Автоматизированное проектирование схем упаковки корпусной мебели в САПР БАЗИС

Кирилл Килинг
Программист ООО «Базис-Центр»

Ключевым фактором поступательного развития мебельных предприятий в условиях жесткой конкуренции является быстрая разработка и выпуск новых изделий. Этого невозможно достичь без комплексной автоматизации, охватывающей все этапы конструкторско­технологического и производственного отрезков жизненного цикла корпусной мебели. Уровень автоматизации отечественных мебельных предприятий достаточно высок. В основном они используют специализированные САПР, что объясняется особенностями мебельных изделий как объектов проектирования [1]. Большое количество мебельных предприятий России и ряда зарубежных стран в качестве платформы комплексной автоматизации выбрали систему БАЗИС [2, 3]. Она позволяет эффективно автоматизировать конструкторские и технологические проектные операции, но в ее составе до последнего времени не было средств автоматизированного формирования схем упаковки готовых мебельных изделий и ансамблей.

Упаковка мебельных изделий

В настоящее время автоматизация процесса упаковки корпусной мебели с применением автоматического или полуавтоматического оборудования находит все более широкое применение. Это объясняется целым рядом преимуществ, важных для обеспечения конкурентоспособности предприятия:

• исключение или существенное снижение влияния человеческого фактора при выполнении операций;
• повышение качества упаковки;
• стабилизация расхода упаковочных материалов, следствием чего является их экономия и возможность планирования закупки;
• увеличение производительности работы упаковочного участка.

Упаковка — это важный и ответственный этап в производстве мебели. От того, насколько качественно будут упакованы мебельные изделия, зависит сохранение их потребительских качеств во время хранения и транспортировки.

Еще совсем недавно многие руководители мебельных предприятий считали приоритетной автоматизацию конструирования и технологической подготовки производства. Однако в последнее время все большее значение приобретает задача по автоматизации проектирования схем упаковки, то есть созданию единой автоматизированной цепочки: проектирование — производство — склад — мебельный салон — продажа.

Создание схем упаковки мебельных изделий является завершающим этапом формирования конструкторско­технологической документации. Это очень трудоемкий процесс, который на абсолютном большинстве мебельных предприятий выполняется полностью вручную. Программного обеспечения для его эффективной автоматизации, тем более интегрированного со специализированными САПР, на рынке практически не представлено.

В случае серийного производства на создание документации на упаковку уходит большой процент времени от общего срока проектирования самого изделия. В случае же индивидуального производства документация на упаковку, как правило, не разрабатывается вовсе, поскольку при формировании заказов ручное проектирование упаковки занимало бы слишком много времени. Обычно упаковка формируется на месте самим упаковщиком.

В связи с этим актуальной является задача создания программного обеспечения, автоматизирующего процесс схемы упаковки мебельных изделий. Это требует разработки методов, моделей и алгоритмов, учитывающих различные технологические требования, предъявляемые конструкторами и технологами. Важной является реализация программного модуля для формирования оптимальных схем упаковки как неотъемлемого элемента комплексной САПР корпусной мебели.

Постановка задачи

Программный модуль автоматизированного проектирования схем упаковки должен решать следующие основные задачи:

• автоматический ввод геометрической и технологической информации из объектных 3D­моделей, формируемых в конструкторских модулях САПР;
• ручной ввод данных и корректировка автоматически введенных данных;
• автоматическое или полуавтоматическое формирование упаковок с учетом различных типов мебельных изделий, а также ограничений по весу, габаритам упаковочной тары и жесткости упаковки;
• автоматическое формирование документации на схему упаковки мебельных изделий, спецификации изделий, входящих в упаковку, и схемы раскроя упаковочных коробок из гофрокартона.

Для выделения типовых схем упаковки элементы, из которых состоят изделия корпусной мебели, можно разделить на три класса — в зависимости от материала и назначения:

• щитовые детали — самые «неприхотливые» элементы мебельных изделий, которые не требуют какой­либо дополнительной защиты при упаковывании. Как правило, они пакуются только в коробку из гофрокартона;
• стеклоизделия, фасады, декоративные детали — мебельные элементы, наиболее чувствительные к механическим воздействиям. Они требуют бережного обращения при транспортировке, поэтому для придания упаковкам необходимой жесткости используют дополнительные подложки из ДСтП или жесткие короба;
• крепеж и фурнитура. Комплект фурнитуры и крепежа укладывается в плотный контейнер (полиэтиленовый или матерчатый пакет, картонная коробка и т.п.), который выбирается из множества различных типов, используемых на конкретном предприятии.

