Анотація до роботи:

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:

1. 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.

2. 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.

3. 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%.

4. 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%.

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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

Публікації автора:

1. Скобцов Ю.А., Фонотов А.М. Эволюционный подход к решению задачи раскроя листа гильотинным резом. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматика, випуск 64: Донецьк: ДонНТУ - 2003. – С. 248-259.

2. Скобцов Ю.А., Фонотов А.М. Решение задачи раскроя на основе генетического программирования // Вестник Херсонського государственного технического университета. № 2(18), Херсон - 2003. – С. 137-142.

3. Фонотов А.М. Построение модели системы автоматизации гильотинного раскроя с помощью UML – диаграмм. // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Обчислювальна техніка та автоматика, випуск 74: Донецьк: ТОВ «Лебідь», ДонНТУ - 2004. – С. 186-191.

4. Фонотов А.М. Построение и исследование параллельного генетического алгоритма гильотинного раскроя на основе модели островов // Наукові праці Донецького національного технічного університету. Серія: Інформатика, кібернетика та обчислювальна техніка, випуск 93: Донецьк: ДонНТУ - 2005. – С. 136-144

5. Фонотов А.М. Параллельный генетический алгоритм оптимизации гильотинного раскроя в режиме реального времени // Вісник Донецького Університету. Серія А: природничі науки, Випуск 2/2005, Частина 2: Донецьк ДонНУ - 2005, -С. 370-374

6. Скобцов Ю.А. Фонотов А.М. Исследование проблемно-ориентированных операторов ГА для задачи гильотинного раскроя. // Известия ТРТУ-ДонНТУ. Материалы пятого международного научно-практического семинара «Практика и перспективы развития партнерства в сфере высшей школы». В 2-х кн. –Таганрог. Изд-во ТРТУ. Кн. 2. 2004, №4.,
   -С 160-169.

Особистий внесок автора в публікаціях, написаних у співавторстві:

[1] - аналіз процесу гільйотинного розкрою, виділення технологічних обмежень на карту розкрою, постановка задачі гільйотинного розкрою; [2] - запропонована й досліджена цільова функція генетичного алгоритму, спосіб кодування рішення в хромосомі, генетичні оператори; [6] - проведено аналіз роботи генетичного алгоритму гільйотинного розкрою, виявлені недоліки застосування стандартних генетичних операторів; запропоновано й досліджено проблемно-орієнтовані оператори генетичного алгоритму, проведено тестування на стандартних тестових задачах.