Три задачи для «T-FLEX/Раскрой». Фигурный раскрой деталей

Андрей Мазурин

Область применения модуля фигурного раскроя

Работа с модулем фигурного раскроя

   Ввод исходных данных

   Размещение деталей на заготовке

   Пример расчета

   Дополнительные возможности

Приложение «T-FLEX/Раскрой» является программой, встроенной в графическую систему T-FLEX CAD, и представляет собой один из модулей программного комплекса конструкторско-технологической подготовки производства, предлагаемого российской компанией «Топ Системы». С помощью «T-FLEX/Раскрой» решаются задачи раскроя листового материала на полосы и (или) карты, раскроя детали в полосе (регулярный раскрой) и раскроя группы разнородных деталей в прямоугольном листе или другом листовом материале произвольно заданной формы (нерегулярный или фигурный раскрой). О первых двух модулях мы уже рассказывали в № 5 и 6’2000 нашего журнала. В данной публикации рассматриваются назначение и основные возможности последнего модуля приложения «T-FLEX/Раскрой» и описываются принципы работы с программой.

Фигурный раскрой представляет собой решение задачи оптимизации раскроя разных плоских деталей на прямоугольном листе или на отходе листа после его использования для получения других деталей (заготовок). Это одна из наиболее сложных задач, эффективность решения которой во многом зависит от непосредственного участия в процессе расчета пользователя системы. Для ее полного автоматического решения требуются большие мощности компьютера и существенные затраты времени. Однако реализованный в программе «T-FLEX/Раскрой» интерактивный режим решения задачи позволяет оперативно достичь приемлемых результатов на персональных компьютерах средней мощности.

Область применения модуля фигурного раскроя

Основная цель применения этого модуля — минимизация расходов листового материала при получении из него плоских деталей (заготовок) различных форм и размеров, необходимых для дальнейшего производства. Область применения — заготовительное единичное и мелкосерийное производство. Как правило, на подобных производствах используется соответствующее оборудование с ЧПУ для термической лазерной, плазменной или газовой резки металлов. При подготовке управляющих программ для обработки материалов на таком оборудовании в качестве исходных данных используется уже готовая схема раскроя.

Работа с модулем фигурного раскроя

Схема работы с модулем фигурного раскроя в «T-FLEX/Раскрой» мало чем отличается от работы с модулем регулярного раскроя (см. «Три задачи для «T-FLEX/Раскрой». Раскрой детали в полосе» в № 6’2000). Информация о геометрии деталей, а если раскрой из отхода — то об исходной заготовке для раскроя автоматически считывается из документов, подготовленных в графической системе T-FLEX CAD. После чего в приложении «T-FLEX/Раскрой» рассчитывается и автоматически формируется графическое изображение схемы раскроя, на основании которой в T-FLEX ЧПУ (см. «T-FLEX ЧПУ — новый продукт фирмы «Топ Системы» для подготовки управляющих программ» в № 7’2000) проектируется управляющая программа резки деталей из заданной заготовки.

Теперь рассмотрим основные моменты работы с «T-FLEX/Раскрой» при решении задачи фигурного раскроя.

Ввод исходных данных

Ввод исходных данных геометрии деталей и отхода листового материала осуществляется автоматически из текущего или внешнего документа T-FLEX CAD при выборе пользователем соответствующего изображения профиля плоской детали-заготовки.

Для ввода и редактирования исходных данных, необходимых для выполнения расчетов, служит многостраничное диалоговое окно «Установки для раскроя» (рис. 1). Диалог ввода и редактирования исходных данных содержит три страницы, каждая из которых соответственно отвечает за общие исходные данные, данные по исходной заготовке и данные по деталям для раскроя.

На странице «Параметры» (рис. 1а) задаются значения перемычек между деталями и заготовкой и устанавливается критерий оптимизации (секция «Оптимизация схемы раскроя»). Возможны три варианта оптимизации схемы раскроя:

• по наименьшему разбросу деталей. В этом случае программа отдает предпочтение такому варианту, где площадь прямоугольника, описывающего контуры размещенных на заготовке деталей, наименьшая. При равных площадях выбирается вариант, при котором наименьшими являются суммарные перемещения всех деталей в раскладке относительно верхнего левого угла заготовки. А в случае равенства описывающих прямоугольников по площади и равенства по суммарному перемещению деталей выбирается вариант с наименьшим суммарным смещением геометрических центров тяжести всех вошедших в раскладку деталей относительно верхнего левого угла заготовки;
• по наименьшему перемещению деталей. Здесь последовательность выбора варианта такая: наименьшее суммарное перемещение, наименьшая площадь прямоугольника, описывающего размещенные на заготовке детали, и наименьшие суммарные смещения центров тяжести деталей;
• по наименьшему смещению центров тяжести деталей. Этот путь оптимизации аналогичен предыдущему, за исключением того, что предпочтение вариантов идет в обратном порядке: суммарное смещение центров тяжести, наименьшая площадь габаритного прямоугольника и наименьшее суммарное перемещение деталей.

