Evoluční optimalizační systémy IV

Seriál o evolučních optimalizačních systémech pokračuje popisem a demo verzí další praktické aplikace – optimalizačního systému dělení materiálu na válcovně. Přínosem tohoto systému je jeho rychlost, systém dokáže plánovat proces dělení v reálném čase.

Optimalizace dělení ve válcovně

Systém ValcOpt byl uveden do rutinního provozu již před téměř deseti lety a od té doby je trvale používán. Pro každý předvalek vybírá nejvhodnější kombinaci zakázek tak, aby vznikaly minimální ztráty materiálu, přičemž respektuje požadavky provozu válcovny – nesmí být rozpracováno příliš mnoho zakázek, musí se dodržovat priority určené termíny expedice nebo provozní situací, sledovat požadovaná kvalita předvalků pro zakázky apod.

Schéma funkce optimalizačního systému

Základní princip funkce optimalizačního systému v procesu válcování ukazuje následující obrázek:

Jsou zde znázorněny základní etapy zpracování předvalků:

• Před vložením do ohřívací pece se předvalek zváží.
• V ohřívací peci je určitý počet předvalků, které jsou postupně zpracovávány na válcovací stolici.
• Po vyválcování postupují vývalky na pilu, kde jsou děleny na kusy podle sjednaných zakázek.
• Po nařezání se vývalky ukládají na rošty a předávají k dalšímu zpracování.

Stříhači u pily jednak obsluhovali technologické zařízení, jednak vybírali ze seznamu zakázek, které měli splnit, takové položky, aby při respektování všech technologických požadavků byl co nejmenší odpad. Zároveň zapisovali provedené úkony pro zpracování v informačním systému.

Činnost optimalizačního programu ValcOpt

V současné době doporučuje stříhači nejvhodnější dělení právě válcovaného a děleného vývalku optimalizační program ValcOpt.

• Z informačního systému získává seznam zakázek a váhy předvalků v peci.
• Z váhy předvalků vypočte jejich teoretickou velikost.
• Podle údajů, které má k dispozici, nalezne evoluční metodou nejlepší plán řezání profilů pro požadované zakázky a zobrazí návrh dělení právě válcovaného profilu.
• Pověření pracovníci mohou ovlivnit výpočet pomocí koeficientů a preferencí. Některé jsou definovány předem, jiné je možné nastavovat operativně podle momentální situace.
• Stříhač se může rozhodnout, zda doporučení programu přijme nebo upraví.
• O doporučeném i skutečně provedeném dělení je proveden automaticky záznam do nadřízeného informačního systému.
• V případě, že předpokládaný zbytek neodpovídá vypočtenému, může stříhač upravit velikost zbytku. Upravená hodnota slouží k aktualizaci vztahu mezi váhou a délkou předvalku.

Metody řešení

Princip optimalizačního systému je obdobný jako při dříve popsané optimalizaci dělení materiálu v Konstrukčním kusovníku.

• Gen je způsob nařezání konkrétního vývalku.
• Chromozom je plán dělení celého obsahu pece.
• Populace je generace vzájemně soupeřících plánů.

Také genetické operátory jsou definovány obdobně jako u kusovníku.

• Mutace je náhodná změna dělení jednoho vývalku.
• Křížení je kombinace dvou plánů, převzetí nejlepších vlastností případně doplnění neúplného chromozómu.
• Reprodukce je výběr nejlepších plánů do další generace.

Proti kusovníku jsou však zde některé důležité odchylky, které si vyžádalo nasazení do provozu válcovny:

• Řízení v reálném provozu klade daleko větší požadavky na rychlost výpočtu.
• Je nutné reagovat na signály z procesu, bylo nutno zajistit synchronizaci procesů.
• Je zvýhodněn co nejlepší rozpis právě děleného vývalku, protože se předpokládá, že další předvalky, které přijdou do pece, mohou výsledky optimalizace změnit.
• Dělení vždy jednoho čekajícího vývalku se neoptimalizuje, aby měl stříhač již v okamžiku, kdy potvrdí předchozí dělení, k dispozici v předstihu plán pro následující vývalek. Pouze při závažné změně podmínek se provádí nová optimalizace všech dosud nezpracovaných předvalků, která ovšem trvá déle.
• Systém zohledňuje mnohem více vzájemně konkurenčních požadavků provozu, například čím menší je počet různých velikostí řezaných položek, tím větší je zpravidla odpad. Bylo proto důležité vyvážené nastavení implicitních parametrů a zaškolení obsluhy, aby je mohla v průběhu procesu měnit.
• Systém je řešen jako distribuovaný, server provádí složitý optimalizační výpočet, client komunikuje s operátorem.
• Optimalizační systém na serveru je v provozu nepřetržitě podle situace až měsíce, tím důležitější je uvolňovat každý byte paměti.
• Vztah mezi váhou a délkou předvalku se v průběhu válcování může měnit, výpočet se upravuje adaptivní metodou.

Program ValcOpt

Systém ValcOpt byl příkladem úspěšné integrace evolučního systému do podnikového informačního systému. Od roku 2015 již není dodáván, nové modernější systémy naleznete na tomto serveru v článcích Analýza a optimalizace - software. 

Velmi zjednodušená verze zobrazující evoluční dělení materiálu na válcovně je následující výukový systém Válcovna, který je poskytován zdarma bez záruky.

• Stáhněte si na www.optiintelligent.cz ze sekce Pro školy soubor valcovna.zip a rozbalte do nově vytvořeného adresáře na disku.
• Odstartujte ValcOpt.exe. Objeví se úvodní obrazovka s nabídkou funkcí. Vyberte Soubor → Otevřít a zvolte předem připravený ukázkový soubor dat vstup.txt.
• Zvolte funkci Zpracování. Obrazovka, která se objeví, znázorňuje velmi zjednodušeně situaci na válcovně. Je dána implicitní metrová hmotnost a technologický odpad, čeká se na zakázky a váhy vývalků v peci.
• Stiskněte Začátek kampaně, políčka na obrazovce se naplní údaji vybrané kampaně.
• Po stisknutí Další vývalek se začne optimalizovat.
• Červeně je označen právě zpracovávaný vývalek.
• Po provedení stanoveného počtu iterací se zobrazí výsledek – plán dělení. Zpracovávaný vývalek je zeleně.
• Žlutě jsou zvýrazněny právě vybrané zakázky, zeleně ty, kterých už je nařezán stanovený počet. Rovněž je pro kontrolu zobrazen zbytek po dělení.
• Postup je možno opakovat pro další vývalek.

Závěr

Projekt optimalizace dělení vývalků je jedním z příkladů hybridního evolučního systému, který dokáže řídit proces v reálném čase. Rychlost nalezení optimálního řešení, která je pro systémy reálného času předpokladem, je dosažena kombinací principu evoluce s heuristickými metodami realizujícími znalosti expertů na tomto pracovišti.