Проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття

Размещено на http://www.allbest.ru/

міністерство освіти і науки україни

Київський національний УНІВЕРСИТЕТ технологій та дизайну

Платонова олена олександрівна

УДК 685.31

Проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття

Спеціальність 05.19.06 - технологія взуттєвих та шкіряних виробів.

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ 2003

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті технологій та дизайну, Міністерство освіти і науки України

Науковий керівник - кандидат технічних наук, доцент Свістунова Людмила Тимофіївна, Київський національний університет технологій та дизайну, професор кафедри конструювання та технології виробів зі шкіри.

Офіційні опоненти:

- доктор технічних наук, професор Нестеров Владислав Петрович, Президент Академії технологічних наук України;

- кандидат технічних наук, доцент, Баклан Ігор Всеволодович, старший науковий співробітник навчально-наукового комплексу „Інститут прикладного системного аналізу" (НТУУ „КПІ").

Провідна установа - Технологічний університет Поділля, Міністерство освіти і науки України, м. Хмельницький.

Захист відбудеться „ 17 „ лютого 2004 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.03 у Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2, корпус 1 (зал засідань).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01601, м. Київ-11, вул. Немировича-Данченка, 2.

Автореферат розісланий „12 „ січня 2004 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат технічних наук Первая Н.В.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. В сучасних умовах швидкого розвитку комп`ютерних технологій і автоматизації більшості галузей виробництва виникла можливість розширення використання автоматизованого проектування на етапі технологічної підготовки взуттєвого виробництва. Не дивлячись на те, що над вирішенням задачі проектування схем розкрою взуттєвих матеріалів працював ряд вітчизняних та зарубіжних вчених, все ще не створено математичне забезпечення для розв'язку задач проектування цих схем з урахуванням всіх технологічних вимог.

Рівень розвитку прикладної математики дозволяє створити розрахункові методи проектування раціональних схем розкрою рулонних матеріалів з урахуванням розмірного асортименту, а широка комп'ютеризація дає можливість реалізувати процес проектування в автоматичному режимі з використанням прикладних програм та візуалізувати спроектовані схеми.

Актуальність дисертаційної роботи полягає в необхідності розробки технології комп'ютерного проектування раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням комплектності та розмірного асортименту, що підвищує відсоток використання матеріла та продуктивність праці інженера-технолога. В теперішніх складних економічних умовах дуже важливим є вирішення питання впровадження у виробництво прогресивних технологій, які підвищують продуктивність праці, вдосконалюють процес проектування схем, зменшують його тривалість та підвищують точність проектування.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є створення методу автоматизованого проектування схем розкрою рулонних матеріалів з урахуванням розмірного асортименту і комплектності деталей та розробка практичних рекомендацій для підготовки розкрійного виробництва.

Задачі дослідження включають:

- вибір класифікаційних ознак та створення системи класифікації всіх задач розміщення деталей в схемах розкрою взуттєвих матеріалів;

- розробку математичної моделі та алгоритму проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням розмірного асортименту та комплектності деталей;

- вирішення задач підготовки вхідної інформації, розробку алгоритму інтерактивного корегування розкрійних схем, які отримані в автоматизованому режимі; розробку алгоритму графічної візуалізації спроектованих схем;

- створення програмного комплексу для вирішення в автоматизованому режимі технологічних задач проектування схем розкрою рулонних матеріалів в розмірному асортименті з урахуванням комплектності;

- дослідження окремих технологічних факторів, які впливають на відсоток використання рулонних матеріалів;

- розробку технологічних рекомендацій для виробництва.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі знайшли застосування методи математичної статистики, метод апріорного ранжування факторів, ієрархічний метод класифікації, теорії алгоритмізації та програмування.

Наукова новизна одержаних результатів. Під час аналітичних та експериментальних досліджень були отримані такі результати:

· створені технологічні основи рішення задач комп`ютерного проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів;

· створена математична модель та виділені її структурні компоненти задачі проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням комплектності деталей та розмірного асортименту;

· створено алгоритми вирішення задач проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття;

· створена система класифікації всіх задач раціонального розміщення деталей взуття в схемах розкрою взуттєвих матеріалів.

Практичне значення одержаних результатів роботи полягає в розробці цільового програмного забезпечення, яке дозволяє:

· проектувати раціональні комбіновані схеми розкрою рулонних матеріалів з урахуванням комплектності та розмірного асортименту деталей взуття в автоматизованому режимі;

· підвищити продуктивність праці інженера-технолога взуттєвого виробництва (в 24 рази), зменшити витрати на проектування схем розкрою (для однієї моделі з 25 грн. до 2 грн.);

· використовувати запропонований метод при розробці галузевих норм використання взуттєвих матеріалів,

Об'єктом дослідження є процес вдосконалення проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття.

Предметом дослідження є розробка комп`ютерної технології проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням розмірного асортименту та комплектності деталей.

