Beschreibung description
Verfahren und Gerät zur Erstellung und Optimierung eines Schneidplanes für einen RollenschneiderProcess and device for creating and optimizing a cutting plan for a slitter rewinder
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erstellung und Optimierung eines Schneidplanes für einen Rollenschneider von kontinuierlich erzeugten Materialbahnen, insbesondere in der Papierindustrie. Daneben bezieht sich die Erfindung auf ein entsprechend dem angegebenen Verfahren prograiruniertes Gerät, enthaltend wenigstens einen programmiebaren Digitalrechner mit Zentraleinheit, Arbeits-, Programm- und Datenspeichern sowie einer Ein-/Ausgabeschnittstelle zum Datenaustausch mit dem Rollenschneider.The invention relates to a method for creating and optimizing a cutting plan for a slitter of continuously produced material webs, in particular in the paper industry. In addition, the invention relates to a device programmed according to the specified method, containing at least one programmable digital computer with a central unit, work, program and data memories and an input / output interface for data exchange with the slitter rewinder.
Speziell in der Papierindustrie hat man es mit einer Auftragslage zu tun, die in kürzester Zeit stark schwanken kann. Eine flexible Produktionsoptimierung ist daher unverzichtbar. In diesem Zusammenhang kommt insbesondere der Maschinen- belegungsplanung für den sog. Rollenschneider , mit dem eine Papierbahn in die vom Kunden geforderte Geometrie, den sog. Kundenrollen, geschnitten wird, eine zentrale Bedeutung zu. Damit verbunden ist eine geeignete Schneidplanerstellung, woran sich üblicherweise eine Optimierung des Schneidplanes anschließt, um in der laufenden Produktion den Verschnitt an Papier zu minimieren. Außer in der Papierindustrie spielt auch bei anderen kontinuierlich erzeugten Materialbahnen, beispielsweise Folien od. dgl . , die Schneidplanerstellung eine wichtige Rolle.In the paper industry in particular, there is an order situation that can fluctuate greatly in a very short time. Flexible production optimization is therefore essential. In this context, machine occupancy planning for the so-called reel cutter, with which a paper web is cut into the geometry required by the customer, the so-called customer reels, is of central importance. This is associated with a suitable cutting plan creation, which is usually followed by an optimization of the cutting plan in order to minimize the waste of paper in ongoing production. In addition to the paper industry, other continuously produced material webs, for example foils or the like, also play. , the cutting plan creation plays an important role.
Ein Schneidplan für einen Rollenschneider besteht aus den Angaben, in welchem Muster das Vorgängerprodukt „Tambour" zerschnitten werden soll, um die Nachfolgeprodukte „Rollen" herzustellen. Der sog. Tambour hat eine vorgegebene Breite. Die Rollen haben unterschiedliche Breiten, wobei üblicher-
weise das Gewicht aller Rollen eines Kundenauftrages zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert schwanken kann. Die Länge einer einzelnen Rolle kann ebenfalls zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert schwanken. Ein Wechsel eines Schneidmusters beinhaltet eine physikalische Verstellung der Schneidmesser des Rollenschneiders, womit erhebliche Rüstkosten verbunden sind. Insbesondere die Rüstkosten beeinträchtigen aber die in der Papierindustrie zu erzielenden Erlöse .A cutting plan for a slitter consists of the information in which pattern the predecessor "Tambour" should be cut in order to produce the successor products "Rolls". The so-called drum has a given width. The rolls have different widths, whereby the weight of all roles of a customer order can fluctuate between a minimum and a maximum value. The length of a single roll can also vary between a minimum and a maximum value. A change of a cutting pattern involves a physical adjustment of the cutting knife of the slitter rewinder, which involves considerable set-up costs. In particular, the set-up costs affect the revenues to be achieved in the paper industry.
Man ist daher bemüht, den Schneidplan so zu konzipieren, daß die Summe aus den Erlösen der Rollen abzüglich den Kosten durch Schneidverluste abzüglich den Rüstkosten ein Maximum wird.It is therefore endeavored to design the cutting plan in such a way that the sum of the revenues from the rolls minus the costs due to cutting losses minus the set-up costs becomes a maximum.
