Die optimale Anordnung von Stoff- und Lederteilen für Textilien, Polstermöbel oder Fahrzeugsitze beim Zuschnitt gleicht einem Puzzle. Weil dabei auch auf Kriterien wie Musteranordnung, Fadenlauf oder Materialfehler geachtet werden muss, ist eine Minimierung des Verschnitts eine hochkomplexe Aufgabe. Selbst Mitarbeiter mit viel Praxiserfahrung können diese Aufgabe in der Regel nur unzureichend lösen. Das Fraunhofer SCAI hat nun eine Optimierungssoftware für CAD-Systeme entwickelt, die materialsparende und damit möglichst optimale Zuschnittslösungen erreicht. Das »Geheimnis« ist eine Kombination aus verschiedenen Optimierungstechniken und Suchverfahren.

Der Abfall, der beim Zuschnitt von Stoffteilen für Textilien, Polstermöbel oder Fahrzeugsitze anfällt, ist für die Hersteller ein erheblicher Kostenfaktor. Ihr Ziel ist es daher, die verschiedenen Teile auf der Stoffbahn so anzuordnen, dass sich der Verschnitt minimiert. Gerade bei der Verarbeitung hochwertiger, strukturierter und gemusterter Stoffe oder beim Zuschnitt von Ledermaterialien wird dieses Optimierungsproblem noch durch zusätzliche Anforderungen erschwert. Bei der Erstellung der Schnittbilder müssen beispielsweise auch der Fadenlauf oder die für die einzelnen Teile vorgesehene Lage des Musters berücksichtigt werden. Außerdem sind noch spezifische Eigenheiten der einzelnen Stoffbahn oder Lederhaut wie Materialfehler oder Farbverlauf zu beachten. So ergeben sich schnell Millionen verschiedener Anordnungsmöglichkeiten. Durch Ausprobieren per Hand eine möglichst optimale Lösung zu finden, ist daher eine in einem vernünftigen Zeitrahmen nicht zu bewältigende Puzzleaufgabe.

Mit »AutoNester« entwickelten die Optimierungsexperten des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI eine Berechnungssoftware für die Schnittbilder, die sich direkt in die CAD-Umgebungen für Hersteller von Textilien, Polstermöbeln und Fahrzeugsitzen integrieren lässt. Die Berechnung der optimalen Teileanordnung auf einer Stoffbahn oder einer Lederhaut ist allerdings auch für den Computer kein einfach zu lösendes Problem. Entscheidend bei den Berechnungen ist nicht nur die Minimierung des Verschnitts unter Beachtung aller Randbedingungen, sondern auch, dass dies mit einem vertretbaren Aufwand an Rechenkapazität und Rechenzeit erreicht wird. Die Softwarelösung der Fraunhofer-Forscher liefert die optimierten Schnittbilder auf einem Standard-PC innerhalb weniger Minuten. Möglich macht dies die intelligente Verknüpfung mehrerer Optimierungstechniken und Suchverfahren. Beispielsweise werden mit lokalen Suchverfahren erst einzelne Ausschnitte der gesamten Stoffbahn betrachtet und darauf einige Stoffteile positioniert. Algorithmen prüfen dann, inwieweit eine Drehung oder Verschiebung der Teile das lokale Ergebnis verbessert. Die errechneten Informationen werden anschließend genutzt, um die Teileanordnung schrittweise über die gesamte Fläche der Stoffbahn oder Lederhaut zu optimieren. Dabei werden die Suchverfahren ergänzt durch spezielle Analyse- und Berechnungsstrategien und effizienten Heuristiken, die eine Bestimmung nahe am Optimum liegender Lösungen erlauben – selbst, wenn dieses nicht berechenbar ist oder zumindest mit vertretbarem Rechen- und Zeitaufwand nicht errechnet werden kann.

Optimierungsbeispiel für den Zuschnitt von Leder: Nach einer Minute Rechenzeit sind die 30 Einzelteile so auf der Lederhaut angeordnet, dass 83 Prozent des Materials genutzt werden können. Bild: Fraunhofer SCAI

Ihre Softwarelösung bieten die Fraunhofer-Entwickler in mehreren, für spezielle Anwendungen optimierten Varianten an: »AutoNester-T« etwa ist spezialisiert auf die automatische Erstellung von Schnittbildern für den Zuschnitt von Stoffbahnen. Die Berechnungsalgorithmen und Softwarefunktionen von »AutoNester-L« sind dagegen auf die spezifischen Anforderungen der Verarbeitung von Lederhäuten und ähnlicher qualitätsbehafteter Materialien angepasst. Darüber hinaus gibt es weitere Softwarevarianten für den materialsparenden Zuschnitt von Holz und Metall. »AutoNester« lässt sich über eine Programmierschnittstelle (API) direkt in unterschiedliche CAD-Softwarelösungen integrieren. Die Optimierungslösung für die Erstellung von Schnittbildern wird bereits von einer Reihe von Entwicklern von CAD-Systemen für die textilverarbeitende Industrie und für andere Industriezweige mit vergleichbaren Packungsproblemen genutzt. (stw)

Keine Kommentare vorhanden

Das Kommentarfeld darf nicht leer sein
Bitte einen Namen angeben
Bitte valide E-Mail-Adresse angeben
Sicherheits-Check:
Drei + = 6
Bitte Zahl eintragen!
image description
Experte
Alle anzeigen
Dr. Onno Garms
  • Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI
Weitere Artikel
Alle anzeigen
Vorbereitet auf die Wirklichkeit
Durchdigitalisierte Produktion
Großer Wurf für kleinste Strukturen
Veranstaltungen
Alle anzeigen
Stellenangebote
Alle anzeigen