Особистий внесок здобувача полягає в глибокому аналізі інформаційних джерел та обґрунтуванні актуальності роботи, розробці математичної моделі та алгоритму рішення задачі проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття, проведенні та аналізі експериментальних досліджень технологічних факторів, які впливають на використання рулонних матеріалів, розробці системи повної класифікації всіх задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою, розробці практичних рекомендацій для виробництва.

Апробація результатів дисертації. Основні теоретичні та експериментальні положення, результати роботи доповідались та одержали позитивну оцінку на семінарах кафедри конструювання та технології виробів зі шкіри, на наукових конференціях аспірантсько-студентського та професорсько-викладацького складу Київського національного університету технологій та дизайну (2000-2003 рр., м. Київ), на міжнародній науково-методичній конференції "Забезпечення наступності змісту в системі ступеневої освіти" (2003 р., м. Київ).

Технологію комп'ютерного проектування було апробовано та впроваджено на взуттєвому виробництві ВАТ “Зенкис", на акціонерному товаристві “Кияни". Результати дисертаційної роботи також впроваджено в учбовий процес студентів спеціальності 6.091820 “Взуття, шкіргалантерейні та лимарні вироби" кафедри конструювання та технології виробів зі шкіри КНУТД.

Публікації. Основні положення та результати дисертації викладено у 6 статтях фахових видань, рекомендованих ВАК України, та одній статті опублікованій за кордоном (Росія м. Шахти).

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел та додатків. Зміст дисертації викладено на 137 сторінках машинописного тексту. Робота містить 66 ілюстрацій, 12 таблиць, список використаних джерел із 108 найменувань, 5 додатків на 26 сторінках. Повний обсяг дисертації становить 163 сторінок.

Основний зміст роботи

розкрій рулонний деталь взуття

У вступі обґрунтовано актуальність теми, подано короткий аналіз стану проблеми, сформульовано наукову новизну та практичну цінність отриманих результатів та висновків, визначено мету і основні задачі дослідження, які необхідно вирішити для її досягнення.

У першому розділі наведено огляд наукових робіт та джерел інформації з практичної проблеми розміщення плоских геометричних об'єктів та проектування схем розкрою взуттєвих матеріалів.

Велика кількість вітчизняних та закордонних вчених займались розробкою або створенням класифікації відходів матеріалів при розкрої, дослідженням факторів, які впливають на їх появу, розробкою методів кількісної оцінки величин різних відходів, визначенням залежності відсотку використання матеріалів від конфігурації, площі деталей та матеріалу, а також інших чинників.

Питання раціонального використання матеріалів отримали розвиток в дослідженнях Зибіна Ю.П., Шусторовича М.Л., Іспіряна Г.П., Рожка В.Д., Фукіна В.О., Каліти А.М., Єлен Б.Л., Яковлевої О.В., та ін. Аналіз інформаційних джерел показав, що на першому етапі досліджень з раціонального розкрою переважно були емпіричні методи. Методичні рекомендації на їх основі не були строго обґрунтовані. Розрахункові методи базувались на інформації про схеми суміщення деталей, які отримані вручну, що обмежувало результати об'єктивності.

Праці, направлені на пошук оптимальних варіантів розміщення деталей з допомогою математичних методів та ПЕОМ стали поштовхом до застосування аналітичних методів в рішенні геометричних задач. В той же час виникли труднощі на цьому шляху, які були пов'язані з великою розмірністю та високою інформативністю задач цього типу. Найбільші труднощі виникли при аналітичному формулюванні умов взаємного неперетину фігур складної конфігурації. Суттєвим стало створення Стояном Ю.Г. теорії спеціальних функцій - вектор-функцій щільного розміщення геометричних об'єктів.

Теоретичні основи оптимального розміщення деталей на матеріалі розроблені Рвачевим В.Л. і Стояном Ю.Г. У взуттєвому виробництві широкі дослідження в цьому напрямку проведені Скатерним В.А., Бокиєм В.І., Фесенко А.Г., Поповою Л.С., Свістуновою Л.Т., та ін.

Розробка теорії вектор-функції щільного розміщення та розвитку аналітичних методів теорії укладок створили теоретичну базу для розробки строгих математичних моделей технологічних задач проектування схем суміщення деталей взуття і схем розкрою матеріалу. До теперішнього часу не було створено алгоритм та математичну модель задачі проектування схем розкрою рулонних матеріалів з урахуванням всіх технологічних аспектів. Розвиток комп'ютерної технології і комп'ютеризація виробничої діяльності дозволяють орієнтуватись на вирішення вказаної задачі в автоматизованому режимі. Таким чином, дослідження даної дисертаційної роботи проводились в цьому напрямку.

У другому розділі розкрита суть підготовки розкрійного виробництва. Проектування схем розкрою взуттєвих матеріалів є однією із складових частин технологічної підготовки виробництва.

Виділені наступні дванадцять основних технологічних умов та обмежень, необхідних для проектування схем розкрою рулонних матеріалів:

1. Напрямок деталей у відношенні їх тягучості.

2. Орієнтація деталей відносно країв матеріалу.

3. Розміщення деталей по прямолінійно-поступальній системі.

4. Варіант суміщення деталей.

