Вычислительное устройство для поис-KA ОпТиМАльНОгО РЕшЕНия зАдАчиОдНОМЕРНОгО РАСКРОя Советский патент 1981 года по МПК G05B15/02 G06F15/177 

(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОДНОМЕРНОГО РАСКРОЯ ковой пилы. Любая часть слитка, удовлетворяющая первому условию быть реализована как заготовка второго сорта; если же это условие не выполняется, часть идет в брак (для удобства терминологии и обозначений будем называть ее в этом случае заготовкой нулевого сорта). Оптимальным называют раскрой слитка, обеспечивающий максимум прибыли. Известно, что при оптимальном раскрое число резов не превыщает двух, причем имеется только пять вариантов их возможного размещения. Из известных устройств наиболее близКИМ по технической сущности к данному является вычислительное устройство, содержащее блок ввода, блок сравнения, логический блок формирования сигналов, счетчик импульсов, масщтабные резисторы, элементы И 3. Это устройство не реализует алгоритм поиска оптимального варианта размещения резов (оптимального рещения) без прямого перебора вариантов, что снижает его эффективность. Цель изобретения - повыщение эффективности путем сокращения числа перебираемых вариантов. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены блоки коммутации, операционные- усилители, дещифратор, регистр, формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен со входом устройства, пять выходов блока ввода через пос.тедовательно соединенные первый блок коммутации, первую группу масщтабных резисторов и первый операционный усилитель, подключены к первому входу блока сравнения, первый, второй, третий и четвертый выходы блока ввода через последовательна соединенные второй блок коммутации, вторую группу масщтабных резисторов и второй операционный усилитель подключены ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя импульсов управления, второй выход которого подключен ко входу счетчика импульсов, выходы которого через дещифратор подключены к первым входам элементов И, выходы которых подключены соответственно ко входам регистра, вторые входы элементов И соединены с выходом первого элемента И, входы логического блока формирования сигналов соединены соответственно с вы,лодами регистра счетчика импульсов и с третьим выходом формирователя импульсов управления, первый выход логического блока формирования сигналов подключен к выходу устройства, второй выход соединен с управляющими входами регистра и счетчика импульсов и со вторым входом блока управления, управляющие выходы подключены соответственно к управляющим входам блоков коммутации. На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - алгоритм поиска оптимального варианта раскроя; на фиг. 3 приведено схематическое изображение объекта (монокристалла), подлежащего раскрою. Устройство содержит блок 1 ввода, блоки 2 и 3 коммутации, первую группу резисторов 4, 5, 6, вторую группу резисторов 7-9, операционные усилители 10, 11, блок 12 сравнения, элементы И 13-16, дешифратор 17, счетчик 18 импульсов, блок 19 управления, регистр 20, логический блок 21 формирования сигналов, вход 22 и выход 23 устрой ства. Блок 1 ввода позволяет устанавливать на первых своих четырех-выходах постоянные стабильные отрицательные напряжения, пропорциональные величинам а, в, L и h (см. фиг. 2 и 3). Установка этих напряжений может осуществляться вручную - оператором, либо автоматически - по сигналам от устройства, измеряющего указанные величины. На пятом выходе блока 1 ввода поддержива-ется фиксированное отрицательное напряжение. Операционные усилители 10 и 11 идентичны, они выполнены суммирующими, т. е. в цепь обратной связи усилителя, постоянного тока включен резистор. Выходной потенциальный сигнал блока 12 сравнения имеет два уровня - нулевой и единичный. Единичный сигнал присутствует на выходе в том и только в том случае, если входное напряжение, поступающее на вход блока 12 с выхода операционного усилителя 10; строго меньще напряжения, поступающего на другой вход с выхода операционного усилителя 11. Счетчик 18 импульсов представляет собой обычный накапливающий счетчик, имеющий не менее 10 различных состояний, т. ,е. может быть выполнен как одна декада десятичного счетчика (4 триггера). Он имеет потенциальные разрядные выходы, импульс, подаваемый на его управляющий вход, устанавливает счетчик в нулевое состояние. Блок 19 управления имеет три импульсных выхода и два импульсных входа «пуск и «стоп. В исходном состоянии блока импульсы на всех его выходах отсутствуют. После подачи импульса на вход 22 (импульс «пуск подается оператором с помощью пусковой кнопки или внешней системой автоматического управления) блок начинает генерировать на первом выходе последовательность импульсов с периодом Т. Эти же импульсы появляются на втором и третьем выходах. Импульс, поступающий