Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Оптимизация линейного раскроя в массовом и единичном производстве

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 8
РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 13
1.1 Анализ предметной области 13
1.1 Особенности принятия управленческих решений 14
1.3 Аналитический обзор существующих программных решений 22
1.4 Содержательная постановка задачи 29
1.5 Формальная постановка задачи 30
РАЗДЕЛ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 31
2.1 Задачи раскроя и подходы к их решению 31
2.2 Описание выбранного метода решения 43
РАЗДЕЛ 3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 46
3.1 Архитектура разрабатываемого программного продукта 46
3.2 Краткая характеристика среды и языка программирования 47
3.2.1 Язык программирования VBA 47
3.2.2 Программное приложение MS Excel 51
3.3 Проектирование интерфейса, диалог с пользователем 54
3.4 Описание отдельных алгоритмических решений 56
РАЗДЕЛ 4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА РЕШЕНИЯ 62
4.1 Общая характеристика разработанного продукта 62
4.2 Тестирование ПО 63
4.3 Оценка качества программного продукта 64
4.3.1 Оценка отдельных показателей 65
4.3.2 Результаты оценки качества программного продукта 72
4.4 Вычислительный эксперимент и анализ результатов 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 78
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 80

Введение:

Эффективность производственно-коммерческой деятельности предприятий в значительной мере определяется качеством решений, которые повседневно принимаются менеджерами разного уровня. В связи с этим большое значения приобретают задачу усовершенствования процессов принятия решений, решить которые позволяет исследование операций. Термин «исследование операций» впервые начал использоваться в 1939-1940 г. в военной области. До этого времени военная техника и ее управление принципиально усложнялось вследствие научно-технической революции. И потому в начале Второй мировой войны возникла острая необходимость проведения научных исследований в области эффективного использования новой военной техники, количественной оценки и оптимизации принятых командованием решений. В послевоенный период успехи новой научной дисциплины были применены и в мирных областях: в промышленности, предпринимательской и коммерческой деятельности, в государственных учреждениях, а также в учебных заведениях.
На современном этапе, в период рыночных взаимоотношений, предприятия самостоятельно планируют свою деятельность и сами должны искать партнеров в условиях неопределенности. Предприятие, как и любая сложная самоорганизованная система старается восстановить недостаток информации и таким способом избавиться от неопределенности будущего. Для этого используется планирование и прогнозирование.
Изменения условий функционирования производственных предприятий требуют нового подхода к решению задач эффективного планирования и использования ресурсов. Все это вызвало необходимость проведения данного исследования и определило его актуальность.
Экономия материальных ресурсов важнейший фактор повышения эффективности общественного производства. Одним из важнейших средств, обеспечивающих экономию различных видов ресурсов, является их рациональный раскрой. По статистике всемирной торговой организации только производственные предприятия связанные с производством бумаги и изделий из бумаги ежегодно на отходах теряют около 180 млн. дол.. Такие показатели говорят о том, что любой метод позволяющий сократить потери хотя бы на несколько процентов принес существенную прямую экономию, а также будет иметь ряд косвенных факторов, в виде сохранения экологии, экономии природных ресурсов и т.д.
Среди мероприятий по обеспечению экономии материалов одно из ведущих мест занимает использование экономико-математических и электронно-вычислительных методов для оптимального раскроя. Большую роль в экономии материалов играет технологический процесс разработки карт раскроя материалов. Разработка карт раскроя при помощи ЭВМ позволяет решить эту задачу.
Актуальность проблемы. Задачи раскроя-упаковки вызывают широкий интерес как в производстве, так и в теоретических исследованиях. Классическая задача одномерного раскроя (one-dimensional cutting stock problem, 1DCSP) рассматривается во множестве публикаций [4, 25, 26, 31, 21]. Эта задача состоит в минимизации количества идентичных прутков материала, используемых для раскроя определенного набора заготовок. В диссертации изучается общий случай, когда имеется материал различных длин.
В 1951 году JI.B. Канторович [4] и В.А. Залгаллер[13] предложили подход, основанный на непрерывной релаксации с генерацией столбцов (карт раскроя). Независимо аналогичный метод был обоснован и подробно описан Гилмор и Гомори в [28, 29]. Требование целочисленности интенсивностей раскроя опускается и можно применить симплекс-метод. Однако из-за большого количества столбцов приходится генерировать только их подмножество, т.е. матрица ограничений задана неявно. При этом (под-)задача генерирования столбцов является задачей рюкзака и решается методом ветвей и границ или с помощью динамического программирования. Решение непрерывной релаксации можно округлить и решить задачу остатка с помощью эвристик. В случае с единственным типом материала в подавляющем большинстве примеров разрыв между значением непрерывной релаксации и значением полученного целочисленного решения не превышает 1 длины материала, то есть округленное решение оптимально. В остальных случаях автору не известно разрыва более чем 2. В условиях массового производства, где значения интенсивностей раскроя велики, этот подход можно назвать рациональным. Но в единичном производстве необходимы более эффективные методы.

