Методы раскроя материалов основаны на выполнении одним работником двух групп операций — размещения шаблонов и вырубания (вырезания) деталей. При этом производительность труда и рациональное использование материалов в значительной степени зависят от субъективных качеств исполнителя. Поэтому возникла необходимость автоматизировать процесс раскроя. Автоматизация раскроя в производстве изделий из кожи осуществляется двумя способами:
1) многодетальным раскроем по площади листовых или ширине рулонных материалов (параллельный способ);
2) подетальным раскроем с автоматическим перемещением режущего инструмента или раскраиваемого материала по заранее заданной программе (последовательный способ).Естественно, автоматизированный раскрой возможен при наличии планов размещения (схем раскроя) шаблонов.
Современные математические методы и применение электронных вычислительных машин (ЭВМ) позволяют решать задачи оптимального размещения деталей на материале и определять прогрессивные нормы использования и потребность сырья. Большой вклад в решение указанных вопросов внесли Ю. П. Зыбин, Г. П. Испирян, С. М. Смирнов, В. А. Скатерной и др.
Исследования показали, что большинство задач планирования раскроя материалов является задачами линейного программирования (ЛП), которые достаточно быстро решаются на ЭЦВМ.
Линейное программирование рассматривает системы уравнений и неравенств со многими неизвестными, при которых заданная функция переменных, входящих в те же уравнения, принимает максимальное (минимальное) значение; при этом граничные условия и целевая функция линейны.
При решении задачи в ЭЦВМ вводится лишь небольшая часть раскладок. Это связано с ограниченным объемом оперативного запоминающего устройства. Поэтому вычисленный оптимальный план раскроя будет далек от глобально-оптимального. Для улучшения плана предложено вводить в расчетную схему раскроя материала условие замены любой обувной детали меньшей однотипной и условия равноценных замен (например, две подошвы 27 размера можно выкроить вместо одной подошвы 27,5 и одной подошвы 26,5 размера), что дает возможность при уменьшении размеров математической модели задачи оптимального раскроя учесть дополнительные варианты раскладок и решать крупноразмерные задачи линейного программирования на ЭЦВМ «Наири». Предложенная модель была названа усовершенствованной компактной моделью задачи оптимального раскроя.
Планирование раскроя можно разделить на два этапа:
построение вариантов размещения шаблонов и определение их параметров;
вычисление с помощью методов линейного программирования оптимального соотношения между намеченными вариантами размещения шаблонов.
Основной информацией о варианте размещения шаблонов на материале являются разработанные вручную в лабораториях предприятий схемы раскроя, оптимальность которых зависит, в основном, от опыта и квалификации исполнителей. Очевидно, при таком положении трудно получить оптимальное решение, так как размещение шаблонов по площади раскраиваемых материалов определяется большим числом факторов. В последние годы исследована оптимизация размещения деталей обуви с учетом различных технологических требований . Используются методы описания сложных контуров деталей и материалов относительно небольшим количеством чисел, введено условие непересечения контуров деталей и материала и правила начального размещения и дальнейшего перемещения деталей на материале. За целевую функцию принимают коэффициент использования материала. При кодировании информации о контуре деталей при расчетах на ЭЦВМ в обувной промышленности используются:
радиусо-графический метод аппроксимации;
метод кругов;
метод параллельных сечений (координатно-трапецеидальный метод аппроксимации фигур).
При использовании радиусо-графического метода сложный контур детали заменяется отрезками прямых и окружностей. Метод позволяет воспроизводить контур детали довольно точно, однако, требует много времени для кодирования деталей. При расчетах в ЭЦВМ вводят координаты центров окружностей и величины радиусов.
Сущность координатно-трапецеидального метода состоит в том, что деталь, вписанная в систему прямоугольных координат, покрывается семейством параллельных линий с постоянным расстоянием между ними. Эти линии должны быть параллельны одной из осей координат. Информация о контуре передается в память ЭЦВМ в виде координат точек его пересечения линиями.Решение задач по оптимальному планированию раскроя материалов с использованием ЭЦВМ дает большой экономический эффект. Многие обувные предприятия страны оснащаются современными отечественными ЭЦВМ «Минск-22», «Минск-32», типа «Наири». Составлено большое число алгоритмов и программ вычислений для различных ЭВМ. Однако предстоит провести еще значительные работы по составлению новых задач управления технологическими процессами и качеством продукции с использованием ЭЦВМ.