Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAIAutokarosserien werden aus einigen hundert Metallteilen hergestellt. Im Produktionsablauf werden diese dreidimensionalen Teile aus zweidimensionalem Blech ausgestanzt, bevor sie geformt und zusammengeschweißt werden. Das zweidimensionale Blech liegt auf langen Rollen vor, die Coils genannt werden. Coils können viele verschiedene Breiten, Materialeigenschaften und Preise haben. Jedes metallene Teil in einem Auto hat bestimmte Anforderungen an die Qualität des Metalls, aus dem es gefertigt wird. Im CoilNest-Projekt minimieren wir die Materialkosten des Blechs, indem wir die zweidimensionalen Teile geeigneten Blech-Coils zuordnen und sie unter Berücksichtigung einer gegebenen Menge von Randbedingungen verschachteln.
Coil Nesting
Das Bild zeigt die Verschachtelung von Platinen auf einem Coil. Es ist ein periodisches Muster entstanden.
Aufgrund von maschinellen Einschränkungen ist es nur möglich, wenige Teile gemeinsam auf einem Coil zu verschachteln. Dies ist anders als in vielen anderen klassischen Problemen, wie der Schnittbilderstellung auf Stoffen und Leder, wo mehrere hundert Teile angeordnet werden müssen. Die Teile, die auf einem Coil platziert werden, bilden ein sich periodisch wiederholendes Muster – wie auf dem Bild unten zu sehen ist. Die Breite des Coils wird vom Optimierungsalgorithmus ausgewählt.
Das Problem, das in CoilNest gelöst wird, ist kein reines Packungsproblem wie etwa die Probleme in der textil- und lederverarbeitenden Industrie. In der Produktion von Karosserien besteht ein grundlegender Teil der Optimierung aus der Entscheidung, welche Teile auf demselben Coil angeordnet werden sollen. Dieses Problem gehört zur Gruppe der Mengenpartitionierungsprobleme.
Einige der unterstützten Randbedingungen sind:
- eine maximale Anzahl von Teilen pro Musterwiederholung
- freie oder eingeschränkte Rotation der Teile
- Spiegelung der Teile erlauben oder verbieten
- verschiedene Anforderungen an die Art des Metalls für jedes Teil
Im Projekt CoilNest hat Fraunhofer SCAI eine spezielle Software für den Produktionsprozess eines führenden Automobilherstellers entwickelt. Dennoch sind die Optimierungsprobleme und Randbedingungen sehr typisch für die gesamte Automobilindustrie. Die entwickelten Konzepte können zur Handhabung von Multi-Coil-Anordnungen, periodischen Platzierungen und Anordnungen für sehr wenige Teile genutzt werden um Verschachtelungsprobleme in anderen Industriezweigen zu lösen.
Zur Berechnung von optimierten Schnittplänen auf Blech und anderen Materialien bieten wir die Standardsoftware AutoNester-T an.
Zur Berechnung optimierter Verpackungen von tiefgezogenen Karosseriebauteilen und anderen dreidimensionalen Teilen dient unsere Standardsoftware PackAssistant.