Помимо элементов мебельного изделия при формировании схем упаковки используются следующие дополнительные материалы:

• пенопласт — для заполнения ниш между деталями, причем сечения пенопласта выбираются из заранее подготовленных типоразмеров;
• упаковочная бумага — в ряде случаев укладывается слоями между деталями;
• стрейч­пленка (полимерная пленка, способная растягиваться без риска порчи) — для обертывания фурнитуры, дополнительно вкладываемой в пакет;
• вспененный полиэтилен — для защиты лицевой поверхности фасадных изделий;
• ДСтП упаковочное — в качестве дополнительной подложки для придания жесткости упаковки.

В качестве материала для создания упаковок и различных типов коробок для фурнитуры, как правило, используется гофрокартон. На производстве применяется множество шаблонов раскроя гофрокартона, на основе которых создаются управляющие программы для станков, изготавливающих упаковочные изделия.

Создание коробки для упаковки является завершающим этапом формирования упаковочной документации. В зависимости от типа упаковки могут применяться различные схемы раскроя гофрокартона. Пример одной из схем представлен на рис. 1. Создание типовых схем раскроя необходимо предусмотреть в программном модуле. На основе этих схем с учетом данных о габаритах упаковываемых деталей мебельных изделий можно в автоматическом режиме получить схему коробки для конкретной упаковки, а также сформировать управляющую программу для станка, изготавливающего упаковочные изделия.

Рис. 1. Пример схемы раскроя гофрокартона

В процессе создания схемы упаковки необходимо принимать во внимание различные ограничения, при этом одним из основных является ограничение по весу упаковки — как правило, это 50 кг. В зависимости от типа упаковываемых деталей задаются и другие ограничения, например для щитовых деталей это ограничения на размеры при упаковывании на конвейерной линии.

Для обеспечения жесткости упаковки в нижней части пакета должна находиться пакетообразующая деталь либо специальная подложка из ДСтП. В противном случае пакет может «переломиться». Естественно, что формирование схем упаковки, допускающих возможность «переламывания» пакета, должно быть исключено.

БАЗИС­Упаковка

На основе анализа и обобщения технологических требований, ограничений и рекомендаций, предъявляемых специалистами мебельных предприятий к упаковке, специалистами фирмы БАЗИС­Центр был разработан программный модуль БАЗИС­Упаковка, который предназначен для автоматизации проектирования схем упаковки и создания документации на упаковку мебельных изделий.

Исходными данными для выполнения единичной операции упаковки является информация о панелях и элементах фурнитуры, которые входят в состав изделия, созданного в модуле БАЗИС­Мебельщик или БАЗИС­Шкаф.

Для выполнения упаковки необходимо загрузить в модуль БАЗИС­Упаковка файл модели мебельного изделия в формате b3d (формат файлов 3D­моделей системы БАЗИС). После этого автоматически формируются два списка, сгруппированные по позиции, которые отображаются в соответствующих таблицах (рис. 2). Это список панелей и список фурнитуры.

В случае автономного использования модуля БАЗИС­Упаковка вся исходная информация может быть введена вручную.

Рис. 2. Диалог подготовки исходной информации о мебельных деталях

Каждая строка таблицы «Список панелей» соответствует некоторому типоразмеру панели и содержит всю информацию о ней, необходимую для выполнения процесса упаковывания. В дальнейшем информацию о панелях независимо от способа формирования списка можно редактировать произвольным образом.

Перед началом процесса упаковки фурнитуру необходимо разложить по контейнерам. Их можно оперативно создавать путем указания габаритов либо выбирать из уже существующего списка типоразмеров. При этом под контейнером подразумевается габаритный параллелепипед, охватывающий мебельный механизм или пакет с фурнитурой. Это обобщение введено для упрощения процесса формирования упаковки.

Важным параметром является вес детали мебельного изделия. В системе БАЗИС все материалы, применяемые при проектировании мебельных изделий, разделены на три группы в зависимости от способа их учета: площадные, погонные и штучные. Для определения веса детали из площадного или погонного материала берется вес одного квадратного метра или одного погонного метра соответственно. При расчете веса фурнитуры (штучный материал) берется вес одной штуки. Общий вес контейнера рассчитывается в зависимости от входящих в него мебельных деталей.

Формирование упаковки

По завершении этапа подготовки исходных данных о деталях мебельного изделия для упаковывания начинается процесс создания схемы упаковки. Цель этого этапа — оптимально разложить детали по упаковкам в зависимости от типа изделия, конечного веса, габаритов упаковки и плотности расположения изделий.

