Материал: Розробка автоматизованої системи оптимального використання заготовок за для розкрою площинних матеріалів

ВИМОГИ ДО ПАТЕНТНОЇ ЗАХИЩЕНОСТІ СИСТЕМИ

науково-технічний рівень розробки - система розробляється на рівні корисної моделі;

сертифікації та ліцензування проектованої системи - проектована система повинна мати деклараційний патент на корисну модель;

авторські права на проектовану систему: належать організації-виконавцю.

ВИМОГИ ДО ЗАМОВНИКА ЩОДО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ РОЗРОБКИ, УПРОВАДЖЕННЮ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЇ СИСТЕМИ

проведення допоміжних проектних і будівельних робіт: не потрібно;

комплектація допоміжного обладнання :

пристрій для вирізання розкрою ;

забезпечення спеціалізованої робочою силою при монтажі та запуску системи : не потрібно;

підготовка кадрів для обслуговування системи : до роботи з системою повинні допускатися співробітники, що мають навички роботи на персональному комп'ютері, ознайомлені з правилами експлуатації і пройшли навчання роботі з системою. Спеціально навчених кадрів для роботи з системою не потрібно.

ДОДАТКИ

Розрахунок техніко-економічної ефективності

Імовірно, впровадження проектованої системи має дати прибуток підприємству в розмірі 4,000 гривень на місяць.

Мережевий графік розробки

Роботи зі створення системи виконуються в три етапи:

проектування. Розробка ескізного проекту. Розробка технічного проекту ( тривалість - 1 місяць);

розробка робочої документації. Адаптація програм ( тривалість 3 місяці);

введення в експлуатацію ( тривалість - 2 тижні).

Дані про об'єкт, на якому буде використовуватися проектована система

Вимоги до даних про об'єкт, на якому буде виконуватися проектована система, не пред'являються.

Схеми цього об'єкта

Особливі вимоги до схем не пред'являє.

План розміщення обладнання об'єкта

Особливі вимоги до плану розміщення обладнання не пред'являється.

План розміщення системи по приміщеннях об'єкта

Особливі вимоги до плану розміщення проектованої системи по приміщеннях об'єкта не пред'являються.

План кабельних галерей і трас

Особливі вимоги до плану кабельних галерей і трас не пред'являються.

План розміщення первинних джерел живлення

Особливі вимоги до плану розміщення первинних джерел живлення не пред'являються.

Тимчасові діаграми функціонування об'єкта, для якого проектується система

Вимоги до тимчасових діаграмах функціонування об'єкта не пред'являються.

. АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ЗАДАЧІ ПРЕКТУ

Детальний аналіз та узагальнення зібраної інформації дають можливість окреслити подальші етапи дослідження, а для кожного з них розробити відповідні заходи, виконання яких призведе до перетворення вхідних даних і поточних результатів розрахунку в очікувані результати виконання роботи. У нашому випадку такими результатами будуть :

адаптовані відомі або розроблені нові методики формування допустимих карт розкрою різних концептуальних схем і відповідних їм базових конфігурацій;

уточнення традиційні або запропоновані власні методи оптимізації одно-, двох - і багатокритеріального плану розкрою ;

вироблення рекомендацій щодо удосконалення процесу виготовлення заготовок з ПДМ чи проектування нового ТП розкрою плит на заготовки.

На сьогоднішній день відомо, що переважна більшість типових задач проектування складних виробничих систем формально зводяться до перебору всіх допустимих її варіантів і вибору серед них найкращих з деякої дискретної сукупності заданих характеристик. Щодо оптимізації технологічний процес ( ТП) розкрою, то тут розрізняють два типи дискретних оптимізаційних задач : екстремальні завдання і задачі розпізнавання властивостей. В екстремальних задачах потрібно знайти такі значення аргументів, при яких функція цілі сягає екстремуму. Переважно це стосується задачі оптимізації плану розкрою ПДМ на меблеві заготовки, в якій аргументами є отримані інтенсивності використання карт розкрою і, як наслідок, кількості заготовок по картах розкрою. У задачах розпізнавання властивостей потрібно визначити, чи має функція мети з дискретними аргументами певний фіксований властивість. Процес формування допустимих карт розкрою різних концептуальних схем і відповідних їм базових конфігурацій з дотриманням обмеження на задані кількості заготовок і вимоги максимальної ефективності використання матеріалу є одним із прикладів такого типу завдань. Оскільки область визначення екстремальної задачі задається деякими властивостями її аргументів, які описуються, наприклад, системою рівнянь або нерівностей, то саме рішення задачі розпізнавання властивостей є одним з етапів вирішення екстремальної задачі.

З розвитком комп'ютерної техніки більшість науковців зосереджують свої зусилля на розробці спеціалізованих САПР складних виробничих систем (рис. 2.1). Якщо традиційне інженерне проектування таких систем - це свого роду класика, то їх комп'ютерне моделювання базується на тісній взаємодії людини-проектанта з інструментарієм САПР.