5. Ширина міжшаблонного містка

6. Наявність вад на матеріалі.

7. Спосіб розкрою.

8.Комплектність розкрою.

9. Послідовність розташування деталей.

10. Кратність лінійних розмірів деталей и матеріалу.

11. Додатковий краєвий відхід по ширині.

12. Асортимент основних і додаткових деталей взуття.

На використання рулонних матеріалів при розкрої на пресах-автоматах в тій чи іншій мірі впливають десять технологічних чинників. Було проведено апріорне ранжування чинників (психологічний експеримент) для порівняння оцінки впливу їх на результат розкрою, виділення більш значущих чинників. В результаті отримана апріорна діаграма рангів чинників, які впливають на використання рулонних матеріалів при автоматизованому розкрої.

Суттєво значущими чинниками виявилися чотири з десяти чинників: Х2 - укладуваність деталей (варіант суміщення); Х5 - ширина матеріалу; Х9 - площа деталі; Х8 - ширина міжшаблонного містка.

Досягти раціонального проектування схем розкрою матеріалів на стадії підготовки розкрійного виробництва можна лише при правильній технологічній постановці таких задач. До теперішнього часу такі задачі не були строго систематизовані та не мали науково обґрунтованого вирішення. З урахуванням цього виникла необхідність розробити чітку систему класифікації задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою. Розглядаючи структуру класифікації таких задач, пропонується виділити 9 різних класифікаційних ознак.

Тип задачі обумовлює область розміщення деталей, якою можуть бути площина, матеріал прямокутної форми і матеріал невизначеної складної форми. Також одним з типів задачі є визначення габаритів прямокутного матеріалу, виходячи з асортименту деталей. Підтип задачі обумовлює різні розкрійні властивості і фіксацію габаритів матеріалу (у листової пластини фіксовані довжина і ширина, у рулонного матеріалу фіксована ширина, а довжина має відносно умовну фіксацію). Рівень задачі визначається складністю її рішення, що залежить від області, на якій розташовуються деталі. Клас задачі обумовлює систему розміщення деталей. Усього виділено 6 класів: системне розміщення; системне розміщення з фіксованої орієнтацією щодо країв матеріалу; системне розміщення зі змінною орієнтацією щодо країв матеріалу та інші. Підклас обумовлює орієнтацію деталей щодо країв матеріалу. За цією ознакою виділено 5 підкласів: прямокутна схема без зсуву, зсув подовжніх рядів в схемі, зсув поперечних рядів в схемі, зсув подовжніх і поперечних рядів в схемі і косокутна схема. Вид задачі залежить від кількості видів розміщених деталей: схема може бути побудована тільки для одного виду деталей, а може містити в собі два види і більше. Варіант задачі визначається варіантом суміщення деталей у схемі: суміщення без повороту, з поворотом на 180, з поворотом на деякий кут. Підваріант задачі уточнює, в яких рядах здійснюється поворот деталей: у подовжніх, поперечних, чи в подовжніх і поперечних одночасно. Розмірність задачі характеризує кількість розмірів взуття в розмірному асортименті, включених у схему. Виділено 2 розмірності задачі: перша - стосується схем, в яких розміщуються деталі одного розміру взуття, друга - схем, в яких розміщуються деталі двох розмірів і більше.

Таким чином, виділені ознаки найбільш повно дозволяють урахувати всі можливі технологічні умови та обмеження в постановці та розв'язанні задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою. Наведені фрагменти розробленої класифікації задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою матеріалів.

Всього по запропонованій системі класифікації виділено 197 постановок технологічних задач побудови схем розкрою різних матеріалів на деталі взуття з урахуванням всіх умов та обмежень.

Формулювати чітку технологічну постановку задачі розміщення деталей взуття в схемі розкрою рулонних матеріалів необхідно на основі наведеної класифікації технологічних задач розміщення деталей. Загальна технологічна постановка такої задачі виглядає наступним чином:

“Системно розмістити деталі взуття на матеріалі прямокутної форми з урахуванням технологічних вимог та обмежень с максимальним виходом деталей крою та мінімумом відходів". Конкретизоване формулювання такої постановки задачі залежить від кількості врахованих класифікаційних ознак більшості технологічних задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою.

В третьому розділі розроблена математична модель и алгоритми розв'язання поставлених задач для науково обґрунтованого чисельного розв'язання технологічних задач, створення теоретичної основи для прикладного програмного забезпечення.

Математична постановка задачі проектування схем розкрою рулонних матеріалів така: на напівнескінченій смузі шириною D для заданого комплекту плоских геометричних об'єктів Si та заданої кількості цих об'єктів Qi, де i=1..k, знайти набір таких областей прямокутної форми k розміром D x Lk, (L> Lk>0) k=1..m, на яких будуть раціонально розміщені задані плоскі геометричні об'єкти так, що сумарна довжина областей буде найменшою.

