BCUT. Программа оптимизации раскроя листовых материалов

Скачать

Подробно о программе Astra S-Nesting

В нашем прайсе представлены три продукта, связанных общей темой сортировки и оптимизации:

• Программа линейного раскроя профиля и длинномерных материалов
• Программа двумерного раскроя стекла, сэндвичей, ДСП и прочих листовых материалов
• Программа оптимизации маршрута для решения логистических задач

Поставка модулей раскроя возможна как в составе комплексного решения Окнософт: Управление позаказным производством, так и в виде отдельных программ. При вызове раскройных программ из 1С, не требуется импорт – экспорт данных в промежуточные файлы. Пользователь работает в стандартном интерфейсе, а все тонкости взаимодействия 1С с внешними оптимизаторами выполняют обработки заполнения табличных частей. Для целей учета складских остатков, деловой обрези и материалов в производстве, используются стандартные документы и регистры типовых конфигураций 1С.

Линейный раскрой (профиль, труба, бревно)

Обеспечивает подтвержденный инвентаризациями процент обрези <1%. Ряд клиентов приобрели наши алгоритмы для замены программ оптимизации, поставлявшихся производителями отрезных станков. В программе использован алгоритм плотной укладки и генетический алгоритм поиска решения. На вход поступают данные о количестве и размерах изделий и деловых отходов. На выходе формируются карты раскроя с указанием тележек и ячеек. При необходимости, формируются файлы для обрабатывающих центров, станков с ЧПУ и этикетки с подробной информацией об отрезаемой заготовке и примыкающих элементах.

Живое демо на сайте

Пример ниже - не статическая картинка, а работоспособное веб - приложение.
Вы можете запустить раскрой профиля кнопкой Старт , задать свои размеры изделий и заготовок, изменить настройки оптимизации и оценить решение.
Конечно, оптимизатор в браузере работает медленнее, чем нативная программа, но позволяет бесплатно получить пригодные для работы результаты без необходимости что либо скачивать и устанавливать на компьютер.

Раскрой стекла и листовых материалов

Формирует карты раскроя высочайшего качества. Обеспечивает процент экономии материала, близкий к теоретическому пределу. На 10-12% превосходит популярные программы Opty-Way, MaxCut, PerfectCut, Cutting и др. по таким показателям, как площадь неделовых остатков, общая площадь раскраиваемого материала и количество использованных целых листов

Все алгоритмы двумерного раскроя разработаны в ООО «Программы раскроя», г. Новосибирск, разработчик: Шиляев Владимир Генрихович. "Окнософт" является официальным дилером разработчика и по сублицензионному договору имеет право, как продавать программу в виде отдельного продукта, так и использовать в составе наших разработок

Зачем оптимизировать раскрой в программе?

Многие заказчики говорят: "У меня работает хороший напиловщик. Он прекрасно кроит стекло и профиль в голове. В мусор попадают только треугольники."
Чаще всего, это правда. Вместе с тем, одной из задач руководителя, является организация предсказуемого процесса, стабильность которого не зависит от гениальности исполнителей. Программная оптимизация распила на основании плана производства - одна из мер, приближающая к этой цели.

Если предположить, что человек может перебрать в голове комбинаций больше, чем компьютер за тот же отрезок времени, получаемый при автоматическом раскрое коэффициент обрези ~1%, выгладит привлекательнее, чем неконтролируемый и неуправляемый 1%, который может обеспечить Гений. Перекладвыание задач оптимизации на программу, может высвободить дополнительное время (1-2 часа в день), которые он потратит с пользой для бизнеса.

На самом деле, ситуация с обрезью на большинстве предприятий хуже. В спецификации закладывают коэффициенты порядка 4-7% и если цех отработает с обрезью 3-5%, это считается хорошим результатом. Снижение реального коэффициента обрези на 3-5% - это 30-50 тысяч рублей, сэкономленных на каждом миллионе, потраченном на материалы. А еще, это даст возможность не закладывать в плановую себестоимость лишние рубли и предложить покупателю более выгодные цены.

