Projektkurzbericht: Verschnittoptimierung bei GSE mbH, Freudenberg

Projektbezeichnung:
 Mathematische Optimierung von Zuschnittsproblemen für Papiere und Folien

Projektziel:
 Entwicklung und Implementierung von mathematischen Optimierungsverfahren zur Minimierung von Verschnitt und Messerumstellungen bei der Rollenproduktion, um Materialverluste und Produktionskosten zu reduzieren und sich von der manuellen Erstellung von Verschnittplänen weg zu bewegen.

Hintergrund:
 Manuelle Zuschnittsplanung benötigt bei komplexeren Portfolios zwei bis drei Tage. Durch mathematische Optimierung sollte der Verschnitt reduziert und die Produktionseffizienz gesteigert werden.

Vorgehensweise:

• Das eindimensionalen Zuschnittsproblems (Cutting Stock Problem) mit einer Mutterrolle und einer Menge von Auftragsrollen mit spezifierten Nachfrage und Breiten führt auf ein gemischt-ganzzahliges Minimierungsproblem - MINLP)
• Implementiert wurden drei Lösungsmethoden in GAMS:
  1. Gilmore-und-Gomory-Ansatz (dynamisches Dekompositionsverfahren)
  2. Spaltenenummerierung (statisches Dekompositionsverfahren)
  3. Exhaustion-Methode (erschöpfende Suche)

Lösungsansatz:

• Formulierung als gemischt-ganzzahliges nichtlineares Optimierungsproblem
• Automatisierte Generierung optimaler Zuschnittpläne
• Integration in das bestehende ERP-System GSE-TRIM.

Ergebnis & kommerzieller Impakt:

• Reduzierter Verschnitt: 3–6 % weniger Materialverlust im Vergleich zur manuellen Planung
• Kosteneinsparungen:
  1. Bei 50.000 Tonnen Jahresproduktion entspricht 3 % Verschnittreduktion 1.500 Tonnen weniger Abfall
  2. Einsparungen von 285.000 €/Jahr (bei Produktionskosten von 190 €/Tonne)
  3. ROI in nur 2 Monaten (Anschaffungskosten: 30.000–40.000 €)
• Geringere Abhängigkeit von erfahrenen Mitarbeitern bei Urlaub und Krankheit. 
• Zeitersparnis: Sekunden bis wenige Minuten gegenüber zwei bis drei Tage manueller Arbeit ohne mathematische Optimierung.

Referenz:
Detaillierte Informationen und technische Hintergründe finden sich unter: http://dx.doi.org/10.1016/j.ejor.2014.03.027  und

https://www.gse-software.de/de/