Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMIntegraler Bestandteil vieler Produktionsprozesse ist das Zerlegen von Rohlingen in Produkte. In der holzverarbeitenden Industrie werden beispielsweise Baumstämme und Bretter zersägt, in der metallverarbeitenden Industrie werden aus Blechen unterschiedliche Teile gestanzt und in einer Vielzahl von Industrien werden Rollen, z.B. aus Papier oder Metall, zugeschnitten. Dabei kommen jedoch unterschiedliche Schneidwerkzeuge zum Einsatz. In vielen Anwendungen kann der Rohling nicht vollständig in Produkte überführt werden, sondern es entsteht unbrauchbarer Verschnitt, den es zu minimieren gilt.
Holzbretter
Optimale Holzausbeute
Exemplarisch für die in der Abteilung Optimierung betrachteten Zerlegeprobleme ist das Problem der Verschnittminimierung in einem Sägewerk. Dort werden Bretter verschiedener Qualitätsstufen und unterschiedlicher Dimensionen aus Baumstämmen geschnitten.
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Verschnittprobleme
Wir setzen uns mit mehreren solcher Zerlegeprobleme auseinander und entwickeln für verschiedene Anwendungen innovative Lösungsverfahren. Wir betrachten dabei nicht nur das eigentliche Zerlegeproblem, sondern analysieren es ganzheitlich eingebettet in den jeweiligen Produktionsprozess.
Dabei werden verschiedene Ansätze verfolgt, diese kann man grob in drei Kategorien einteilen:
- Platziere von einer Auswahl an Produkten möglichst viele in einem Rohling fester Dimension; dabei dürfen Produkte auch vervielfältigt werden.
- Platziere alle Produkte einer Auswahl in einem Rohling minimaler Größe; dabei sind Größe und Form des Rohlings variabel, unterliegen aber möglicherweise gewissen Restriktionen.
- Platziere alle Produkte einer Auswahl in einer minimalen Anzahl von Rohlingen fester Dimension.
Projektbeispiel: Einschnittoptimierung in Sägewerken
Eine zentrale Planungsaufgabe in Großsägewerken ist die Auswahl geeigneter Schnittbilder zur Produktion von Brettern und Balken. Dabei müssen die komplexen technischen Anforderungen der Sägen, die verfügbaren Stämme sowie kaufmännische Gesichtspunkte mit einbezogen werden. Da die verschiedenen Ziele häufig nicht gleichzeitig bestmöglich erfüllt werden können, entsteht die Notwendigkeit, zwischen verschiedenen Schnittbildalternativen abzuwägen und einen guten Kompromiss auszuwählen.
Zur Bewältigung dieser Planungsaufgabe wurde am ITWM ein Entscheidungsunterstützungssystem entwickelt, das einen konsistenten Blick auf eine Vielzahl unterschiedlicher Schnittbilder ermöglicht und aufzeigt, welche Schnittbilder sinnvolle Kompromisse zwischen den unterschiedlichen Zielen darstellen. Insbesondere die Einbeziehung kaufmännischer Gesichtspunkte erlaubt es, die Produktion besser auf die Marktanforderungen abzustimmen. So ist es häufig sinnvoll, zu Gunsten einer besseren Verkaufbarkeit auf ein maximales Verwertungsvolumen zu verzichten.
Das System kann an die unterschiedlichen technischen Anforderungen diverser Sägelinien angepasst werden und orientiert sich an etablierten Entscheidungsprozessen in Sägewerken.
Optimale Holzausbeute im schematischen Stammquerschnitt.