Оптимальный маршрут движения детали по участкам механической обработки

• Введение
• 1. Постановка задачи
• 2. Анализ и исследование модели
• 2.1 Анализ существующих аналогов
• 2.2 Анализ входных и выходных данных
• 2.3 Математическая модель
• 2.4 Выбор и обоснование программных средств разработки
• 2.5 Выбор и обоснование аппаратных средств разработки
• 3. Описание программных модулей
• 3.1 Структура и алгоритм работы программного продукта
• 4. Программирование
• 5. Испытания программного средства
• 5.1 Назначение испытаний
• 5.2 Программа и методика испытаний
• 5.3 Результаты испытаний
• Заключение

движение деталь программный

Назначение разрабатываемого приложения — выбор оптимального маршрута движения детали по участкам механической обработки, автоматизация и повышение производительности и эффективности работы персонала цеха за счёт уменьшения работы с бумажной документацией.

Приложение обеспечит централизованное управление всеми данными по маршрутизации деталей в цехе № 6.

Программа не требовательна к аппаратно-программным ресурсам компьютера, можно установить на компьютер со средней конфигурацией.

Целью курсового проектирования является разработка математической модели и создание программного средства для составления маршрута движения детали по участкам механической обработки механосборочного цеха № 6 ОАО «Нефаз».

Для разработки программного средства, обеспечивающая удобный в работе, и наглядный интерфейс ввода и отображения оптимального маршрута движения детали, ставились следующие задачи:

­ анализ и исследование модели;

­ разработка математической модели;

­ разработка на основе этой модели программного средства для оптимального маршрута движения деталей по участкам организаций в среде Borland Delphi;

­ выбор наиболее оптимального решения по подсчету оптимального маршрута движения деталей.

Для создания приложения необходимо использовать систему объектно-ориентированного программирования Delphi.

1. Постановка задачи

Требуется разработать программное средство для составления оптимального маршрута движения детали по участкам механической обработки, главной целью которого является разработка математической модели и создание программного средства. Приложение должна обладать простым и понятным интерфейсом, и не должна создавать проблем в освоении персоналом цеха № 6, знакомыми с операционными системами и приложениями Windows.

Для разработки программного средства, обеспечивающая удобный в работе, и наглядный интерфейс ввода и отображения оптимального маршрута движения детали, ставились следующие задачи:

­ анализ и исследование модели;

­ разработка математической модели (ММ);

­ разработка на основе этой модели программного средства для оптимального маршрута движения деталей по участкам организаций в среде Borland Delphi;

­ выбор наиболее оптимального решения по подсчету маршрута движения деталей.

Оптимальный маршрут должен иметь минимальную длину среди множества допустимых. Траектория оптимального маршрута составляет результат проектирования — оптимальное проектное решение.

При создании данного приложения рассмотрим задачу коммивояжёра. Пусть имеется п городов. Расстояния между любой парой городов (i, j) известны и составляют dij, где i=1, m; j=1, n; i? j. Если прямого маршрута сообщения между городами не существует, а также для всех i=j полагаем, что dij=?. На этом основании расстояния между городами удобно представить в виде матрицы .

Рисунок 1.1 — Неориентированный граф задачи коммивояжера

Если городам поставить в соответствие вершины графа (см. рисунок 1.1), а соединяющим их дорогам дуги, то в терминах теории графов задача заключается в определении гамильтонова контура минимальной длины. Гамильтоновым контуром называется путь, проходящий через все вершины графа, у которого начальная вершина совпадает с конечной, а длина контура определяется суммой длин всех дуг, входящих в контур. Таким образом, необходимо построить кольцевой маршрут проезда всех городов минимальной длины, начиная с любого пункта и в любую сторону.

