Как следует из предыдущих разделов, понятие оптимальной карты раскроя является неоднозначным. Карта раскроя с высоким значением КИМ может быть абсолютно нетехнологична и наоборот. Однако всегда можно сформировать карты раскроя, удовлетворяющие максимальному количеству требований, актуальных для конкретного технологического процесса. Приведем ряд практических рекомендаций по методике выполнения раскроя.
При использовании плит определенного размера могут сформироваться карты раскроя, имеющие неудовлетворительное значение КИМ, или низкую технологичность. В том случае, если есть возможность закупать плиты других размеров, имеет смысл раскроить тот же список панелей, но при другом типоразмере плиты. Возможно, качество карт раскроя станет выше. Причем совсем необязательно, что на больших по площади плитах карты раскроя будут более качественными.
После выполнения раскроя обязательно надо проанализировать полученные карты. Во-первых, необходимо оценить размеры получившихся обрезков с точки зрения того, на какую величину размеры обрезков отличаются от ближайших по размеру панелей изделия. Может быть, есть возможность изменить размеры каких-нибудь деталей или всего изделия для получения более качественных карт раскроя.
Приведем простой пример. Пусть есть плита размером 2000х1000 мм. Ширина реза 0 мм. Необходимо раскроить 12 деталей размером 1001х501 мм. Очевидно, что на одну плиту помещается только одна панель, т.е для выполнения заказа необходимо 12 плит, а значение КИМ — около 25%. Но, если размеры панели уменьшить всего на 1 мм, то панелей с размерами 1000х500 мм на плите 2000х1000 мм разместится четыре штуки, а значение КИМ при этом будет равно 100%. При всей условности примера он наглядно иллюстрирует, как можно изменив размеры панелей на величину, которая, как правило, не критична для функциональности и эстетических показателей мебельных изделий, получить значительный выигрыш по всем основным показателям: стоимости, трудоемкости и времени изготовления изделия.
В том случае, когда размеры панелей изменить невозможно, можно попытаться варьировать толщиной облицовки. Рассмотрим пример. Панели в изделии облицованы материалом толщиной 0,5 мм со всех сторон, при этом облицовка нанесена с подрезанием контура панели. Это означает, что распиловочные размеры панелей уменьшаются на две толщины кромки по каждому измерению — длине и ширине, то есть на 1 мм. Формируем и анализируем карты раскроя. Допустим, они не устраивают по качеству. Возвращаемся к модели изделия в модулях БАЗИС-Мебельщик или БАЗИС-Шкаф и выполняем команду групповой замены облицовочного материала на новый толщиной 2,0 мм (или команду замену облицовочного материала на отдельных кромках панелей). В этом случае распиловочные размеры панели уменьшатся уже на 4 мм, но размеры готовой панели останутся прежними. Выполняем повторный раскрой и анализируем результаты. Вполне может оказаться, что значение КИМ возрастет очень резко, поскольку именно этих миллиметров и не хватало для получения качественного раскроя. Конечно, новый облицовочный материал стоит дороже, то есть при новом раскрое проигрываем в стоимости облицовочного материала, но экономим на стоимости ДСтП, что может «перекрыть» полученное удорожание. Получается парадоксальная ситуация: более дорогая мебель (за счет дорогой облицовки) оказывается в производстве более дешевой за счет экономии материала. Отметим, что все расчеты затрат на изделие выполняются автоматически и практически мгновенно в модуле БАЗИС-Смета.
Еще одно пояснение. В алгоритмах раскроя плитных материалов для мебельной промышленности заложена идеология раскроя гильотинными резами, то есть прямыми сквозными резами, разрезающими текущую полосу на две части. Одним из требований технологичности раскроя является точность размеров деталей с учетом допусков и посадок. Соответственно, алгоритмы формирования карт раскроя должны работать таким образом, чтобы получать панели с максимально точными размерами.
Рассмотрим фрагмент карты раскроя, приведенный на рис. 5.1.
