Применение мультиконтурной резки в алгоритмах построения кратчайшего пути режущего инструмента

В статье рассматривается проблема маршрутизации режущего инструмента машин листовой резки с числовым программным управлением (далее по тексту ЧПУ). Даны классификация задач маршрутизации и описание алгоритмов решения. В работе предложен подход к решению задачи прерывистой резки (Intermittent Cutting Problem, ICP) с точки зрения применения мультиконтурной резки, когда несколько контуров вырезаются одним движением режущего инструмента. Предлагаемый в статье метод заключается в следующем: контуры деталей объединяются в «блоки», при этом вырезка контуров происходит с применением совмещенного реза с использованием зачастую одной точки врезки. В статье выделены три группы деталей (прямоугольные, треугольные и детали с наружным контуром типа трапеция), для которых применим предлагаемый метод. При этом допускается наличие отверстий и пазов внутри деталей. Детали изготавливаются из листового материала на технологическом оборудовании с ЧПУ. Приведены некоторые результаты численных экспериментов в сравнении с решением задачи с помощью алгоритма CCP-Relax, где применяется стандартная резка контуров. Расчет был выполнен для раскройных карт, взятых из открытой библиотеки тестовых примеров CPPLib.

1. Верхотуров М.А., Тарасенко П.Ю. Математическое обеспечение задачи оптимизации пути режущего инструмента при плоском фигурном раскрое на основе цепной резки. Вестник УГАТУ. Управление, ВТиТ. 2008;2(27):123-130.

2. Petunin A.A. Modeling of tool path for the CNC sheet cutting machines. AIP: proceedings inter. conf. 2015. Доступно по: http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=85078881584&partnerID=8YFLogxK. DOI: 10.1016/j.ifacol.2019.11.609 (дата обращения 10.07.2021).

3. Hoeft J., Palekar U. S. Heuristics for the plate-cutting traveling salesman problem. IIE Transactions. 1997;29(9). DOI: 10.1023/A:1018582320737.

4. Dewil R., Vansteenwegen P., Cattrysse D. A review of cutting path algorithms for laser cutters. International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2016;87(5). DOI: 10.1007/s00170-016-8609-1.

5. Petunin A. A., Stylios C. Optimization Models of Tool Path Problem for CNC Sheet Metal Cutting Machines. IFAC-PapersOnLine. 2016;49(12). Доступно по: http://www.scopus.com/inward/record.url?scp=84992362161&partnerID=8YFLogxK. DOI: 10.1016/j.ifacol.2016.07.544 (дата обращения 10.07.2021).

6. Ченцов А.Г. Экстремальные задачи маршрутизации и распределения заданий: вопросы теории. М.; Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика»; 2008.

7. Ченцов А.Г., Хачай Д.М. Эффективный метод решения задачи обхода мегаполисов при ограничениях предшествования специального типа. Proceedings 47th Internetional Youth School -Conference «Modern Problems in Mathematics and its Applications». 2016;(1662):191-199.

8. Petunin A.A, Chentsov A.A., Chentsov A.G., Chentsov P.A. Elements of dynamic programming in local improvement constructions for heuristic solutions of routing problems with constraints. Automation and Remote Control. 2017;78(4). DOI: 10.1134/S0005117917040087.

9. Tamajidy M., Paslar S., Baharuding H., Hibs T., Arrifin M. Biogeography based optimization (BBO) algorithm to minimize non-productive time during hole-making process. International Journal of Production Research. 2015;53(6). DOI: 10.1080/00207543.2014.965356.

10. Yun Y, Chung H., Moon C. Hybrid genetic algorithm approach for precedence-constrained sequencing problem. Computers and Industrial Engineering. 2013;(65):137-147.

11. Мурзакаев Р.Т., Шилов В.С., Бурылов А.В. Применение метаэвристических алгоритмов для минимизации длины холостого хода режущего инструмента. Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления. 2015;(14):123-136.

12. Yang W., Zhao Y., Jie J., Wang W. An effective algorithm for tool path airtime optimization during leather cutting. Advanced Material Research. 2010:373-377. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.102-104.373.

13. Veeramani S., Kumar D. Optimization of the nibbling operation of the NC turret punch press. International Journal of Production Research. 1998;36(7):1901-1916.

14. Vicencio K., Davis B., Gentilini I. Multi-goal path planning based on the generalized Traveling Salesman Problem with neighborhoods. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. 2014. DOI: 10.1109/IROS.2014.6942974.

15. Petunin A. A., Polishchuk E.G., Ukolov, S.S. On the new algorithm for solving continuous cutting problem. IFAC-PapersOnLine. 2019;52(13):2320-2325. DOI: 10.1016/j.ifacol.2019.11.552.

16. Таваева А.Ф., Петунин А.А. Точное вычисление стоимости резки заготовок из листового материала на машине лазерной резки с ЧПУ в задаче оптимизации маршрута перемещения режущего инструмента. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2018;4(23). Доступно по: https://moit.vivt.ru/wp-content/uploads/2018/10/TavaevaPetunin_4_18_1.pdf. DOI: 10.26102/2310-6018/2018.23.4.022 (дата обращения 10.07.2021).

17. Petunin A., Khalyavka A., Khachay M., Kudriavtsev A., Chentsov P., Polishchuk E., Ukolov S. Library of Sample Image Instances for the Cutting Path Problem. Lecture Notes in Computer Science. 2021;(12665). DOI: 10.1007/978-3-030-68821-9_21.