Bekann ermaßen liefern Papiermaschinen als Tamboure sehr große Rollen in der Maschinenbreite, beispielsweise von 12 m Breite und mit 40 km Länge. Diese Rollen werden auf Rollenschneidern auf die Anforderungen der Kunden zugeschnitten, beispielsweise mit 0,50 bis 2,00 m Breite und 10 km Länge.As is known, paper machines deliver very large rolls of machine width, for example 12 m wide and 40 km long. These rolls are tailored to customer requirements on roll cutters, for example 0.50 to 2.00 m wide and 10 km long.
Dabei soll der Verschnitt gering gehalten werden. Außerdem sind die Rüstzeiten bei Formatänderungen kurz zu halten.The waste should be kept low. The set-up times for format changes must also be kept short.
Die Anzahl der Rollen, die in einem Schneidvorgang zu ferti- gen sind, darf die Zahl der verfügbaren Messer und Wickelstationen nicht überschreiten. Bedingt durch die Bauart des Rollenschneiders können weitere Einschränkungen hinzukommen, so können etwa die einzelnen Wickelstationen unterschiedliche Breiten- oder Gewichtsbeschränkungen haben. Der Erlös je Kundenrolle kann außer von der Größe und dem Gewicht auch von individuellen Tarifen oder Rabatten der Kunden abhängen. Die Verletzung von Anforderungen wird in Geldwerten gemessen.The number of rolls to be made in one cutting process must not exceed the number of knives and winding stations available. Due to the design of the slitter rewinder, there may be further restrictions, for example the individual winding stations may have different width or weight restrictions. The revenue per customer role can depend not only on the size and weight, but also on individual tariffs or discounts from customers. The violation of requirements is measured in monetary values.
Schneidpläne werden teilweise noch von Hand erstellt, allen- falls für Teilprobleme gibt es exakte Lösungen. Die Behand-
lung solcher Probleme mit Methoden der linearen Optimierung ist wegen der Nebenbedingungen sehr schwierig: Insbesondere die Forderung nach ganzzahligen Lösungen erhöht sehr stark die Problemgröße und damit die Rechenzeiten. Eine Optimierung einer Gesamtkostenfunktion ist bisher vom Stand der Technik nicht bekannt .Cutting plans are sometimes still created by hand, but there are exact solutions for partial problems. The treatment Problems of this kind with methods of linear optimization are very difficult because of the constraints: In particular, the demand for integer solutions increases the problem size and thus the computing times very strongly. An optimization of a total cost function is not yet known from the prior art.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren anzugeben und ein zugehöriges Gerät zu schaffen.The object of the invention is therefore to provide an improved method and to create an associated device.
Die Aufgabe ist erfindungsge äß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art evolutionäre Algorithmen verwendet werden, mit denen zur Lösung eines Gesamtproblemes eine Population möglicher Lösungen vorausgesetzt wird und diese zu neuen Lösungen kombiniert und/oder mutiert werden.The object is achieved according to the invention in that evolutionary algorithms are used in a method of the type mentioned at the outset, with which a population of possible solutions is required to solve an overall problem and these are combined and / or mutated into new solutions.
Vorteilhaf erweise kann zur Optimierung von Schneidplänen für Rollenschneider die Anwendung von evolutionären Algorithmen in Teilschritten einzeln oder nacheinander erfolgen. In einem Teilschritt kann ein Breitenplan aufgestellt werden, mit dem festgelegt wird, welche Auftragsrollen in welchen Wurf gelegt werden. In einem anderen Teilschritt können den einzelnen Kundenrollen Wickelstationen zugewiesen werden.Advantageously, to optimize cutting plans for slitter rewinder, the use of evolutionary algorithms can be done individually or one after the other. In a sub-step, a width plan can be drawn up, with which it is determined which order roles are placed in which litter. In another sub-step, winding stations can be assigned to the individual customer roles.
Die Erfindung kann also bei gegebenen Kundenanforderungen für einen vorgegebenen Fertigungszeitraum einen Plan erstellen, der den Gesamterlös maximiert. Bei der Optimierung wird ausgenutzt, daß die Kundenaufträge Toleranzen enthalten und daß zusätzlich nicht angeforderte Rollen auf Lager produziert werden können.Thus, the invention can, given customer requirements, create a plan for a given manufacturing period that maximizes total revenue. The optimization takes advantage of the fact that the sales orders contain tolerances and that additional rolls that are not requested can be produced in stock.
