на критерии

Критерии Факторы, оказывающие влияние

Минимальный уровень Выбор направления резки

тепловых деформаций Выбор точки пробивки

Размеры детали

Минимальное количество Переход с резом к следующей

пробивок детали

Использование "мостиков" Совмещенные резы

Минимизация длины роза Совмещенные резы

Минимизация холостых переходов Размещение деталей в карте

Выбор последовательности резки

Выбор точки пробивки

Для учета тепловых деформаций необходимо анализировать геометрические размеры детали и положение детали в карте с

учетом вырезанной траектории до данной детали , а также положения оставшейся части листа. В работе введена классификация всех деталей по площади на четыре группы (1 группа-крупные, 2 группа- средние, 3 группа -мелкие и 4 группа-длинные узкие). Выбор точек пробивок, направления резки для деталей 1,2 и 4 групп происходит с учетом влияния уровня тепловых деформаций

В общем случае общее количество пробивок в карте равно количеству контуров. Для минимизации количества пробивок применяют переход к следующей детали с резом по отходу листа, т.о. переход с невыключенным резаком, объединение нескольких контуров в один с помощью назначения "мостиков" между деталями и использование совмещенных резов. Для уменьшения длины резов используют совмещенные резы. Для сокращения длины холостых переходов выбирается наилучшее расположение деталей и определяется оптимальная последовательность вырезки деталей с выбором точки пробивки(рис.1 ).

С цепью оценки качества варианта резки деталей в работе введены коэффициент совмещения, коэффициент рабочего хода, коэффициент пробивки.

Коэффициент совмещения:

lcobm

Ксовм---( 1 ) ,

Lcont

где Lcobm -сумма длин совмещенных кромок в карте

раскроя,м.

Lcont - сумма длин внешних и внутренних контуров деталей, входящих в карту раскроя, м.

Коэффициент рабочего хода:

Lp

крх=--(г) ,

Lp+Lx

где Lp -общая длина резов в карте раскроя, м;

Lx -общая длина холостых переходов в карте, м.

Коэффициент пробивки:

NON

Кпр=--(3),

NCONT

где NON -общее число пробивок в карте;

NCONT -общее число контуров в карте.

ftrei Трасхторпя резиг о фрагиевтамв пробивок на внешней ковтурв ж вяутрешех вчрезе, с участюи ооаиещешого реза ж участхои хоствха

На основании результатов компьютерного моделирования была определена нижняя граница для коэффициента рабочего хода Крх-0.76, это означает, что длина холостых переходов составляет 25% от длины резов в карте раскроя.

Для оценки длины совмещенных резов значение Ксовм установлено в пределах Ксовм >= 0.1, так как практика показала, что длина совмещенных кромок в карте чаще всего составляет больше 1056 от общей длины контуров.

Верхняя граница для коэффициента пробивки Кпр всегда 1. Поэтому точно установить оценочное значение для коэффициента затруднительно, любое число меньше 1, может считаться удовлетворительным.

Эти коэффициенты удобно использовать и при интерактивном проектировании маршрута вырезки деталей с целью оценки качества маршрута. На рис.2 приведен вариант маршрута резки, спроектированный в интерактивном режиме, с коэффициентами Ксовм, Крх, Кпр -

Уточненная по результатам компьютерного моделирования постановка задачи о проектировании рационального маршрута вырезки деталей в карте раскроя выглядит следующим образом:

для карты раскроя, составленной автоматизированным способом (x,y,f -привязки деталей в карте), необходимо определить вариант маршрута резки, включая перечень технологических команд, участки врезания, участки резки по контуру или отходу листа, холостые переходы, такой что

NON—-min

Lp—*■min

Lx—rmin

Ьсчета tmin, где NON- число пробивок в карте;

Lp -длина резов в карте.м;

Lx -длина холостых переходов в карте.м;

Ьсчета - время счета на ПЭВМ,мин.

При этом вариант проектируемого маршрута резки должен удовлетворять одному из условий:

1) Крх >= 0.76 и Кпр <=1;

2) Ксовм >=0.1 и Крх >= 0.76 и Кпр <=1.

Время счета на ПЭВМ любого из двух вариантов должно Быть меньше 3 мин.

