Wenn das Schwierige nicht die Software ist, sondern die Mathematik
Jeder in Ihrem Betrieb weiß, dass die Platten besser geschachtelt werden könnten. Ein erfahrener Arbeitsvorbereiter macht das nach Augenmaß, und es ist nah dran. "Nah dran" ist aber ein Kostenfaktor, den Sie bei jedem Auftrag bezahlen, dauerhaft.
Der Grund, warum das so bleibt, ist selten Bequemlichkeit. Es liegt daran, dass das Problem tatsächlich schwer ist und dass die meisten Softwarehäuser genau an dieser Stelle abbiegen.
Die optimale Lösung existiert. Sie lässt sich nur selten beweisen.
Das ist der Unterschied zu den meisten Aufgaben in der Fertigungssoftware. Bei einer Stückliste ist die Frage, wie man sie sauber abbildet. Beim Zuschnitt ist die Frage, ob sie überhaupt in vertretbarer Zeit zu beantworten ist.
Das eindimensionale Zuschnittproblem Stangen, Profile, Rohre auf Länge ist seit den frühen sechziger Jahren gut untersucht. Die klassische Lösungarbeitet mit Spaltengenerierung: Statt alle denkbaren Schnittmuster aufzuzählen, was schon bei wenigen Längen unmöglich wird, erzeugt das Verfahren nur die Muster, die sich tatsächlich lohnen.
In zwei Dimensionen wird es unangenehmer. Rechteckige Teile auf Platten sind der einfachere Fall. Unregelmäßige Konturen Blechteile, Zuschnitte für Fassaden, alles, was nicht rechteckig ist verlangen Geometrie: Man muss für jedes Teilepaar bestimmen, wie nah zwei Konturen aneinander liegen können, ohne sich zu überschneiden. Dieses Kernproblem ist rechenintensiv, und es fällt für jede Kombination von Teilen und jeden Drehwinkel erneut an.
Beide Probleme sind NP-schwer. Das heißt nicht, dass sich nichts exakt rechnen ließe: Für kleinere und strukturell günstige Instanzen finden exakte Verfahren die optimale Lösung durchaus und weisen sie auch nach. Das Problem ist die Auftragsgröße. Für viele praxisrelevante Instanzen sind exakteVerfahren zu langsam, um die Optimalität innerhalb des verfügbaren Zeitbudgets nachzuweisen. Deshalb arbeitet die industrielle Praxis überwiegend mit Heuristiken und hybriden Verfahren.
Das ist keine akademische Feststellung. Es ist der Grund, warum Ihnen niemand seriös verspricht, für jeden Ihrer Aufträge das nachweisliche Optimum zu liefern und warum die Frage, wie lange gerechnet werden darf, wichtiger ist als die Frage nach dem Optimum.
Die richtige Vergleichsgröße ist nicht die perfekte Lösung, sondern die heutige
Wenn sich die beste Lösung nicht rechtzeitig nachweisen lässt, verschiebt sich die Frage. Sie lautet nicht mehr: Wie nah kommen wir an das theoretische Optimum? Sondern: Wie viel besser sind wir als das, was heute passiert innerhalb der Zeit, die in Ihrem Prozess zur Verfügung steht.
Gut abgestimmte Heuristiken können in der Praxis sehr gute Lösungen liefern, oft deutlich schneller, als ein exaktes Verfahren die Optimalität beweisen könnte. Wie gut sie im Einzelfall sind, hängt von der Problemklasse, den Nebenbedingungen und der Struktur Ihrer Teile ab; eine allgemeine Garantie afür gibt es nicht. Für Ihre Entscheidung zählt ohnehin ein anderer Abstand: nicht der zur bestmöglichen Lösung, sondern der zwischen Ihrer heutigen Schachtelung und dem, was ein abgestimmtes Verfahren an Ihren Teilen erreicht. Für diesen Abstand bezahlen Sie.
Die Zeitvorgabe ist eine Konstruktionsvorgabe Ein Verfahren, das über Nacht rechnet, ist etwas anderes als eines, das während der Auftragserfassung antworten muss. Beides ist legitim, aber es sind unterschiedliche Systeme. Wenn Ihr Arbeitsvorbereiter am Bildschirm sitzt und wartet, ist die zulässige Rechenzeit vielleicht eine Sekunde. Läuft die Optimierung nachts über den gesamten Auftragsbestand, sind es Stunden und mit Stunden lässt sich sehr viel mehr anfangen.
Das ist die erste Frage, die wir in einem solchen Projekt stellen: Wann muss die Antwort da sein? Die Antwort darauf bestimmt das Verfahren, nicht umgekehrt.
Wer Ihnen eine Prozentzahl nennt, bevor er Ihre Teile, Ihre Materialien und Ihre Maschinen gesehen hat, rät. Die erreichbare Verbesserung hängt vollständig davon ab, wie gut Ihr heutiger Ausgangspunkt ist.
Der Algorithmus ist nicht immer der größte Hebel
Das ist der Teil, den Vorführungen auslassen, weil er sich schlecht zeigen lässt. In vielen Betrieben liegt der größere Gewinn nicht in einem besseren Packverfahren, sondern in den Randbedingungen darum herum.