Последнюю полосу, содержащую одиннадцать панелей с размерами 200х120 мм можно кроить разными способами. Допустим, что упоры устанавливаются с точностью ±0,5 мм, что является обычной точностью при распиловке панелей. Ширина реза - 5 мм. Выполняем раскрой. Вначале выполняем торцевание плиты, затем отрезаем полосу с этими панелями, то есть выполняем «горизонтальный» рез. После этого можно сделать рез на расстоянии 200*11+5*10 = 2250 мм для того, чтобы отпилить отход. Но этот размер может быть установлен на 0,5 мм меньше (точность установки упоров), то есть 2249,5 мм. Выполняем рез и устанавливаем размер по ширине на 120 мм, который реально из-за точности установки может оказаться равным 120-0,5=119,5 мм. Затем устанавливаем размер 200 мм, который реально может оказаться равным 200+0,5=200,5 мм. Отрезаем десять панелей, при этом размеры последней панели образуются автоматически. Измеряем ее длину и обнаруживаем, что она равна 194,5 мм, то есть на 5,5 мм меньше, чем нужно. Как это получилось, если все размеры были установлены с точностью 0,5 мм? Однако это легко доказать: 2249,5 - 200,5*10 - 5*10 = 194,5 мм. Реальный размер последней панели оказался равным 194,5х119,5 мм, а это уже неисправимый брак. Этот пример иллюстрирует, как влияет очередность раскроя на реальные размеры деталей.
Никогда не следует забывать о том, что технологический документ (в данном случае карта раскроя) - это инструкция для рабочего, заключающая в себе всю технологию изготовления и контрольные размеры, а не просто геометрический рисунок. На серьезном производстве рабочий не должен ничего складывать или прикидывать. Он должен точно следовать предписаниям в соответствии с документацией технологического процесса изготовления изделия.
Анализ оптимальности, технологичности и исполнимости карт раскроя
В данном разделе приведены примеры некоторых карт раскроя, полученных в различных программах, с анализом тех проблем и неудобств, которые могут возникнуть при их реализации на раскройном оборудовании. Это позволит читателю получить более полное представление о таких важных параметрах карт раскроя, как их технологичность и исполнимость. Ряд примеров карт раскроя и комментарии к ним с согласия автора взяты из статьи [27], часть — с профессионального мебельного форума htpp://mebelsoft.net.
Будем считать, что технологическая операция торцевания кромок плиты с двух сторон для обеспечения измерительной базы (кромки, от которой ведется отсчет) выполнена, поэтому она не рассматривается при описании последовательности действий по раскрою. Для упрощения анализа будем считать, что ширина реза равна нулю.
Проанализируем карту раскроя, показанную на рис. 5.2. С точки зрения КИМ данная карта вполне хорошая. Рассмотрим процесс ее исполнения на круглопильном станке: выполняем последовательно горизонтальный рез 1 и вертикальный рез 2.
Для раскроя оставшейся части листа единственными базами являются левая и верхняя кромки. Чтобы выполнить следующий рез, например, горизонтальный рез 3, необходимо сложить ширину полос (480+394+394 мм). Это означает, что на этом шаге ни один точный размер выставить невозможно — произошла потеря базы.
На первый взгляд кажется, что ничего страшного не произошло. Однако, где гарантия, что рабочий не ошибется и часть листа просто не уйдет в брак? Второй, более серьезный момент. Ни одна операция не может быть выполнена точно, поскольку в технике не существует размеров без допусков. Они обеспечиваются точностью станка, системой линеек и упоров, точностью измерительных приборов и т.д. На первом и втором шаге размер полосы выставлялся точно от базы, поэтому погрешность размеров минимальна. При отрезе полос на оставшейся части листа (горизонтальный рез 3) размер отрезаемой полосы будет выставлен с погрешностью 0,5 мм. Cоответственно, можно выставить размер 480+394+394=1268-0,5 мм=1267,5 мм.
Вертикальные резы 4, 5 и 6 выполняем с удовлетворительной точностью. Далее берем полосу 509х1267,5 мм и разрезаем ее горизонтальными резами. Для выполнения реза 7 при установке размера 480 мм с точностью 0,5 мм реально установили размер 480,5 мм, а при выполнении реза 8 при установке размера 394 мм с точностью 0,5 мм реально установили размер 394,5 мм.