Ксо6м=0.0462 Крх=0,738 Кпр=0,217 УН405005 25,02.95 6.0X1.6.5,0 Е=1.5 К=0.910 [_х=11.79 Ьр=33.29 п=5

апиент

Ряс. 2. Оценка варианта маршрута вырезки спроектированного в интерактивной режиме, коэффициентами Ксовм, Крх Кпр

Третий раздел посвящен решению отдельных задач автоматического проектирования маршрута резки, в том числе определению последовательности вырезки контуров, распознаванию деталей, размещенных во внутренних областях, определению "соседей" для каждой детали, назначению точек пробивок для контуров, определению направления резки для каждого контура, определению деталей, которые могут Быть совмещены, и построению маршрута на группу деталей совмещенного реза, формированию траектории на всю карту.

Для определения рационального маршрута резки по всей карте, сформированной автоматически, применен метод фрагментации, сущность которого заключается в понижении размерности задачи за счет разбиения карты на отдельные части и замене решения задачи назначения маршрута на всей карте решением внутри каждой части.

Отдельные фрагменты составляют контуры деталей, группы деталей, комплексы (прямоугольники, в которых находятся детали), группы комплексов. Для карты раскроя, приведенной на рис.2, выделены 4 фрагмента.

С учетом принятого метода фрагментации в процессе назначения маршрута выполняется :

разбиение геометрии карты раскроя на отдельные фрагменты; назначение маршрута резки в отдельном фрагменте; определение последовательности обработки фрагментов в карте методом решения задачи коммивояжера;

формирование рациональной траектории резки по всей карте. Назначение маршрута резки в отдельном фрагменте зависит от приоритетности критерия. Для этого осуществляется анализ, какие детали расположены во фрагменте. Если во фрагменте -детали длинные и узкие, то выбирается критерий минимальных тепловых деформаций. Если во фрагменте находятся средние детали, то критерием для такого фрагмента является минимум длины реза.

Задача в части определения последовательности маршрута вырезки деталей выделена в работе в отдельную. Нахождение такого маршрута известно в литературе, как задача коммивояжера. Формализованная постановка задачи: Пусть Р- конечное множество точек,

Р={ 1,2,3, ... ,Ы}, каждой паре 7 С Р и л" £ Р поставлено в соответствие число с. • >. О, называемое расстоянием от 1 до о.

С=(си ) - матрица расстояний.

Маршрут г - это любая последовательность точек из Р, начинающаяся и завершающаяся единицей и содержащая каждую из остальных точек один раз, г=(т1 ,1г.....1л , 7л ♦ I =7» ,).

Длина 1(г) маршрута г есть сумма соответствующих элементов матрицы С,

Пусть /о-множество всех маршрутов. Требуется найти маршрут го ё 1о такой, что 1(г о)=п\1П 1(г)

го £ га

Алгоритм определения последовательности вырезки деталей в карте с помощью решения задачи коммивояжера

Решение может быть записано как

Ь = (1 < , 7г , 73 , . . . 7р , . . . . 7 1 ) _

Любое возможное решение задачи коммивояжера - цикл. Тогда оптимальное решение цикл, в котором —гттп , (из) б" С

где Ь' = [а1,1г),а2,1з),....,ар-1,1р),(1р^1)]

упорядоченное множество пар индексов множества Ь; 7-целые числа, соответствующие деталям; пары индексов ( 7, _>,)-дуги, соединяющие детали;

Ci j -расстояние от детали i до детали з или длина дуги

а.з).

В работе использована классификация методов решения задачи коммивояжера по схеме получения решения: улучшение цикла, последовательное построение цикла и исключение подциклов.

Алгоритм, в основе которого лежит схема улучшения цикла, представлен следующим образом.

Шаг 1. Пусть имеется произвольный начальный цикл Ьо =(1,2,3,..,п,1)

Шаг 2. С помощью некоторой фиксированной процедуры изменения Ьо производят попытку найти улучшенное возможное решение (цикл)

и .

Ьо ), то заменяют Ьо на Н и переходят к шагу 2.

Шаг 4. Если процедура не позволяет в дальнейшем производить улучшения решения, то полученный цикл локально-оптимальный .

