Luận án tiến sĩ nghiên cứu tối ưu hóa sơ đồ cắt vật liệu trong một số ngành công nghiệp

I HCQUC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRN NG BNG NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ CẮT VẬT LIỆU TRONG MỘT SỐ NGÀNH CÔNG NGHIỆP LUN ÁN TIN S K THUT TP. H CHÍ MINH NM 2012 I HC QUC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRN NG BNG NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HÓA SƠ ĐỒ CẮT VẬT LIỆU TRONG MỘT SỐ NGÀNH CÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: CÔNG NGH CH TO MÁY Mã s chuyên ngành: 62.52.04.01 Phn bin c lp 1: PGS.TS. Trn Th Thanh Phn bin c lp 2: PGS.TS. Nguyn Vit Hùng Phn bin 1: PGS.TS. H Thanh Phong Phn bin 2: PGS.TS. Nguyn Ngc Phng Phn bin 3: PGS.TS. Nguyn ình Huy NGI HNG DN KHOA HC 1. PGS.TS. Phm Ngc Tu n 2. PGS.TS. Nguyn Thanh Nam i LỜI CAM ĐOAN Tác gi xin cam oan ây là công trình nghiên c!u c"a bn thân tác gi. Các k#t qu nghiên c!u và các k#t lun trong lun án này là trung th$c, và không sao chép t% b t k& mt ngun nào và d'i b t k& hình th!c nào. Vic tham kho các ngun tài liu (n#u có) ã (c th$c hin trích d)n và ghi ngun tài liu tham kho úng theo yêu cu. Tác gi lun án __________________________________ Trn *ng B+ng ii LỜI CẢM ƠN Xin trân trng cm n B môn Ch# to máy, Khoa C khí, Tr,ng i hc Bách khoa TP. H Chí Minh ã to mi i-u kin cho tôi trong sut quá trình hc tp và nghiên c!u. Xin bày t. lòng bi#t n sâu s/c #n gia ình, hai thy h'ng d)n, các thy cô giáo, các bn ng nghip ã giúp 0 tn tình và óng góp nhi-u ý ki#n quý báu 1 lun án (c hoàn thành. iii M M Ụ Ụ C C L L Ụ Ụ C C trang L,i cam oan i L,i cm n ii M2c l2c iii Bng ký hiu vi Bng các ch3 vi#t t/t vii Danh m2c các hình v4 viii Danh m2c các bng x M5 U xi Chương 1: TNG QUAN V6 CÁC NGHIÊN C7U VÀ 7NG D8NG S9  C:T VT LIU T;M 1 1.1 V n - s/p x#p s  c/t vt liu t m trong mt s ngành công nghip 1 1.1.1 Vt liu t m 1 1.1.2 Chi ti#t 2 1.1.3 S  c/t 3 1.1.4 C/t chi ti#t trong ngành c khí ch# to 4 1.1.5 C/t chi ti#t trong ngành giày dép 5 1.1.6 C/t chi ti#t trong ngành ch# bi#n g< 7 1.2 Gi'i thiu mt s công trình nghiên c!u và !ng d2ng s  c/t 7 1.2.1 Mt s công trình nghiên c!u trên th# gi'i 7 1.2.2 Mt s phn m-m s/p x#p s  c/t trên th# gi'i 14 1.2.3 Tình hình nghiên c!u và !ng d2ng trong n'c 16 1.2.4 Mt s nhn xét v- các công trình nghiên c!u v- s  c/t 17 1.3 Mt s v n - cn nghiên c!u gii quy#t 18 K#t lun chng 1 18 Chương 2 : CÁC C9 S5 TOÁN HC = XÂY D>NG S9  C:T 19 2.1 S/p x#p ti u hóa s  c/t 19 2.2 Các thông s hình hc c"a s  c/t 19 2.2.1 Các thông s hình hc c"a t m vt liu 20 2.2.2 Các thông s hình hc c"a chi ti#t 20 2.2.3 Các thông s hình hc c"a s  c/t 22 2.2.4 H s s? d2ng vt liu 23 2.2.5 Các dng s/p x#p mt loi chi ti#t trên s  c/t 24 2.2.5.1 S  c/t chi ti#t s/p x#p cùng chi-u 24 2.2.5.2 S  c/t chi ti#t s/p x#p ng(c chi-u 26 2.3 Quy trình giác s  c/t c"a ng,i k@ thut 27 2.4 Các phép bi#n +i hình hc hai chi-u 30 2.4.1 Phép tnh ti#n 30 2.4.2 Phép bi#n +i tA l 30 2.4.3 Phép quay quanh gc ta  31 2.5 ,ng t$a và hàm t$a 31 2.5.1 Khái nim v- ,ng t$a và hàm t$a 31 iv 2.5.2 Vùng ta  c$c c"a chi ti#t trên s  c/t 32 2.5.3 Gii thut xác nh các khong cách t$a 33 2.6 ,ng mút và hàm ,ng mút 35 2.6.1 Khái nim ,ng mút và hàm ,ng mút 35 2.6.2 D$ng i-u kin không giao nhau c"a hai chi ti#t 36 2.6.3 D$ng ,ng mút cùng chi-u và ng(c chi-u c"a hai chi ti#t 38 2.6.4 Giao i1m c"a hai ,ng mút 41 2.7 #m s l(ng chi ti#t 44 2.8 Xây d$ng mô hình toán hc ti u cho s  c/t mt loi chi ti#t 46 2.8.1 S  c/t theo h tnh ti#n song song 46 2.8.2 Xây d$ng mô hình toán hc ti u cho s  c/t mt loi chi ti#t 47 K#t lun chng 2 49 Chương 3: S HÓA NG BIÊN CHI TIT 50 3.1 Yêu cu v- s hóa ,ng biên chi ti#t 50 3.2 Các phng pháp s hóa ,ng biên chi ti#t ã bi#t 51 3.3 Phng pháp s hóa - ngh 52 3.3.1 u i1m c"a phng pháp s hóa bBng máy quét 53 3.3.2 Quy trình s hóa bBng máy quét 53 3.3.3 Quét và lu nh chi ti#t 54 3.3.4 Chuy1n nh chi ti#t v- n s/c 55 3.3.5 Quét dòng trích ta  i1m trên ,ng biên chi ti#t 56 3.3.6 S/p x#p trt t$ các i1m trên ,ng biên 58 3.3.6.1 Yêu cu v- s/p x#p trt t$ các i1m biên 59 3.3.6.2 Xây d$ng ma trn véc t M v 59 3.3.6.3 Gii thut s/p x#p trt t$ các i1m trên ,ng biên 61 K#t lun chng 3 64 Chương 4: XÂY D>NG MCT S MÔ HÌNH TOÁN CHO TI U HÓA S9  C:T 65 4.1 Mô hình ti u hóa s  c/t mt loi chi ti#t s/p x#p trên di 65 4.1.1 Dt v n - 65 4.1.2 Xây d$ng mô hình 66 4.1.3 Xây d$ng gii thut 68 4.2 Mô hình ti u hóa s  c/t chi ti#t s/p x#p trên t m vt liu 70 4.2.1 Dt v n - 70 4.2.2 Mô hình s/p x#p cùng chi-u 71 4.2.2.1 Mô t bài toán 71 4.2.2.2 Xây d$ng mô hình 71 4.2.2.3 Xây d$ng gii thut 74 4.2.3 Mô hình s/p x#p chi ti#t ng(c chi-u 77 4.2.3.1 Mô t bài toán 77 4.2.3.2 Xây d$ng mô hình 77 4.2.3.3 Xây d$ng gii thut 79 v 4.3 Mô hình s/p x#p s  c/t có nh h'ng chi ti#t trên t m vt liu 81 4.4 Mô hình ti u hóa s  c/t t m vt liu dng cun 84 K#t lun chng 4 84 Chương 5 : 7NG D8NG KT QUE NGHIÊN C7U 85 5.1 Thi#t k# và lp trình phn m-m 85 5.2 Gi'i thiu phn m-m BK-Nesting 86 5.2.1 Các yêu cu v- c u hình c"a phn m-m 86 5.2.2 Các yêu cu v- ch!c n*ng c"a phn m-m 86 5.23 Giao din c"a phn m-m 87 5.3 7ng d2ng phn m-m 88 5.3.1 Ki1m th? phn m-m 88 5.3.2 7ng d2ng phn m-m 89 5.3.2.1 7ng d2ng phn m-m ti Công ty CP u t và Sn xu t giày Thái Bình 89 5.3.2.2 7ng d2ng ti Công ty CP Sn xu t và l/p ráp Ô tô Chu Lai Tr,ng Hi 92 5.3.2.3 K#t qu so sánh v'i mt s công trình nghiên c!u 94 K#t lun chng 5 95 KT LUN VÀ KIN NGHF 96 DANH M8C CÔNG TRÌNH KHOA HC GC CÔNG B 99 TÀI LIU THAM KHEO 100 PH8 L8C 1 GII THIU PHN M6M BK-Nesting PH8 L8C 2 KT QUE KI=M THH PHN M6M BK-Nesting PH8 L8C 3 MCT S KT QUE 7NG D8NG PHN M6M BKNesting PH8 L8C 4 KT QUE 7NG D8NG PHN M6M TI DOANH NGHIP vi BẢNG KÝ HIỆU L Kích th'c chi-u dài c"a t m vt liu, mm. W