Рисунок 2.1 - Приклад програми САПР розкрою листового матеріалу

Ця так звана людино - машинна система дає можливість найбільш ефективно використовувати характерні особливості людини - проектанта - його знання, вміння та інтуїцію в поєднанні з сучасними можливостями комп'ютерної техніки. Водночас, застосування АСТПП, до складу якої повинна входити підсистема спеціального призначення - САПР ТП виготовлення меблевої продукції, не тільки значно покращує і прискорює виконання різних розрахунків, а й на якісно новому рівні дає можливість приймати інженерно й економічно обґрунтовані управлінські рішення.

Кінцевим результатом оптимального проектування ТП розкрою за допомогою спеціалізованої САПР є представлене замовнику безліч допустимих альтернативних варіантів його реалізації. Багато науковці вважають, що формальними засобами для складних виробничих систем практично неможливо отримати єдиного оптимального рішення. Методика вибору потрібного варіанту з безлічі альтернативних передбачає прийняття компромісного рішення щодо таких двох ситуацій :

якщо вимогам технічного завдання відповідають кілька спроектованих варіантів, то серед них вибирається один найкращий для більш детальної його опрацювання на етапі ескізного проектування;

якщо жоден із запропонованих варіантів не задовольняє виставленим вимогам замовника, то це спонукає розробника вибрати одну з двох стратегій подальшої поведінки - зобов'язати замовника внести корективи в технічне завдання або відмовитися від подальшого проектування.

На сьогоднішній день проглядається постійне оновлення асортименту випуску меблевої продукції, здійснюється систематичне впровадження сучасних ТП виготовлення, проводиться заміна морально застарілого обладнання на нове спеціалізоване з комп'ютерним управлінням. Все це дає можливість значно зменшити її собівартість, підвищити продуктивність праці, поліпшити культуру виробництва. У сукупності перелік цих та багатьох інших першочергових завдань створює важливу народногосподарську проблему, вирішити яку можна поступово завдяки розробкам нових, більш досконалих автоматичних ліній або технологічних комплексів спеціального призначення.

. ВИБІР НАПРЯМКУ РОЗВ'ЯЗАННЯ ЗАДАЧІ ПРОЕКТУ

У роботі розглядається відома задача розміщення прямокутників на площині. Подібні завдання виникають при проектуванні електронних систем. Так, на етапі планування інтегральних систем потрібно розташувати без взаємних перетинів в прямокутної області кристала прямокутні компоненти (блоки), які мають фіксовані розміри. Вихідними даними для зазначеної прикладної задачі є розміри блоків та їх кількість, а критерій якості розміщення спрямований на мінімізацію використовуваної площі.

Завдання розміщення прямокутників ставитися до класу NP-важких (окремий випадок задачі, коли розміщуються прямокутники мають рівну ширину, відомий як завдання упаковки в контейнери). На практиці використання точних методів рішення не представляється можливим у силу великих порядків завдань. Саме цим пояснюється підвищений інтерес до наближених методів її вирішення. Наприклад, не погано себе зарекомендували в практиці дослідження прикладних проблем підходи, засновані на методах моделювання відпалу та генетичної еволюції.

У даній роботі представлений комбінований метод для вирішення задачі розміщення блоків однакової геометрії, заснований на застосуванні жодних алгоритмів, еволюційно-генетичного підходу і багаторівневої техніці відомості до завдань менших порядків.

. РОЗРОБКА МАТЕМАТИЧНОГО ТА ІНФОРМАЦІЙНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ

Позначимо через Р={p1,…, pn} безліч прямокутників. Кожен прямокутник pi Є P дописується парою позитивних дійсних чисел (wi hj), які відповідають довжині і ширині прямокутника. Параметри: п, pi, wi, hi ( i = 1,n ), будемо називати параметрами задачі.

Рішенням задачі розміщення є вектор  = (xi,..., xn ), де хi, = (x2i, x­2j ) відповідає координатам розташування прямокутника рi, де x2i, x­2j Є R.

Опишемо обмеження, пов'язані з вимогою розміщувати прямокутники без взаємних перетинів. Для цього введемо відображення g (pi, xi, pj, xj), яке повертає площа прямокутника, отриманого перетином прямокутника рj, з координатами хi, з прямокутником рi, розташованим в точці з координатами xj.

У цьому випадки обмеження, пов'язане з виключенням взаємних перетинань розміщених прямокутників, можна записати у вигляді (4.1):

Позначимо X1 () та Х2 () такі величини (4.2):

Ці значення визначають відповідно висоту і ширину прямокутника.

У цьому випадки відношення суми площ фігур до площі прямокутника будемо називати коефіцієнт ефективності використання площі (4.3):

Якість рішення тим краще, чим менше периметр прямокутника і чим більше коефіцієнт ефективності використання площі. У силу цього пропонується наступний вид функції мети (4.4):

Задачу (4.1), (4.4) будемо називати завданням розміщення прямокутників на площині.