Schachteln über Aufträge hinweg
Ein einzelner Auftrag füllt eine Platte selten sauber aus. Werden mehrere Aufträge mit gleichem Material und gleicher Stärke gemeinsam geschachtelt, entsteht der Spielraum, den die Optimierung überhaupt erst nutzen kann. Das kann einer der größten einzelnen Hebel sein und er ist keine Frage der Mathematik, sondern der Planung: Er setzt voraus, dass Sie Aufträge bündeln dürfen, und das berührt Liefertermine.
Restplattenverwaltung
Der Verschnitt der letzten Woche ist das Rohmaterial dieser Woche, aber nur, wenn jemand weiß, dass er existiert, wo er liegt und welche Maße er hat. Ohne Bestandsführung der Reste landet ein großer Teil des rechnerischen Gewinns wieder im Container. Eine geführte Restplattenverwaltung sieht auf dem Papier unspektakulär aus und kann in der Praxis mehr bewirken als ein besseres Packverfahren bei unveränderten Rahmenbedingungen.
Schnittfuge, Faser- und Walzrichtung, Spannbereiche
Die Schnittfuge kostet bei jedem Schnitt Material und wird in manueller Planung regelmäßig zu grob angesetzt. Faser- oder Walzrichtung schränkt die zulässigen Drehwinkel ein, was die Lösung verschlechtert, aber verbindlich ist. Spannbereiche, Greiferzonen und Anfahrwege sind Flächen, die die Maschine belegt und das Verfahren kennen muss.
Was die Maschine zulässt
Bei klassischen Plattensägen werden Schnitte typischerweise durchgehend von Kante zu Kante geführt. Dadurch sind viele geometrisch mögliche Anordnungen fertigungstechnisch nicht zulässig. Bei Laser, Plasma und Wasserstrahl entfällt diese Einschränkung; dafür treten je nach Anlage und Werkstoff andere auf, etwa gemeinsame Schnittkanten, Anfahrpunkte oder thermischer Verzug bei eng liegenden Teilen. Ein Verfahren, das die Regeln Ihrer Anlage nicht kennt, erzeugt Schachtelungen, die auf dem Bildschirm besser aussehen und in der Halle nicht funktionieren.
Eine Optimierung, die nicht an Ihre Maschine und Ihre Bestände angeschlossen ist, erzeugt ein Bild. Ein Bild spart kein Material.
Drei Beispiele aus vierzehn Jahren
Zweidimensionales Bin Packing gegen zwei Gewichte gleichzeitig
Kartons zu packen ist die bekannte Aufgabe. Erschwerend kam hinzu, dass Speditionen nach dem höheren von zwei Werten abrechnen: dem tatsächlichen Gewicht und dem Volumengewicht. Eine Packung, die das eine verbessert, verschlechtert regelmäßig das andere. Zu optimieren war also nicht der Platz, sondern die Frachtkosten eine andere Zielfunktion, und eine, die in Standardsoftware nicht vorgesehen ist.
Skelettierung zur Mittellinienbestimmung
Aus einer beliebigen Kontur die Mittellinie ableiten und daraus einen Werkzeugweg erzeugen. Das ist Bildverarbeitung und Geometrie in einem, und es ist die Grundlage dafür, dass eine Maschine eine Form abfahren kann, für die niemand eine Bahn gezeichnet hat.
Maßermittlung aus einer einzelnen Fotografie
Reale Abmessungen aus einem Bild bestimmen, genau genug, um daraus eine Fassade zu kalkulieren. Kein Aufmaß vor Ort, kein Modell ein Foto und die Rechnung dahinter.
Diese drei Aufgaben haben gemeinsam, dass sie sich nicht durch eine bessere Oberfläche lösen ließen. Sie waren rechnerisch schwer, und die üblichen Anbieter haben sie umfahren.
Sechs Fragen, die die Vorführung überstehen müssen
Diese Liste ist nicht auf uns zugeschnitten. Stellen Sie sie jedem, der Ihnen Optimierung verkauft, uns eingeschlossen.
Wenn nur innerhalb, ist der größte Hebel nicht angeschlossen.
Bestand, Maße, Lagerort oder gar nicht.
Eine Sekunde in der Auftragserfassung und eine Nacht über den Bestand sind zwei verschiedene Systeme.
Durchgehende Schnitte, Schnittfuge, zulässige Drehwinkel, Spann- und Greiferbereiche, gemeinsame Schnittkanten.
Ausbeute je Platte ist die naheliegende Kennzahl und nicht immer die richtige. Bei teurem Material zählt sie, bei teurer Maschinenzeit zählt die Schnittlänge, und bei Fracht zählt etwas Drittes.
Die Antwort darauf entscheidet, ob Sie eine Optimierung gekauft haben oder eine Darstellung.
Dreißig Minuten, ein echter Schnittplan.
Bringen Sie einen Auftrag mit, den Sie letzte Woche geschnitten haben, mit Ihren Teilen und Ihrem Material. Wir rechnen ihn gegen Ihren Schnittplan. Das Ergebnis ist entweder eine Zahl, mit der Sie arbeiten können, oder die Auskunft, dass bei Ihnen wenig zu holen ist.