MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ FAKULTA INFORMATIKY. Problematika nářezových plánů

Transkript

1 MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ FAKULTA INFORMATIKY Diplomová práce Problematika nářezových plánů BRNO 2006 Vypracoval: Petr Hájek, UČO Vedoucí: RNDr. Jaroslav Pelikán, Dr.

2 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 2 Prohlášení Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj. Děkuji RNDr. Jaroslavu Pelikánovi, Dr. za velmi vstřícný přístup k vedení této diplomové práce a odbornou pomoc. Dále bych zde chtěl poděkovat blízkým lidem ze svého okolí, kteří mne při realizaci diplomové práce ochotně podporovali.

3 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 3

4 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 4 Obsah 1. Shrnutí Klíčová slova: Úvod Nářezové plány Definice Jednotlivé varianty nářezových plánů Dimenze řešeného nářezového plánu Jednorozměrné nářezové plány Plošné (2D) nářezové plány Prostorové (3D) nářezové plány Základní tvary / obecné tvary (Regular / Irregular CP) Nářezové plány pro materiál s danými konečnými rozměry (Bin cutting problem) Nářezové plány pro materiál s potencionálně nekonečným rozměrem (Strip cutting problem) Přímá a inverzní varianta nářezového plánu Průmyslové obory využívající nářezové plány Plánování realizace elektrických rozvodů pomocí kabelů Dřevozpracující průmysl Průmysl výroby nábytku Oděvní průmysl Kožedělný průmysl Plány nakládání Automobilový průmysl Testované programy Konfigurace počítače Optimik Cutting plan designer Plus 2D Plan IQ Merick Calc Merick Calc Cube-IQ Cut-IQ Vlastní řešení Analýza požadovaných vlastností Jednotky rozměru Vstupní data Výstupní data Formát vstupně výstupního souboru Uživatelské rozhraní Algoritmus (algoritmy) řešení CSP pro obdélníky ImpImplementace (PS CSP) Ovládání aplikace Schéma XML souboru... 39

5 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Algoritmus Naive Algoritmus Naive Možnosti rozšíření Základní testování Zjištěné nedostatky Závěr Přílohy Použitá literatura a Seznam použitých zkratek... 47

6 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 6 1. Shrnutí Tato diplomová práce si klade za cíl vytvořit obecný přehled situací a postupů uplatňovaných při řešení nářezových plánů se zaměřením na nářezové plány plošných materiálů. Praktické řešení kvalitního nářezového plánu je matematicky NP úplný problém a proto je nutné vzdát se (v obecném případě) matematicky optimálního řešení, protože takové řešení je dnes časově i paměťově extrémně náročné. Z tohoto důvodu se v této problematice široce uplatňují různé aproximační algoritmy. V této diplomové práci se pokusím rozdělit používané přístupy podle jejich dostupnosti, výkonnosti a dalších měřítek. Dále se budu zabývat existujícím softwarem pro realizaci nářezových plánů a to nejen po stránce výkonnostní, ale také z pohledu na jejich ovládání a doplňující funkcionalitu. V neposlední řadě se bude tato práce věnovat návrhu a realizaci vlastní softwarové aplikace, která bude reflektovat zjištěné poznatky.

7 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 7 2. Klíčová slova: nářezový plán, cutting problem, packing problem, guillotinable layout, non-guillotineable layout, regular, iregular, strip cutting (packing) problem, orthogonal, non-orthogonal, 1D, 2D, 3D, two-dimensional, nesting problem,

8 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 8 3. Úvod V průběhu dějin se poměrně zásadním způsobem ve výrobě měnil přístup výrobce k použitému materiálu. V dávnějších dobách bylo poměrně běžně, že vládcové si mohli dovolit extrémní plýtvání materiálem ((nejen) egyptské pyramidy, Velká čínská zeď, ) a chudé obyvatelstvo následně využívalo zbylý odpad k méně honosným cílům. Z tohoto hlediska se dá říci, že určité plýtvání materiálem bylo společensky přínosné a hospodárnost byla dána touto hierarchií. Později, kdy se společenské rozdíly zmenšily, bylo prestižní záležitostí řemeslníků nakládat s materiálem efektivněji a zvyšovat tím svoji konkurenceschopnost a současně bylo vhodné vycházet z vlastností dostupného materiálu a výsledný produkt se do jisté míry těmto vlastnostem přizpůsoboval. Taková hospodárnost byla nejčastěji realizována mistrností výrobce a do určité míry byla transformována na plýtvání lidskou prací. Jako krok zpátky lze v této chronologii považovat éru komunismu, kdy byla práce z velké části automatizována v ohromných objemech výroby naprosto uniformního zboží a původní myšlenka úspory se paradoxně nakonec projevila jako prostor k plýtvání. Současná situace se mi jeví, jako návrat k rozmanitosti sortimentu, ale s důrazem na hospodárnost práce i hospodárnost nakládání s materiálem. Důsledkem toho je, že výrobce musí v krátkém čase připravit nové, nepříliš rozsáhlé zakázky a to tak, aby byl tento proces v maximální možné míře automatizován a současně efektivní z hlediska využití materiálu. Právě v této fázi se uplatňuje nutnost vytvoření kvalitního nářezového plánu. Materiál totiž nebývá možné dodat v ideálních rozměrech a pokud se jedná o přírodniny (dřevo, kůže, kámen, ) je nezbytné přizpůsobit se existující nabídce. V době, kdy nebylo běžné využívání počítačů zaměstnávaly větší podniky specialisty určené výhradně na řešení nářezových plánů a v některých případech, kde je samotné zadání velmi abstraktní a náročné, jako je broušení diamantů a podobně, se upřednostňuje návrh člověkem dodnes. Jsou však známy i paradoxní případy, kdy zaměstnanec pověřený přípravou nářezových plánů měl současně možnost nakupovat odpad za symbolickou cenu a jeho motivace tím byla velmi nejednoznačná. Samotná příprava plánu nejčastěji vypadala tak, že bloky materiálu a potřebných dílců byly vymodelovány ve vhodném měřítku, následně umisťovány tak, aby byly splněny dané doplňující podmínky a tento krok se opakoval tak dlouho, dokud se výsledek nezdál být dostatečně dobrý. S nástupem počítačů bylo přirozené právě tento proces automatizovat za pomoci výpočetní techniky. Postup se tedy příliš nezměnil rovněž je nutné v první fázi vytvořit dostatečně kvalitní model materiálu i výrobku a vytvářet různé varianty umístění výrobku v materiálu to je jeden z důvodů, proč se také mluví o plánech nářezových a současně skladovacích (cutting problem & packing problem), jedná se totiž pouze o různou interpretaci stejné situace. Co se však změnilo zásadně je počet takto otestovaných variant. Pravdou přesto zůstává, že vyzkoušet naprosto všechny možnosti bývá už v těch nejjednodušších situacích časově nedosažitelné. A proto je těžiště problému přesunuto na včasné zastavení testování neperspektivní varianty. Docela přesné je přirovnání k situaci, kdy hraje šachy počítač proti velmistrovi. Přestože počítač prokazatelně testuje miliony tahů a člověk řádově desítky, jsou výsledky ještě celkem vyrovnané. Je to dáno tím, že člověk se nevěnuje zjevně špatným tahům, zatímco počítač tento tah musí nejprve vyhodnotit jako špatný a proto se mu nemůže nevěnovat. Z hlediska návrhu vhodného softwaru pro řešení nářezových (a skladovacích) plánů je tedy důležité, aby bylo možné přijímat již existující modely částí výrobků (dílce) z předchozích fází přípravy výroby, přesně specifikovat doplňující podmínky pro výsledný plán, jako jsou omezující vlastnosti použité technologie řezání, estetické a funkční

9 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 9 vlastnosti materiálu v konkrétním místě a směru, možnost vhodně prezentovat výsledný plán a především maximální možné využití materiálu. V ideálním případě by byla fáze přípravy nářezového plánu zcela automatizována a skryta jen jako spojovací článek mezi návrhem výrobku (CAD) a řezacím automatem (CNC). V běžných případech však bývá vhodné posoudit výsledek člověkem, který si často uvědomí další aspekty plánu, které dříve nespecifikoval, a proto bývá vhodné nabízet několik různých výsledků s podobnou výtěží z nichž člověk vybere ten nejvýhodnější.