Поскольку всего городов n, то коммивояжер, выехав из заданного города, должен побывать в остальных (n-1) городах только один раз. Следовательно, всего существует (n-1)! возможных маршрутов, среди которых один или несколько — оптимальные. В большинстве случаев можно предположить, что расстояние между городами i и j является симметричным и равно расстоянию от города j до города i, т. е. dij= dji. Расстояния между городами записывается в виде соответствующей матрицы, и обозначим ее через D. Если в задаче n городов, то D является матрицей размером nn с неотрицательными элементами dij0, которые отображают длины дуг в сети городов. При n=5 количество возможных, вариантов маршрутов равно (5−1)≠24. Расстояния между городами заданы матрицей в таблице 1.1.

Таблица 1.1 — Матрица расстояний

Маршрут можно представить в виде замкнутого контура, представляющего собой кольцевой маршрут, например, для графа, изображенного на рисунке 1. Возможный вариант можно записать в виде совокупности соответствующих пар дуг: M={(1,2),(2,4),(4,5),(5,3),(3,1)}.

Длина маршрута равна сумме соответствующих длин дуг матрицы расстояний, тогда целевую функцию (формула (1.1)) можно записать так:

(1.1)

Для любого допустимого маршрута каждая строка и каждый столбец матрицы расстояний D содержат только по одному элементу. Решением задачи является определение кольцевого маршрута минимальной длины.

По окончании разработки программного средства, нужно создать сопроводительную документацию, в которую входит: руководство пользователя, руководство программиста, листинг программы. А также провести испытания программного средства.

В ходе проектирования были выявлены входные и выходные параметры, анализ которых представлен в соответствующем пункте отчета. Кроме того, был сделан выбор и обоснование программных и аппаратных средств разработки.

2. Анализ и исследование модели

Исходя из постановки задачи, в данном разделе будут проанализированы аналоги существующих программ, входные и выходные данные, составлена инфологическая модель, выбраны программные и аппаратные средства разработки.

2.1 Анализ существующих аналогов

Схожим аналогом является программный комплекс «МАРШРУТ» может применяться для решения маршрутных задач. В качестве примера конкретного применения комплекса может быть предложена прикладная задача, связанная с проблемой размещения и обслуживания оборудования, в которой требуется определить оптимальную траекторию циклического маршрута движения робота-транспортера по траектории цеха с целью периодического обслуживания оборудования. Пункты обхода плана цеха в этой задаче соответствуют единицам обслуживаемого оборудования. Запретные зоны представляют физические преграды, препятствующие прямолинейному движению робота-транспортера. Проектируемый оптимальный маршрут является гамильтоновым циклом минимальной длины. Траектория оптимального маршрута, спроектированная средствами данного комплекса может быть использована для формирования программного управления движением робота-транспортера.

2.2 Анализ входных и выходных данных

Входными данными называются данные, вводимые пользователем в программу.

Отображаемые результаты после действия программы называются выходными данными.

В качестве входных данных могут быть следующие данные:

? наименование деталей;

? код деталей;

? маршрут движения деталей;

? цеха и др.

В данном модуле задаётся количество пунктов, которое необходимо пройти и расстояние между каждой парой пунктов.

Кроме того, можно задать определённый маршрут (например: от 2-го пункта до 4-го пункта). Ограничения ввода исходных данных: количество пунктов доступное для обработки определено в диапазоне от 1 до 8, значения расстояний не могут быть отрицательными (не смотря на это, обработка будет выполняться).

При добавлении нового пункта в таблицу расстояний будут добавляться новая строка и новый столбец.

В качестве выходных данных выводиться таблица с данными и их редактирование, печати и отчет, также таблица кратчайших путей. Таблица кратчайших путей будет формироваться в соответствии с заданными параметрами (путь от i-го пункта, путь до i-го пункта).

Для удобства пользования программным средством нужно реализовать дружелюбный эргономичный интерфейс, т. е. назначение всех кнопок и управляющих элементов должно быть интуитивно понятно для пользователя.

После создания программного продукта определен план тестирования и методика испытаний, в результате которых обнаруженные ошибки были исправлены.

Завершающей стадией работы над программным средством стало составление необходимой документации по его использованию (руководство пользователя и руководство программиста).

