Kostenoptimierung und Auslegung von Fertigungsstraßen

Auslegung von Fertigungs-straßen

Einrichten einer Fertigungsstraße

Fraunhofer IPA
NEU

Im Demonstrator wird eine Instanz des »Assembly Line Balancing« (ALB)-Problems formuliert und gelöst. Beim ALB soll eine Fertigungsstraße für ein bestimmtes Produkt so eingerichtet werden, dass möglichst wenig Anschaffungskosten für Maschinen anfallen und eine vorgegebene Taktzeit eingehalten wird. Das Problem wird mathematisch als Quadratisches Unrestringiertes Binäres Optimierungsproblem (QUBO) formuliert. Anschließend wird es mittels »Simulated Annealing« und einer heuristischen Suche gelöst. Die Ergebnisse zeigen, dass mit diesem Verfahren die optimale Lösung der Instanz gefunden wird.

Optimale Auslegung von Schnittmustern in der Blechfertigung (BPP)

Fraunhofer IPA

Das unregelmäßige Packproblem auf einem Streifen in 2D beschäftigt sich mit dem Finden von Position und Orientierung von einer Menge Polygonen auf einer rechteckigen Fläche mit bekannter und fester Höhe und variabler Länge, sodass alle Teile komplett in die Fläche passen, keine Teile überlappen und die Länge der Fläche minimal ist. Dieses Problem ist von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung, da es der verarbeitenden Industrie erlaubt, ihre Kosten für Materialien wie Stoff, Leder, Karton, Holz, Kunststoff, Glas, Keramik oder Metall zu minimieren, die für die Herstellung von Einzelteilen verwendet werden, aus denen sich Endprodukte zusammensetzen, wie z. B. Kleidung, Autos, Schiffe, Elektrogeräte, Maschinen und Verpackungen. Das Problem ist auch von großer ökologischer Bedeutung, da es die Einsparung knapper Ressourcen ermöglicht und zur Abfallvermeidung beiträgt.
Unsere Lösung ist ein hybrider quantenklassischer Algorithmus, der das Problem in ein Rechteckpackproblem und Instanzen des Traveling Salesman Problem (TSP) zerlegt. Das TSP wird mit dem Quantum Approximate Optimization Algorithm (QAOA) gelöst, der auf dem IBM Quantum System One in Ehningen, Deutschland ausgeführt wird. Unsere Lösung erlaubt eine beliebige Anzahl von Orientierungen, skaliert bis zu hundert Teilen und ist in der Lage, eine spezielle Klasse von »puzzleartigen« Problemen optimal zu lösen.

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Dies ist ein Forschungsprototyp. Die Haftung für entgangenen Gewinn, Produktionsausfall, Betriebsunterbrechung, entgangene Nutzungen, Verlust von Daten und Informationen, Finanzierungsaufwendungen sowie sonstige Vermögens- und Folgeschäden ist, außer in Fällen von grober Fahrlässigkeit, Vorsatz und Personenschäden, ausgeschlossen.