Последняя деталь получилась с размером 392,5 мм, меньше номинала на 1,5 мм. Это для серьезного производства уже неисправимый брак, поскольку заданная точность исполнения 0,5 мм.
Для карты, показанной на рис. 5.3 даже для первого реза невозможно выставить точный размер. Первый рез (вертикальный рез 1) должен производиться на расстоянии 6*363 мм. Для дальнейшего раскроя установим размер 363 мм с точностью 0,5 мм, то есть первые пять полос будут отрезаться в размер 363,5 мм. Нетрудно подсчитать, что размер последней полосы будет равным 360 мм, а это уже неисправимый брак четырех деталей. Конечно, мы можем получить пять полос размером 362,5 мм, а последнюю полосу - размером 366 мм. Это уже исправимый брак, но для его исправления придется делать дополнительный рез.
Рассмотрим карту, приведенную на рис. 5.4. Как видно, укладка панелей на ней довольно плотная, но сама карта является неисполнимой, то есть выполнить раскрой в соответствии с ней просто невозможно. Рассмотрим возможную последовательность действий:
▼ выполнение вертикального реза 1 в размер 872 мм;
▼ выполнение горизонтального реза 2 в размер 868 мм;
▼ выполнение горизонтального реза 3 в размер 550+90 мм.
Дальше ни одного сквозного реза, например, горизонтальные резы 4, 6, или вертикальный рез 5, выполнить невозможно. Хорошо, если рабочий перед выполнением раскроя заметит это. В противном случае один или несколько листов материала уйдут в брак.
Карта, показанная на рис. 5.5, исполнима и имеет неплохое значение КИМ. Последовательность ее распила следующая: вертикальный рез 1, опиливание кромки, поворот, горизонтальный рез 2, опиливание кромки, поворот, вертикальный рез 3 и т.д. Другими словами, практически после каждого реза плиту придется поворачивать, а, значит, трудоемкость раскроя существенно возрастает.
Карту на рис. 5.6 на первый взгляд улучшить невозможно: и КИМ максимальный, и технологичность обеспечена. Рассмотрим последовательность распила. Вначале опиливаем правую сторону (вертикальный рез 1), а затем, развернув плиту на 90°, нарезаем полосы. Неудобство кроется в необходимости разворота практически целой плиты, поскольку, например, средний вес плиты ДСтП 2750х1830 мм толщиной 16 мм около 60 кг. Значительно легче было бы вначале нарезать полосы, а уж потом у каждой из них опилить кромку.
Рассмотрим последовательность распила карты, показанной на рис. 5.7. Выполняем вертикальный рез 1 в размер 2000 мм. Далее ее необходимо распилить на горизонтальные полосы, первая из которых имеет размер 1999х50 мм. Из-за наличия внутренних напряжений в плите, такую узкую и длинную полосу с большой вероятностью изогнет, и ее, возможно, придется списать в брак. Тоже самое может случиться и с крайней правой вертикальной полосой (вертикальный рез N) шириной 100 мм.
Карта раскроя, показанная на рис. 5.8, решает проблему возможного изгиба узкой полосы шириной 50 мм, расположив ее посередине листа. Такой эффект получен при помощи выбора метода сортировки, при котором узкие полосы располагаются внутри. Однако это существенно «ухудшило» технологичность остальных полос: попеременная установка упоров на уменьшение и увеличение размеров отрезаемых полос второго и выше уровней способствует понижению точности размеров. Это произошло в силу того, что выбранный метод сортировки действует на полосы всех уровней.
Решить эту проблему возможно включением опции Узкие полосы первого уровня располагаются внутри, который расположен на вкладке Критерии выбора в диалоге задания параметров раскроя. В этом случае, как видно из рис. 5.9, полоса шириной 50 мм по-прежнему располагается в середине плиты, но при этом в каждой получаемой полосе панели сортируются по установленному методу, например, от максимального размера к минимальному размеру.
Карту раскроя, показанную на рис. 5.10, вообще невозможно реализовать, поскольку в выделенном фрагменте отсутствуют прямые сквозные резы.