При створенні математичної моделі слід вирішити цілий комплекс важливих питань, тобто для опису математичної моделі даної задачі необхідно описати її структурні компоненти:

Y= f (X₁, X₂, X₃, X₄, X₅, X₆, X₇, Х₈), де

Х₁ - аналітичний опис конфігурації деталей. При описі зовнішніх контурів деталей взуття слід їх апроксимувати. При кусково-лінійному способі апроксимації будь-яка деталь Si буде задана координатами вершин опукло-ввігнутого багатокутника, тобто , a координати будь-якої точки на прямій між вершинами і можна визначити наступним чином:

,

де 0 і ; i- порядковый номер детали; j- порядковый номер точки;

n(i)- количество точек аппроксимации для i- той детали;

t=0…1 - параметр, определяющий местоположение точки между двумя соседними точками аппроксимации.

Х₂ - аналітичний опис конфігурації матеріалу. Так як розкрій здійснюється на рулонних матеріалах, то без будь-яких обмежень можна сказати, що матеріал має прямокутну форму. Тоді аналітичний опис матеріалу можна представити у вигляді наступної системи нерівностей:

,

де L-довжина рулону матеріалу при неперервному розкрої або розкрійного столу, D-ширина матеріалу.

Х₃ - параметри, які однозначно визначають положення деталей на площині: - код -ої розміщуваної деталі; - координати полюса розміщуваної деталі в системі координат пов'язаної з матеріалом. _і - кут повороту розміщеної деталі відносно її вихідного положення, де i=1.. та l - кількість деталей, розміщуваних на матеріалі.

Х₄ - орієнтація деталей при розкрої (основне положення деталі з координатами вершин та якщо допускається поворот деталі на 180 градусів, то і повернута деталь з координатами вершин ).

Х₅ - міжшаблонний місток. Щоб врахувати міжшаблонний місток необхідно для деталі Si, зовнішній контур якої є опукло-ввігнутим багатокутником з координатами вершин , побудувати еквідистанту на відстані /2 від зовнішнього контуру деталі, яка також буде опукло-ввігнутим багатокутником та матиме координати вершин . При побудові схем щільного розміщення деталей будемо оперувати не із зовнішнім контуром деталі, а з еквідистантою, побудованою на відстані /2 від зовнішнього контуру деталі.

Х₆ - аналітичне формулювання умов взаємного неперетину деталей при їхньому суміщенні. Нехай відповідний об'єкт без зовнішніх меж. Тоді, якщо одночасно виконуються умови:

а) int Si ? int Sj=0, де ij,i, j=1..t

б) Si ? Sj 0 (умови а, б - умови щільного розміщення об'єктів)

в) (умови неперетину об'єктів Si із зовнішньою межею області ), то об'єкти щільно розміщуються та не виходять за межі області .

При побудові математичної моделі слід формалізувати умови взаємного неперетину у вигляді аналітичних співвідношень. Формулювання і перевірка деталей складної геометричної конфігурації є непростою.

Для цього використаємо введену Стояном Ю.Г. спеціальну функцію - вектор-функцію щільного розміщення геометричних фігур, для реалізації умов їх взаємного неперетину.

Х₇ - аналітичний опис систем суміщення.

а) одинарна решітчаста укладка

=,

б) подвійна решітчаста укладка

являється об'єднанням двох решітчастих укладок:

 та ,

де .

Х₈ - множина допустимих рішень. Допустимі решітки та отримаємо за допомогою годографа функції щільного розміщення для двох опукло-ввігнутих багатокутників;

Функція цілі. Набір областей прямокутної форми _k розміром D x L_k, (L> L_k>0) k=1..m, на яких будуть раціонально розміщені задані плоскі геометричні об'єкти та сумарна довжина яких буде найменшою, або максимальним використання площі матеріалу, тобто

F*()=max F(), де

- функція цілі,

де ;

P_j - відсоток використання елементарної j-ої схеми; L_j - довжина j-ої схеми; Sh - ширина матеріалу; S_i - площа i-ої деталі; m - кількість елементарних схем; n - кількість деталей; N_ji - кількість i-ої деталі в j-ої схемі розкрою; q - кількість допустимих рішень.

Запропонований алгоритм побудови комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням комплектності деталей та розмірного асортименту включає наступні пункти:

1. Підготовчий етап:

1.1 Серійне градирування деталей взуття;

1.2 Обчислення площі багатокутника;

1.3 Обчислення координат вершин еквідистанти;

1.4 Розрахунок координат вершин годографа вектор-функції щільного розміщення двох однакових і однаково орієнтованих багатокутників;

1.5 Розрахунок координат вершин годографа вектор-функції щільного розміщення двох однакових та повернутих на 180 градусів багатокутників.

2. Побудова розкрійних схем:

2.1 Пошук допустимих решіток для кожної із розміщуваних деталей;

2.2 Оцінка довжини матеріалу заданої ширини, яка потрібна для розміщення необхідної кількості шаблонів відповідної деталі;

2.3 Вибір із множини допустимих решіток для кожної із розміщуваних деталей тієї решітки, яка дає максимальне використання матеріалу;

2.4 Інтерактивне корегування одержаних схем розкрою із урахуванням комплектного виходу деталей та розмірного асортименту;

2.5 Суміщення одержаних схем розкрою для окремих деталей в єдину схему розкрою.