Заключение:

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы разработан программный модуль автоматизации процесса оптимального линейного раскроя.
Программный модуль полностью функционален и выполняет поставленные перед ним задачи.
Пояснительная записка содержит введение, заключение и 4 главы основной части. Структура и содержание пояснительной записки отвечаю тематике.

Результаты и выводы:
 Проведён анализ предметной области и выделены требования к разрабатываемому продукту. Затем сформулированы содержательная и формальная постановки задач;
 Создан алгоритм решения данной задачи;
 На основе созданного алгоритма решения поставленной задачи разработан соответствующий программный модуль, реализующий расчет оптимального раскроя для укладки деталей в линейную заготовку;
 На заключительном этапе работы проведен эксперимент, суть которого заключалась в сравнении результатов полученных в разработанной программе и результатов сторонней программы с теми же данными. Эксперимент показал полное совпадение результатов работы, что подтверждает правильность принятых решений и адекватность работы разработанного программного модуля. Проведено тестирование программного продукта и произведена оценка его качества, согласно ГОСТ 28195-89.
 Разработанный модуль может быть внедрен в производственный процесс предприятия, нуждающегося в автоматизации раскроя линейных заготовок.

Фрагмент текста работы:

РАЗДЕЛ 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
1.1 Анализ предметной области

Анализ предметной области нужно начать из исследования литературных источников, которые посвященные данной проблематике. Так как задача раскроя (которая является целевой задачей работы) относится к оптимизационным задачам, стоит начать рассмотрение с обзора понятия оптимизационных задач и предложенных методов для ее решения.
При исследовании темы дипломной работы рассматривались как работы мировых классиков по проблеме управления и оптимизации (М.Х. Мескон, М. Альберт, Ф. Хедоури, Х. Таха и др)[31,40], так и работы современных отечественных авторов (В.Н. Трояновський, О.Д. Шарапов, Б.А. Беспалов и другие)[30, 32-346].
Линейное программирование возникло под влиянием прикладных технико-экономических задач в 40-х гг. XX в. и, благодаря работам Дж. фон Неймана, Л.В. Канторовича[4], Дж. Данцига и многих других известных математиков, превратилось в самостоятельное направление математики и продолжает развиваться в наше время.
Нужно отметить, что работы американских авторов легче поддаются изучению и имеют описательно-познавательный характер, в то время как отечественные издания, изложенные по большей части в научном стиле, хотя обзор математических моделей в отечественных научных работах представлен более сложно и углубленно. Это свидетельствует о глубоком анализе тех теоретических основ, которые сформированы американским менеджментом. Американские авторы строят свои работы таким образом, чтобы они были доступны для всех рангов управления, а также для широкого круга читателей, в то время, как отечественные исследователи склоняются к формализованному изложению ориентированного больше на аналитиков и математиков чем на управленцев и нормировщиков (конечных пользователей предложенных моделей). Учитывая это, наилучшим подходом является комплексное исследование литературных источников.