10 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Nářezové plány 4.1. Definice Problematika, kterou zde prezentuji pod názvem nářezové plány (v literatuře bývá nejčastěji označována jako Cutting and packing problem) se rozpadá na několik různých úloh a definovat je společně je poměrně obtížné a nepřesné. Uvedu proto i několik konkrétních situací. Označení nářezový plán vzniklo z praktického použití v průmyslu, kde se doslova plánuje řezání materiálu. Ve skutečnosti se však jedná o celý soubor matematické teorie, která je stále velmi aktivně zkoumána. Většina pojmů týkajících se probírané problematiky pochází z angličtiny a jejich správný překlad bývá nejednoznačný a diskutabilní. Proto budu uvádět i původní anglické názvy doplněné o český překlad. Obecně lze uvažovat o dvou skupinách objektů, kde jedna skupina představuje formáty materiálu a druhá požadované dílce. Za objekt považujme těleso s daným tvarem, rozměry (v určitých případech i nekonečné) a vlastnostmi v jednotlivých místech. Požadavek na nářezový plán je umístit dílce tak, aby se žádné dílce nepřekrývaly, aby požadované vlastnosti dílce odpovídaly umístění v materiálu a aby bylo technologicky možné takový nářezová plán realizovat. Optimální nářezový plán navíc musí minimalizovat počet použitých objektů materiálu a míru odpadu. Za odpad považujeme tu část použitého materiálu, na které není umístěn žádný dílec. Skladovací plán se od nářezového téměř neliší. Technologická omezení daná řezací technologií jsou zde nahrazeny požadavkem na možnost náklad naskladnit (vyskladnit) do (z) určeného prostoru a vlastnosti materiálu jsou nahrazeny omezeními pro vzájemné umístění nákladu (například není vhodné umístit kolejnice nad porcelán, zatímco opačně to nebývá problém) Jednotlivé varianty nářezových plánů Podle konkrétních průmyslových oborů vznikaly specifické požadavky na nářezové plány. To je také důvod, proč se některé shodné úlohy objevují pod různými názvy. Obecně platí, že všechny varianty rámcově odpovídají předchozí definici a prakticky řešené situace většinou dovolují zjednodušení problému. To je hlavní důvod, proč vznikají specializované aplikace pro nasazení v konkrétních provozech. Jejich výhodou je efektivnější vkládání dat (není nutné přeskakovat nikdy nepoužívané položky), možnost optimalizovat algoritmus generování plánu (u prakticky řešených příkladů může být úspora času řádově v desítkách procent) a navíc bývá podobná aplikace integrována do dalšího firemního softwaru, jako jsou evidence skladového hospodářství, systém automatického objednávání materiálu a podobné. Prakticky řešené nářezové plány rozlišujeme především podle:

11 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 11 dimenze dimenze Euklidova prostoru 1D, 2D, 3D dimenze mimo Euklidův prostor například závislost na čase, hmotnosti, uplatňují se jako doplňující požadavky pro prostorové objekty omezení tvaru nejčastěji je aplikováno omezení na pravoúhlé (ortogonální) objekty, tj. 2D obdélníky, 3D kvádry, základní geometrické tvary kruh, obdélník, elipsa, výhodou je snadná definice a manipulace na úrovni analytické geometrie někdy se původní tvar záměrně zjednoduší a tím se výrazně zkrátí doba výpočtu plánu za cenu relativně malého snížení kvality takového plánu omezení dané rozměry materiálu rozměry materiálu jsou ve všech směrech konečné (Bin cutting problem) cílem plánu je použít co nejméně kusů materiálu a u použitých formátů minimalizovat odpad jeden z rozměrů materiálu je potencionálně nekonečný (Strip cutting problem) cílem plánu je minimalizovat délku materiálu ve volném směru omezení technologií řezání velké množství různých požadavků síla řezu minimální možný poloměr zatáčení vynucení místa pro zahájení a ukončení řezu souvislost řezu s minimální délkou pomocných přesunů řezací hlavy rozmanitost materiálu a dílců každý dílec je zastoupen právě jednou / v mnoha kopiích každý formát materiálu je zastoupen právě jednou / v mnoha kopiích formát materiálu je pouze jeden, různé jsou pouze dílce 4.3. Dimenze řešeného nářezového plánu Pokud vyjdeme z předpokladu, že cílem plánu je řezání skutečného materiálu, je přirozené, že manipulované objekty jsou trojrozměrné. Často je však možné situaci výrazně zjednodušit tím, že některé z rozměrů zanedbáme jako nevýznamné pro výsledek takového plánu. V teorii nářezových plánů proto důsledně rozlišujeme zadání na jednorozměrné, plošné a prostorové. Někdy je však třeba do výsledku zahrnout i další

12 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 12 vlastnosti materiálu, které se reprezentují vyššími dimenzemi modelovaných objektů Jednorozměrné nářezové plány Přirozeně nejjednodušším případem je nářezový plán v jednorozměrném prostoru. Výhodou je především jednoduché modelování dílců a snadná prezentace výsledků (stačí přiřadit dílce jednotlivým formátům materiálu - na pořadí většinou nezáleží). Ačkoli se řešení tohoto problému může jevit jako triviální, ve skutečnosti je ke získání optimálního řešení nutné testovat prakticky všechny podmnožiny množiny dílců a tedy časová složitost takového algoritmu roste exponenciálně vzhledem k počtu dílců. Naopak zcela triviální je řešení úlohy s potencionálně neomezenou délkou materiálu (strip cutting problem), kdy optimálním výsledkem je prostý součet délek všech dílců, a proto tuto variantu úlohy dále neuvažujeme. Právě pro svoji jednoduchost lze úlohu jednorozměrného nářezového plánu snadno přesně formulovat matematickou terminologií: Mějme k čísel u 1, u 2,, u k (u p R 0, p {1,, k}) a číslo u R 0. Vytvořte množinu M = { m1, m2, K, mr } = N { u1, u2, L, uk} l u takovou, aby každé u i, l N i { 1, L, k} bylo prvkem právě jednoho jejího prvku ( ui ms & ui mt s t ), a současně mohutnost M byla minimální, případně informujte, že taková množina neexistuje. V této definici představují u 1, u 2,, u k délky dílců a číslo u délku materiálu. Jednorozměrné nářezové plány se velmi často uplatňují při plánování elektrických rozvodů, kdy je díky nim možná jak úspora kabelů tak především eliminace vynucených napojování Plošné (2D) nářezové plány Plošné nářezové plány představují pravděpodobně nejčastěji počítačem řešenou variantu ze všech zmiňovaných případů. Příčinou toho je, že modelování reálných situací je ještě relativně jednoduché a současně je manuální hledání řešení už příliš časově náročné.