В основі процесу проектування системи для подальшої розробки лежить аналіз та проектування інформаційних потоків. Інформаційний потік - це сукупність циркулюючих у системі алгоритмів та даних, повідомлень між системою і зовнішнім середовищем, необхідних для управління і контролю операцій. Будь-яка обробка інформації всередині інформаційної системи відбувається за допомогою даних потоків.

Інформаційне забезпечення в проектованій системі складається із трьох основних частин:

вхідна інформація;

проміжна інформація;

вихідна інформація.

Далі будемо називати цю інформацію, як інформаційний потік. Інформаційний потік - це кількість інформації, яка проходить крізь перетин каналу зв’язку за одиницю часу. Також інформаційний потік можна визначити як визначений напрям переміщення інформації у просторі та часі; мірна величина, яка вимірюється як швидкість передачі інформації.

В системах реального часу, розрахунок інформаційних потоків є дуже важливим. Так як проектованаа система не належить до систем реального часу, то вимоги до розрахунку швидкості інформаційних потоків не жорсткі.

Результатом проектування інформаційних потоків - є структура схеми інформаційного середовища системи, яка вміщає всі маніпуляції та переміщення даних, які були введені до системи на початку роботи в якості вхідних даних.

Дані проектованої системи можуть бути класифіковані за ступенем їх зміни у процесі роботи системи.

Вхідні дані. Верстак передає програмі інформацію про розмір полотна, розміри полотна можуть бути тільки позитивними - 2 змінні типу float = 128 біт (16 байт).

Оператор має можливість : ввести масив координат фігури, завантажити з зовнішнього пристрою або передати по локальній мережі. Кожен прямокутник має два параметри : довжина і ширина. Один прямокутник, що складається з двох параметрів мають тип float, займає 128 біт ( 16 байт). Для зберігання п прямокутників необхідно 16 * n байт.

Проміжні дані. При частковому побудові розміщення прямокутників на площині крім параметрів прямокутника використовуються координати вершини кожного прямокутника. Параметри прямокутника - 2 параметра типу float займають 16 байт. Координати вершини - 2 параметра типу float займають 16 байт.

Для часткового побудови розміщення n прямокутників необхідно 32 * n байт пам'яті.

Вихідні дані. В якості вихідних даних - масив прямокутників з параметрами довжини і ширини, а так само координатами їх вершини типу float (16 байт + 16 байт).

Для візуального виведення n прямокутників необхідно 32 * n байт пам'яті.

Рисунок 4.1 - Схема інформаційних потоків

. РОЗРОБКА ТА ОПТИМІЗАЦІЯ АЛГОРИТМІЧНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРОЕКТУ

5.1 Вибір і обґрунтування інструментальних засобів

- це кроссплатформенна бібліотека, метою якої є витіснення нативних API з програм. Зараз Qt - це величезний об'єктно-орієнтована система, в більшості випадків дозволяє обійтися без залучення будь-яких інших бібліотек. У першу чергу Qt - відмінний засіб для створення графічного інтерфейсу користувача (GUI). До складу Qt входить дизайнер, що дозволяє легко створювати графічні інтерфейси для програми.

Файл збірки можна буде створити одним викликом утиліти qmake (природно, під керуванням цільової платформи). Від себе додам, що іноді цей файл доводиться правити руками (а як же). Про значимість даної бібліотеки говорить хоча б те, що вона використовується в таких успішних проектах, як Borland C++ Builder 6 і Opera.

Перелічимо основні гідності ядра бібліотеки Qt :

вбудована підтримка Unicode і локалізації (дуже добре і дуже правильно реалізованої, смію зауважити ). У Qt4 обіцяють новий механізм рендеринга шрифтів, що підтримує Unicode ;

потужні події і фільтри подій (подія - це щось подібне універсального сигналу, який можна посилати будь-кому віджету, розпізнавати і відповідним чином обробляти за допомогою фільтрів. Наприклад натискання різних клавіш) ;

багатофункціональні керовані інтервалами таймери які роблять можливим просто і швидко вставляти багато різних завдань в керований подіями ГПИ ;

ієрархічні і настроюються об'єктні дерева, що організують приналежність об'єктів природним чином ;

захищені покажчики QGuardedPtr, які автоматично приймають значення NULL при знищенні відповідного об'єкта, на відміну від звичайних покажчиків в C, які в цьому випадку стають " невизначеними покажчиками ";

Зручна документація, доступна і російською мовою ( посилання на жаль не знаю, але можу з задоволенням вислати за заявкою ). До складу ядра бібліотеки входять як класи для побудови GUI (наприклад: мітка, поле введення, кнопка тощо), так і класи, призначені для організації різних структур зберігання даних (наприклад, списковий ), роботи з файлами, мережевої взаємодії і багато чого іншого. Деякі з цих можливостей реалізовані у вигляді додаткових модулів;