В разделе, относящемся к исходным данным заготовки (страница «Заготовка»), пользователь имеет возможность ввести размеры прямоугольной заготовки (ширину и длину) или через соответствующие графические кнопки выбрать подготовленный в T-FLEX CAD профиль используемого отхода-заготовки (рис. 1б).

На странице «Деталь» диалога ввода исходных данных пользователь имеет возможность визуально просматривать каждую из деталей списка, удалять из расчета данные любой из них, менять порядок их расположения в списке и редактировать данные, относящиеся к размещению в схеме раскроя, для каждой из деталей списка. К таким данным относятся переворот детали, допустимые углы поворота в схеме раскроя (при определении пользователем диапазона углов поворота задается величина шага поворота детали), позволяющие учесть текстуру материала заготовки; шаг смещения детали по вертикали для поиска ее оптимального расположения в формируемой схеме раскроя (рис. 2).

Порядок расположения деталей в списке может в дальнейшем повлиять на результаты. Это связано с тем, что для сокращения времени подготовки схемы раскроя программа предоставляет пользователю возможность самостоятельно принимать решение о том, в какой последовательности начинать размещать детали на заготовке. В списке деталей диалогового окна «Ввод исходных данных» кроме обозначения деталей выводятся их габаритные размеры, площадь и периметр. Порядок расположения деталей может быть отсортирован по любому из этих параметров щелчком мыши на соответствующем заголовке списка (рис. 1в).

Размещение деталей на заготовке

Основная идея реализации фигурного раскроя в целом отражена на диалоговой панели «Схема раскроя», приведенной на рис. 3. В верхнем левом углу графически отображается заготовка с размещенными на ней деталями. Это является текущим вариантом схемы раскроя. В правом верхнем углу отображается эскиз детали, подготовленной для выполнения расчета оптимальных параметров ее размещения среди деталей, уже включенных в текущий вариант схемы раскроя. Численные значения по расположению каждой из деталей, вошедших в схему раскроя, даны в нижней части диалогового окна в списке «Параметры размещения деталей в заготовке». Здесь приводятся обозначения деталей, их смещения по вертикали и горизонтали относительно верхнего левого угла заготовки и углы поворота относительно положения, заданные на соответствующих деталировочных чертежах или эскизах деталей. Порядок расположения деталей соответствует порядку их размещения в процессе расчета.

Задавая условия выполнения расчета, пользователь имеет возможность ограничить зону поиска оптимального расположения деталей, для чего следует определить значения левой, правой, верхней и нижней границ зоны раскладки. Кроме того, пользователь может задать ограничения на размещение деталей только внутри отверстий, уже размещенных на заготовке деталей, или строго за их пределами.

Расчет может выполняться по шагам, с остановкой выполнения процесса расчета перед каждой новой деталью либо до завершения перебора всех деталей, выбранных пользователем для построения схемы раскроя. Начать выполнение расчета можно с любой из деталей, не вошедших в текущую раскладку, так же как и изменить основные параметры — переворот детали, шаг смещения или допустимые углы поворота детали относительно макроволокон заготовки (см. рис. 2).

Пример расчета

Для иллюстрации работы с программой рассмотрим один частный пример. Допустим, что у нас есть некоторый набор разных деталей, которые необходимо разместить на плоской заготовке прямоугольной формы. Для начала вводим всю необходимую информацию по деталям и заготовкам (заготовку выбираем прямоугольную). Затем устанавливаем допустимые величины перемычек между деталями и заготовкой. После этого сортируем детали в порядке убывания значений их площадей с таким расчетом, чтобы первыми на листе были расположены крупные детали, а затем детали меньшего размера. Теперь предлагаем программе разместить их без нашего вмешательства, убрав флажок «Расчет по шагам», на что уходит порядка трех-четырех минут (для Pentium-200 и ОЗУ 32 Мбайт). На рис. 3 показаны результаты такого размещения деталей. Как видим, согласно введенным условиям выполнения расчета, они, мягко говоря, оставляют желать лучшего. Помимо явно некомпактного взаимного расположения деталей, включенных в текущую раскладку, одна из введенных для расчета деталей вообще не вошла в полученную схему раскроя. Но тем не менее первый вариант раскладки все же выполнил одну важную задачу — предоставил нам некоторую первоначальную основу для оценки возможности размещения всех заданных в исходных условиях деталей и позволил наметить шаги по оптимизации схемы раскроя.