13 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 13 Jedná se především o plánování výroby z materiálů, jejichž výška je zanedbatelná (textil, papír, plech, ), případně o materiály, kde se výška nevyužívá (např. výroba nábytku z dýhované dřevotřísky). Jednotlivé konkrétní varianty a využití 2D NP uvedu následujícím textu Prostorové (3D) nářezové plány Současné řezací technologie téměř nedovolují praktickou realizaci 3D nářezového plánu ve smyslu skutečného volného dělení celistvého materiálu. Nejčastěji se úloha rozpadá do dvou částí, kde první část představuje rozřezání materiálu na desky pevné tloušťky a z těch jsou následně vyřezány požadované dílce. V tomto případě se tedy spíše jedná o přípravu několika jednodušších NP namísto jednoho prostorového. Důsledkem toho je, že prostorová varianta nářezových plánů bývá využívána zásadně pro návrh plánu skladování, tj. do vymezeného prostoru co nejefektivněji naskládat zboží daných tvarů a rozměrů Základní tvary / obecné tvary (Regular / Irregular CP) Uvažujeme-li nářezový plán reálných objektů, narážíme na to, že už umístění dvou obecných tvarů vedle sebe nabízí prakticky nekonečně mnoho variant a samotná realizace modelu takového předmětu bývá náročná. Proto je velmi výhodné omezit specifikaci tvaru na co nejjednodušší variantu. Za nejvýhodnější můžeme považovat zjednodušení tvaru na pravidelné pravoúhelníky, tj. obdélníky u plošných materiálů a kvádry u prostorových materiálů. Toto omezení například běžně dostačuje u většiny případů ve výrobě nábytku a většina nabízených aplikací pro tento obor ani jiný tvar nepřipouští. Naopak například v oděvním průmyslu by toto omezení vedlo k naprosto neefektivnímu nakládání s materiálem. Samotné modelování tvaru pomocí počítače využívá různé formy známé z počítačové grafiky, jako jsou CSG (constructive solig geometry), polygony, NURBS, a další. Zásadní význam pro efektivní práci algoritmu na výpočet nářezového plánu má uplatnění poznatků počítačové výpočetní geometrie, které dovolují

14 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 14 efektivně pracovat i se složitějšími tvary, jejich průniky a dalšími operacemi. Proto často, stejně jako například u geografických systémů, bývají obecnější tvary převedeny na polygony, pro jejichž manipulaci existuje dostatek efektivních algoritmů a související teoretické poznatky. Zabývejme se nyní podrobněji situací, kdy formáty materiálu i všechny dílce jsou modelovány jako obdélníky. Nářezový plán v takovém případě můžeme dále kategorizovat: Podle možnosti otáčení dílců vůči formátu Dílce jsou proti formátu materiálu otočeny o 0 nebo 90 Orthogonal layout Dílce jsou vzhledem k formátu materiálu otočeny libovolně Non-orthogonal layout Možnost otáčet dílce dovoluje v některých případech umístit i dílec jehož jedna strana je delší než délka materiálu (viz. obrázek 3/B) Podle tvaru řezů Všechny řezy jsou přímé Guillotineable layout Řezy mají obecný tvar Non-guillotineable layout

15 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Nářezové plány pro materiál s danými konečnými rozměry (Bin cutting problem) Tato varianta nářezových plánů bývá uplatňována u materiálů které mají řádově podobné rozměry ve všech směrech. Materiál je v takovém případě určen tvarem, rozměry a také počtem dostupných kusů takového materiálu. Úkolem dobrého nářezového plánu je použít minimální možný počet kusů materiálu a především vybrané kusy co nejefektivněji využít. Při takto určených podmínkách lze například dále stanovit cenu jednotlivých formátů materiálu, tj. cena materiálu nemusí být doslova přímo úměrná ploše (objemu). Takové doplnění zadání je velmi časté, protože reálná cena materiálu bývá velmi často určena více faktory než pouze mírou. Například u přírodnin (jako je dřevo, kůže, kámen) cena prudce

16 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 16 narůstá při přiblížení se velikostnímu maximu, naopak u uměle vyráběných materiálů je obvyklá sleva při odběru většího balení Nářezové plány pro materiál s potencionálně nekonečným rozměrem (Strip cutting problem) Jedná se o variantu primárně využívanou v situacích, kde jeden rozměr řádově přesahuje ostatní a vzhledem k využité části ho lze považovat za nekonečný. Úloha nářezového plánu se potom omezuje na určení minimální nutné délky materiálu v tomto směru s tím, že využití v ostatních směrech je podružné. Tvar materiálu bývá nejčastěji jednoduchý, tj. pás u plošných a hranol u prostorových případů (jednorozměrný případ neuvažujeme, viz. výše v textu). S takto formulovanou úlohou se nejčastěji setkáváme u plošných materiálů vytvářejících pás (od toho anglické označení Strip cutting (packing) problem ) Nejčastější uplatnění této varianty nacházíme v textilním průmyslu, kde látky jsou dodávány v různých šířkách řádově jednotek metrů, ale vždy v rolích několik set metrů (předpokládáme velkovýrobu). Obdobné případy jsou stříhání tenkého plechu dodávaného rovněž ve velkých rolích a podobné provozy. Významnou variantou nářezového plánu pro matriál s nekonečnou délkou je případ dynamického návrhu nářezového plánu při zpracování právě vyráběného materiálu. Příkladem může být linka na výrobu textilie za kterou je umístěna automatická řezačka vyrábějící požadované tvary. Tato situace je zajímavá hned ze dvou důvodů: je zde (téměř) naplněn požadavek na nekonečnost délky takové role tvary a počet požadovaných dílců se neustále doplňuje a vytváří tak rovněž teoreticky nekonečnou množinu Důsledkem toho je, že není možné čekat na celkový nářezový plán, ale je nutné spokojit se s průběžnou částí takového plánu. Jako dobrá ilustrace takové situace poslouží připodobnění k legendární počítačové hře TETRIS.

17 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Přímá a inverzní varianta nářezového plánu Další používané rozdělení nářezových plánů je podle toho, zda je formát materiálu pevně stanovený a hledá se rozmístění dílců (přímý nářezový plán) případně zda je formát materiálu možně přizpůsobit v určitém rozsahu tak, aby výtěž byla pro dané dílce maximální (inverzní nářezový plán).

18 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Průmyslové obory využívající nářezové plány 5.1. Plánování realizace elektrických rozvodů pomocí kabelů. Jedná se o typické uplatnění jednorozměrných nářezových plánů. Hlavní motivací bývá kromě eliminace odpadu také možnost omezit na minimum počet vynucených napojení kabelů, které bývají nejchoulostivějším místem pro vznik poruch. U vysokonapěťových rozvodů elektřiny navíc vhodné plánování zlepšuje samotnou manipulaci s dráty (většinou ve špatně přístupných terénech) Dřevozpracující průmysl S velmi zajímavou variantou nářezových plánů se můžeme setkat v případě plánování rozřezání klád na desky v moderně vybavených pilách (katrech). Každý kmen má jedinečný tvar a jeho otočení vzhledem k pile ovlivňuje plochu a délku výsledných desek. Byl proto vyvinut systém, který pomocí soustavy laserových měřidel vytvoří velmi přesný digitální model každého kmenu, který vstupuje do řezací linky a vypočítá optimální úhel otočení podél hlavní osy pro jeho rozřezání. Následně je kmen automaticky otočen tak, aby byl v tomto úhlu naveden na řezací listy pily. Rozšířená varianta může pracovat se zadáním pro desky různé tloušťky a kromě úhlu natočení je výsledkem i seznam nastavení řezů pro jednotlivé desky. Z hlediska kategorizace nářezových plánů není snadné tuto technologii zařadit, protože přestože materiál i dílce jsou prostorové objekty obecného tvaru, výsledkem je pouze úhel otočení materiálu prakticky v rozmezí 0 až 90 stupňů. Prakticky tedy stačí vyhodnotit výtěž pro dostatečný počet možných otočení Průmysl výroby nábytku V tomto odvětví se nejčastěji setkáváme s využitím nářezových plánů pro obdélníky. Zjednodušení tvarů na pouhé obdélníky ve velké většině případů nepředstavuje žádné omezení. Případné složitější tvary se řeší individuálně, většinou s přihlédnutím k vynucené symetrii s jinými dílci. Velmi často se zde také uplatňují další kritéria pro výsledný nářezový plán. Především se jedná o nutnost přímých řezů, což je vynuceno používáním