Процесс создания упаковок является полуавтоматическим. Конструктор принимает решение, какие изделия должны лежать в конкретной упаковке. Программа на основе списка деталей изделия в конкретной упаковке автоматически укладывает мебельные изделия, определяя пакетообразующую деталь и необходимые габариты упаковки.

Подобный метод упаковывания деталей является оптимальным с точки зрения качества создаваемой упаковки, поскольку позволяет учитывать разнообразные пожелания конструктора при наполнении упаковок деталями.

Диалог формирования упаковок разделен на две области (рис. 3). В левой области находится список еще неупакованных деталей изделия, которые отображаются в модели, находящейся под списком. Справа располагается список упаковок, в который можно добавлять новые упаковки и удалять старые.

Создание упаковок производится путем перемещения мебельной детали из списка неупакованных деталей в конкретную упаковку из списка упаковок. Возможно также и перемещение деталей между упаковками.

Рис. 3. Диалог формирования упаковок

Сразу же после перемещения детали в упаковку в режиме реального времени выполняется перестроение этой упаковки с учетом новых элементов. Перемещенный в упаковку элемент удаляется как из списка неупакованных деталей, так и из модели.

В процессе работы может возникнуть ситуация, когда из текущего набора деталей невозможно сформировать упаковку из­за нарушения ограничений по массе или габаритам, а также из­за невозможности подобрать пакетообразующую деталь. В таком случае в списке упаковки будут подсвечены конфликтные детали, при удалении которых упаковка будет сформирована.

Для ситуации, когда автоматическое размещение деталей в упаковке невозможно, предусмотрено ручное перемещение деталей внутри упаковки.

По завершении распределения списка мебельных деталей по упаковкам, ниши между ними заполняются специальными вставками (пенопласт, дощечки и т.п.), список параметров которых задается в настройках.

Рис. 4. Пример схемы упаковки

Формирование документации

Завершающим этапом упаковки изделия является формирование документов, которые представляют собой набор графических файлов в формате системы БАЗИС (формат LDW). Полный пакет документов включает следующие элементы:

• cхема упаковки мебельных изделий, в которой послойно отображаются все элементы (панели, коробки с фурнитурой и различные прокладки). Над каждым элементом проставляется позиция, соответствующая позиции данной детали в исходной модели изделия (рис. 4);
• cпецификация на список упакованных деталей, в которой содержатся все их необходимые характеристики, а также примечания, которые конструктор считает необходимым указать (рис. 5);
• cхема раскроя упаковки, сформированная на основе выбранного шаблона и габаритов упаковки (см. рис. 1);
• перечень рекомендаций по сборке мебельного изделия, составленный конструктором.

Рис. 5. Пример спецификации на список упакованных элементов

Заключение

Модуль БАЗИС­Упаковка — это эффективный инструмент в структуре системы БАЗИС, позволяющий автоматизировать процесс формирования документации на готовое мебельное изделие. Он дает реальную возможность избавиться от рутинного ручного формирования схем упаковки документации на них, которые требуют от конструкторов больших временных затрат.

Модуль БАЗИС­Упаковка позволяет формировать оптимальные схемы упаковки, удовлетворяющие необходимым техническим требованиям. Его применение существенно сокращает расходы на упаковочный материал и компенсирующие вставки. Кроме того, он гарантирует соблюдение норм техники безопасности и охраны труда, поскольку вес всех формируемых упаковок не будет превышать допустимые значения, установленные стандартами.

Информация о габаритах и весе упаковок в дальнейшем станет основополагающей для автоматизированного формирования схем укладки упаковок в контейнер и транспортировочной документации при транспортировке мебельных изделий.

Литература

1. Бунаков П.Ю. САПР корпусной мебели: текущее состояние, перспективы и направления развития / Труды международного лектория, посвященного 30­летию кафедры систем автоматизированного проектирования и информационных систем Воронежского государственного технического университета и памяти ведущих ученых в области САПР. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014. Ч2. 161 с. С. 75­90.
2. Бунаков П.Ю., Стариков А.В. Автоматизация проектирования корпусной мебели: основы, инструменты, практика. М.: ДМК Пресс, 2009. 864 с., ил.
3. Бунаков П.Ю. БАЗИС 9: начало нового этапа развития системы // САПР и графика. 2014. № 10 (216). С. 16­19. 

САПР и графика 5`2015