3. Графічна візуалізація розкрійних схем.

При формуванні решітки достатньо визначити тільки процедуру формування її основного паралелограму, оскільки за цим фрагментом повністю можна побудувати всю решітку в цілому.

На базі математичної моделі алгоритм проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням розмірного асортименту та комплектності деталей, який наведено..

У багатьох випадках не вдається в автоматичному режимі побудувати схеми розкрою, які б задовольняли всі технологічні вимоги. Тому доводиться одержані схеми корегувати або будувати нові в інтерактивному режимі. При побудові розкрійних схем в інтерактивному режимі необхідно дотримуватися умов взаємного неперетину деталей. Так як при кусково-лінійній апроксимації будь-яка деталь задається у вигляді багатокутника, то умову взаємного неперетину двох деталей можна сформулювати таким чином: якщо жодна вершина першої деталі не знаходиться всередині іншої деталі та жодна вершина іншої деталі не знаходиться всередині першої, то деталі не перетинаються. Наведено алгоритм інтерактивного корегування схем розкрою, які спроектовані в автоматизованому режимі.

Схеми розкрою для деталей різних видів та різних розмирів взуття необхідно поєднати у єдину схему розкрою. Нехай схема, яка побудована для однієї деталі, буде елементарною схемою, довжина j-ої розкладки дорівнює L^j, та координати полюсів будуть , де k=1..n(j). Для щільного суміщення j-ої та i -ої елементарних схем необхідно знайти нові координати , де k=1..n(i). Початкове їх значення можна визначити як , тобто для суміщення без урахування можливості щільного суміщення елементарних схем.

Для щільного суміщення схем необхідно знайти праву границю j-ої елементарної схеми та ліву границю i-ої елементарної схеми після попереднього суміщення. Потім з кроком Д/2 переміщуємо ліву границю до того часу, доки одна з вершин лівої границі i-ої схеми не буде знаходитись всередині однієї з деталей j-ої схеми або доки одна з вершин правої границі j -ої схеми не буде знаходитись всередині однієї з деталей i -ої схеми. Нехай це сталося за m кроків. Тоді при щільному розміщенні j -ої та i -ої елементарних схем -(m-1) Д/2. Показано блок-схему алгоритму щільного суміщення елементарних схем в одну комбіновану схему.

При виведенні графічної інформації на принтер необхідно пам'ятати, що кожен тип принтера має свою точність відтворення графічної інформації (довжина Dp та ширина Sp листа вимірюються в пікселах і їх значення різне для різних типів принтерів). Тому при виборі масштабу для виведенні розкрійної схеми та інших надписів та креслень необхідно використовувати параметри Dp та Sp незалежно від їх конкретних значень і всі необхідні розрахунки вести з цими параметрами. Приклад графічної візуалізації схеми розкрою.

В четвертому розділі проведена апробація програмного забезпечення, а також досліджені чинники, які впливають на використання рулонних матеріалів. Встановлено, що укладуваність деталей серії має значні коливання, величина розмаху (Уmax-Уmin) коливається в інтервалі 0,47-2,69%, що для кінцевого використання матеріалу має суттєве значення. Необхідно відзначити, що деталі більш простої конфігурації (простилки, устілки, півустілки) мають меншу величину розмаху варіювання укладуваності, а деталі більш складної конфігурації (союзки, підкладки під союзку, берці, задинки) відрізняються більшою величиною розмаху варіювання укладуваності. Таким чином, коливання величини укладуваності кожної деталі розмірного асортименту серії залежать від складності конфігурації. Також необхідно відзначити, що середньосортиментна укладуваність деталі не співпадає з укладуваністю середнього розміру, різниця між цими двома значеннями знаходиться в інтервалі 0,04-0,94%. Орієнтуватися на показник укладуваності середнього розміру, як це здійснюється у виробничих умовах, не можна. Тільки в десяти відсотках випадків укладуваність середнього розміру виявилась максимальною. В двадцяти відсотках - показник максимальної укладуваності мали деталі більших розмірів, в сімдесяти відсотках випадків максимальну укладуваність мали деталі менших розмірів серії.

Слід також відзначити можливість нормування матеріалів при визначенні показників укладуваності. Така можливість дозволяє отримати об'єктивні дані при установленні норм укладуваності з використанням автоматизованого проектування схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття.

Ширина матеріалу являється другим по значущості чинником, який впливає на його використання. При збільшенні величини фактора площі (інакше, збільшення ширини матеріалу при постійній довжині схеми для одних і тих же деталей) спостерігається збільшення відсотка використання матеріалу. Різниця між цими показниками для схем з різними ширинами може коливатися віт 5% до 22%. Різниця між коливанням цього показника для деталей різних розмірів (малі, середні, великі) складає 3%.