19 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 19 kotoučových pil. Tento požadavek je někdy navíc doplněn o nutnost prvního řezu ve směru kratšího rozměru, což bývá nezbytné z důvodu omezené délky prostoru pro řez. Z estetických vlastností materiálu se zde nejčastěji klade důraz na kresbu dřeva, a proto je u některých dílců předem určena orientace vzhledem k formátu materiálu. To nářezový plán zjednodušuje, protože se tím samozřejmě snižuje počet možných umístění. Doplňující vlastnosti softwaru používaného v tomto oboru jsou různé možnosti přípravy materiálu jako je oříznutí okrajů, které nebývají dostatečně kvalitní (nerovnosti, nedokonalá kolmost stran), a řazení postupu při řezání tak, aby byly nejdříve dokončeny větší dílce (z důvodu skládání výsledných dílců do sloupců) Oděvní průmysl Oděvní průmysl je typickým zástupcem odvětví, kde se využívají především nářezové plány pro mnohoúhelníky (polygony) a formát materiálu potencionálně nekonečné délky. Dalším specifikem tohoto odvětví je nejčastěji nulová (zanedbatelná) síla řezu a omezená možnost rotace dílů (typicky je dovoleno otočení v krocích 90 stupňů, případně žádná rotace není dovolena). Častým požadavkem dále bývá omezení umístění dílu v závislosti na vzoru látky a párování některých dílů z důvodu navázání vzoru. Tato omezení pro umístění dílů sice dovolují omezit prohledávaný prostor možných výsledků, ale současně komplikují zadání samotné úlohy a interpretaci výsledku. Tato specifika a velký objem materiálu tvořící významnou část ceny finálních výrobků vede k nutnosti vývoje nástrojů speciálně optimalizovaných pro oděvní průmysl Kožedělný průmysl Kožedělný průmysl přináší do oblasti problematiky plošných nářezových plánů další omezení. Na rozdíl od oděvního průmyslu není možné předpokládat jednotný rozměr ani tvar materiálu a navíc se jednotlivé vstupní formáty rozdělují podle kvality nejen jako celek, ale i v rámci jednoho formátu materiálu bývá nutné stanovit oblasti s danou kvalitou. Kategoricky se tedy jedná o řešení nářezového plánu pro polygony s velkou variabilitou tvarů a rozměrů materiálu. Díky velkému množství omezujících faktorů je množina potencionálních řešení relativně malá, ale naopak samotné naplnění vstupních dat úlohy je natolik náročné, že se zde s automatizací tohoto procesu pomocí výpočetní techniky setkáváme v poměrně malé míře.

20 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Plány nakládání Využití prostorového nářezového plánu nacházíme nejčastěji v podobě plánů nakládání a skladování. Rostoucí ceny paliva a nutnost rychle reagovat na měnící se požadavky pro transport zboží a surovin vynucují stále častěji použití speciálních programů pro přípravu plánů nakládání. Generování plánu nakládání patří mezi nejnáročnější nejen z hlediska výpočetní složitosti, ale i z hlediska náročnosti zadání všech vstupních kritérií a interpretace výsledku. Kategoricky se jedná o přímý prostorový nářezový plán pro obecné tvary dílců (označované v této souvislosti jako balíky) i formátů materiálu (kontejnerů). Dalším požadavkem je respektování nosnosti jednotlivých balíků tak, aby nedocházelo k jejich poškození. Řešením problému není pouhé umístění všech balíků do kontejneru, ale také postup nakládání jednotlivých balíků tak aby manipulace s nimi byla ve vymezeném prostoru realizovatelná (s ohledem na vstupní otvory v kontejneru, plochu pro nakladač, průběžnou stabilitu rozmístění, dovolenou oblast těžiště, ). Výsledný plán mívá nejčastěji podobu prostorové animace znázorňující celý proces nakládání. Z tohoto důvodu nestačí připravený plán skladování pouze vytisknout a předat skladníkům, ale stále pracovat se složitějším zařízením, které dovolí pozorovat plán v rámci jednotlivých kroků, navíc z různých úhlů pohledu Automobilový průmysl Při výrobě automobilů se zpracovává celá řada různých materiálů a k jejich optimálnímu využití se rovněž uplatňují technologie pro přípravu nářezových plánů. Zaměřme se však nyní na trochu odlišné využití nástrojů na bázi NP. Podle normy DIN70020 se v některých případech udává objem zavazadlového prostoru automobilu jako počet kvádrů velikosti cm, které je možné do takového prostoru současně naskládat. Tato definice byla zavedena z toho důvodu, že samotný objem zavazadlového prostoru v litrech často nevypovídá o jeho praktické využitelnosti, protože může být značně fragmentovaný a nepřístupný. Aby tedy automobilky dosáhly u připravovaného modelu vozidla dobrého hodnocení v rámci této normy, používají technologie NP a v rámci dalších omezení na základě jejích výsledků navrhují tvar a rozměry zavazadlového prostoru. Tento postup můžeme zařadit do kategorie inverzních prostorových nářezových plánů s obecným tvarem materiálu (tvar vyplňovaného prostoru) a jednoduchým shodným tvarem a rozměrem všech dílců.

21 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Testované programy V následujícím textu se pokusím stručně zhodnotit několik programů zaměřených na výpočet a prezentaci nářezových plánů. Výběr těchto programů jsem omezil na volně dostupné demo-verze aplikací pro operační systém Microsoft Windows. Následkem toho jsou téměř všechny testované programy omezeny pouze na jednoduché úlohy s velmi malým množstvím dílců a proto je prakticky nemožné testovat tyto aplikace na přesnost a rychlost výpočtu Konfigurace počítače K testování jsem použil počítač, který s rezervou vyhovuje HW požadavkům všech použitých aplikací. Technické vybavení základní údaje Procesor Intel Celeron 2,4 GHz Operační paměť 1 GB, PC3200 Pevné disky 2 80 GB, Ultra-ATA 133 Grafická karta ATI Radeon 9600, 128 MB Programové vybavení operační systém Microsoft Windows XP Service pack 2 Použité rozlišení a barevná hloubka px, 32 bitů

22 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Optimik Cutting plan designer verze 2.17 Demo Autor Rastislav Korytár, Slovenská republika zdroj komunikační jazyk Angličtina velikost distribuce 1,89 MB cena plné verze 180 Jedná se o integrované prostředí pro plánování (především) výroby nábytku. Kromě výpočtu nářezových plánů pro obdélníky dovoluje také kalkulace nákladů, výpočet délky zvolených hran (pro olepení hranovací lištou) a další funkce. Program zaujme netradičním barevným řešením a velkým množstvím grafických ovládacích prvků, které však příliš nepřispívají k přehlednosti a jednoduchosti ovládání. Zcela chybí horní lišta menu, obvyklá u většiny aplikací pro Windows. Zadávání údajů probíhá v okně pevné velikosti, pomocí dvou tabulek (viz. obr. A1). První obsahuje jednotlivé materiály, druhá pak seznam všech položek s příslušností k jednotlivým materiálům. Za materiál jsou zde označeny i položky jakými jsou doprava, práce a nářadí, které se rovněž objevují v těchto tabulkách. Po vybrání materiálu v první tabulce se zobrazí přiřazený obrázek a v druhé tabulce se barevně zvýrazní položky z tohoto materiálu vyrobené. Jednotlivé objekty jsou nepřehledně označeny kódem pro zařazování do samostatných úloh pro výpočty. Přidávání, editace, mazání a další manipulace s položkami probíhá pomocí tlačítek bez textového popisu, takže pro začínajícího uživatele je velmi nesnadné se v ovládání zorientovat. Všechny akce vyvolávají nové dialogové okno, a proto je práce zdlou-