Запоминается наилучший из локально- оптимальных, полученных к этому времени, и переходят к шагу 1, выбрав новое допустимое решение .

Алгоритм, в основе которого схема последовательного построении цикла, представлен ниже.

Выбирается произвольный пункт, например, Н и,

последовательно включая другие допустимые пункты согласно каким-то правилам, строят последовательность (11,12,...,1к). Как только цикл доведен до конца, алгоритм заканчивает работу.

Алгоритм, в основе которого схема исключения подциклов, представлен так .

Шаг 1.Решается задача назначения с исходной матрицей С.

-------Шаг2.Проверяется, является ли полученное решение циклом. Ее---------

ли да, то решение задачи коммивояжера получено, в противном случае, переходят к шагу 3.

Шаг 3.Используются различные приемы наложения дополнительных условий, позволяющие исключить из дальнейшего рассмотрения выделяемый подцикп, но не возможные циклы задачи коммивояжера.

Шаг 4.Проводится решение вновь полученной задачи и переходят к шагу 2.

Проведенный анализ методов решения задачи коммивояжера позволил выбрать для определения последовательности вырезки деталей в карт<^ раскроя алгоритм выбора ближайшей точки, относящийся к схеме построения цикла. Этот метод оказался предпочтительнее,так как не требует Больших массивов оперативной памяти и решение осуществляется за к -шагов, где к -число деталей.

Положим, что начальная последовательность состоит из элемента ро и 7=0. На первом шаге из всего множества деталей выбираем ту, которая ближе к точке ро.

э=(р0,р1}

На следующем шаге из оставшихся точек {Р2,РЗ,...,Рп} находим ближайшую к точке Р1. {po.pi ,р2}.

На 7-шаге считаем, что определена последовательность

б={ро,р1,р2,...,р1}.

Среди не включенных в Э элементов находим элемент Рз, для которого минимально расстояние от РУ-элемента до Р^-элемента.Включаем в последовательность в Р^ в качестве а+1) элемента. Если все элементы включены в Я, то решение найдено, в противном случае, 7=/+/ и поиск ближайшего элемента к Pj.

Алгоритм ближайшей точки используется для определения последовательности обработки фрагментов в карте раскроя, для определения последовательности вырезки внутренних вырезов.

Алгоритм назначения точек пробивок и участков входа на внешние и внутренние контуры Возможные точки пробивок определяются среди опорных точек контуров детали и среди точек участков совмещенных резов. Точка пробивки называется возможной точкой пробивки, если она удовлетворяет технологическим требованиям, предъявляемым к процессу резки. Алгоритм выбора точки пробивки базируется на методике ручного назначения маршрута. Возможные точки пробивок для внешних контуров приведены на рис.3 (варианты а)-д)), вариант е) реализован для внутренних контуров, вариант ж) реализован для деталей совмещенного реза,

Л_четвертом разделе разработана принципиальная схема

назначения маршрута и технологического процесса резки в карте раскроя, обеспечивающая решение комплекса технологических и геометрических задач , возникающих при определении траектории движения инструмента при резке металла. В работе приведены две модели, тождественные наиболее часто применяемым способам ручного проектирования движения инструмента и зависящие от критерия оценки варианта маршрута: минимум длины холостых переходов и минимум длины реза.

Процесс моделирования проектирования рационального маршрута вырезки корпусных деталей на ЭВМ состоит из следующих этапов:

1.распознавание деталей, находящихся во внутренних вырезах и исключение их из общего списка деталей;

2.определение общей последовательности вырезки деталей в карте раскроя за исключением деталей, расположенных во внутренних вырезах, методом решения задачи коммивояжера;

3.определение для каждой детали последовательности вырезки внутренниу вырезов методом решения задачи коммивояжера и назначение участков входа на внутренние контуры;

0<а <=90

а)

190<а<=360

18

90<а<=150

150<а<=190

А-точка пробивки

В-точка на контуре

Р- расстояние от точки пробивки до контуре а - угол между сторонами детали

е)

Фрагмент внутреннего выреза с участком входа на контур (1) и участком выхода (2)

2 деталь

Совмещенный рез 1 деталь

ж)

Рис. 3. Варианты назначения точек пробивок

4.определение последовательности вырезки деталей, расположенных во внутреннем вырезе, методом решения задачи коммивояжера;