Задача оптимального расходования материалов состоит из нескольких частей

Складской учет мерных материалов

В зависимости от особенностей бизнеса, клиенты используют несколько схем учета материалов:

• На основании плана производства формируются требования - накладные с указанием продукции. Выдача дополнительных материалов (не хватило) отражается отдельными документами. Указание продукции в этих документах - желательно, но не является необходимым условием. В этом случае, в цех выдаются только те материалы, которые есть в спецификациях выпускаемой сегодня продукции и только в нужном количестве. Недостатком данного подхода можно назвать необходимость оформлять больше документов и отсутствие запаса материалов на участках (может, это достоинство?)
• Требования - накладные формируются асинхронно, без привязки к плану производства на основании заявок мастеров. Такой подход позволяет получить "живой склад" при минимальных операторских затратах кладовщика, но не защищает от перерасхода материалов. Вся ответственность за соответствие расхода спецификациям, лежит в этом случае на мастерах и рабочих. План-фактный анализ себестоимости, покажет отклонения, но может оказаться поздно

Учет деловой обрези

Возможен в сценарии, при которм требования - накладные формируются на основании плана производства. Остатки деловой обрези на начало раскроя берутся из специального регистра и могут быть скорректированы оператором в соответствии с реальными остатками. При проведении задания на производство, данные о количестве материалов, которое необходимо получить со склада, помещаются в требования - накладные, а данные об образовавшейся деловой обрези складываются обратно в регистр.

Взаимодействие исполнителей

Принимая решение об использовании оптимизатора раскроя, необходимо учесть:

• При автоматическом раскрое невозможно организовать сварку (сборку) изделий "из - под пилы", так как отрезки, относящиеся к одному изделию будут "разбросаны" по всей карте оптимизации
• Удлинняется цикл производства, требуется организовать пул для хранения заготовок. Компромиссом является раскрой партиями по 30 - 50 изделий. При этом достигаются высокие показатели обрези и получается равномерная загрузка участков сварки и фурнитуры
• Снижается оперативность, с которой цех может отреагировать на изменения плана. Если менеджеру нужно вклинить в сегодняшний план новое изделие, это ухудшит результаты оптимизации

Программы для оптимизации раскроя материалов

В сети нетрудно найти и др. аналогичные программы в т.ч. бесплатные

Теория и практика автоматизированного раскроя материалов в производстве корпусной мебели. Бунаков П.Ю., Каскевич Н.В, Коломна: ГОСГИ, 2010. 170 с.

Оптимизация раскроя материалов в машиностроении: учебное пособие / С.И. Вдовин, О.Е. Джур. – Орел: ОГУ имени И. С. Тургенева, 2016. – 45 с.

В.А. Скатерной "Оптимизация раскроя материалов в легкой промышленности" изд. Швейная промышленность. Легпромбытиздат, 1989, - 144 с

Оптимальный раскрой заготовок является довольно сложной производственной задачей. Здесь на помощь приходят специализированные программные решения. В комплексе T-FLEX PLM эту задачу решает программа T-FLEX Раскрой, позволяющая на основе конструкторских данных получать схемы раскроя деталей на заготовках. Как и многие компоненты комплекса, Т-FLEX Раскрой ориентирован на решение узкоспециализированной задачи, а именно: оптимизации раскроя (рис. 1). Другие сопутствующие задачи - подготовка геометрии деталей и заготовок, оформление документации на основе схем раскроя, подготовка управляющих программ (УП) для станков с ЧПУ - решаются в соответствующих программах комплекса T-FLEX PLM.

Рис. 1

Применение специализированных программных продуктов, интегрированных между собой, выгодно для клиентов и партнеров компании «Топ Системы» , поскольку позволяет им на определенном этапе развития бизнеса использовать именно те инструменты T-FLEX, которые подходят для этого наилучшим образом. В то же время при масштабировании бизнеса или переходе на следующие этапы автоматизации это дает возможность «безболезненно» включать в имеющуюся инфраструктуру новые компоненты T-FLEX PLM без приостановки работ и дополнительных затрат на интеграцию программ. Именно поэтому T-FLEX Раскрой развивается как простое эффективное решение без дублирующей функциональности других компонентов T-FLEX PLM.

Принципы использования программы для раскроя

T-FLEX Раскрой тесно связан со средой проектирования T-FLEX CAD, которая берет на себя все непрофильные для программы раскроя функции: построение геометрии и оформление документации, взаимодействие с внешними CAD-системами и другими компонентами комплекса T-FLEX PLM (рис. 2).

Рис. 2

В общем случае взаимодействие двух программ выглядит следующим образом:

T-FLEX CAD:

1. Сложная геометрия контуров деталей и заготовок создается или импортируется из других программ при помощи T-FLEX CAD (прямоугольные детали и заготовки можно задать непосредственно в T-FLEX Раскрое).

2. Из T-FLEX CAD запускается программа для раскроя.

T-FLEX Раскрой:

3. Создается проект одного из следующих типов: фигурный (для деталей и заготовок произвольной формы), гильотинный (для раскроя заготовок прямоугольной формы сквозными резами), линейный (для заготовок в хлыстах).