Таким образом, анализ карт раскроя, полученных автоматизированным способом в различных программах раскроя, показывает, что отсутствие учета технологических факторов оптимизации в лучшем случае приводит к получению трудоемких в реализации карт раскроя, а в худшем случае — к неисправимому браку. Традиционные алгоритмы оптимизации раскроя по максимальному значению КИМ по этим причинам далеко не всегда обеспечивают его.
Уменьшение трудоемкости раскроя
Задача уменьшения трудоемкости операции раскроя является актуальной для любого мебельного предприятия. Рассмотрим возможные варианты ее решения. Будем считать, что на предприятии используются пильные центры, на которых можно выполнять пакетный раскрой, и обычные круглопильные станки. Информацию для построения наименее трудоемкой стратегии раскроя будем получать из выдаваемой модулем БАЗИС-Раскрой статистической информации.
Допустим, выполнен раскрой некоторого задания, содержащего примерно пятьдесят типоразмеров панелей общим количеством не менее 150 штук, а количество панелей порядка 3000 штук. Вариант фрагмента статистических данных, формируемых модулем БАЗИС-Раскрой, приведен в табл. 5.1.
Качественные показатели выполненного раскроя достаточно хорошие. Поскольку используемое оборудование позволяет одновременно раскраивать до шести плит в пакете, в таблице приведены характеристики всех возможных вариантов пакетного раскроя. Рассмотрим их.
Общее количество используемых плит — 162 штуки. Если выполнять раскрой только на круглопильном станке по одной плите за цикл, то количество циклов будет равно количеству плит — 162 цикла.
При выполнении раскроя по две плиты в пакете количество циклов будет равно 84. При переходе к раскрою по три плиты, количество циклов уменьшается незначительно, до 83. Другие характеристики тоже улучшаются, но незначительно. Зато при переходе к раскрою по четыре плиты все значения резко улучшаются, почти в два раза. Например, количество циклов равно уже 45.
Дальнейшее увеличение количества плит в пакете совершенно не изменяет характеристики раскроя. На первый взгляд это не логично. Тем не менее, объяснение достаточно простое: в данном варианте набор панелей таков, что для его раскроя невозможно сформировать пакеты по пять плит. Оптимальным вариантом будет раскрой по четыре плиты в пакете.
Такое резкое улучшение характеристик пакетного раскроя происходит далеко не всегда. Рассмотрим еще один пример, информация по которому приведена в табл. 5.2. Резкое уменьшение количества циклов произошло только при переходе к пакетному раскрою, а в дальнейшем оно носит плавный характер.
Поясним, как рассчитывается количество циклов. Пусть надо раскроить по некоторой карте раскроя 12 плит. При четырех плитах в пакете необходимо три цикла (12:4=3), а при пяти плитах —два пакета по пять плит и один пакет из двух плит, то есть те же самые три цикла.
От количества циклов зависит общая длина резов, а от нее — износ пилы. Пиление тупым инструментом увеличивает потребление электроэнергии, ухудшает качества продукции и может служить причиной поломки пил. Вернемся к первому примеру. При раскрое по одной плите длина резов равна 4654,266 м, а при раскрое по четыре плиты она меньше — 1302,112 м. С другой стороны общая толщина «прорезаемой» плиты в первом случае меньше (одна плита), а во втором — больше (четыре плиты). Следовательно, износ пилы будет практически одинаковым.
Однако это не совсем так. Известно, что износ режущего инструмента зависит от множества факторов: скорости подачи, технического состояния станка и т.д., в том числе, от количества ударов зубьев о поверхность материала и количества распиленного материала. При прочих равных условиях на удар приходится примерно одна треть износа, а собственно на пиление — примерно две трети. Легко догадаться, что количество ударов при раскрое по одной плите будет значительно большим, что приведет к большему износу пилы. Вывод: раскрой предпочтительнее вести пакетами с максимально возможным количеством плит. Это не только экономит время и уменьшает трудоемкость, но и продлевает срок службы режущего инструмента.