5.определение положения точки пробивки для внешнего контура детали и направления обхода резки внешнего контура в зависимости от положения детали в оставшейся невырезанной части листа;

6.построение совмещенных резов в карте раскроя;

7.формирование варианта резки в карте раскроя по критерию минимальных холостых переходов в карте;

8.оценка построенной траектории по коэффициентам Кпр.Крх;

9.построение варианта траектории резки по критерию минимальной длины резов (с совмещенными резами);

10.оценка построенной траектории с совмещенными резами по коэффициентам Ксовм,Кпр,Крх;

11.проектирование операторов описания вырезки деталей с накоплением описаний в файле для последующего редактирования маршрута в режиме диалога;

12.решение задачи коммивояжера методом последовательного построения цикла;

13.определение "соседей" для каждой детали;

14.сохранение маршрута резки в структуре DXF-файпа с цепью интерактивной корректировки в среде системы графического проектирования AUTOCAD.

Все перечисленные алгоритмы в форме двух моделей проектирования маршрута реализованы в виде подсистемы автоматического назначения рационального маршрута вырезки деталей на машинах с ЧПУ (АВТОМАРШРУТ). Для работы перечисленных алгоритмов используется информация о контурах деталей и картах раскроя, сформированных автоматизированным способом.

Программное обеспечение подсистемы (АВТОМАРШРУТ) для реализации в указанных системах разработано на алгоритмическом языке ФОРТРАН-77 в среде MS-DOS версии 5.0 и выше; построено по модульному принципу, допускающему возможность постепенного расширения функций при решении дополнительных задач назначения маршрута. Оно включает в себя модуль перевода контуров деталей в систему листа и модуль автоматического назначения технологии и маршрута. Общая схема построения программного обеспечения подсистемы АВТОМАРШРУТ приведена на рис.4. Исходными данными для

1 о пробявсщ

ifjiMiJir pç- ■

'ояхопос-uz переводов^

lO

Модра шпишшцкн ванного проехтяровв-ш маршрута жпрев-or деталей

9аЛд иа шрута формате

m

Расчет твравлшощж програиж

Управляющая про— ipaiaa рвякн

Рис Стена построения программного обеспечешит подсистемы автоматявировашого ваавачевия маршрута резиг

работы первого модуля подсистемы являются файл деталей, содержащий геометрическую информацию о контурах, и файл исходных данных, содержащий перечень привязок деталей в карте. Передача данных между модулями осуществляется через вспомогательные дисковые файлы. Подсистема выдает следующие результаты: файл траектории резки в абсолютных координатах листа, сводные данные о маршруте (количество пробивок,длина холостых переходов, длина резов), файл маршрута в структуре DXF-файла для дальнейшей корректировки в среде автоматизированного проектирования AUTOCAD, текстовый файл описания маршрута операторами языка для дальнейшего редактирования в пакетном режиме. Запуск подсистемы осуществляется из среды AUTOCADa через пункт экранного меню. Спроектированный маршрут резки отображается на экране, и после его визуального контроля может быть выдана управляющая перфолента или траектория может быть частично изменена в модуле интерактивной корректировки.

Основным модулем подсистемы является модуль назначения маршрута. Этот модуль по заданному расположению контуров деталей определяет: последовательность вырезки контуров методом решения задачи коммивояжера; положение точек пробивок и направление обхода контуров деталей, исходя из технологических требований, предъявляемых к процессу резки. В основу алгоритма проектирования траектории заложен принцип моделирования последовательно-одиночного назначения маршрута вырезки детали. Сформированная траектория резки оценивается по коэффициентам Крх, Ксовм, Кпр. Если данный вариант удовлетворяет, то маршрут записывается в файл и выводится на экран. В противном случае производится формирование очередного варианта по следующей модели. Вариант автоматически спроектированного маршрута по второй модели с коэффициентами оценки маршрута приведен на рис.6.

рекомендации по их использованию. Проверка осуществлялась автором на проекте 17629 для Калининградского судостроительного завода в объеме трех запусков.