Что же это за шаги? Прежде всего очевидно, что две крупные детали, в нашем случае обозначенные как «Деталь 4», расположены не оптимально. Это произошло из-за стремления системы разместить первую из них с таким расчетом, чтобы площадь габаритного прямоугольника, описывающего контуры детали, была как можно меньше (что соответствует заложенному в программе критерию оптимизации и выбранной первой опции раздела «Оптимизация схемы раскроя» диалога «Установки для раскроя» на странице «Параметры», см. рис. 1а). Поэтому прежде всего следует изменить расположение первой детали на прямоугольной заготовке и пересчитать расположение второй аналогичной детали относительно первой. А вторым шагом станет последующее размещение двух каплевидных деталей (в нашем случае они обозначены как «Деталь 6»), как это показано на рис. 4. На этом этапе для ускорения вычислений имеет смысл ввести дополнительные параметры, касающиеся размещения деталей. Например, в целях экономии времени мы можем задать новые границы зоны допустимого расположения текущей детали (см. рис. 4) и при необходимости определить более жесткие условия расчета (уменьшить величину шага смещения и (или) шага угла поворота детали). Процесс расчета в любой момент может быть прерван, как только текущая деталь займет такую позицию в схеме раскроя, которая удовлетворит пользователя. Это стало возможным проконтролировать благодаря тому, что программа постоянно выводит в графическом окне текущее состояние схемы раскроя, в которой контуры анализируемой детали выделены другим цветом (в нашем случае на рис. 4 контуры обрабатываемой программой детали отображаются зеленым цветом).

Теперь промежуточная схема раскроя выглядит намного привлекательнее и исчезают опасения, что оставшиеся три детали не поместятся на заготовке. Можно перейти от пошагового режима расчета к расчету до полной обработки программой всех деталей. Результатом такой работы будет схема, показанная на рис. 5.

Но и здесь, как мы видим, можно внести некоторые улучшения. Для этого воспользуемся функцией перемещения деталей в схеме раскроя. При перемещении деталей, размещенных на заготовке, мы имеем возможность (пока только в диалоговом режиме) задавать направление перемещения, угол поворота детали относительно текущей позиции в схеме раскроя и расстояние перемещения. Если расстояние перемещения не определено или равно нулю, то текущая деталь перемещается до ближайшей границы другой детали или заготовки с учетом значений заданных перемычек. Результатом такой работы является схема, приведенная на рис. 6.

Дополнительные возможности

К дополнительным возможностям применения модуля фигурного раскроя относится его сочетание с модулем регулярного раскроя. На практике нередко приходится сталкиваться с ситуацией, когда весь лист кроится на детали одного и того же типа. При этом строится многорядная схема регулярного раскроя (как правило, она оптимальна), а модуль фигурного раскроя подключается уже на завершающем этапе для размещения дополнительного количества деталей на свободных участках исходной заготовки, где это оказывается возможным. Полученная таким образом схема раскроя передается дальше на резку на оборудование с ЧПУ (рис. 7).

Бывает, что необходимо докроить отход листа после получения деталей по схеме регулярного (рис. 8) или фигурного раскроя. В этом случае модуль фигурного раскроя считывает исходные данные по заготовке из документа, в котором эскиз формируется автоматически с использованием программы «T-FLEX/Раскрой». Пользователь только задает припуск на резку деталей.

Автоматическое получение эскиза (чертежа) используемого или делового отхода после регулярного или фигурного раскроя также является полезной дополнительной функцией программы.

***

Подводя общие итоги описания назначения и возможностей программы «T-FLEX/Раскрой», еще раз хотелось бы отметить, что речь идет о специализированном модуле, который составляет единое целое с комплексом программ под общей торговой маркой T-FLEX, ориентированным на решение конструкторско-технологических задач подготовки производства новых изделий. По существу модуль «T-FLEX/Раскрой» решает геометрические задачи. Следовательно, пользователь может получить от его эксплуатации только эскиз (чертеж) готовой схемы раскроя и значение коэффициента использования материала. Поэтому для получения дополнительных данных, необходимых производству, в рамках концепции T-FLEX наряду с T-FLEX CAD совместно с раскройным модулем нужно использовать такие системы, как «T-FLEX/ТехноПро» и «T-FLEX ЧПУ».

С автором можно связаться по тел.: (095) 367-30-28, 972-31-09 или e-mail: andrmaz@aha.ru

«САПР и графика» 9'2000