Speziell die Rollenschneideroptimierung mittels evolutionärer Algorithmen erfolgt im wesentlichen in zwei separaten Schritten. Zunächst wird ein Breitenplan aufgestellt, der festlegt, welche Auftragsrollen in welchen Wurf gelegt werden. Im zwei- ten Schritt werden den einzelnen Kundenrollen Wickelstationen zugewiesen. Damit werden die Messerpositionen für den Wurf bestimmt. Außerdem wird im zweiten Schritt eine günstige
Reihenfolge für das Fertigen der Würfe festgelegt. Letzteres ist vor Ort anhand eines PC's oder Laptops mit geeigneter Bedienoberfläche möglich und kann in der Praxis unmittelbar vor Schichtbeginn in der Produktion erfolgen. In Verbindung mit dem Rollenschneider ist also ein Gerät geschaffen, bei dem durch die Programmierung des Digitalrechners entsprechend dem angegebenen Verfahren geeignete Mittel definiert sind.In particular, slitter rewinder optimization using evolutionary algorithms essentially takes place in two separate steps. First of all, a width plan is drawn up, which specifies which job roles are placed in which litter. In the second step, winding stations are assigned to the individual customer roles. This determines the knife positions for the throw. In addition, the second step is a cheap one Order for the production of the throws. The latter is possible on site using a PC or laptop with a suitable user interface and can be done in practice immediately before the start of the shift in production. In conjunction with the slitter rewinder, a device is thus created in which suitable means are defined by programming the digital computer in accordance with the specified method.
Im Rahmen der Erfindung können bei der Realisierung von Schneidplänen die evolutionären Algorithmen bei allen oder nur bei einzelnen Teilschritten angewandt werden. Gegebenenfalls ist es auch möglich, das erfindungsgemäße Verfahren für einen einzelnen Teilschritt mit einem anderen, deterministischen Verfahren zu kombinieren.Within the scope of the invention, the evolutionary algorithms can be used in all or only in individual sub-steps when realizing cutting plans. If necessary, it is also possible to combine the method according to the invention for a single substep with another, deterministic method.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungs- beispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit weiteren Unteransprüchen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention result from the following description of the figures of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with further subclaims. Show it
Figur 1 die Prinzipsskizze eines Rollenschneiders, Figur 2 das Schema eines Schneidplanes,1 shows the basic sketch of a roll cutter, FIG. 2 shows the diagram of a cutting plan,
Figur 3 die Darstellung der Einbettung der Optimierung in die Produktionsplanung in der Papierindustrie und Figur 4 die gerätetechnische Realisierung.FIG. 3 shows the embedding of the optimization in production planning in the paper industry and FIG. 4 shows the implementation in terms of equipment.
Die Figuren werden nachfolgend teilweise gemeinsam beschrieben.The figures are partially described below together.
Die Produktion von Papier läuft in mehreren Schritten ab: Zunächst wird in der eigentlichen Papiermaschine das Rohpapier hergestellt und gegebenenfalls in sogenannten Streichmaschinen veredelt. In diesem Zustand liegt das Rohpapier in Rollen mit ca. 5 bis 10 m Breite vor, die als sogenannte Ta boure bezeichnet werden. Die Länge der in einem Tambour aufgerollten Papierbahn kann je nach Anforderung und Flächen-
gewicht (Schwere) des Papiers stark schwanken und bis zu 100 km betragen.The production of paper takes place in several steps: First, the raw paper is produced in the actual paper machine and, if necessary, finished in so-called coating machines. In this state, the base paper is in rolls with a width of approx. 5 to 10 m, which are referred to as so-called Ta boure. The length of the paper web rolled up in a reel can be The weight (weight) of the paper fluctuates greatly and can be up to 100 km.
Die Ta boure werden anschließend in Rollenschneidern in schmalere Streifen geschnitten, die zu einzelnen Rollen, den sog. Aushangrollen, aufgewickelt werden. Wenn die Rollen einen vorgegebenen Durchmesser erreicht haben, d.h. eine bestimmte Länge der Papierbahn vorliegt, wird der Rollenschneider angehalten und das Papier quer zur Laufrichtung abgeschnitten. Die Gesamtheit der so in einem Arbeitsgang entstandenen Aushangrollen wird in der Papierindustrie als ein sogenannter Wurf bezeichnet.The tapes are then cut into narrower strips in roll cutters, which are wound into individual rolls, the so-called hanging rolls. When the rollers have reached a given diameter, i.e. The paper cutter is stopped and the paper is cut transversely to the direction of travel. The entirety of the notice rolls thus created in one operation is referred to in the paper industry as a so-called litter.