Выполнение всех вышеприведенных требований позволило создать качественную программу.

2.3 Математическая модель

Принцип моделирования данной задачи заключается в переборе всех возможных вариантов обхода путей. Пусть n — количество пунктов, которые необходимо обойти, а количество всех путей равняется n! Рассмотрим случай, когда количество пунктов равно 4, тогда количество всех путей равно 4≠24, а математическую модель (формула (2.9)) можно представить в виде:

(2.9)

где: s — расстояние от i-го до j-го пункта.

Таблица 2.5 — Матрица расстояний

Таблица 2.6 — Пути, подлежащие обходу и их длины

В результате, из списка длины путей (см. таблицу 2.6) выбирается минимальное значение и выделяется соответствующее значение последовательности пунктов, в данном случае это пути: 2 > 1 > 4 > 3 > 2, 4 > 1 > 2 > 3 > 4 и 4 > 3 > 2 > 1 > 4 с длиной 130.

2.4 Выбор и обоснование программных средств разработки

В качестве основного программного средства разработки дипломного проекта будет использоваться интегрированная среда программирования Borland Delphi 7.

Среда объектно-ориентированного программирования Delphi — это сложный механизм, обеспечивающий высокоэффективную работу программиста. Визуально она реализуется несколькими одновременно раскрытыми на экране окнами. Окна могут перемещаться по экрану, частично или полностью перекрывая друг друга, что обычно вызывает у пользователя, привыкшего к относительной «строгости» среды текстового процессора Word или табличного процессора Excel, ощущение некоторого дискомфорта. После приобретения опыта работы с Delphi это ощущение пройдет, и пользователь научится быстро отыскивать нужное окно, чтобы изменить те или иные функциональные свойства создаваемой вами программы, ибо каждое окно несет в себе некоторую функциональность, т. е. предназначено для решения определенных задач.

Для выполнения документационного отчёта будет использоваться «MS Office Word» и «MS Office Excel», а для создания презентации «MS Power Point».

«MS Office Word» — мощный текстовый редактор, позволяющий быстро создать документ любой сложности из разрозненных заметок и довести до совершенства информационный бюллетень или брошюру. Это уже общепризнанно — редактор Word фирмы Microsoft является сегодня самой популярной в мире программой. Word начинен «быстрыми» командами и самыми современными средствами, такими как встроенная программа проверки правописания и словарь синонимов, которые помогают грамотно составлять документы, и готовыми шаблонами, позволяющими сводить воедино заметки, письма, счета и брошюры без больших усилий.

«MS Office Excel» — производит с числами то же, что Word с существительными и глаголами. Каждый, кто работает с цифрами, почувствует себя в среде Excel как рыба в воде. Excel можно использовать для составления бюджетов и финансовых отчетов, превращения сухих цифр в наглядные диаграммы и графики, проведения анализа типа «А что будет, если?» практически по любому вопросу, а также для сортировки длиннейших списков в считанные секунды. С помощью электронных таблиц Excel можно впечатывать числа строку за строкой и столбец за столбцом, будучи вполне уверенным, в том, что Excel правильно сложит, вычтет, умножит, разделит и вообще обойдется с ними как следует.

«MS Power Point» — позволит профессионально подготовить презентацию, щегольнув броской графикой и эффектно оформленными тезисами. Но что самое замечательное, это возможность превратить документ, подготовленный в редакторе Word, в презентацию всего лишь одним щелчком мыши.

2.5 Выбор и обоснование аппаратных средств разработки

Для разработки программы использовалось аппаратное обеспечение со следующими характеристиками:

— процессор AMD Athlon;

— оперативная память не менее 256Mb;

— видеокарта AGP/PCI Express 32 Mb и выше;

— свободное пространство на диске около 10 Гб;

— видеомонитор с разрешением 1024×768;

— привод CD/DVD-ROM;

— клавиатура и мышь

— печатающее устройство.