Практика штабелирования панелей
Как отмечалось выше, решение задачи оптимального раскроя материалов имеет не только экономические и технологические, но и организационные аспекты, позволяющие повысить производительность работы, как самого раскройного участка, так и многих связанных с ним участков. Проанализируем карты раскроя некоторого заказа, показанные на рис. 5.11 и рис. 5.12.
Общая информация по раскрою (в модуле БАЗИС-Раскрой она выводится перед первой картой) приведена в табл. 5.3.
С точки зрения значения КИМ и технологичности их можно считать оптимальными. Рассмотрим последовательность выполнения раскроя. Карты условно будем нумеровать слева направо и сверху вниз вначале на рис. 5.11 с продолжением на рис. 5.12. Аналогичным образом нумеруем карты на рис. 5.13 с продолжением на рис. 5.14.
После распила первой карты на участке образуются штабели из 40 панелей 800х350 мм (позиция 3), 48 панелей размером 600х290 мм (позиция 1) и 192 панелей размером 500х146 мм (позиция 2). Последние панели можно отправлять на дальнейшую обработку, поскольку они выпилены в полном объеме. Остальные панели остаются на участке. После распила второй карты штабель панелей 800х350 мм (позиция 3) увеличивается еще на 30 панелей, но он попрежнему остается на участке. Только выполнив распил четвертой карты, можно передать панели 800х350 мм (позиция 3) на последующую обработку, но панели 600х290 мм (позиция 1) остаются на участке. Кроме того, появляется штабель панелей 480х352 мм (позиция 4) в количестве 20 штук. Только после распила третьей карты на участке остается единственный штабель панелей 480х352 мм (позиция 4). Таким образом, на раскройном участке во время выполнения заказа постоянно находится значительное количество штабелей панелей разных типоразмеров, которые ждут отправки на дальнейшую обработку. И это, как показывает практика, далеко не самый крупный заказ. Подобная ситуация чревата как минимум двумя отрицательными последствиями:
▼ при близких значениях размеров панелей в разных штабелях велика вероятность субъективной ошибки рабочего, который может просто перепутать панели и положить не в тот штабель;
▼ простой других участков предприятия (облицовочный, фрезерно-присадочный и т.д.) в ожидании панелей.
Выполним раскрой того же задания при неизменных настройках критериев и параметров, но с учетом технологии оптимального штабелирования. Для этого в диалоге настройки параметрах раскроя на вкладке Критерии выбора установим режим штабелирования по площади. Результат показан на рис. 5.13 и 5.14, а общая информация по результатам нового раскроя приведена в табл. 5.4.
Проанализируем результаты раскроя. Значение КИМ уменьшилось на 5,48%, но КИМ с учетом обрезков практически не изменился. Увеличились количество и площадь обрезков, а также количество карт раскроя — на две штуки. Для распила заказа потребовалась одна дополнительная плита материала. Количество и общая длина резов практически не изменились.
В качестве положительного момента отметим двукратное уменьшение количества установок размеров. Рассмотрим последовательность распила листов. После распила первой карты на участке формируется единственный штабель панелей 800х350 мм (позиция 3), который после распила четвертой карты может быть отправлен на следующие этапы обработки. Вместо него образуется штабель панелей 600х290 мм (позиция 1). Последовательно распиливаем шестую и вторую карты, после чего отправляем эти панели дальше. На участке по+прежнему один штабель панелей — теперь размером 480х352 мм (позиция 4). После распиливания седьмой карты они также отправляются на последующие этапы обработки. Последняя (третья) карта содержит только панели 500х146 мм (позиция 2). Таким образом, в любой момент времени на раскройном участке находится не более двух штабелей разных по размеру панелей, один из которых уже полностью подготовлен к передаче на другие участки.
Как видим, оба варианта раскроя имеют и свои достоинства, и свои недостатки. Выбор, как всегда, определяется конкретной производственной ситуацией. Главное в том, что технология оптимального штабелирования дает специалистам мебельного производства дополнительные возможности для организации равномерной загрузки оборудования всех технологических участков. Применять ее или нет — зависит от многих факторов, основной из которых — умение проанализировать и оценить все издержки, возникающие при реализации того или иного заказа.