Sahauksen optimointi : Yksiulotteinen aihioon pakkaus sahaushukan minimoimiseksi

Abstract

Tässä opinnäytetyössä kuvataan ikkunantehdas Länkelin Oy ikkunoiden ja parvekkeen ovien alumiinisten ulkopuitteiden ja karmilistojen sahauksen optimointia. Tutkimusongelma pohjautuu niin kutsuttuun ’cutting and packing’ -ongelmaan. Kyseisessä ongelmakentässä ongelmaa kutsutaan vapaasti suomennettuna yksiulotteiseksi aihioon pakkaukseksi (engl. one dimensional bin-packing). Tällä tarkoitetaan sitä, että miten eripituiset ulkopuitteiden katkaisumitat sijoitetaan alumiinintoimittajalta tilattaviin 6 000 millimetrin aihioihin, jotta sahaushukka ja alumiiniaihioiden kulutus voidaan minimoida. Keskeisenä rajoitteena on se, että sahattavat kappaleet eivät saa ylittää yksin tai yhdessä aihion mittoja.

Yksiulotteisen aihioon pakkauksen ongelma voidaan ratkaista nopeasti käyttämällä ongelman pelkistäviä algoritmeja. Tällä tarkoitetaan sitä, että tietokoneohjelmaan kirjoitetaan tapa käsitellä ongelma yksinkertaisesti. Tällöin säästyy laskenta-aikaa ja myös tulos on käytännön elämään riittävän hyvä. Tutkimusongelman ratkaisee riittävän hyvin niin kutsuttu First-Fit-Decreasing -algoritmi.

Länkelin Oy:ssä päädyttiin keväällä 2008 tutkimusongelman osaratkaisuun käyttämällä tietokoneohjelmaa, joka ratkaisee yksiulotteisen aihioon pakkauksen ongelman. Ratkaisua ei kuitenkaan voida hyödyntää tuotannossa. Toimistossa sillä sitä vastoin saadaan aikasäästöjä.

Tässä opinnäytetyössä esitellään kolme lisäratkaisuvaihtoehtoa, joista kaksi perustuu yksiulotteiseen aihioon pakkaukseen: optimoiva katkaisusaha ja nc-servomoottoroitu kuljetin. Kolmas on ulkoistaminen, jolloin ongelmakenttä siirretään alihankkijalle.

The subject of the thesis is to describe the optimal aluminium jamb and frame sawing process in window industry. The research problem is based on the so called ‘cutting and packing’ problem. Cutting and packing contains four types of optimisation. The ‘bin-packing’ type resolves the research problem.

The problem is called ‘one- dimensional bin-packing’, which means inserting the different cutting particles into 6000 mm billet (bin) that the aluminium supplier offers in an optimal way. Also the following preconditions must be met: sawing wastage and the consumption of the billets must be minimal and the length of the particles must not exceed the length of the 6000 mm billet.

The one-dimensional bin-packing problem can be quickly solved by using computer algorithms. The so called First-Fit-Decreasing (FFD) algorithm solves the research problem efficiently. FFD algorithm returns a reasonably good result in a short computing time.

A partial solution was found in spring 2008 when the commissioning company Länkelin Ltd started to use a computer program that solves the one-dimensional bin-packing problem. The solution cannot be utilised in production. Meanwhile, time can be saved in office use.

In this thesis three additional solutions are introduced. Two of those are based on one-dimensional bin-packing: optimizing cross-cut saw and NC servo motor conveyor. The third one is outsourcing, which transfers the problem to the subcontractor.