4. Задаются параметры проекта раскроя и добавляется недостающая информация о деталях и заготовках: наименования, обозначения, количество, возможность поворота или переворота деталей и т.д.

5. Производится расчет и анализируются результаты. Создаются отчеты. Схема раскроя передается обратно в T-FLEX CAD.

T-FLEX CAD:

6. Оформляется необходимая документация (карты раскроя, спецификации, экспликации).

7. Производится формирование УП в модуле T-FLEX ЧПУ (модуль также интегрирован в среду T-FLEX CAD).

8. При необходимости, результаты раскроя экспортируются во внешние программы.

9. Основные возможности программы T-FLEX Раскрой были рассмотрены в работе , поэтому далее более подробно остановимся на самых интересных возможностях программы и ее взаимодействии с другими продуктами линейки T-FLEX.

Формирование данных для проекта раскроя

Существует множество способов добавить данные в проект раскроя:

1. Ручное добавление деталей или заготовок непосредственно в интерфейсе T-FLEX Раскроя.

2. При помощи команд импорта деталей и заготовок (рис. 3).

Рис. 3

• импортировать контуры из документа T-FLEX CAD. Это удобно, когда есть чертежи деталей и на их основе созданы штриховки (контуры для раскроя), помещенные на специальный слой. В проект раскроя попадают все штриховки, принадлежащие заданному слою;
• импортировать детали из других проектов раскроя. Это удобно, когда есть возможность заимствовать полностью или частично имеющиеся данные.

3. Ручное добавление контуров деталей или заготовок из документа T-FLEX CAD (рис. 4).

4. Копирование через буфер обмена данных о деталях из внешних таблиц, например из документов Microsoft Excel.

5. Формирование данных для проекта раскроя на основе структуры изделия. Данный вариант применяется для автоматического формирования проекта раскроя для группы серийных изделий. Проиллюстрируем способ 5. Например, имеется параметрическая модель шкафа для трех типоразмеров (рис. 5).

Рис. 4

Рис. 5

Изделия серийные, поэтому регулярно появляются заказы на изготовление определенного количества изделий разных типоразмеров. И каждый раз стоит задача сформировать проект раскроя для конкретного заказа. В этом случае рекомендуется следующий подход. Для параметрической модели шкафа формируется специальная структура изделия, где указываются необходимые для раскроя данные: тип раскроя, наименования, обозначения, количество деталей в изделии и т.д. (рис. 6).

Рис. 6

Структура изделия создается один раз для параметрической модели, а затем обновляется при пересчете для разных составов изделия. То есть структура изделия для своей модели всегда актуальна.

Чтобы сымитировать состав заказа (выбрать позиции и задать их количество), достаточно в T-FLEX CAD создать из прототипа новый документ и добавить в него модели изделий с нужными параметрами, задав через переменные количество экземпляров каждой позиции заказа. Автоматически сформируется структура для всего заказа. После этого в T-FLEX Раскрое достаточно создать проект на основе структуры изделия и запустить расчет (рис. 7).

Рис. 7

Ассоциативность между исходной геометрией и контурами деталей в T-FLEX Раскрое

При добавлении контуров деталей из T-FLEX CAD в программу раскроя запоминается путь к исходному документу. Если в T-FLEX CAD контуры деталей изменились, то T-FLEX Раскрой отмечает записи с неактуальными контурами (рис. 8). Выделив нужное количество деталей, можно обновить их. Обновление контуров опциональное. Это дает возможность открыть старые («неактуальные») версии проектов раскроя и изготовить запчасти для устаревших изделий.

Рис. 8

Также нередко бывает, что в T-FLEX CAD создается другая версия документа с контурами деталей и требуется переназначить путь к новому документу. В этом случае также выбираются все или несколько деталей и в параметрах изменяется путь.

Управление деловыми отходами

Деловые отходы (ДО) - это крупные остатки заготовок, которые впоследствии можно использовать для раскроя более мелких деталей. T-FLEX Раскрой позволяет установить для проекта приемлемый размер ДО, и на схеме раскроя будут отображаться (и учитываться в отчетах) остатки, размер которых превышает установленный предел. Такие остатки можно отобразить на схеме раскроя, а при необходимости нужным образом разделить отрезками на части, разрезая перемычки между деталями (рис. 9).

Рис. 9

Для фигурного раскроя размеры ДО по площади могут быть большими, но совершенно не пригодными для последующего использования. В этом случае такие остатки можно удалить вручную (рис. 10).

Рис. 10

Список деловых отходов формируется динамически, например, если пользователь изменил в параметрах проекта минимальный размер ДО или удалил остатки со схемы раскроя. Эта информация, наряду с другими результатами по деталям и заготовкам, отражается в отчетах (рис. 11). Отчеты можно выгружать во внешние файлы.