Для оптимальной работы программы компьютер должен иметь минимальную конфигурацию:

? процессор не ниже Pentium III с частотой 1100 МГц, так как на компьютерах с процессорами частотой ниже, программа будет функционировать медленнее;

? ОЗУ (оперативная память) ёмкостью 64 МБ, только при таком объеме оперативной памяти программа работает комфортно;

? жесткий диск (HDD) ёмкостью 120 Гбайт и выше;

? монитор Samsung с разрешающей способностью как минимум 800 600 точек на дюйм, частотой обновления 70 Гц и с цветовой палитрой High Color 16 бит;

? CD-RW требуется для установки программы с дистрибутива;

? клавиатура предназначена для ввода информации;

? мышь — манипулятор управления курсором;

? рекомендуемое условие — наличие принтера для вывода на печать отчетов.

3. Описание программных модулей

3.1 Структура и алгоритм работы программного продукта

Программа состоит из 4 модулей задач, которые связаны с друг другом.

В первом модуле «Учет движения деталей по участкам» расположена таблица, которая отображает данные о детали. Также можно добавлять, удалять и редактировать.

В окне «Новая деталь», таблица отображает новые детали и можно добавлять.

На окне «План» расположена таблица в которой отображены плановые расходы деталей.

В модуле «Оптимальный маршрут» расположены 2 таблицы результатов, одна из которых отражает результат обхода всех путей, формирующаяся на основе таблицы исходных данных, а другая, список кратчайших путей являющаяся результатом обработки первой.

Блок схема программы:

4. Программирование

Данное программное средство разработано в системе программирования Delphi 7. Создание любой программы на Delphi начинается с формы, на которую устанавливаются множество компонентов. Разработка приложений в Delphi — это проектирование форм, включение компонентов в формы и размещение кода, соответствующего компонентам. Формы являются основными блоками, из которых строится приложение.

Форма — это окно, в котором он работает с приложением. Сложное приложение содержит несколько форм. Каждой форме приложения соответствует свой модуль.

По умолчанию все формы создаются автоматически при запуске приложения, и первая из введенных в приложение форм считается главной.

Главная форма отличается от других тем, что именно этой форме передается управление в начале выполнения приложения, закрытие пользователем главной формы означает завершение выполнения приложения. Главная форма, как и любая другая, может быть спроектирована невидимой, но если все остальные формы закрыты, то главная форма становится в любом случае видимой.

Главной можно сделать любую форму из имеющихся в проекте. Для этого следует в окне опций проекта (Project | Options) на странице Forms в выпадающем списке Main forms выбрать необходимую форму.

При создании любой формы для нее выделяется память. Повторим, что по умолчанию все формы создаются автоматически при запуске приложения.

В основе приложения базы данных лежат наборы данных, которые представляют собой группы записей, переданных из базы данных в приложение для просмотра и редактирования. Каждый набор данных инкапсулирован в специальном компоненте доступа к данным. В Delphi реализован набор базовых классов, поддерживающих функциональность наборов данных, и практически идентичные по составу наборы дочерних компонентов для технологий доступа к данным.

Delphi — обладает широкими возможностями по созданию приложений баз данных. В Delphi существуют две самые распространенные технология для создания баз данных ADO и BDE. ADO — это технология стандартного обращения к реляционным данным, представляющая собой универсальный механизм доступа к различным источникам данных из приложений баз данных. Основу технологии ADO составляет использование набора интерфейсов общей модели объектов СОМ (Component Object Model). Технология ADO во многом похожа на BDE. Обе технологии поддерживают навигацию по наборам данных, оперирование с наборами данных, обработку транзакций и кэшированные обновления (в ADO они называются пакетными обновлениями), так что концепции и способы работы с ADO очень похожи на работу с BDE. Несмотря на это, существуют и отличия. ADO по сравнению с BDE, более новая технология. ADO более широко интерпретирует понятие «данные». BDE работает только с «прямоугольными» данными, то есть данными, представленными в виде строк и столбцов, что идеально при работе с базами данных. При помощи ADO так же можно обращаться к таким данным, но, кроме того, существует возможность работы и с непрямоугольными данными, такими как представляющие каталоги структуры, документы, web-узлы и электронная почта.