23 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 23 havá. Například chceme-li smazat několik dílců, musíme každý nejprve označit, zvolit tlačítko pro mazání a potvrdit svoje rozhodnutí o odstranění toho dílce. Zcela ignorována je zde možnost používat klávesové zkratky jako je klávesa <Delete> pro mazání a podobně. Celkově lze navigaci v programu označit za velmi neintuitivní a složitou. Pevná velikost okna (asi px) nedovoluje využití vysokého rozlišení monitoru a nevyhovuje pro rozsáhlejší sestavy materiálu. Za nevýhodu bych označil také minimum textových informací, které by přesněji informovali o prováděné akci. V některých dialozích se totiž objevuje stejné tlačítko několikrát (viz. obr. A2) s různou funkcí, což často vede k nechtěným výsledkům. Jako další nedostatek bych uvedl nedůsledné vypínání ovládacích prvků, které právě nemají žádnou funkci. Dialog pro otevření a uložení souboru je společný, což může vést k velmi nemilému překlepu, kdy soubor místo otevření přepíšeme nebo naopak místo uložení otevřeme minulou verzi. Celkově program nepůsobí zcela profesionálním dojmem. Například v případě otevření textového souboru s chybným formátem dojde k neošetřené výjimce a následné nestabilitě programu. Ani úroveň použité angličtiny není vysoká, přestože se program distribuuje do mnoha zemí. Výpočet nářezových plánů obsahuje všechny běžné funkce, jako jsou možnost (a zákaz) otočení dílce o 90 stupňů a zadání šířky řezu (viz. obr. A3). Před samotným výpočtem lze zadat prioritu času nebo kvality výpočtu. Samotný nářezový plán se, stejně jako další výsledky, zobrazuje jako typický náhled před tiskem (pouze přes celou obrazovku). Je zde možnost zvětšení, ale jen o několik desítek procent. Výsledek lze uložit do samostatného souboru speciálního formátu programu, případně jako bitmapový obrázek formátu JPEG. Ani samotné vykreslení plánu nelze označit za kvalitní, protože text někdy přesahuje okraj dílce (viz. obr. A4). V případě, kdy je některý dílec výrazně menší, než rozměr formátu, pak je jeho identifikace v nářezovém plánu ignorována. Za výhodu lze pak označit schopnost uvádět rozměry u odpadu, jehož plocha překročí stanovenou mez. Program provádí jednoduchou kalkulaci nákladů zadané zakázky. V této časti programu jsem objevil významnou chybu v podobě uvádění měnové jednotky u všech hodnot naprosto mechanicky podle lokálního nastavení Windows. To vede k tomu, že zakázka, která je přesně spočítána na např Kč se pouhou změnou v ovládacích panelech systému změní na zakázku za USD. Další zjevnou chybou je neschopnost zavřít okno s náhledem nářezového plánu s hlášením: Ke zpracování tohoto příkazu není dostatečný prostor. To je pravděpodobně způsobeno tím, že ke zobrazování je použita bitmapová grafika, která v případě zvětšení zabírá velké množství operační paměti. Nevýhodné mi připadá i to, že namísto informace o efektivitě plánu jsou u jednotlivých výsledků, zobrazovány údaje jako je datum zpracování a informace o použitém softwaru. Celkově bych program hodnotil, jako poměrně špatně navržený a nepřehledný. Chybí klasická nápověda, která je nahrazena dokumentem ve formátu

24 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 24 PDF, který však není tak pohotový při práci s programem. Snaha o líbivé provedení zde vede k tomu, že některé standardní postupy a ovládací prvky je zde těžké identifikovat a celkový přínos tohoto přístupu je spíše negativní. Velmi nepříjemné byly také opakující se dotazy na uložení jednotlivých částí výpočtu a dotazy typu opravdu trváte na předchozím rozhodnutí?. Kvalitu výpočetního algoritmu nebylo možné testovat z důvodu omezené funkčnosti demo verze.

25 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Plus 2D verze 2.11 Demo Autor Nirvana Technologies Private Ltd., Indie zdroj komunikační jazyk Angličtina velikost distribuce 2,53 MB cena plné verze 400 až 1000 USD Program Plus 2D je zaměřen na řešení nářezových plánů a základních cenových kalkulací. Jeho zásadní předností je schopnost pracovat nejen s obdélníky, ale také s dalšími základními tvary, případně se složitějšími tvary vzniklými kombinací jednoduchých. Prostředí je nelogicky tvořeno sadou karet se záložkami, které jsou pevné velikosti (asi px), v okně proměnné velikosti. To vede k tomu, že zvětšením okna aplikace získáme pouze větší nevyužité okraje. Jediné možné odůvodnění této vlastnosti je situace, kdy rozlišení monitoru nedovoluje zobrazit ani velikost hlavního okna aplikace a jeho obsah je nutné procházet pomocí posuvníků. Plus 2D poskytuje standardní vzhled aplikace pro Windows, včetně menu a panelu ikon základních funkcí (viz. obr. B1). Hlavní okno aplikace je typu MDI (Multiple Document Interface), což dovoluje pracovat současně s několika rozpracovanými plány. Navigace v programu je poměrně jednoduchá uživatel prochází postupně seznam karet podle pořadí záložek a zadává požadovaná data. Nejprve jsou zadány formáty materiálu, který bude rozřezán. Zde je na výběr z několika málo druhů materiálu, a možnost zadat tloušťku formátu. Následuje zadání jednotlivých dílců obdélníkového tvaru. V dalším dialogu je možné přidat dílce složitějších tvarů. Ty jsou v samostatném okně zobrazeny spolu s možností zadat jejich rozměr pro jednotlivé hrany (viz. obr. B2), a to několika způsoby. Na další kartě dostává uživatel možnost specifikovat vlastní párování složitějších objektů. To dovoluje respektovat například některá specifika řezu (poloměr zatáčení a podobně), případně sdružovat díly určitého tvaru.