Letzteres wird anhand FIG 1 veranschaulicht: Es ist ein Tambour 1 dargestellt, von dem eine Papierbahn 2 abgezogen wird und über einzelne Messer 3, die in lateraler Richtung verstellbar sind, in schmalere Papierbahnen, beispielsweise in die Bahnen 11 bis 15, längs geschnitten wird. Mit 21 bis 25 sind die sog. Aushangrollen bezeichnet, auf die die sch a- leren Papierbahnen 11 bis 15 aufgewickelt werden. In derThe latter is illustrated with the aid of FIG. 1: A drum 1 is shown, from which a paper web 2 is drawn off and is cut lengthwise by means of individual knives 3, which are adjustable in the lateral direction, into narrower paper webs, for example into the webs 11 to 15. 21 to 25 are the so-called hanging rolls on which the smaller paper webs 11 to 15 are wound. In the
Linie der Messer 3 sind seitlich Messer 3' zur Randbegradi- gung vorhanden, mit dem ein seitlicher Verschnitt entfernt wird, wobei Mittel zur Randabsaugung zur Verfügung stehen. Insgesamt ist damit ein Rollenschneider 100 realisiert.Line of the knives 3 are laterally knives 3 'for edge straightening, with which a lateral waste is removed, whereby means for edge suction are available. Overall, a winder 100 is thus realized.
In FIG 2 ist die Papierbahn 10 in verkürzter Projektion dargestellt. Deutlich wird das Schema eines Schneidplanes, mit dem aus der Länge der Papierbahn 10 jeweils eines einzigen Tambours 1 einzelne Rollen unterschiedlicher Breite herge- stellt werden können. Durch Schnitte in Querrichtung des2 shows the paper web 10 in a shortened projection. The diagram of a cutting plan, with which the length of the paper web 10 of a single reel 1 can be used to produce individual rolls of different widths, becomes clear. By cutting in the transverse direction of the
Tambours können jeweils die Einzellängen der Rollen bestimmt werden. Wie erwähnt, definiert ein kompletter Schnitt über die Breite eines Tambours jeweils einen sog. Wurf mit einer Wurfnummer. Beispielsweise beinhaltet der erste Tambour drei Würfe und hat drei Wurfnummern, während der zweite und dritte Tambour nur jeweils zwei Wurfnummern haben.
Im Tambour 1 sind seitlich schraffiert die Bereiche des Verschnittes dargestellt, wobei sich ein Mindestverschnitt durch die Randbegradigung gemäß FIG 1 ergibt. Im allgemeinen ist - durch den Schneidplan bedingt - der tatsächliche Ver- schnitt höher, was durch die Schraffur in entgegengesetzter Richtung angedeutet ist. Dabei spielt für die Schneidplanerstellung eine wesentliche Rolle, die Zahl der im jeweils vorliegenden Auftrag in der Breite vorgegebenen Kundenrollen mit in Standardbreite möglichen Lagerrollen für etwaige spätere Aufträge zu kombinieren, um den aktuellen Verschnitt zu minimieren.Tambours the individual lengths of the reels can be determined. As mentioned, a complete cut across the width of a reel defines a so-called throw with a throw number. For example, the first drum contains three throws and has three throw numbers, while the second and third drum have only two throw numbers. In the drum 1, the areas of the waste are shown hatched on the side, with a minimum waste resulting from the edge straightening according to FIG. 1. In general - due to the cutting plan - the actual blend is higher, which is indicated by hatching in the opposite direction. A key role in the creation of the cutting plan is to combine the number of customer roles specified in the width of the respective order with storage roles that are possible in the standard width for any subsequent orders in order to minimize the current waste.
Zur Produktionsoptimierung am Rollenschneider 100 gemäß FIG 1 dienen folgende Zielvorgaben, die sich durch eine Gütefunk- tion zusammenfassen lassen:The following objectives, which can be summarized by a quality function, serve to optimize production on the slitter rewinder 100 according to FIG. 1:
- Minimierung des Verschnittes- minimization of waste
- Minimierung der Rüstkosten- Minimize set-up costs
- Maximierung der Erlöse- Maximize proceeds
- optimale Erfüllung der Auftragsvorgaben unter Ausnutzung der Toleranzen, z.B. der Längen- u/o Gewichtstoleranzen .- optimal fulfillment of the order specifications using the tolerances, e.g. the length and / or weight tolerances.