Компоненты, используемые при разработке в Delphi, встроены в среду разработки приложений и представляют из себя набор типов объектов, используемых в качестве фундамента при строительстве приложения.

Для работы с ADO на вкладке компонентов ADO имеется шесть компонентов: TADOConnection, TADOCommand, TADODataSet, TADOTable, TADOQuery, TADOStoredProc.

TADOConnection аналогичен компоненту BDE TDatabase и используется для указания базы данных и работы транзакциями.

TADOTable — таблица доступная через ADO.

TADOStoredProc — вызов хранимой процедуры. В отличие от BDE и InterBase хранимые процедуры в ADO могут возвращать набор данных, по этому компонент данного типа является потомком от TDataSet и может выступать источником данных в компонентах типа TDataSource.

TADODataSet являются наиболее общими компонентами для работы с ADO, но и наиболее сложными в работе. Оба компонента позволяют выполнять команды на языке провайдера данных (так в ADO называется драйвер базы данных).

Разница между ними в том, что команда, исполняемая через TADODataSet, должна возвращать набор данных и этот компонент позволяет работать с ними средствами Delphi (например, привязать компонент типа TDataSource). А компонент TADOCommand позволяет исполнять команды не возвращающие набор данных, но не имеет штатных средств Delphi для последующего использования возвращенного набора данных.

Также использовались компоненты класса Data Access: DataSourse. Компонент TDataSource представляет собой источник данных, который обеспечивает связь между набором данных и компонентами отображения и редактирования данных.

Класс Data Controls. Компонент TDBGrid отображает в табличной форме записи набора данных и управляет ими: осуществляет перемещение по записям, их редактирование, удаление, вставку новых записей. Занесение в набор данных сделанных исправлений текущей записи происходит при перемещении пользователя на следующую запись. Связь TDBGrid с источником данных осуществляется установкой свойства DataSource.

TDBNavigator — навигатор, позволяющий пользователю перемещаться по записям набора данных, редактировать данные и пересылать их в базу данных. Компонент имеет ряд кнопок, служащих для управления данными

TDBEdit — связанный с данными аналог обычного окна редактирования TEdit. Он позволяет отображать и редактировать данные полей различных типов: строка, число. Преобразование значения поля в строку текста, отображаемую в TDBEdit, производится автоматически. Если свойство этого компонента ReadOnly установлено в True, то он, как и TDBText, будет служить элементом отображения.

Свойства компонента, обеспечивающие связь с данными:

— DataSource — источник данных типа TDataSource;

— DataField — имя поля, с которым связан компонент;

— Field — объект этого поля (только для чтения).

Остальные свойства, например, AutoSelect, AutoSize, CharCase аналогичны свойствам компонента TEdit. Но в TDBEdit главное свойство окна — Text недоступно во время проектирования. Текст в окне определяется соответствующим полем текущей записи и может изменяться пользователем или программно во время выполнения. Отредактированное значение в окне помещается в соответствующее поле набора данных.

TButton — компонент простая кнопка, позволяет выполнить какие-либо действия при нажатии кнопки во время выполнения программы.

TMainMenu позволяет поместить главное меню в программу. При помещении TMainMenu на форму это выглядит, как просто иконка. Иконки данного типа называют невизуальным компонентом, поскольку они невидимы во время выполнения программы.

TPanel — представляет с собой панель, которая служит контейнером, объединяющим группу управляющих компонентов, компонентов ввода и отображения информации, других, меньших контейнеров. Панель можно использовать также для построения полос состояния и инструментальных панелей.

Для разработки программного средства были использованы компоненты, которые позволят в полной мере осуществить поставленную задачу.