В більшості випадків ( 65%) такими є матеріал шириною 1400мм, в меншій кількості ( 40%) випадків - 1200 мм та 1000 мм. Схеми розкрою з шириною матеріалу 600 мм не мають високих показників використання та не можуть бути рекомендовані для розкрою. З цього можна зробити і такий висновок: матеріал шириною 1400 мм нераціонально складати навпіл, так як це не економічно з точки зору відсотка використання. Для більш високого використання таких матеріалів розкрій слід проводити по всій ширині, використовуючи відповідне розкрійне обладнання.

Третім по значущості чинником, який впливає на використання матеріалу, являється площа деталі. Для визначення площі матеріалу необхідні два його лінійних параметра: довжина та ширина. Ширина схеми задається в якості вихідної інформації, довжина схеми визначається програмою, як мінімальна, згідно алгоритму, виходячи із потрібної кількості деталей в схемі. Тому, фактор площі відображає в собі три чинники, які впливають на використання матеріалу: площа деталі, ширина матеріалу та кількість деталей кожного розміру, яка визначає довжину схеми. В процесі досліджень встановлено, що при переході від схем, спроектованих для малих розмірів, к схемам, які спроектовані для середніх розмірів, та к схемам, які спроектовані для великих розмірів, фактор площі зменшується. При цьому найбільший відсоток використання мають схеми, які спроектовані для малих розмірів, більш низький показник використання мають схеми розкрою для великих розмірів. Самий низький показник відсотка використання з трьох даних випадків спостерігається в схемах, які спроектовані для середніх розмірів. Таким чином, ситуація, яка має місце у виробництві, коли схеми будуються тільки для деталей взуття середнього розміру - не відповідають дійсному положенню розкрою.

Величина міжшаблонного містка займає четвертий ранг серед чинників, які впливають на використання матеріалу, та являється значущим чинником. В процесі досліджень проаналізовано зміни відсотка використання матеріалу при зміні міжшаблонного містка для всього розмірного асортименту різних видів деталей. Показана закономірність зміни використання матеріалу для схем розкрою з різною величиною міжшаблонних містків (від 0 до 5 мм)

Деталі одного виду мають однаковий характер зміни відсотка використання при зміні ширини міжшаблонного містка. Для союзок, підкладки під союзку характерно наступне: при розкрої на деталі взуття малих та великих розмірів при різній ширині міжшаблонного містка зміна відсотка використання незначна відносно розкрою на середні розміри. При збільшенні ширини містка відсоток використання знижується. Різниця між відсотком використання в схемі з містком, який дорівнює 0 мм, та відсотком використання в схемі з містком, який дорівнює 5 мм складає 3-5%. При розкрої на деталі середніх розмірів дана різниця може скласти до 15%. Таким чином, в схемах розкрою матеріалу на деталі союзок та на деталі подібної конфігурації, вплив міжшаблонного містка менш значний для малих та великих розмірів та більш значний для середніх розмірів взуття.

Для деталей берців та інших деталей подібної конфігурації, характерна інша ситуація. Різниця між відсотком використання в схемі з містком, який дорівнює 0 мм, та відсотком використання в схемі з містком, який дорівнює 5 мм для всього розмірного асортименту стабільна та може скласти до 15%. Для всіх деталей необхідно відзначити наступне: при збільшенні міжшаблонного містка на 1 мм відсоток використання матеріалу може знизитися від 2% до 10%.

Було проаналізовано схеми, які спроектовані для деталей взуття всіх розмірів серії. Встановлено, що відсоток використання схем, які враховують розмірний асортимент, незмінно вище, ніж в схемах, які спроектовані для середнього розміру. Розмах різниці варіювання складає від 2 до 10%, що являється значною величиною для відсотка використання матеріалу. Таким чином, розкрій за схемами, які спроектовані з урахуванням розмірного асортименту являється економічно вигідним з точки зору відсотка використання матеріалу. Розроблене програмне забезпечення дає можливість спроектувати схеми розкрою, враховуючи весь розмірний асортимент, в найкоротший часовий термін.

Для виявлення реальних відхилень ширини рулонних матеріалів від нормативної було проведено комплекс досліджень. В результаті статистичної обробки результатів встановлено, що ширина рулонного матеріалу являється величиною випадковою, яка підпорядковується закону нормального або логнормального розподілу. Має місце як права асиметрія кривої нормального розподілу, так і ліва асиметрія. Середньоквадратичне відхилення від середньої величини складає 0,55-0,85см. Розмах величини складає 2,5-3,1см, коефіцієнт варіювання - 0,35-0,57%. В 85% випадків ширина матеріалу виходить за межі інтервалу, який допускається нормативно технічною документацією на матеріал. Для окремих матеріалів ширина тканини має значення менше нижньої границі допустимого інтервалу. Наприклад, показано гістограму частот розподілу значень ширини тканини.

На підставі проведених досліджень розроблені такі рекомендації для виробництва:

1. укладуваність деталей визначати не по середньому розміру, а як середньоасортименту;

2. проектувати схеми з урахуванням розмірного асортименту;

3. матеріали, що мають значну ширину (понад 1000 мм) не складати навпіл;

4. міжшаблонний місток досліджувати з метою можливості його збільшення без впливу на відсоток використання;

5. для автоматизованого розкрою застосовувати вітчизняні та імпортні матеріали стабільних ширин;

6. використовувати розроблене програмне забезпечення для нормування матеріалів і проведення досліджень;

7. спроектовані схеми використовувати як технологічні карти для розкрійників.

