Die Qualität von Programmen, die Zuschnitte für Holz, Stahl oder Textilien berechnen, lässt sich über die Minimierung des Materialverlusts leicht bestimmen. Danach gehören die Software-Pakete für Packungs- und Zuschnittprobleme des Fraunhofer SCAI zu den leistungsstärksten. Im Interview erklärt Abteilungsleiter Dr. Ralf Heckmann die Hintergründe für den Erfolg der Forschungen.

Hallo Herr Heckmann, Das Problem des »richtigen« Zuschnitts zu lösen gehört zu den grundlegenden Aufgaben in der Textilindustrie.

Nicht nur dort. Immer wieder geht es um Antworten auf die Frage, wie aus möglichst wenig Material möglichst viel herausgeholt werden kann. Denken Sie an den Möbelbau oder auch den Metall-Zuschnitt in der Automobilindustrie. Mit den Software-Paketen, die wir am Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI entwickeln, wollen wir allerdings nicht nur den verlustfreien Zuschnitt optimieren. Wir beschäftigen uns beispielsweise bei der Software PackAssistant auch damit, wie möglichst viele Teile auf möglichst kleinem Raum zusammenpassen. Gerade für Verpackungen ist das grundlegend.

Daneben bieten Sie mit AutoNester-T eine Software für die automatische Schnittbildgenerierung auf Stoffen, Metall, Holz, Pappe sowie Glas und mit AutoNester-L eine Software für automatische Schnittbildgenerierung auf Lederhäuten. Dazu kommen eine Software zur Kompaktierung zweidimensionaler Schnittbilder (AutoCompactor), die Software CutPlanner zur Produktionsplanung sowie mit dem AutoPanelSizer und dem AutoBarSizer Software zur Schnittplangenerierung mit rechtwinkligen Schnitten auf Holz beziehungsweise für Schnittpläne zum Zuschnitt von Stahlprofilen. Warum braucht man für Zuschnitte so unterschiedliche Software? Die den Programmen zugrunde liegende Flächenberechnung ist doch die gleiche.

Die Aufgabenstellung ist ähnlich, aber eben nicht gleich. Die Verschiedenartigkeit liegt in den Algorithmen, die verschiedene Randbedingungen berücksichtigen müssen. Es ist ein Unterschied, ob Sie – wie etwa bei der Software AutoPanelSizer (siehe entsprechender Fraunhofer-InnoVisions-Artikel) – die Schnittmuster einer Kreissäge berechnen, die das Holz Schnitt für Schnitt zerteilt. Oder ob Sie mit einer Software für den Textilbereich arbeiten, wo ein feines Messer in den Stoff eintaucht, um akkurate Muster zu schneiden (wir berichteten schon 2013). Und natürlich spielt auch die Dimension eine Rolle. Ein Schnittmuster auf einem letztlich zweidimensionalen Stoff ist etwas anderes als das Packen eines Pakets, bei dem die Teile auch in der Höhe möglichst verlustfrei kombiniert werden sollen.

Lässt sich das durch den Einsatz der Software gewonnene Potenzial quantifizieren?

Unsere Software dürfte etwa 90 Prozent des aktuellen industriellen Bedarfs an Software für den möglichst verlustfreien Materialzuschnitt in ein und zwei Dimensionen abdecken. Im Bereich von 3D-Verpackungen sind wir ebenfalls führend, hier aber gibt es wohl noch am meisten Forschungsbedarf. Der konkrete Effekt einer von uns entwickelten Software ist natürlich von Unternehmen zu Unternehmen und Auftrag zu Auftrag sehr unterschiedlich. Aber wenn Sie unseren PackAssistant (auch hierzu ein Beitrag aus dem Jahr 2012 mit Screenshots) als Beispiel nehmen, dann bestätigt uns ein Automobilzulieferer, dass bei ihm »normalerweise« 36 Teile in einen Behälter gepackt waren. Dank des Einsatzes unserer Software aber ist die Zahl auf 45 Teile je Behälter gestiegen. Allein dafür beträgt die Frachtkostenersparnis fast 60.000 Euro im Jahr. Das lässt sich zwar nicht verallgemeinern, aber ein Potential von einigen Prozentpunkten - im Verpackungsbereich auch deutlich mehr - ist durchaus drin.

Wie arbeitet die Software?

Eine der Grundideen, nach dem wir eine Software zunächst aufbauen und später verfeinern, ist nach wie vor ein klassisches Versuch-und-Irrtum–Verfahren. Die Software variiert also auf mathematischer Ebene verschiedene Ansätze und bewertet dann die Ergebnisse. Die Erkenntnisse fließen ein in die Algorithmen, die später im Hintergrund laufen. Aber für die »Intelligenz« dieser Algorithmen ist »Erfahrung« natürlich nur ein Aspekt – zumal die jeweiligen Berechnungen unterschiedlich ausgerichtet sind. Ein anderer Grundansatz ist zum Beispiel das Nutzen linearer Ungleichungssysteme, um verschiedene Anordnungsmöglichkeiten zu formulieren und dann die jeweils Ideale zu berechnen.

Was unterscheidet die Software des Fraunhofer SCAI von der Konkurrenz, die derzeit ebenfalls auf dem Markt angeboten wird?

Stark vereinfacht könnte man sagen: Sie arbeitet erfolgreicher. Unsere Algorithmen erlauben eine bestmögliche Material- beziehungsweise Platzausnutzung. Für die Unternehmen ist das ein geldwerter Vorteil. Sie benötigen weniger Material und müssen weniger Transport- und Lagerkapazitäten in Anspruch nehmen. Konkrete Einsparungen variieren je nach Unternehmen und Einsatzzweck. Selbst, wenn mit Hilfe der Software nur wenige Zehntel Prozentpunkte eingespart werden, häuft sich beispielsweise bei der Herstellung von Millionen Jeans, die ein Fabrikant im Laufe eines Jahres produziert, ein bedeutender Materialberg auf. Dieser kann nun für die Produktion weiterer Kleidung genutzt werden. 

(aku)

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Dr. Ralf Heckmann
  • Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
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