Im übrigen muß die Rollenεchneiderbelegung in die gesamte Produktionsplanung eingebettet werden, was anhand der FIG 3 verdeutlicht wird. Dabei beinhalten die Einheit 30 die Maß- nahmen zur Optimierung des Schneidplanes, welche im wesentlichen aus einem Block 31 mit zur Datenaufbereitung und einem Block 32 mit zur Produktionsoptimierung für den Rollenschneider 100 besteht. In der Praxis kann dafür ein PC bzw. Laptop mit geeigneter Bedienoberfläche verwendet werden. Der in FIG 4 symbolisch angedeutete PC 300 umfaßt als programmierbarer Digitalrechner üblicherweise eine nicht im einzelnen dargestellte Zentraleinheit sowie Arbeits-, Programm- und Datenspeicher. Über eine geeignete Ein-/Ausgabeschnittstelle können die ermittelten Schneidpläne als Datensatz unmittelbar an das Automatisierungsgerät 150 für den Rollenschneider 100 gegeben werden .
Entscheidend ist beim Betrieb des Automatisierungsgerätes 200 für den Rollenschneider 100, daß nach einer Selektion der Kundenaufträge und der Datenaufbereitung entsprechend Block 32 von FIG 3 für eine Produktionsoptimierung des Rollen- Schneiders als auch die Produktionskosten ermittelt werden können. Ziel der Optimierung des Schneidplanes ist es, den Gewinn, den die Realisation des ermittelten Schneidplanes ergibt, zu maximieren. Dabei müssen auch die Rüstkosten durch Messerwechsel od. dgl . berücksichtigt und können die genauen Rüstkosten erst dann ermittelt werden, wenn die Rollenanordnung innerhalb des Wurfes bekannt ist .For the rest, the roll cutter assignment must be embedded in the entire production planning, which is illustrated by FIG. 3. The unit 30 contains the measures for optimizing the cutting plan, which essentially consists of a block 31 for data processing and a block 32 for production optimization for the slitter 100. In practice, a PC or laptop with a suitable user interface can be used. The PC 300, symbolically indicated in FIG. 4, as a programmable digital computer usually comprises a central unit (not shown in detail) as well as working, program and data storage. Via a suitable input / output interface, the determined cutting plans can be sent directly to the automation device 150 for the slitter rewinder 100 as a data record. It is crucial in the operation of the automation device 200 for the slitter rewinder 100 that after a selection of the customer orders and the data preparation in accordance with block 32 of FIG. 3 for a production optimization of the reel cutter as well as the production costs can be determined. The aim of optimizing the cutting plan is to maximize the profit that the determined cutting plan realizes. The set-up costs by changing knives or the like must also be taken into account and the exact set-up costs can only be determined when the roll arrangement within the litter is known.
In vorteilhafter Weise können evolutionäre Algorithmen zur Lösung der Schneidplanerstellung genutzt werden. Solche Algorithmen lehnen sich an die Methoden der natürlichenEvolutionary algorithms can advantageously be used to solve the creation of the cutting plan. Such algorithms are based on the methods of the natural
Evolution an und werden insbesondere bei Binärfunktionen auch häufig als genetische Algorithmen bezeichne . Sie benutzen eine Population möglicher Lösungen und kombinieren und mutieren diese zu neuen Lösungen. Alle Lösungen werden be- wertet, bessere Lösungen werden mit größerer Wahrscheinlichkeit zur Kombination von neuen Lösungen herangezogen. Dadurch tritt eine Verbesserung der Population ein.Evolution and especially with binary functions are often referred to as genetic algorithms. They use a population of possible solutions and combine and mutate them into new solutions. All solutions are evaluated, better solutions are more likely to be used to combine new solutions. This leads to an improvement in the population.
Vorgeschlagen wird im einzelnen, zuerst einen Breitenplan zu erstellen: Der Breitenplan soll einen hohen Erlös sichern, indem Verschnitt vermieden wird und möglichst ertragsreiche Aufträge bevorzugt werden. Andrerseits soll er der anschließenden Schneidplanberechnung kurze Rüstzeiten ermöglichen. Zur Lösung des Problems müssen Muster bestimmt werden, d.h. Zusammenstellungen von Rollen zu einem Wurf. Die Breite B des Musters ist die Summe der Rollenbreiten Bi . Aus den Forderungen ergeben sich verschiedene Teilziele: - 1. Die Gesamtbreite des Musters ist gleich oder nur wenig schmaler als die Maschinenbreite. Damit ist ein geringer Verschnitt gewährleistet.