26 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 26 Poté jsou zadány konkrétní definice pro výpočet nářezového plánu. Program dovoluje nastavit šířku řezu, velikost ořezu okrajů, definici velikosti znovupoužitelného zbytku a preferenci směru pro prvotní rozřezání. Zde je i možnost zvolit preferenci rychlosti výpočtu nebo přesnosti výsledku a samotné spuštění výpočtu. Další karta již reprezentuje informace o výsledku, konkrétně statistiku celého nářezového plánu. Teprve na další kartě (v pořadí sedmá) je zobrazen nářezový plán (viz. obr. B3). Tuto část programu bych označil jako rozhodně nejslabší. Plánu je věnována velmi malá plocha a zcela chybí i možnost zvětšení a vybrání jednotlivých dílců myší. Dílec je identifikován pouze jménem z druhé karty a v sousedící tabulce je připojena informace o celkovém počtu těchto dílců. Mezi jednotlivými formáty se přepíná pomocí navigačních tlačítek (další, předchozí, první, poslední). Ani grafické provedení nákresu není příliš kvalitní odřezy jsou vyšrafovány, což v tak malém prostoru působí nevhodně (lze změnit v nastavení programu). Jako dobrý doplněk hodnotím možnost zobrazení animace pořadí řezů. Předposlední karta slouží k nastavení exportu dat do formátů RTF (Rich Text File) a DXF. Tyto výstupy jsou poměrně kvalitní, ale samotný obrázek nářezového plánu se neliší od náhledu z předchozí karty. Na poslední kartě je k dispozici cenová kalkulace použitých materiálů opět s možností exportu do RTF. V nastavení programu je možnost určit používané jednotky a barevné profily pro vykreslování nářezového plánu. Existuje zde i možnost rozšířit databázi informací o dílcích o další údaje, které chceme evidovat (např. životnost). Nápověda k programu je dostatečná. Srozumitelnost označení je na poměrně vysoké úrovni. Program Plus 2D bych označil za kvalitně navrhnutý a dobře zpracovaný. Jeho velkou slabinou je však především nedostatečně kvalitní prezentace výsledku nářezového plánu, což je na tomto programu překvapující. Dále pak slabé využití vyšších rozlišení z důvodu prakticky pevné velikosti okna. Jako velkou výhodu bych označil to, že většina funkcí je dostupná přímo, bez nutnosti otevírat další a další okna a obecně snadnou navigaci mezi jednotlivými funkcemi. Celkově však chybí důslednost v detailech. Například do textových polí pro číselné hodnoty (počet, výška, šířka, ) je možné zadávat i nečíselné znaky a následně teprve chybové hlášení nutí uživatele k opravě. Stejně tak je možné vytvořit libovolné množství prázdných řádků v tabulkách a teprve při pokusu změnit aktivní kartu program reaguje nepřesným chybovým hlášením. Také chybí důsledné blokování ovládacích prvků, které právě nemají žádnou funkci. Nepříjemný mi byl i zvukový doprovod některých akcí. Algoritmus pro výpočet nářezového plánu lze označit za kvalitní vzhledem k možnosti pracovat i se složitějšími tvary. Testovat přesnost a rychlost výpočtu nebylo možné z důvodu omezené funkčnosti demo verze.

27 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Plan IQ verze Trial Autor MagicLogic Cutting Software, Inc., Kanada zdroj komunikační jazyky Angličtina, Španělština, Němčina, velikost distribuce 6,72 MB cena plné verze 1250 USD Aplikace Plan IQ je určena pro výpočet nářezových plánů pro obdélníky s možností výpočtu základních cenových kalkulací výroby. Uživatelské rozhraní působí velmi příjemným dojmem a je ze všech testovaných aplikací nejpřehlednější. Hlavní okno aplikace má proměnnou velikost a obsah okna se vhodným způsobem přizpůsobuje jeho velikosti. Data se zadávají pomocí sady karet se záložkami uspořádanými tak, aby odpovídaly pořadí průběhu práce s programem. Po vytvoření nářezového plánu zůstává jeho náhled v části jedné z karet permanentně. Po kliknutí na náhled se otevře nové okno s plánem. Toto okno lze sice zvětšit, ale velikost dílců se tím nemění. Výbornou funkcí je však schopnost uvádět textové informace o vybraném dílci v hlavičce okna. To dovoluje získat přesné informace o dílcích nezávisle na jejich velikosti. Většinu dat je možné připravit pro tisk a kontrolovat ve formě náhledu před tiskem. Je zde několik poměrně kvalitních předpřipravených šablon, ze kterých je možné vybírat podle konkrétního využití. Za praktické považuji označování rozměrů a popisu dílců fontem pevné velikosti nezávisle na velikosti dílce. Tento způsob je estetický a současně přehledný, protože je pro uživatele poměrně nepříjemné pohybovat se v textech různé velikosti. Přesto většina konkurenčních aplikací používá právě popisky s proměnlivou velikostí, z důvodu označení i poměrně malých dílců, které by jinak zůstaly neidentifikovatelné. Výhodou tohoto programu je i to, že během výpočtu je zobrazen dialog o průběhu zpracování. Plan-IQ jako jediný z testovaných programů (2D) dovoluje nastavit maximální dobu výpočtu a mnoho dalších požadavků. Dokonce je možné počítat plán i s nepřímými řezy.

28 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 28 Za diskutabilní lze označit ukládání projektů do textového souboru, který je však poměrně špatně strukturovaný a samotný program mu nedává úplný formát. Zůstává možnost měnit oddělovač záznamů a desetinnou tečku za desetinnou čárku. Při podrobnějším zkoumání programu nalezneme i další praktické funkce, jako jsou možnost tisku štítků na jednotlivé dílce a podobně. Bohužel není v této verzi instalována vůbec žádná nápověda, a proto je možné, že jsem nedokázal využít všech dostupných funkcí. Celkové hodnocení tohoto programu z hlediska uživatelského rozhraní je velmi dobré, protože vzhledem k ostatním testovaným aplikacím je na výrazně vyšší úrovni. Vše je však vyváženo podstatně vyšší cenou. Tato verze programu dovoluje i testování výkonu algoritmu. Při zadání menšího počtu dílců (do 5000 dílců na jednom formátu) jsou výsledky vypočítány nejpozději za dobu požadovanou v nastavení programu a jsou bez zjevných nedostatků. Pokud však zadání obsahuje velké množství dílců na jeden formát, pak dochází k velké prodlevě mezi výpočtem a zobrazením výsledku, následuje chybové hlášení o porušení ochrany paměti a nestabilita programu. Bohužel jsem se v průběhu práce s programem setkal i s dalšími chybami, které jsem nebyl schopen přesně analyzovat.

29 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Merick Calc 3.15 verze CZ demo Autor Ing. Václav Říha, Česká republika zdroj komunikační jazyk Čeština velikost distribuce 833 KB cena plné verze 2990 Kč + DPH Tento program jsem do testu zařadil především proto, že mám praktické zkušenosti s jeho používáním. Jedná se o integrované prostředí pro plánování výroby nábytku se zaměřením na generování nářezových plánů. Program se vyznačuje tím, že veškerá vstupní data jsou zadávána v textovém režimu (80 25 znaků). Celé uživatelské rozhraní je typicky odpovídající systému DOS, přestože program předpokládá instalaci v sytému MS Windows. Přirozeným důsledkem takového prostředí je naprosto nedostatečné využití moderních technologií vysokého rozlišení, současné použití ostatních programů, řízení periferií pomocí ovladačů s jednotným rozhraním a další omezení. Merick Calc nepracuje s jednotlivými projekty jako se soubory, ale všechny úlohy sdružuje ve společné databázi s možností využívat již hotové sestavy k tvorbě nových. Program je přísně orientován na výrobu nábytku a většina dialogů je tomu zcela přizpůsobena. Velmi nepraktická je zde manipulace s kódy přiřazovanými jednotlivým materiálům pro výpočet. Autor tím řeší vazbu mezi dílci určitého materiálu a definicí materiálu samotného. Je tak dosaženo možnosti změnit materiál pro celou sestavu, bez nutnosti přepisovat všechny dílce. Zadávání dílců je velmi zdlouhavé právě z důvodu opakovaného přiřazování materiálu a současně snadno vede k chybě, protože není možné v průběhu zápisu hodnot k novému dílci sledovat hodnoty dílců předchozích. Program sice komunikuje zcela v češtině, ale často jsou zde voleny velmi neobvyklé výrazy, které vůbec neodpovídají akci, kterou reprezentují. Samotné nářezové plány jsou řešeny velmi neprakticky. Program přidělí jednotlivým dílcům kód v podobě písmena abecedy (pokud je jich více, pak dvojic, trojic, znaků), který používá pro identifikaci dílce při zobrazení nářezového plánu. Protože není možné zobrazit současně plán i seznam kódů, doporučuje se nejprve seznam vytisknout na tiskárně a používat samostatně. Vykreslení plánu je samozřejmě v grafickém režimu, ale přesto pouze v nejnižším běžném rozlišení ( px) a navíc jen asi na polovině obrazovky. Program prakticky počítá pouze s možností výtisku hotového plánu na tiskárně, protože výpočet není možné uložit na disk. Nářezový plán pro každý formát je počítán teprve poté, kdy uživatel potvrdí formát předchozí, což na slabém počítači zaměstnávalo dlouhodobě nejen stroj, ale i uživatele (jedinou alternativou bylo nechat výsledky přímo tisknout bez vizuální kontroly).