ВИСНОВКИ

1. На основі аналізу виробничих схем розкрою рулонних матеріалів та виявлення їх характерних особливостей сформульовані технологічні вимоги вирішення задач розміщення деталей в схемах розкрою рулонних матеріалів. Проранжовані технологічні чинники, які впливають на використання матеріалу.

2. Створена класифікація задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою різних взуттєвих матеріалів, яка враховує всі технологічні умови та обмеження. Постановок таких задач виявилося 197.

3. Створена математична модель задачі проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням комплектності деталей і розмірного асортименту та описані її структурні компоненти.

4. Розроблено алгоритми: проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів; інтерактивного корегування розкрійних схем, отриманих в автоматизованому режимі; суміщення елементарних схем в комбіновану схему розкрою; графічної візуалізації спроектованих схем.

5. На основі створених математичної моделі та алгоритмів розроблено програмне забезпечення для вирішення в автоматизованому режимі технологічних задач проектування схем розкрою з урахуванням комплектності і розмірного асортименту. Використання програмного забезпечення значно підвищує продуктивність праці інженера-технолога взуттєвого виробництва, підвищує рівень використання матеріалу, знижує витрати на проектування схем розкрою. Проведені апробації та впровадження у виробництво.

6. З допомогою розробленого програмного забезпечення досліджені технологічні чинники, які впливають на використання рулонних матеріалів, та отримані певні закономірності.

7. Розроблений програмний комплекс дає можливість вирішувати конкретні задачі підготовчо-розкрійного виробництва, проектувати схеми розкрою рулонних матеріалів з урахуванням комплектності деталей і розмірного асортименту, удосконалювати процес нормування матеріалів.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шишкіна О.О. (Платонова), Свістунова Л.Т. Система повної класифікації технологічних задач розміщення деталей взуття в схемах розкрою // Вісник КНУТД. - 2002. - №1. - С. 23-25.

2. Чупринка В.І.,Шишкіна О.О. (Платонова), Свістунова Л.Т. Проектування раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням розмірного асортименту // Вісник КНУТД. - 2002. - №2. - С. 35-38.

3. Чупринка В.І., Шишкіна О.О. (Платонова), Свістунова Л.Т. Підготовка інформації для побудови раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття та графічна візуалізація цих схем // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2003. - №5. - С. 38-41.

4. Чупринка В.І., Шишкіна О.О. (Платонова), Свістунова Л.Т., Тимчук Т.І. Програмний комплекс для проектування раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням розмірного асортименту // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2003. - №4. - С. 110-114.

5. Шишкіна О.О. (Платонова), Свістунова Л.Т. Исследование влияния формы материала на использование резины при разрубе на детали низа обуви // Проблемы легкой и текстильной промышленности Украины. - 2001. - №5. - С. 275-276.

6. Шишкіна О.О. (Платонова), Свістунова Л.Т. Дослідження впливу лінійних розмірів деталей взуття на використання гуми при розрубі // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2001. - №5. - С. 110-112.

7. Шишкина Е.А. (Платонова), Свистунова Л.Т. Исследование стабильности линейных размеров обувных рулонных материалов. -- Материалы междунар. научно-практической конф. “Новое в дизайне, моделировании, конструировании и технологии изделий из кожи". - Шахты. - 2003. - С. 191-193.

В роботі [1] здобувачем виділені 9 класифікаційних ознак, а також запропонована структура класифікації; в роботі [2] здобувачем розроблені технологічні структурні компоненти математичної моделі проектування комбінованих схем розкрою; в роботі [4] здобувачем підготовлена технологічна інформація для опису функціонування програмного забезпечення на основі розроблених алгоритмів; в роботі [5] здобувачем досліджено технологічний фактор лінійних розмірів деталей взуття; в роботі [6] здобувачем досліджено технологічний фактор форми матеріалу; в роботі [7] здобувачем проведена статистична обробка результатів вимірів ширин матеріалу.

АНОТАЦІЯ

Платонова О.О. Проектування комбінованих схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук по спеціальності 05.19.06 - Технологія взуттєвих та шкіряних виробів. - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2003.