- 2. Das ausgewählte Muster ist möglichst oft wiederholbar.In detail, it is suggested to first create a general plan: The general plan is intended to secure a high level of revenue by avoiding waste and preferentially profitable orders. On the other hand, it should enable short set-up times for the subsequent cutting plan calculation. To solve the problem, patterns have to be determined, ie groups of roles for a litter. The width B of the pattern is the sum of the roll widths Bi. Various sub-goals result from the requirements: - 1. The overall width of the sample is the same or only slightly narrower than the machine width. This ensures that there is little waste. - 2. The selected pattern can be repeated as often as possible.
Eine Wiederholung des gleichen Musters vermeidet Rüstzeit .Repeating the same pattern avoids set-up time.
- 3. Ertragreiche Rollen werden bevorzugt. - 4. Die Maximalzahl der in einem Vorgang zu schneidenden Rollen wird nicht überschritten.- 3. Profitable roles are preferred. - 4. The maximum number of rolls to be cut in one operation is not exceeded.
- 5. Gewichts- und Breitenbeschränkungen der Wickelstationen werden eingehalten.- 5. Weight and width restrictions of the winding stations are observed.
Für die Teilziele werden Erlöse oder „Strafen" als Geldwert definiert. Die Teilziele werden mit geeignet bestimmten Gewichten versehen und addiert, diese gewichtete Summe wird maximiert. Das beste gefundene Muster wird sooft wie möglich gefertigt, danach wird das gleiche Verfahren auf die verblie- benen Aufträge angewandt, bis alle Kundenaufträge befriedigt sind.For the sub-goals, proceeds or "penalties" are defined as monetary value. The sub-goals are given suitably determined weights and added, this weighted sum is maximized. The best pattern found is produced as often as possible, after which the same procedure is applied to the remaining ones Orders applied until all customer orders are satisfied.
Mit einer Änderung der Gewichte läßt sich die Strategie an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Beispielsweise be- straft man bei schlechter Auftragslage den Verschnitt stärker als bei guter Lage, wenn man bereit ist für höheren Durchsatz mehr Verschnitt in Kauf zu nehmen.By changing the weights, the strategy can be adapted to different conditions. For example, if the order situation is bad, the waste is punished more than if the situation is good, if one is willing to accept more waste for higher throughput.
Zum Bestimmen guter Muster wird ein evolutionärer Algorithmus eingesetzt. Ein Individuum entspricht einem Muster, das heißt einer Auswahl von Auftragsrollenbreiten. Die gleiche Breite kann mehrmals in einem Muster vorkommen. Eine Anfangspopulation von Anfangsmustern wird zufällig erzeugt, jedes Muster wird nach den oben angegebenen Kriterien bewertet. Unzulässi- ge Muster werden so schlecht bewertet, daß sie keine Chancen haben sich durchzusetzen.An evolutionary algorithm is used to determine good patterns. An individual corresponds to a pattern, i.e. a selection of order roll widths. The same width can occur several times in a pattern. An initial population of initial patterns is generated randomly, each pattern is evaluated according to the criteria given above. Inadmissible patterns are rated so badly that they have no chance of asserting themselves.
Unzulässig sind etwa Muster, die die Maschinenbreite übersteigen, oder die nicht zu fertigen sind, weil mehr Rollen einer Größenklasse vorkommen, als geeignete Wickelstationen
vorhanden sind Unter den Aufträgen kommen die Breiten Bi, B Bn vor. Ein Muster wird beschrieben durch ein n-tupelFor example, samples that exceed the machine width or that cannot be produced because there are more rolls of one size class than suitable winding stations are not permitted The widths Bi, BB n occur under the orders. A pattern is described by an n-tuple
(Ki, K2,...,Kn), wobei K4 angibt , wieoft die Breite Bi in dem Muster vorkommt.(Ki, K 2 , ..., K n ), where K 4 indicates how often the width Bi occurs in the pattern.