5. Испытания программного средства

Испытания являются одним из самых важных моментов при создании программного продукта, потому что благодаря им, видно как лучше организовать работу программы и ее интерфейс. Целью проведения испытания программного продукта является проверка правильности работы программы, выявление противоречий между разработанной системой и первоначальными целями ее создания и выявление возможных ошибок при работе с программой. Также в ходе тестирования программы производится проверка на соответствие техническим требованиям, то есть испытания производятся на нескольких компьютерах различной конфигурации.

5.1 Назначение испытаний

После разработки необходимо провести испытание работоспособности программного продукта. Целью проводимых испытаний является:

— выявление возможных ошибок (математических или логических) в работе алгоритма программы для дальнейшего их исправления;

— проверка реакции программы на ввод разных значений (в том числе заведомо неправильных);

— проверка интерфейса программы на удобство пользования конечным пользователем;

— определение времени загрузки и времени формирования отчетов;

— определение минимальных аппаратно-программных требований для обеспечения работы программы;

— выявление выполнения всех требований, установленных при постановке задачи.

5.2 Программа и методика испытаний

Программа испытаний состоит из следующих пунктов:

— Проверка инфологической модели базы данных на ошибки и избыточность в таблицах;

— Проверка работы алгоритма программы;

— Проверка исходного кода программы на наличие синтаксических ошибок языка программирования;

— Проверка работы всех кнопок в окнах программы;

— Тестирование программы на компьютерах с разными техническими характеристиками и определение времени загрузки на каждом из них.

Работа программы проверялась на компьютере, технические характеристики которого приведены в пункте, касающемся выбора аппаратных средств разработки. Дополнительно тестирование проводилось на компьютере со следующими характеристиками: процессор AMD Athlon 1200 МГц, оперативная память 128 Mб, операционная система Windows 2000.

5.3 Результаты испытаний

В процессе испытаний не было выявлено ошибок в работе логической и математической структур программы. Все модули программы выполняют свои функции.

На компьютерах, где проводилось тестирование, загрузка длится чуть дольше (5 секунды). Это может быть объяснено меньшим количеством оперативной памяти. На компьютере с процессором AMD Athlon 600 загрузка происходит за 6 секунды, т.к. практически все его характеристики намного меньше характеристик выше описанных машин.

Поиск нужной информации и формирование отчетов происходит практически мгновенно на более мощных компьютерах, а машина с процессором AMD Athlon 600 опять же проигрывает в скорости.

Скорость распечатывания документов и отчетов зависит от модели используемого принтера.

В результате проведенных испытаний были определены следующие требования к программному и аппаратному обеспечению:

— процессор не слабее AMD Athlon c частотой 1200 МГц или другой с аналогичными характеристиками;

— оперативная память 128 Мб;

— стандартная клавиатура;

— стандартная мышь;

— цветной монитор с поддерживаемым разрешением не ниже 800×600 точек;

— принтер для вывода на печать отчетов;

— операционная система Windows 2000 или более поздние версии.

Необходимый объем жесткого диска зависит от объема базы данных. При увеличении числа записей может потребоваться дополнительное свободное место.

В целом в ходе проведения испытаний программного продукта существенных ошибок обнаружено не было. Потребовалось только скорректировать расположение управляющих элементов для более удобного пользования ими.

Результаты и методы испытания программного продукта приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Результаты и методы испытания программы

Заключение

В ходе курсовой работы был создан программный средство «Оптимальный маршрут движения детали по участкам механической обработки», который позволит упростить работу администратору цеха, и повысит производительность труда.

Программа «Оптимальный маршрут движения детали по участкам механической обработки», предназначена для того, чтобы усовершенствовать и автоматизировать рабочие место администратора. Непосредственно облегчить труд, а также представить совершенно самостоятельный программный продукт, который может работать как в составе программного обеспечения, так и использоваться отдельно для отображения информации.

После разработки программного средства был составлен блок технической документации, включающей в себя пояснительную записку, руководство пользователя, руководство программиста и листинг программы.

Данная дипломная работа помогла закрепить знания в среде программирования Delphi.