Дисертація присвячена актуальній проблемі комп'ютерного проектування раціональних схем розкрою рулонних матеріалів на деталі взуття з урахуванням комплектності деталей та розмірного асортименту. Комбінованою вважається схема, яка містить в собі комбінації декількох розмірів чи весь розмірний асортимент або комбінації декількох видів деталей одного чи декількох розмірів взуття. Виділені дванадцять технологічних умов та обмежень, які треба враховувати при проектуванні комбінованих схем розкрою. Розроблена система класифікації задач розміщення деталей взуття в схемі розкрою різних взуттєвих матеріалів. По запропонованій системі виявилось 197 можливих постановок цих задач. На основі розробленої класифікації сформульовані загальна та конкретизовані технологічні постановки задач розміщення деталей взуття в комбінованих схемах розкрою рулонних матеріалів. Математична постановка цієї задачі є базою для математичного її вирішення. Розроблені математична модель та алгоритми вирішення задачі дозволили врахувати всі технологічні умови та обмеження. Алгоритм інтерактивного корегування елементарних схем, спроектованих в автоматизованому режимі та алгоритм суміщення елементарних схем в комбіновану дозволяють отримати раціональні схеми розкрою. Математична модель з чітко виділеними структурними компонентами та алгоритми дозволили розробити цільове програмне забезпечення, яке проектує комбіновані схеми розкрою в автоматизованому режимі. Використання програмного забезпечення дозволить підвищити продуктивність праці інженера-технолога взуттєвого виробництва та рівень використання матеріалу, знизити витрати на проектування, удосконалити процес нормування та досліджень. За допомогою розроблених програм були досліджені найбільш вагомі технологічні фактори, які впливають на використання рулонних матеріалів, серед яких є укладуваність деталей серії, фактор площі, ширина матеріалу, кількість розмірів взуття, які враховані в схемі, величина міжшаблонного містка та ін. На основі результатів досліджень, отриманих висновків, виявлених закономірностей були запропоновані практичні рекомендації для виробництва, які підвищують рівень використання матеріалу.

Ключові слова. Схема розкрою, технологічна підготовка розкрійного виробництва, годограф вектор-функції щільного розміщення, алгоритм, класифікація, візуалізація, допустима решітка, елементарна схема, комбінована схема, інтерактивне корегування.

Аннотация

Платонова О.О. Проектирование комбинированных схем раскроя рулонных материалов на детали обуви. - Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.19.06 - Технология обувных и кожаных изделий. - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2003.

Диссертация посвящена актуальной проблеме компьютерного проектирования рациональных схем раскроя рулонных материалов на детали обуви с учетом комплектности деталей и размерного ассортимента. Комбинированной считается, схема, содержащая в себе комбинации нескольких размеров или всех размеров ростовочного ассортимента или комбинации нескольких видов деталей одного или нескольких размеров обуви. На основе разработанной системы классификации задач размещения деталей обуви в схеме раскроя различных обувных материалов были сформулированы технологическая и математическая постановки данной задачи размещения деталей в схемах раскроя рулонных материалов. Разработана математическая модель задачи проектирования комбинированных схем раскроя рулонных материалов на детали обуви и выделены ее структурные компоненты, учитывающие конфигурацию детали и материала, величину межшаблонного мостика, параметры, определяющие местоположение детали в схеме, поиск допустимых решеток размещения деталей и др. Алгоритм проектирования комбинированных схем раскроя рулонных материалов на детали обуви, алгоритм интерактивного корректирования элементарных схем, полученных в автоматизированном режиме, а также алгоритм совмещения элементарных схем в комбинированную позволяют учесть все технологические условия и ограничения, а также разработать целевое программное обеспечение, которое проектирует схемы раскроя рулонных материалов в автоматизированном режиме. Программное обеспечение позволяет повысить производительность труда инженера-технолога обувного производства и уровень использования материала, снизить затраты на проектирование, усовершенствовать процесс нормирования. С помощью разработанных программ были исследованы отдельные технологические факторы, влияющие на использование рулонных материалов, среди которых фактор площади, количество размеров, учитываемых в схеме, ширина материала, величина межшаблонного мостика и др. На основании результатов исследований, полученных выводов, выявленных закономерностей были разработаны практические рекомендации для производства, повышающие уровень использования материала.

Ключевые слова. Схема раскроя, технологическая подготовка раскройного производства, годограф вектор-функция плотного размещения, алгоритм, классификация, визуализация, допустимая решетка, элементарная схема, комбинированная схема, интерактивная корректировка.

SUMMARY

Platonova O.O. The designing of multifunctional roll material cut schemes on footwear details. - Manuscript.

The dissertation for obtaining candidate of technical science degrees on profession 05.19.06 - The technology of shoe and leather goods. - Kiev national technology and design university, Kiev, 2003.

The dissertation is denoted to the actual problem of computer designing of the rational cut schemes of roll material on footwear details with provision for completeness of details and dimensioned assortment. The classification of footwear details accommodation was designed. On the base of this classification the technological and mathematical problems were worded. Designed mathematical model and algorithm of problem solving have allowed to take into account all technological conditions and restrictions, as well as to develop target software, which designs the cut scheme of roll material in automated mode. Software vastly raises capacity of an engineer-technologist labor in shoe production, raises the level of the material usage, reduces the expenses on designing, gives the new possibilities for standardization and investigations. By means of designed program a separate technological factor, which influences upon roll material usage, were investigated. On the grounds of investigations result, tinned outputs, revealed regularities the practical recommendations for production, which increases the level of material usage, were designed.

Keywords. Cut scheme, technological preparation of production, vector-function of thick accommodation, visualization, lattice, elementary scheme, interactive adjustment.

Размещено на Allbest.ru

...