Фонотов Анастас Михайлович. Автоматизована система гільйотинного розкрою на основі генетичного програмування (на прикладі меблевого виробництва)

brief description

Фонотов Анастас Михайлович. Автоматизована система гільйотинного розкрою на основі генетичного програмування (на прикладі меблевого виробництва) : Дис... канд. наук: 05.13.07 - 2006.

Фонотов Анастас Михайлович. Автоматизована система гільйотинного розкрою на основі генетичного програмування (на прикладі меблевого виробництва). Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.07 - «Автоматизація технологічних процесів» - Донецький національний технічний університет, Донецьк, 2006.
У дисертаційній роботі дане нове рішення актуальної наукової задачі - підвищення ефективності технологічної підготовки меблевого виробництва й виробничих процесів під час розкрою меблевих заготівель шляхом удосконалення підсистеми пошуку оптимальних технологічних карт розкрою, формування маршруту різу, автоматичний облік мірних залишків і робота автоматизованої системи в режимі реального часу. Розроблено паралельний генетичний алгоритм розкрою на основі моделі островів, у якому запропоновані нові проблемно-орієнтовані фітнес-функція, спосіб кодування рішення до хромосом, генетичні оператори. Це дозволило скоротити втрати матеріалу до 5%, кількість операцій, які виконуються на форматно-розкрійному обладнані - на 7%.

У дисертаційній роботі дане нове рішення актуальної наукової задачі побудови автоматизованої системи гільйотинного розкрою. Побудована система дозволяє зменшити часові й матеріальні витрати під час виробництва меблевої продукції.
У ході виконання дисертаційної роботи були отримані наступні основні результати:

На підставі аналізу технологічного процесу гільйотинного розкрою виділені технологічні параметри, що впливають на ресурсоємкість виробництва відсоток втрат матеріалу, кількість й площа мірних залишків, довжина різу, кількість операцій форматно-розкрійного верстата, що дозволило побудувати більш адекватну модель системи.
Розроблено математичну модель процесу гільйотинного розкрою, що, крім втрат матеріалу враховує додаткові технологічні параметри процесу розкрою, до яких відносяться: кількість й площа мірних залишків, довжина різу, кількість операцій форматно-розкрійного верстату, що дозволило узагальнити завдання економії ресурсів у технологічному процесі гільйотинного розкрою.
Розроблені й досліджені проблемно-орієнтовані: цільова функція, оператори схрещування й мутації, метод кодування задачі розкрою в хромосомі. Проведено експериментальні дослідження розроблених проблемно-орієнтованих операторів. Показано, що використання розроблених операторів схрещування й мутації призводить до підвищення ефективності розкрою до 5% і скороченню обчислювальних витрат на 30-40%.
Розроблено паралельний ГА на основі моделі островів, що дозволяє провадити пошук технологічних карт розкрою для задач великої розмірності. Експериментально показано, що використання розробленого генетичного алгоритму в якості ядра підсистеми оптимізації технологічних карт розкрою дозволяє скоротити втрати матеріалу до 5%.
Виконано розробку архітектури й алгоритмів функціонування автоматизованої системи гільйотинного розкрою на базі генетичних алгоритмів. Автоматизована система гільйотинного розкрою складається з підсистем: уведення й зберігання нормативної й довідкової інформації, формування задачі розкрою, попередньої перевірки задачі розкрою, розрахунку параметрів паралельного ГАГР, пошуку оптимального рішення за допомогою ГАГР, друку оптимальної технологічної карти розкрою, кодування знайденого плану розкрою в необхідний формат форматно-розкрійного верстата з ЧПУ. Показано, що доцільно виконати побудову такої системи з використанням принципу модульності, а генетичний алгоритм побудувати з використанням технологій ООП.
Розроблена об’єктно-орієнтована модель системи за допомогою UML-діаграм, що дозволило формалізувати функціонування автоматизованої підсистеми, виділити основні сутності й зв'язки між ними, на цій основі розробити інформаційне й програмне забезпечення автоматизованої системи. Отримана модель може бути використана при розробці аналогічних систем автоматизації в якості базової.
Розроблена математична модель системи, алгоритми розкрою, інформаційне й програмне забезпечення - передані ВАТ «Синтез» м. Донецьк і використані для скорочення ресурсовитрат цеху виробництва корпусних меблів. Впровадження автоматизованої системи гільйотинного розкрою дозволило підвищити відсоток використання матеріалу на 4%, скоротити час переходу від процесу формування карт розкрою до розкрою деревинностружних плит за рахунок використання підсистеми оптимізації карт розкрою в режимі реального часу.
Результати, отримані в дисертаційній роботі, використані в держбюджетній темі Донецького національного технічного університету Д- 11-04 , а також у навчальному процесі кафедри «Автоматизовані системи управління» Донецького національного технічного університету.