Kích th'c chi-u rng t m vt liu, mm I Vùng s/p x#p chi ti#t trên t m vt liu I’ Vùng xác nh ta  c$c chi ti#t trên s  c/t F Din tích c"a t m vt liu, mm 2 S Chi ti#t s/p x#p Q S Din tích c"a chi ti#t, mm 2 z Khong cách ch%a gi3a hai chi ti#t li-n k- trên s  c/t, mm z d Khong cách ch%a gi3a ,ng biên chi ti#t và ,ng biên dc, mm z n Khong cách ch%a gi3a ,ng biên chi ti#t và ,ng biên ngang, mm  B'c c/t, mm. D Khong cách bên ngoài gi3a hai ,ng biên c"a hai chi ti#t theo Ox. d Khong cách bên trong gi3a hai ,ng biên c"a hai chi ti#t theo Ox. D max Khong cách bên ngoài l'n nh t gi3a hai ,ng biên c"a hai chi ti#t theo tr2c Ox, mm d min Khong cách bên trong nh. nh t gi3a hai ,ng biên c"a hai chi ti#t theo tr2c Ox, mm l c Kích th'c chi-u dài c"a chi ti#t theo tr2c Ox, mm w c Kích th'c chi-u rng c"a chi ti#t theo tr2c Oy, mm J Sai s tính toán, mm ç H s s? d2ng vt liu trong s  s/p x#p, % ì H s i-n y, % ƫ B'c dch c"a chi ti#t n S l(ng chi ti#t trong s  s/p x#p  Góc to bKi ,ng ni hai c$c O 1 O 2 c"a hai chi ti#t S 1 , S 2 và tr2c OX c"a h tr2c ta  c nh XOY ,  ( 0 ) Góc nghiêng c"a chi ti#t so v'i h tr2c ta  c nh xOy,  ( 0 ) B'c góc xoay c"a chi ti#t quanh ta  c$c c"a chi ti#t,  ( 0 ) Khong cách dòng quét, mm G ,ng mút c"a hai chi ti#t f() Hàm ,ng mút H ,ng t$a c"a chi ti#t h() Hàm t$a M v Ma trn véc t quay vii BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT HSSDVL H s s? d2ng vt liu HBHCS Hình bình hành c sK RGB Red – Green – Blue (mô hình màu: . – Xanh lá cây – Xanh da tr,i) CAD/CAM Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing(Thi#t k# nh, máy tính/ Gia công nh, máy tính) CNC Computer Numerical Control (i-u khi1n s bBng máy tính) NFP Non - Fit - Polygon GA Genetic algorithm (gii thut di truy-n) GT Gii thut CDIO C: Conceive: Hình thành ý tKng; D: Design: Thi#t k#; I: Implement: Th$c hin; O: Operate: Vn hành. CNA Compact Neighborhood Algorithm: Gii thut s/p x#p sít chDt viii D D A A N N H H M M Ụ Ụ C C C C Á Á C C H H Ì Ì N N H H V V Ẽ Ẽ trang Hình 1 C u trúc c"a lun án xiv Hình 1.1 Mt s s  c/t trong sn xu t công nghip 1 Hình 1.2 Các loi vt liu t m dùng ph+ bi#n trong công nghip 2 Hình 1.3 Mt s chi ti#t (c gia công c/t t% vt liu t m 2 Hình 1.4 S       c c / / t t c c h h i i t t i i # # t t 3 Hình 1.5 Máy c/t dp chi ti#t kim loi 4 Hình 1.6 C/t chi ti#t trong ngành c khí 5 Hình 1.7 C/t chi ti#t trong ngành giày dép 5 Hình 1.8 Máy c/t CNC 6 Hình 1.9 C/t chi ti#t trong ngành ch# bi#n g< 7 Hình 1.10 X p xL chi ti#t # giày bBng các hình tròn 9 Hình 1.11 K#t qu s/p x#p c"a mt s s  c/t 11 Hình 1.12 Hai dng s/p x#p chi ti#t hình tròn 14 Hình 2.1 Các thông s hình hc c"a t m vt liu hình ch3 nht 20 Hình 2.2 Các thông hình hc c"a chi ti#t 21 Hình 2.3 S  c/t và các thông s hình hc c"a s  c/t 23 Hình 2.4 S/p x#p s  c/t chi ti#t cùng chi-u 24 Hình 2.5 Bn c$c c"a bn chi ti#t li-n k- trong