In einem Evolutionsschritt werden aus der Population drei Muster als Individuen zufällig und gleichverteilt ausgewählt. Das am schlechtesten bewertete Muster dieser drei Individuen wird durch eine Kombination der beiden besseren ersetzt. Die Muster für das Vaterindividuum (Vi, V2, ... Vn) und dasIn an evolutionary step, three patterns are selected from the population as individuals at random and evenly distributed. The worst rated pattern of these three individuals is replaced by a combination of the two better ones. The patterns for the father individual (Vi, V 2 , ... V n ) and that
Musterindividuum (Mi, M2 , ... ,Mn) werden zum Kindindividuum (Ki, K2, ... Kn) kombiniert, indem für alle i immer Ki gleich einer zufällige ganze Zahl zwischen Vj und Mi, Endwerte eingeschlossen, gesetzt wird. Auf das Kindindividuum wird eine Mutation (Ki, K2 , ... Kn) angewandt, die wenn das Muster die Maschinenbreite überschreitet, solange zufällig ausgewählte Ki um eins erniedrigt, bis das Muster schmal genug ist. In jedem Fall wird dann eine vorgegebene Anzahl mal versucht, ein zufällig ausgewähltes Ki um eins zuerhöhen, wenn dadurch das Muster die Maschinenbreite nicht überschreitet.Sample individual (Mi, M 2 , ..., M n ) are combined to form the child individual (Ki, K 2 , ... K n ) by including Ki equal to a random integer between Vj and Mi for all i, final values, is set. A mutation (Ki, K 2 , ... K n ) is applied to the child individual, which, if the pattern exceeds the machine width, decreases Ki randomly selected by one until the pattern is narrow enough. In any case, a predetermined number of times is then attempted to increase a randomly selected Ki by one if the pattern does not thereby exceed the machine width.
Die Populationsgröße bleibt bei diesem Verfahren konstant . Die Zahl der Evolutionschritte wird vorgegeben. Das beste Muster verbleibt stets in der Population.The population size remains constant with this method. The number of evolution steps is specified. The best pattern always remains in the population.
Das gesamte Verfahren wird wiederholt, bis die vorgesehene Rechenzeit verbraucht ist. Der beste Satz von Mustern aus allen Läufen beinhaltet die Lösung. Dabei wird zusätzlich die Zahl der unterschiedlichen Muster klein gehalten, was erwar- ten läßt, die Rüstzeiten niedrig halten zu können.The entire process is repeated until the intended computing time has been used up. The best set of patterns from all runs includes the solution. The number of different patterns is also kept small, which means that it can be expected that the set-up times can be kept short.
Anschließend wird der Schneidplan fertiggestellt: Die Schneidplanberechnung dient dazu, die Würfe des Breitenplans so zu ordnen, daß die Breiten- und Gewichtseinschränkungen der Wickelstationen eingehalten werden und daß die Rüstzeiten
für das Einstellen der Messer gering werden. Die Schneidplanberechnung benutzt eine einfachere Form evolutionärer Algorithmen: Die Population besteht nur aus einem Individuum. Von diesem Individuum wird eine Mutation gebildet und das Bessere von beiden Individuen, d.h. das Original oder die Mutation) ausgewählt. Bewertungskriterium für die Auswahl ist die Anzahl der gleichbleibenden Messer. Das Individuum ist in diesem Fall der gesamte Schneidplan, definiert durch die Permutation der Würfe und die Permutationen der Rollen in den einzelnen Würfen.The cutting plan is then completed: The cutting plan calculation is used to arrange the throws of the width plan so that the width and weight restrictions of the winding stations are observed and that the set-up times for the adjustment of the knives. The cutting plan calculation uses a simpler form of evolutionary algorithms: the population consists of only one individual. A mutation is formed from this individual and the better of both individuals (ie the original or the mutation) is selected. The evaluation criterion for the selection is the number of constant knives. In this case, the individual is the entire cutting plan, defined by the permutation of the litters and the permutations of the roles in the individual litters.
Der Ausgangsplan als Anfangspopulation wird in diesem Fall wie folgt erzeugt: Für je zwei Würfe wird festgestellt, wieviel gemeinsame Rollenbreiten Bx in ihnen vorkommen. Eine Reihenfolge der Würfe wird so bestimmt, daß die Summe der gemeinsamen Rollen zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Würfen maximal wird. Auf das Ausgangsindividuum werden verschiedene Mutationsoperatoren angewandt.In this case, the initial plan as the initial population is generated as follows: For every two litters, it is determined how many common roll widths B x occur in them. The order of the throws is determined so that the sum of the common roles between two successive throws is maximal. Various mutation operators are applied to the initial individual.