на 2-ой вход («стоп) блока управления, возвращает блок в исходное состояние. Входы логического блока 21, соединенные с выходами счетчика 18 импульсов и регистра 20 являются потенциальными, а вход, соединенный с 3-м выходом блока 19 управления - импульсным. Сигналы на выходах блока 21 формируются при поступлении импульса на его вход с выхода блока 19 управления. Кодирование решений, а также управляющих сигналов блоков 2 и 3 коммутации, обеспечивающих требуемые соединения, может быть выбрано любым в зависимости от конкретных используемых элементов и других обстоятельств. Выход устройства может быть подключен к индикатору оптимального решения, если решение выполняется оператором, либо непосредственнок к управляющим входам исполнительных устройств автоматической системы оптимального раскроя. В прямоугольниках блок-схемы алгоритма (фиг. 2) записаны проверяемые условия, а в овалах - условные обозначения принимаемых рещений, знак «-f означает выполнение, а знак «- - невыполнение соответствующего условия; принимаемые рещения обозначены следующим образом: NO-резы не производить, весь слиток реализовать как заготовку нулевого сорта (брак); Nl-резы не производить, весь слиток реализовать как заготовку первого сорта; Ы2-резы не производить, весь слиток реализовать как заготовку второго сорта; ав 22, ав. 20, ав 00 - произвести 2 реза в точках айв; первая и вторая цифры указывают сорт заготовок, получающихся, соответственно, из левой и правой отрезаемых частей слитка (его средняя часть будет заготовкой первого сорта); а2, аО - произвести один рез в точке а, цифра указывает сорт заготовки, получающейся из левой части слитка (вторая, правая его часть будет заготовкой первого сорта); h - произвести один рез в точке h, левая часть при этом - заготовка второго сорта, правая - первого; ah - произвести два реза - в точках а и L-h, оба отрезаемых конца слитка являются заготовками второго сорта, а середина - заготовкой первого сорта; hb - произвести два реза - в точках h и Ь, левая часть при этом - заготовка второго сорта, средняя - первого, правая- нулевого; hh - произвести два реза - в точках h и L-h, середина слитка является при этом заготовкой первого сорта, а две остальных части - второго. Предполагается, что слитки сориентированы так, что а L-b, это легко обеспечить, например, на этап« измерения величин а, Ь, L перед раскроем слитков. Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии счетчик 18 импульсов и регистр 20 установленьр в нулевое состояние, а блок 19 управления находится в состоянии «Стоп, т. е. на его выходах импульсы отсутствуют. На соответствующих выходах блока ввода 1 устанавливаются напряжения, пропорциональные величинам, характеризующим монокристалл, подлежащий раскрою, а также фиксированное напряжение. Принцип действия состоит в автоматическом вычислении с помощью операционных усилителей правой и левой частей неравенств , фигурирующих в алгори ме, представленном на фиг. 2, и в провер ке их выполнения согласно алгоритму до тех пор, пока не будет найдено оптимальное рещение. При этом очередное условие, подлежащее проверке, выбирается автоматически в зависимости от результатов предществующих проверок в соответствии с алгоритмом (фиг. 2). При нулевом состоянии счетчика 18 и регистра 20 блок 2 коммутации соединяет вход операционного усилителя 10 через резистор с третьим выходом блока 1 ввода, а блок коммутации 3 соединяет вход операционного усилителя 11 через резистор с четвертым выходом блока 11 ввода. Если оказывается, что L h (первое неравенство алгоритма), см. фиг. 2), на выходе блока 12 появляется единичный сигнал, т. е. элемент И 13 открывается. При нулевом содержимом счетчика 18 возбужден выход дещифратора 17, соединенный с элементом И, выход которого соединен с первым входом регистра 20. Запуск устройства осуществляется подачей импульса на вход «пуск блока управления 19 (на вход 22 вручную от пусковой кнопки или от внещнего управляющего устройства). Получив пусковой импульс, блок управления формирует управляющий импульс сначала на 1-ом выходе, затем - на 2-ом выходе, затем - на 3-ем своем выходе. Импульс с первого выхода фиксирует в первом разряде регистра 20 памяти результат первого условия алгоритма (фиг. 2). Действительно, если это условие выполняется, импульс с выхода блока 19 управления проходит через открытый элемент И 13, а также через единственный открытый элемент И, соединенный выходом со входом первого разряда регистра 20, устанавливая его в единичное состояние. Если условие не выполняется, то первый разряд регистра 20 остается в нулевом состоянии. Спустя некоторое время появляется импульс на 2-м выходе блока 19 управления, увеличивая содержимое счетчика 18 на единицу. В результате воздействия этих двух импульсов практически одновременно