30 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Merick Calc 3000 verze CZ demo Autor Ing. Václav Říha, Česká republika zdroj komunikační jazyk Čeština velikost distribuce 15,5 MB cena plné verze 4990 Kč + DPH Dlouho očekávaným nástupcem produktu Merick Calc 3.15 je aplikace Merick Calc Tato verze je na předchozí prakticky nezávislá a přináší zcela nové funkce a uživatelské rozhraní. Především je nově uživatelské rozhraní přepracováno do grafického režimu a dovoluje tím zobrazit současně mnohem více informací a lepší navigaci mezi jednotlivými dialogy. Merick Calc 3000 patří do kategorie aplikací pro přípravu výroby nábytku a pokouší se nabídnout komplexní systém funkcí, mezi nimiž jsou nářezové plány jen jednou z mnoha položek. Bohužel právě řešení nářezových plánů není ani v této verzi možné považovat za uživatelsky optimální a můžeme zde pozorovat opakování chyb z předchozí verze. Jedinou skupinu NP, kterou Merick Calc nabízí jsou nářezové plány pro obdélníky a materiál daného konečného rozměru. Parametry zpracování se od předchozí verze rovněž prakticky neliší. Dialogové okno s výsledkem nářezového plánu má pevnou velikost a u většího počtu dílců je obtížné jednotlivé dílce identifikovat. Navíc zde opět chybí možnost zvětšit vybranou část plánu. Ani kvalita tiskové sestavy není dobrá a samotný plán má při tisku velmi nízké rozlišení. Nejširší využitelnost tohoto systému spatřuji právě v jeho provázanosti na ostatní, především účetní funkcionalitu pro plánování a evidenci výroby nábytku. Jako nástroj pro samostatné NP však jeho funkce spíše komplikují zadání. Například, chceme-li v této aplikaci vygenerovat nářezový plán, musíme v hlavním okně zvolit kartu výroba, zde zadat novou výrobní dávku, v rámci této dávky je nutné vytvořit výrobky, u těch zadat jednotlivé dílce, těm přiřadit materiál, dále zadat vlastnosti pro konkrétní použitou pilu, naplnit informace o skladovém množství daného materiálu a teprve poté je možné přistoupit k samotnému výpočtu nářezového plánu a jeho zobrazení.

31 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 31 Výhodou programu Merick může být především původní české uživatelské rozhraní a celková optimalizace pro český trh. Poměrně dobře je zvládnuta kontextová nápověda, která téměř ke všem dialogům nabízí stručný popis a příklad použití. Chybí zde však možnost panel s nápovědou vypnout a proto časem mohou tyto často se měnící informace působit na obrazovce rušivě.

32 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Cube-IQ verze trial MagicLogic Systems Inc., Kanada zdroj komunikační jazyky Angličtina, Francouzština, Němčina, Italština, velikost distribuce 11,4 MB cena plné verze 2400 USD Program Cube-IQ se je určen pro zpracování nářezových plánů v prostoru. Přesněji se jedná o aplikaci zaměřenou na plánování skládání prostorových objektů (nejen kvádry, ale i složitější tělesa) do určeného prostoru (zde pojmenováno jako load plan (plán nakládání)). Uživatelské rozhraní je z důvodu mnohem většího počtu zobrazovaných informací podstatně obsáhlejší než v předchozích programech. Přesto je můžeme označit za výborně zvládnuté a přehledné (viz. obr. D1). Hlavní okno aplikace je možné zvětšit, ale bohužel pouze v rozsahu od přibližně do px. To vede v některých případech ke komplikaci, kdy například některý objekt v okně zvětšíme, a jiná část se tím posune mimo zobrazovanou plochu. V tomto případě dokonce nejsou ani aktivovány posuvníky a tato oblast se stává prakticky nedostupnou. Práce s programem je intuitivní, ale úplné využití všech jeho funkcí již vyžaduje důkladnější studium. Zadávání dat je usnadněno průvodcem, který systematicky prochází všemi fázemi nutnými pro získání plánu nakládání. Nakládané předměty mohou mít téměř libovolný tvar, stejně jako tvar prostoru, který vyplňují. To je výhodné například pro nakládání dopravního letadla, lodi a podobně. Program je na profesionální úrovni a zohledňuje velmi mnoho dalších kritérií, jakými jsou váha předmětů, dostupnost prostoru, slučování stejných předmětů do společné oblasti a další.

33 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 33 Velmi kvalitně je zvládnuto zobrazování výsledku (viz. obr. D2). Jednotlivé předměty je možné barevně rozlišit a díky tomu snadno identifikovat i ve složitější scéně. Samotný plán nakládání je možné zobrazit jako animaci, kdy se do vyčleněného prostoru umisťují jednotlivé předměty v pořadí skutečného nakládání, tj. od podlahy ke stropu, odzadu dopředu, menší na větší atd. S modelem je možné libovolně otáčet, zvolit některý ze standardních pohledů (levý, pravý, horní), současný pohled na jednotlivé hrany a další. Vykreslování předmětů může být ve formě drátěného modelu, barevných stěn, poloprůhledných stěn nebo zobrazení neprůhledných předmětů se zvýrazněnými mezerami pro přehlednost. Další možností je nezobrazovat samotné předměty, ale pouze oblasti vyplněné stejným typem předmětů. Program také nabízí podrobné zobrazení plánu pro tisk (viz. obr. D3), kdy je model vykreslen tolika záběry, aby bylo možné určit správný postup pro nakládání a je samozřejmě také doplněn textovými údaji o právě nakládaných předmětech. Program je doplněn obsáhlou nápovědou a ukázkovými daty. Výhodná je i možnost výběru komunikace z několika světových jazyků. Nevyhovující mi připadá pouze formát datových souborů, který není jednotný a je poměrně málo efektivní (načítání dat ze souboru je pomalé a vyžaduje od uživatele uhodnout formát načítaného souboru. Celkově bych program Cube-IQ hodnotil jako téměř dokonalý a velmi potřebný nástroj, protože právě řešení skladování a balení je velmi běžná činnost u většiny firem ve výrobním sektoru. Ovládání je vynikající a vhodné použití může přinést velmi znatelnou úsporu nákladů na dopravu a skladování.