Alle Operatoren benutzen zwei Grundoperationen A und B: Bei Grundoperation A wird ein Wurf so an einen anderen unveränderten Wurf angepaßt, daß möglichst viele Messer fest bleiben. Dazu wird eine Reihenfolge der Rollen des anzupassenden Wurfs so bestimmt, daß die Schnitte zwischen den Rollen mit maximal vielen Schnitten des festen Wurfs übereinstimmen. Bei Grundoperation B werden zwei Würfe werden aneinander angepaßt, in beiden Würfen wird die Reihenfolge der Rollen verändert .All operators use two basic operations A and B: In basic operation A, a throw is adapted to another unchanged throw so that as many knives as possible remain fixed. For this purpose, a sequence of the roles of the litter to be adjusted is determined in such a way that the cuts between the roles correspond to a maximum number of cuts of the fixed throw. In basic operation B two throws are adjusted to each other, the order of the roles is changed in both throws.
Die bei vorstehendem Verfahren mit genetischen Algorithmen ausgeführten Mutationen beruhen auf folgenden Heuristiken: 1. Die Würfe 1 und 2, 3 und 4 usw. werden aneinander angepaßt (Operation B) . , bei ungerader Anzahl von Würfen wird der letzte Wurf an seinen Vorgänger angepaßt ( Operation A) Als Alternative werden die Würfe 2 und 3, 4 und 5 usw. aneinander angepaßt (Operation B) , der erste und bei
gerader Anzahl der letzte Wurf werden an ihre Nachbarwürfe angepaßt ( Operation A) .The mutations carried out with genetic algorithms in the above method are based on the following heuristics: 1. Litter 1 and 2, 3 and 4 etc. are matched to one another (operation B). , with an odd number of throws, the last throw is adapted to its predecessor (operation A) As an alternative, the throws 2 and 3, 4 and 5 etc. are adapted to each other (operation B), the first and at Even numbers of the last litter are adapted to their neighboring litter (Operation A).
2. Ein Wurf wird zufällig ausgewählt und versuchsweise an seine beiden Nachbarn angepaßt (Operation A) . Die bessere Möglichkeit wird gewählt.2. A litter is selected at random and tentatively adapted to its two neighbors (Operation A). The better option is chosen.
3. Eine zusammenhängende Folge von Würfen wird in umgekehrter Reihenfolge eingebaut .3. A coherent sequence of throws is inserted in reverse order.
4. Zwei zufällig gewählte Nachbarwürfe werden aneinander angepaßt (Operation B) , dann werden von Innen nach Außen die anderen Würfe an ihre Vorgänger angepaßt.4. Two randomly selected neighboring litters are matched to each other (Operation B), then the other litters are adapted from the inside out to their predecessors.
5. Ein zufällig gewählter Wurf und ein Nachbar werden aneinander angepaßt (Operation B) , der andere Nachbar wird mit Operation A angepaßt. Das gleiche wird mit Vertauschung der Operationen für die beiden Nachbarn wiederholt. Die bessere Möglichkeit wird gewählt.5. A randomly chosen throw and a neighbor are matched to each other (operation B), the other neighbor is matched with operation A. The same is repeated with swapping the operations for the two neighbors. The better option is chosen.
Das beschriebene Verfahren wurde im einzelnen erprobt . Neben den beschriebenen vollständigen Ausführungen beider Teilschritte mit genetischen Algorithmen kann es im Einzelfall auch sachgerecht sein, nur einen der Teilschritte mit genetischen Algorithmen auszuführen. Insbesondere bietet es sich an, den Breitenplan als ersten Teilschritt deterministisch zu bestimmen und die Rollen- bzw. Messerauswahl entsprechend dem zweiten Teilschritt mit dem beschriebenen genetischen Algo- rithmus vorzunehmen. Zur deterministischen Bestimmung eines Breitenplans sind geeignete Verfahren in einer Parallelanmeldung (GR 96 P 8579) beschrieben.
The method described was tested in detail. In addition to the described complete execution of both partial steps with genetic algorithms, it may also be appropriate in individual cases to carry out only one of the partial steps with genetic algorithms. In particular, it makes sense to determine the master plan deterministically as the first sub-step and to carry out the roll or knife selection in accordance with the second sub-step using the described genetic algorithm. Suitable procedures for the deterministic determination of a master plan are described in a parallel application (GR 96 P 8579).