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AI+制造| 智能裁切,突破造紙行業(yè)效率革命
2025年6月26日

用友BIP


智能裁切技術(shù)在造紙行業(yè)復卷分切環(huán)節(jié)發(fā)揮關(guān)鍵作用,通過優(yōu)化算法實現(xiàn)高效精準生產(chǎn)。該算法可根據(jù)不同訂單需求自動規(guī)劃最優(yōu)分切方案,顯著提升母卷材料利用率,減少廢料產(chǎn)生。在高速生產(chǎn)環(huán)境下(1000-2000米/分鐘),智能裁切系統(tǒng)能實時調(diào)整裁切路徑,確保分切精度和設(shè)備穩(wěn)定性。可優(yōu)化卷紙排刀,降低換刀頻率和停機次數(shù)。智能裁切技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)柔性和效率,降低排刀計劃人員的工作負荷,還大大提升母材的利用率,推動造紙行業(yè)向智能化、綠色化制造轉(zhuǎn)型,為企業(yè)創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益。


1

裁切技術(shù)亟需降本增效

智能分切算法(排刀算法)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的優(yōu)化/裁切、切割問題,旨在提高材料利用率并減少浪費。在造紙、膜材、玻璃、金屬加工、棒材、板材、家居建材等行業(yè),該算法通過智能計算最優(yōu)切割路徑和排刀方案,最大化原材料的使用效率,降低生產(chǎn)成本。例如,在家具制造中,算法可優(yōu)化木板切割方案,減少邊角料;在單晶硅行業(yè),它能自動批量優(yōu)化單晶硅棒劃線,提升生產(chǎn)效率。此外,在3D打印、PCB電路板制造等領(lǐng)域,排刀算法也能優(yōu)化切割軌跡,提高加工精度和速度。隨著智能制造的發(fā)展,結(jié)合機器學習和運籌學方法的智能分切算法,正成為工業(yè)自動化與精益生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù),助力企業(yè)實現(xiàn)降本增效和可持續(xù)發(fā)展。


 


以造紙行業(yè)為例,從紙機來的原紙,在卷紙輥軸上被卷成原紙母卷,紙機門幅可以調(diào)整,大紙卷/母卷必須根據(jù)客戶訂單要求經(jīng)過復卷、甚至二次復卷成符合訂單要求幅寬和長度。別外,紙幅的低質(zhì)紙邊必須切掉,所有這些在復卷機上完成。在造紙生產(chǎn)流程中,從紙機產(chǎn)出的母卷,會通過復卷機切成客戶訂單要求,切割成符合訂單要求的幅寬的原紙。這里面涉及兩次排版,第一次是根據(jù)客戶訂單要求、紙機生產(chǎn)幅寬,合理安排母卷的生產(chǎn);第二次是母卷下線,根據(jù)紙病合理安排復卷分切幅寬。在節(jié)約紙廠生產(chǎn)成本、提高訂單交付滿足率等方面起著關(guān)鍵作用,在完成客戶訂單的同時,盡可能減少資源浪費。此外,復卷分切機減少調(diào)整刀片次數(shù),也是有效提升復卷分切機的作業(yè)效率的關(guān)鍵措施。因此,優(yōu)化卷紙分切排刀、縮短換產(chǎn)時間,也是紙企的關(guān)注點。


 

復卷分切示意圖


復卷裁切的核心需求

多規(guī)格訂單適配:客戶需求的紙卷寬度各異(如衛(wèi)生紙、包裝紙、特種紙等),型號、厚度、克重等各不相同,裁切算法需靈活調(diào)整分切方案,以適應(yīng)不同訂單組合。

材料利用率優(yōu)化:母卷的幅寬固定,如何合理排刀,減少邊角廢料(如“切邊”或“剩余窄條”),直接影響生產(chǎn)成本和利潤。

裁切精度與效率:高速復卷機(線速度可達1000-2000米/分鐘)要求排刀算法快速生成最優(yōu)切割方案,避免頻繁停機調(diào)整。

減少換刀次數(shù):不同寬度的訂單組合可能導致頻繁更換刀具,優(yōu)化排刀順序可降低設(shè)備磨損和停機時間。

決策原紙的生產(chǎn)計劃:根據(jù)接單的情況,反向決策母卷的生產(chǎn),降低原紙庫存。


2

用友BIP智能裁切:

顯性經(jīng)濟指標,輔助決策

用友BIP智能裁切解決方案建立了運籌優(yōu)化算法模型。該算法模型考慮了原料/母材種類、原料/母材用量、裁切方式三大決策變量。基于訂單產(chǎn)品幅寬、數(shù)量要求、訂單位置要求、型號、克重、長度等要求,支持綜合優(yōu)化目標優(yōu)化,該模型綜合考慮產(chǎn)品訂單的產(chǎn)品幅寬和數(shù)量要求、特殊訂單位置要求、紙機母卷幅寬、母卷紙病,以切廢最低、訂單滿足率高作為目標函數(shù),構(gòu)建了運籌優(yōu)化算法模型,計算得到拼版母卷生產(chǎn)計劃,和下線母卷復卷排版排刀計劃。


在實際生產(chǎn)中,系統(tǒng)可依據(jù)計算結(jié)果現(xiàn)場指導裁切作業(yè)。同時,通過可視化界面展示排刀方案,使生產(chǎn)人員能直觀了解裁切情況。在可視化方案中,充分考慮線邊倉的位置和空間,以及訂單分布的緊湊性,靈活配置超產(chǎn)、配產(chǎn)、欠產(chǎn)情況,有效控制庫存水平,并滿足特殊訂單的位置約束,如不靠左、不靠右、不靠邊等要求。在盡量滿足產(chǎn)品訂單需求的前提下,以余料最低、成本最低、方案數(shù)最少、換刀次數(shù)最少,并且盡量少的超產(chǎn)、欠產(chǎn)、和配產(chǎn)為目標函數(shù)。智能化裁切能夠根據(jù)不同造紙?zhí)囟ǖ纳a(chǎn)規(guī)則和約束制定分切計劃。靈活修改這些約束以適應(yīng)當前生產(chǎn)狀況。同時可以根據(jù)要求自動生成多種復卷裁切優(yōu)化方案,并保存每次的計算存結(jié)果進行多版本計算結(jié)果的對比分析,使生產(chǎn)人員更好尋找最佳裁切排刀方法和最優(yōu)微調(diào)方案。并且進行相關(guān)指標的比較,為產(chǎn)銷協(xié)調(diào)會議提供依據(jù)。


 

經(jīng)濟指標顯性化,輔助決策,支持換刀次數(shù)最小算法


算法支持場景

1、基于原材料的庫存,優(yōu)化裁切方案;

2、基于訂單情況,反向決策原材的生產(chǎn)計劃(型號,軸數(shù),幅寬等),并輸出優(yōu)化裁切方案。


 

產(chǎn)品訂單需求及排刀數(shù)量


 

原材的需求數(shù)量計算


應(yīng)用價值

排刀算法(Cutting Stock Problem, CSP)通過數(shù)學優(yōu)化(如動態(tài)規(guī)劃、遺傳算法或啟發(fā)式策略)計算最優(yōu)分切方案,確保:

  • 最大化母卷利用率,減少廢料,降低生產(chǎn)成本;

  • 自動適配多訂單組合,提升生產(chǎn)柔性;

  • 優(yōu)化裁切順序,減少換刀次數(shù),提高設(shè)備效率;

  • 反向決策母卷的生產(chǎn),最大限度實現(xiàn)柔性生產(chǎn);

  • 智能算法與裁切作業(yè)深度融合,確保裁切計劃落地執(zhí)行。


 

可視化的裁切方案作業(yè)(斜線為配產(chǎn)物料)


 

智能計算經(jīng)濟指標


 

裁切坐標指導車間裁切作業(yè)


用友智能裁切運用運籌學算法,為造紙行業(yè)復卷分切排產(chǎn)問題提供了可靠且細致的解決方案。該方案可廣泛應(yīng)用于不同規(guī)格和數(shù)量的客戶訂單,全面考慮模型求解過程中的各種情況,能靈活調(diào)整多種約束條件和目標變量,高度契合造紙行業(yè)的實際生產(chǎn)需求。通過應(yīng)用這一方案,有效提高了造紙企業(yè)卷紙分切效率,節(jié)省了原材料、和生產(chǎn)成本,為造紙行業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。


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