Рис. 11

Формирование управляющих программ

Как было показано на рис. 1, схемы раскроя являются лишь промежуточным результатом. На основе схем раскроя создаются управляющие программы в модуле T-FLEX ЧПУ. Пример имитации обработки деталей на заготовке показан на рис. 12.

Рис. 12

Использование T-FLEX Раскрой в едином информационном пространстве

Говоря о комплексном подходе к автоматизации КТПП, следует упомянуть, что T-FLEX Раскрой интегрирован с системой электронного документооборота T-FLEX DOCs, что позволяет наладить коллективную работу над проектами (рис. 13). Благодаря мощной платформе и гибкости инстру-ментария построено решение, позволяющее из среды T-FLEX DOCs запускать T-FLEX Раскрой, производить расчет и регистрировать в системе результаты: файлы проектов раскроя, КИМ, схемы раскроя, деловые отходы. Полученные данные используются для реализации заказов.

Рис. 13

В заключение отметим, что Т-FLEX Раскрой постоянно развивается: появляется новая функциональность и совершенствуется имеющаяся. Относительно молодая программа приобрела черты солидного взрослого решения, нацеленного на серьезные задачи.

Цель работы : Закрепление знаний в области экономико-математического моделирования, знакомство с методикой решения задачи рационального раскроя материалов, основанной на решении оптимизационной задачи линейного программирования.

Исходные положения . Изготовление многих видов современной промышленной продукции начинается с раскроя материалов, что является одной из важных производственных задач для заготовительного производства и органов материально-технического снабжения.

Задачи оптимального раскроя материалов - одни из первых задач, к решению которых применялись методы линейного программирования. Они заключаются в определении наилучшего способа раскроя поступающего материала, при котором будет изготовлено наибольшее число готовых изделий в заданном ассортименте или будет получено наименьшее количество отходов.

Первая работа, посвященная решению задач, названных впоследствии задачами линейного программирования, появилась в 1939 г. Это была книга Л.В.Канторовича "Математические методы организации и планирования производства". Толчком для ее появления послужила задача, поставленная перед Институтом математики и механики Ленинградского Государственного университета лабораторией фанерного треста. В других отраслях промышленности также успешно применялись экономико-математические методы оптимизации раскроя материалов. Так, еще в 1948 - 1949 гг. математические методы раскроя были успешно применены на вагоностроительном заводе им. Егорова в Ленинграде, что позволило снизить в несколько раз отходы при раскрое различных материалов.

Математическая модель задачи.

Поступающие на предприятие материалы подлежат раскрою на заготовки. От правильности раскроя зависит себестоимость продукции (используется, например на автозаводах и в др.).

В большинстве случаев раскрой материалов на заготовки производится в определенной пропорции, обеспечивающей получение комплекта заготовок (т.е. кратно комплекту).

Задача оптимизации раскроя материалов заключается в разработке таких вариантов раскроя, при которых получают определенное количество заготовок в данном ассортименте (разных видов) с минимальными отходами.

Для составления математической модели задачи оптимального раскроя введем следующие обозначения:

L - длина материала; S - площадь поверхности листового или рулонного материала; N - количество единиц исходного материала.

Необходимо получить m различных видов заготовок либо длиной L i , либо площадью S i , где i - вид заготовки (i=1, 2, ..., m ).

Известно число заготовок i -го вида в изделии, т.е. то число заготовок, которое необходимо для производства одного изделия - b i . Число комплектов изделий, выпускаемых предприятием обозначим через k .

Раскрой материала можно произвести n способами. Известно а ij - число заготовок i -го вида, получаемое j -м способом (j =1, 2, …, n ).

Количество отходов, получаемое при раскрое единицы исходного материала j -м способом - С j .

Требуется составить такой план раскроя, чтобы обеспечить получение полных комплектов заготовок с минимальными отходами.

Обозначим через x j количество единиц исходного материала, раскроенных j -м способом. Найти такие x j ³ 0 , которые удовлетворяют следующим ограничениям:

(ограничение по количеству исходного материала)

(ограничение по плану производства)

Столько получается заготовок i-го вида при всех вариантах раскроя. Исходя из условия комплектности получим следующие ограничения по плану производства:

Суммарная величина отходов должна быть минимальной, тогда функция цели примет вид:

Пример расчетов в задаче оптимального раскроя материалов.

Из металлических прутков длиной по 6 м каждый, имеющихся в количестве 100 шт. необходимо изготовить конструкцию, изображенную на рис.1.