34 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Cut-IQ verze trial MagicLogic Systems Inc., Kanada zdroj komunikační jazyky Angličtina, Němčina, Španělština velikost distribuce 6,18 MB cena plné verze 795 USD Cut-IQ v tomto testu reprezentuje skupinu aplikací pro řešení nářezových plánů v jednorozměrném prostoru. Poměrně vysoká cena naznačuje, že je na trhu prostor i pro nástroj tohoto typu. Uživatelské rozhraní je charakteristické pro firmu MagicLogic, tedy okno proměnné velikosti se snahou využít celou dostupnou plochu. V tomto případě je však zobrazovaných údajů relativně méně, než v předchozích programech, a proto se zde při zvětšení okna objevují velké nevyužité oblasti (viz. obr. E1). Všechny základní funkce jsou zde přehledně umístěny a práce s programem nevyžaduje žádnou přípravu. Ocenil bych však přítomnost běžných ikon pro práci se souborem (nový, otevřít, uložit, tisk, ). Zásadní rozdíl proti ostatním testovaným programům je ve způsobu prezentace výsledků výpočtu. Vzhledem k jednoznačnosti umístění již není nutné výsledky zobrazovat graficky, ale zcela dostačuje textový údaj o vzdálenosti řezu od začátku. Tyto informace obdržíme jako dvě tabulky (v první vybíráme objekt, pro který plánujeme řezy a v druhé se objevuje seznam dílců v pořadí jednotlivých řezů. Dalším možným způsobem zobrazení je detailnější rozpis v podobě náhledu před tiskem. Program není doplněn o možnost kalkulace ceny, což v tomto případě vítám, protože údaje o cenách by pouze zdržovaly při zadávání rozměrů, dovedu si však představit situaci, kdy je potřeba optimalizovat výpočet pro cenu a nikoli délku materiálu, potom by tato funkce byla výhodná (např. ocelová tyč je dodávána ve dvou rozměrech a cena za jednotku délky se liší a chceme nakoupit materiál tak, abychom potřebné díly získali za minimální cenu). S tímto přístupem k řešení jsem se však nesetkal ani u ostatních testovaných programů. Program obsahuje nápovědu pouze ve formě samostatných dokumentů ve formátu.doc (MS Word), ale prakticky není potřeba a možná se jedná jen o nedostatek v trial verzi.

35 Diplomová práce Problematika nářezových plánů Vlastní řešení 7.1. Analýza požadovaných vlastností Program bude řešit nářezové plány pro obdélníky, včetně vhodného uživatelského rozhraní pro zadávání vstupních dat a prezentaci výsledků Jednotky rozměru Různé obory potencionálně využívající tento program používají různé jednotky délky ať už z důvodu velikosti (mm / km) nebo národních zvyklostí (cm / palce). Prakticky vždy však používána pouze jedna pro celý projekt. Samotné zadávání jednotky potom zbytečně opakovaně zdržuje při práci a nepřináší téměř žádnou výhodu. Navíc samotné vypisování jednotek ubírá prostor na obrazovce a snižuje přehlednost. Proto jsem se rozhodl pracovat s rozměry bez jednotky, pro jednoduchost pouze s celými čísly. Tím se vyhýbáme i problémům s reprezentací desetinné čárky (tečky) a zohledňováním určitého počtu desetinných míst. Prakticky všechny podobné programy vnitřně pracují s celými čísly, přestože dávají uživateli možnost zadávat desetinná čísla Vstupní data Data budou do programu vstupovat v podobě souboru nebo jako vstup z klávesnice a počítačové myši. Zadávaná data jsou název materiálu, seznam formátů (desky materiálu), seznam dílců (vyřezávané obdélníky), technologie řezání a výběr algoritmu. Název materiálu Text, který identifikuje zpracovávaný materiál, případně stručně charakterizuje konkrétní úlohu. Ke každému formátu uchováváme tyto informace: Název slouží k identifikaci pro uživatele, nemusí být jedinečný Šířka, výška přirozená čísla, rozměry formátu Počet počet formátů daného jména a rozměru, které mohou být použity pro nářezový plán Ke každému dílci evidujeme: Název identifikace pro uživatele, nemusí být jedinečný Šířka, výška přirozená čísla, rozměry dílce Možnost otočení (ano, ne), určuje, zda je možné zaměnit osy dílce v nářezovém plánu Počet počet dílců daného jména a rozměru, které jsou požadovány v nářezovém plánu Technologie řezání: Pouze přímé řezy / přímé i nepřímé řezy Šířka řezu přirozené číslo, jednotka se musí shodovat s rozměry formátů a dílců

36 Diplomová práce Problematika nářezových plánů 36 Ořez formátů přirozené číslo Výběr algoritmu: Program nabídne několik různých algoritmů počítajících nářezové plány a uživatel bude moci vybrat nejvhodnější pro danou situaci, případně postupně několik a srovnávat výsledek Výstupní data Výstupem programu bude nářezový plán v podobě grafického schématu s textovými doplňujícími informacemi, a případně soubor obsahující zadání i spočítané nářezové plány s možností opětovného zobrazení v tomto programu. Program musí dovolovat identifikovat i velmi malé dílce, jejichž popis se nevejde na plochu, kterou na obrazovce zabírají, případně by byl nečitelně malý. Z důvodu rozsahu tohoto projektu a uvažovaného nasazení programu nebude implementována možnost tisku na tiskárně. Formát vstupně výstupního souboru Z dostupných možností jsem zvolil jako nejvýhodnější formát souboru XML (extensible Markup Language). Jedná se o formát, který je poměrně snadno přenosný mezi dalšími aplikacemi z důvodu snadné identifikace vnitřního členění dat. Textová podoba navíc dovoluje přímou editaci v textovém editoru a existuje velké množství nástrojů, které dovolují konverze tohoto formátu pro další účely (např. XSLT šablony pro konverzi do XHTML). Uživatelské rozhraní Hlavním požadavkem je srozumitelnost a přehlednost, vedlejším potom estetická stránka. Právě z důvodu srozumitelnosti jsem se rozhodl využívat především základních grafických ovládacích prvků Windows, které většina uživatelů dobře zná, a proto jsou schopni je okamžitě využívat bez nutnosti učit se jejich ovládání. Navíc považuji za výhodné mít možnost provést určitou akci hned několika způsoby, aby bylo možné použít ten, který uživateli nejvíce vyhovuje (menu, klávesová zkratka, tlačítko). Zobrazování průběhu výpočtu a podrobné ovládání algoritmů bude řešeno jednotlivě pro každý algoritmus, ostatní ovládací prvky budou společné. Za komunikační jazyk jsem zvolil češtinu, protože ji znám nejlépe a také z důvodu možnosti lokálního využití programu. Algoritmus (algoritmy) řešení CSP pro obdélníky Budou implementovány alespoň dva jednodušší algoritmy, které budou především reprezentovat možnost volby mezi algoritmy a vlastnosti programu spíše než vynikající výsledky výpočtu. Důvodem je mimo jiné to, že kvalitnější algoritmy řešící CSP bývají utajovány z konkurenčních důvodů a svojí implementační složitostí přesahují rozsah této práce.

37 Diplomová práce Problematika nářezových plánů ImpImplementace (PS CSP) verze 1.1 cz komunikační jazyk Čeština velikost distribuce 4,6 MB freeware Pro implementaci tohoto programu jsem si zvolil integrované vývojové prostředí C++ Builder od firmy Inprise (dříve Borland) a tedy programovací jazyk C++. Původně jsem sice plánoval realizaci v prostředí Microsoft Visual C++ s podporou knihoven MFC, ale některé postupy zde byly proti Buildru podstatně obtížnější Ovládání aplikace Hlavní okno aplikace se skládá z hlavního menu, panelu ikon, přepínače karet a stavového pruhu. Přepínač karet obsahuje dvě karty: kartu zadání (viz. obr. F1) a kartu s nářezovými plány(viz. obr. F2). Velikost hlavního okna je nastavitelná, což dovoluje především při zobrazování nářezového plánu efektivně využít celou plochu monitoru. Menu a panel ikon současně obsahují základní akce, kterými jsou: vytvoření prázdného projektu výběr a otevření souboru uložení dat do souboru zobrazení informačního okna programu Zadávání jednotlivých formátů a dílců a jejich editace probíhá pomocí samostatných modálních dialogů (viz. obr. F3), mazání je možné i dávkově označením jednotlivých položek a vybráním tlačítka smazat.