s  s/p x#p cùng chi-u 25 Hình 2.6 S/p x#p s  c/t chi ti#t ng(c chi-u 26 Hình 2.7 Sáu chi ti#t li-n k- trong s  s/p x#p ng(c chi-u 27 Hình 2.8 Quy trình giác s  c/t c"a ng,i k@ thut 28 Hình 2.9 Các ,ng thMng t$a c"a chi ti#t 32 Hình 2.10 Vùng s/p x#p c"a c$c các chi ti#t trong s  c/t 33 Hình 2.11 Gii thut xác nh các khong cách t$a 34 Hình 2.12 ,ng mút c"a hai chi ti#t 35 Hình 2.13 D$ng ,ng mút cùng chi-u c"a chi ti#t 37 Hình 2.14 Gii thut d$ng i-u kin không giao nhau c"a hai chi ti#t 38 Hình 2.15 D$ng ,ng mút cùng chi-u c"a chi ti#t 39 Hình 2.16 Gii thut d$ng ,ng mút cùng chi-u và ng(c chi-u 40 Hình 2.17 ,ng mút c"a các chi ti#t trên s  c/t 41 Hình 2.18 Gii thut tìm giao i1m c"a hai ,ng mút 43 Hình 2.19  quy ta  c$c c"a ba chi ti#t 1 #m s l(ng chi ti#t 44 Hình 2.20 Gii thut  quy #m s l(ng chi ti#t 45 Hình 2.21 S  s/p x#p theo h tnh ti#n song song 46 Hình 2.22 Bn chi ti#t li-n k- trên s  c/t mt loi chi ti#t 47 Hình 3.1 S hóa ,ng biên chi ti#t 50 Hình 3.2 Các chi ti#t c/t trong sn xu t công nghip có hình dng b t k& 50 Hình 3.3 S hóa ,ng biên chi ti#t bBng b s hóa 51 Hình 3.4 H thng máy quét, máy tính và máy in 52 Hình 3.5 Lu  quy trình s hóa ,ng biên chi ti#t t+ng quát 54 Hình 3.6 Quy trình quét hình chi ti#t 55 Hình 3.7 Gii thut trích ta  i1m biên bBng phng pháp nhum màu 58 [...]... CÁC NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG SƠ ĐỒ CẮT VẬT LIỆU TẤM Chương này khảo sát tổng quan về vấn đề sắp xếp sơ đồ cắt chi tiết từ vật liệu tấm trong một số ngành công nghiệp như ngành cơ khí chế tạo, ngành giày dép, ngành chế biến gỗ, … trên thế giới và tại Việt nam để đề xuất nội dung nghiên cứu 1.1 Vấn đề sắp xếp sơ đồ cắt vật liệu tấm trong một số ngành công nghiệp Sơ đồ cắt chi tiết từ vật liệu tấm trong. .. sơ đồ cắt bằng thủ công Các công trình nghiên cứu về tối ưu hóa sơ đồ cắt tại Việt nam mới là những bước đầu tiên Một số luận văn tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sỹ đều được PGS.TS Phạm Ngọc Tuấn hướng dẫn trực tiếp Các công trình nghiên cứu trong nước đã nghiên cứu bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt cho ngành công nghiệp cụ thể: Dương Xuân Vũ [18] và Trần Đình Huy [19] đã nghiên cứu bài toán tối ưu hóa. .. Trần Đình Huy [19] đã nghiên cứu bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt trong ngành giày dép; Trần Trung Anh Dũng [20] đã nghiên cứu bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt trong ngành cơ khí; Nguyễn 16 Thị Thanh [21] đã nghiên cứu bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt trong ngành chế biến gỗ Các giải thuật trong các công trình nghiên cứu trong nước giải bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt được trình bày chưa có tính hệ thống và chưa... tấm vật liệu sao cho lưỡi cưa cắt chi tiết theo đường biên của nó theo sơ đồ cắt mà người thợ đã vẽ trước lên