изменяется (если условие выполняется) кодовая комбинация, поступающая на входы логического блока 21 с выходов регистра 20 и кодовая комбинация на выходах счетчика импульсов 18. Спустя необходимое для этого время появляется импульс на третьем выходе блока 19 управления. Если условие было выполнено, т. е. оптимальным вариантом раскроя является вариант N0, на выходе устройства будет сформирована соответствующая кодовая комбинация, а на выходе логического блока 21, соединенном со 2-м входом (входом «стоп) блока 19 управления будет сформирован импульс, возвращающий его (а также регистр 29 и счетчик импульсов 18) в исходное состояни; выполнение алгоритма поиска на этом закончено. Если указанное условие не выполняется, то выходные сигналы блока 21 обеспечивают соответствую.щее соединение входов и выходов блока коммутации 2 и 3. Блок управления формирует очередную последовательность импульсов на выходах, в результате аналогично описанному выше, проверяется очередное условие алгоритма (фиг. 2) b а + h результат проверки заносится во второй разряд регистра 20 (на счетчике 18 при этом установлена единица). Если следующее условие выполнено, то оптимальным решением является N2, на выходе устройства формируется сигнал, кодирующий это репление, а импульс, формирующийся при этом на втором выходе блока 21, возвращает устройство в исходное состояние. Дальше работа схемгы продолжается совершенно аналогично и проверяются условия алгоритма, представленного на фиг. 2. Фиксированное напряжение выбирается равным 1 (в соответствующем масщтабе), благодаря чему подключение резистора к этому напряжению обеспечивает на выходе операционного усилителя требуемое напряжение. Операционный усилитель 10 вычисляет левые части неравенств , а операционный усилитель 11 - правые части неравенств Время поиска оптимального варианта раскроя оказывается неодинаковым. Как видно из фиг. 2 поиск может закончиться после первой же проверки, либо после второй, третьей, пятой, седьмой, восьмой, девятой или десятой проверок. Таким образом хотя число различных неравенств, проверка которых может потребоваться при отыскании оптимального решения, равно 16, поиск заканчивается не более чем через десять «шагов (тактов). Именно .поэтому число разрядов регистра 20 памяти выбрано равным десяти, а счетчик 18 можно выполнять четырехразрядным. Выполнение резисторов 4-9 регулируемыми (с линейной шкалой проводимости) позволяет легко и просто перестраивать устройство в случае изменения цен. Устройство обеспечивает автоматизацию поиска оптимального варианта раскроя, реализация которого заметно повысит эффек тивность раскроя, кроме того автоматизация приводит к повышению производительности оборудования, реализующего раскрой. 8 Формула изобретения Вычислительное устройство для поиска оптимального решения задачи одномерного раскроя, содержащее блок ввода, блок сравнения, логический блок формирования сигналов, счетчик импульсов, масштабные резисторы, элементы И, отличающееся тем, что с целью повыщения эффективности путем сокращения числа перебираемых вариантов, в него введены блоки коммутации, операционные усилители, дешифратор, регистр и формирователь импульсов управления, первый вход которого соединен со входом устройства, пять выходов блока ввода через последовательно соединенные первый блок коммутации, первую группу масщтабных резисторов и первый операционный усилитель, подключены к первому входу блока сравнения, первый, второй, третий и четвертый выходы блока ввода через последовательно соединенные второй блок коммутации, вторую группу масштабных резисторов и второй операционный усилитель подключены ко второму входу блока сравнения, выход которого соединен с первы.м входом первого элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом формирователя импульсов управления, второй выход которого подключен ко входу счетчика импульсов, выходы которого через дещифратор подключены к первы.м входам элементов И, выходы которых подключены соответственно ко входам регистра, вторые входы элементов И соединены с выходом первого элемента И, входы логического- блока формирования сигналов соединены соответственно с выходами регистра счетчика импульсов и с третьим выходом формирователя импульсов управления, первый выход логического блока формирования сигналов подключен к выходу устройства, второй Bibiход - соединен с управляющими входами регистра и счетчика импульсов и со вторым входом блока управления, управляющие выходы подключены соответственно к управляющим входам блоков ко.ммутации. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3596068, кл. 235-150, кл. G 06 F 15/00, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР № 347761, кл. G 06 F 15/46, Ш72. 3. Авторское свидетельство СССР № 497606, кл. G 06 J 1/00, G 06 F15/20. 1971 (прототип).