В ходе внедрения подсистемы выявлены и устранены недостатки в алгоритмах, усовершенствовано программное обеспечение подсистемы

пятом разделе содержится проверка результатов, полученных автоматическому методу проектирования маршрута, и

по

Крх=0,82 Ксо6м=0.0864 Кпр=0,74 УЯ212132 27,02,95 6,0X1,6X12.0 Е=1.5 К=0.811 1_х=12.53 1_р=57,3 п=20

Рис 5. Вариант автоматически спроектированного маршрута по второй модели назначения траектории резки

по реэупьтатам внедрения; подключен ряд новых задач, улучшающих качество проектируемого маршрута.

Опыт практического применения показал, что для небольших карт метод автоматического проектирования может быть использован непосредственно без существенных корректировок. Помимо этого он может быть использован и для оперативного выпуска УП, когда у пользователя недостаточно времени на тщательное составление маршрута. В частности, на Тюменском судостроительном заводе метод нашел широкое применение ввиду малого количества специалистов, занятых технологической подготовкой судокорпусных видов производств, и жесткими сроками ТПП в условиях частой смены заказов.

Во всех остальных случаях метод автоматического проектирования целесообразно использовать в сочетании с корректировкой проектируемого варианта в интерактивном режиме.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1.исследования,проведенные автором показали, что задача проектирования назначения маршрута относится к нелинейным задачам программирования;

2.формализованы количественные характеристики для оценки качества проектируемого маршрута;

2.разработаны на ЭВМ две эвристические модели для проектирования маршрута вырезки деталей, учитывающие особенности технологического процесса резки;

3.выполнена программная реализация всех разработанных алгоритмов в виде подсистемы автоматизированного проектирования маршрута (АВТОМАРШРУТ);

4.выполнено подключение подсистемы АВТОМАРШРУТ в состав автоматизированных систем технологической подготовки производства АСТПП Верфи, РИТМ-Корпус с реализацией возможности корректировки маршрута в пакетном и интерактивном режимах работы на ЭВМ IBM PC;

5.осуществлено внедрение подсистемы на предприятиях судостроительной промышленности.

Созданный метод проектирования маршрута и технологического процесса резки позволяет сократить время и снизить трудоемкость

процесса подготовки управляющих программ вырезки корпусных деталей на машинах с ЧПУ, повысить достоверность информации, осуществлять корректировку автоматически проектируемого маршруте в интерактивном или пакетном режимах.

Выполненные исследования и разработки повысили эффективность плазово-технологической подготовки производства в целом и дали возможность перейти к созданию сквозной автоматизированной системы проектирования технологических процессов изготовления деталей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1.Карпушкина Н.Г.Новые возможности подсистемы МАРШРУТ в системе автоматизированного технологического обеспечения постройки судов// Судостроительная промышленность.Сер.: Системы автоматизации проектирования, производства и управления. 1990, вып.20,с.18-22.

2.Карпушкина Н.Г.Расчет управляющих программ тепловой резки металла в системе АТОПС на ЕС ЭВМ (соавтор Э.А.Шелковникова)

П.:ИПК руководящих работников и специалистов судостроительной промышленности,1989.

3.Карпушкина Н.Г.Совершенствование "САПР-РАСКРОЙ" в условиях судостроения и машиностроения//Сб.Технология создания современных АСУТП и АСУ ГПС на предприятиях приборостроения и машиностроения, Пермь, 1987, с.56-59.

(Соавторы: Г.С.Рассказчикова, Д.Р. Фейгин, Э.В.Фисак)

4. Система автоматизированного проектирования карт раскроя и программ тепловой резки листовбго материала// В сб.Каталог программных средств 902-74.29 Выпуск 1

Министерство судостроительной промышленности.

Научно-производственное объединение "Ритм",1986. (Соавторы: В.Д.Высочин,Э.В.Фисак)

5.САПР-КАПРМ 200/00023-000

В сб.Программные средства. Каталог ГКПИ.360021.001.Выпуск 2 Научно-производственное объединение "Ритм",ЦНИИ,1988 (Соавторы: В.Д.Высочин,Э.В.Фисак)

6.74-0902-59-86."Анализ существующих методов назначения технологии и маршрута резки.Составление перечня задач по автоматизации определения маршрута резки". НПО "Ритм", 1986,с.17