tấm vật liệu 1.2 Giới thiệu một số công trình nghiên cứu và ứng dụng sơ đồ cắt 1.2.1 Một số công trình nghiên cứu trên thế giới Một số công trình nghiên cứu tiêu biểu về tối ưu hóa sơ đồ cắt trên thế giới từ số [1] đến số [40] trong phần tài liệu tham khảo được liệt kê trong bảng 1.1 Mỗi công. .. được tính tối ưu toàn cục (hiệu suất sử dụng vật liệu) khi sắp xếp sơ đồ cắt lên tấm vật liệu có kích thước hữu hạn Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, xây dựng phần mềm ứng dụng vào trong sản xuất công nghiệp Kết luận chương 1 Chương này đã giới thiệu tổng quan về sơ đồ cắt vật liệu tấm và công nghệ cắt vật liệu trong một số ngành công nghiệp Vấn đề tối ưu hóa sơ đồ sắp xếp chi tiết cắt từ tấm vật liệu đã... toán học, tin học, các khái niệm, các giải thuật để số hóa đường biên chi tiết Nội dung của chương này là chuyên đề nghiên cứu thứ hai Nghiên cứu số hóa đường biên chi tiết” Chương 4: Xây dựng một số mô hình tối ưu hóa sơ đồ cắt trong một số ngành công nghiệp Chương này trình bày một số mô hình vật lý, mô hình toán học và các giải thuật giải bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt chi tiết từ vật liệu tấm trong. .. xuất công nghiệp rất đa dạng và phong phú Hình 1.1 giới thiệu một số mô hình sơ đồ cắt: Sơ đồ cắt chi tiết trong ngành may mặc (hình 1.1-a); sơ đồ cắt chi tiết từ tấm da bò trong ngành giày da (hình 1.1-b); sơ đồ cắt cắt dập một loại chi tiết trong ngành cơ khí (hình 1.1-c) a) b) c) Hình 1.1 Một số sơ đồ cắt trong sản xuất công nghiệp Hiện nay, các loại máy dập cắt được dùng rộng rãi trong sản xuất công. .. hóa sơ đồ sắp xếp một loại chi tiết từ vật liệu tấm trong một số ngành công nghiệp 2.1 Sắp xếp tối ưu hóa sơ đồ cắt Bài toán sắp xếp sơ đồ cắt các chi tiết phẳng có hình dạng bất kỳ từ vật liệu tấm là một bài toán tối ưu hóa phối hợp Mục tiêu của bài toán là sao cho có hệ số sử dụng vật liệu là cao nhất hay nói khác đi là vật liệu thừa bỏ đi là ít nhất Các chi tiết sắp xếp trên sơ đồ cắt phải đảm hai... giải thuật con để xây dựng giải thuật tối ưu tổng quát nên việc tiếp cận các công trình nghiên cứu còn gặp khó khăn 17 1.3 Một số vấn đề cần nghiên cứu giải quyết Để giải quyết bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt chi tiết từ vật liệu tấm trong sản xuất công nghiệp, các vấn đề cần nghiên cứu giải quyết là: Xây dựng hệ thống các giải thuật để giải bài toán tối ưu hóa sơ đồ cắt chi tiết có hình dạng phức tạp bất... 1: Tổng quan về các nghiên cứu và ứng dụng sơ đồ cắt vật liệu tấm Chương này trình bày tổng quan về sắp xếp sơ đồ cắt vật liệu tấm trong một số ngành như ngành cơ khí chế tạo, ngành giày dép, ngành chế biến gỗ và trình bày tổng quát về một số công trình nghiên cứu, phần mềm ứng dụng trước đây trong và ngoài nước, các vấn đề tồn tại của các nghiên cứu cũng như ứng dụng về sơ đồ cắt cần phải giải quyết