Кіріспе

Белгілі өлшемді шағын тікбұрышты бұйымдарды өндіру процесі. Гильотинді кесу – бұл гильотинді кесулерді ғана пайдалана отырып, берілген үлкен тікбұрышты парақтан белгілі өлшемді шағын тікбұрышты бұйымдарды шығару процесі. Гильотиналық кесу (әрі шетінен шетке кесу деп те аталады) – қағаз гильотинасына ұқсас, қолданыстағы тікбұрыштың бір шетінен қарама-қарсы шетіне дейін түзу сызықпен екіге бөлу. Гильотинді кесу әсіресе шыны өнеркәсібінде кең таралған. Шыны табақтар көлденең және тік сызықтармен сызылады, содан кейін кішігірім панельдерді алу үшін осы сызықтар бойымен сындырылады. Бұл сондай-ақ, металл пластиналарды кесуге, жиһаз жасау үшін ағаш табақтарды кесуге және қораптарды кесуге де пайдалы. Гильотинді кесуге қатысты түрлі оңтайландыру мәселелері бар, мысалы: өндірілген бөлшектердің жалпы ауданы немесе олардың жалпы құны; ірі табақтың қалдықтарын (қолданылмаған бөліктерін) азайту немесе табақтардың жалпы санын азайту. Бұл мәселелер комбинаторлық геометрияда, операциялық зерттеулерде және өндірістік инженерияда зерттелді. Осымен байланысты, бірақ ерекше мәселе – гильотиндік бөлу. Бұл мәселеде кішігірім тікбұрыштардың өлшемдері алдын ала белгіленбейді. Мұндағы қиындық – бастапқы парақ тікбұрышты емес, кез келген түзу сызықты көпбұрыш болуы мүмкін. Әсіресе, оларда тесіктер болуы мүмкін (шикізаттың ақауларын көрсетеді). Оптимизациялау мақсаты көбінесе кішкентай тікбұрыштардың санын азайту немесе кесулердің жалпы ұзындығын азайту болып табылады.

Оптимизациялау алгоритмдері

Тек бір түрі бар ерекше жағдай (яғни, барлық мақсатты тіктөртбұрыштар бірдей және бірдей бағытта) гильотиналық паллетке тиеу мәселесі деп аталады. Тарновский, Терно және Шейтауэр оны шешу үшін полиномиалдық уақыт алгоритмін ұсынады. Алайда, екі немесе одан көп түрі болған кезде гильотинамен кесуге байланысты барлық оңтайландыру мәселелері NP-қиын. Оның практикалық маңыздылығына байланысты әр түрлі нақты алгоритмдер мен жуықтау алгоритмдері әзірленді. Гилмор мен Гомори гильотинаның сатылы және сатысыз кесуіне арналған динамикалық бағдарламалау рекурсиясын ұсынды. Алайда, кейінірек гильотинаның сатысыз кесуіне арналған ағаш іздеу процедуралары көрсетілді. Масден мен Ванг эвристикалық алгоритмдерді ұсынды. Хиффи, М’Халла және Саади екі есе шектелген гильотинаның кесу проблемасына алгоритм ұсынады. Бұл төменнен жоғарыға тармақталу және ең жақсы бірінші іздеуді қолданатын алгоритм. Клаутио, Жуглет және Мокрим шешім проблемасының нақты алгоритмін ұсынады. Олардың алгоритмі гильотиналық кесу үлгілерінің кластарын ықшам түрде бейнелейді, олар гильотиналық граф деп аталатын бағытталған графты қолданады. Бұл графтың әр қабырғасы екі түстің бірімен боялған: «горизонталь» немесе «вертикаль». Осы графтың әрбір монохроматикалық бағытталған циклы құрастыруға сәйкес келеді. Монохроматикалық циклдарды қайта-қайта қысқарту арқылы кескіш үлгі класын білдіретін рекурсивті құрастыру тізбесін қалпына келтіруге болады. Әрбір гильотиналық графта m мен 2m² аралығындағы қабырғалар болады. Гильотиналық графтардың ерекше түрі – қалыпты гильотиналық графтар – ерекше Гамильтондық схеманы қамтитын қызықты қасиетке ие. Осы схема бойынша төбелерді сұрыптау графты жақсы сұрыпталған қалыпты гильотиналық графқа айналдырады; мұндай графтар мен кескіш үлгілер кластары арасында бір-бірге сәйкестік бар. Содан кейін олар оңтайландыру мәселесін жақсы сұрыпталған қалыпты гильотиналық графтардың кеңістігінде шектеулер бағдарламалауын қолдана отырып шешеді. Руссо, Боччиа, Сфорца және Стерл гильотинаның сатысыз кесуіне қатысты (саны жоғары шектерімен), салмақталған және салмақталмаған 90-нан астам мақалаларды қарастырады. Дәл шешімдер үшін екі негізгі тәсіл бар: динамикалық бағдарламалау және ағаш іздеу (ағашты және байланысты). Ағаш іздеу тәсілдері төменнен жоғарыға (бір тіктөртбұрыштардан басталып, бүкіл парақты құру үшін құрастыруларды қолдану) немесе жоғарыдан төменге жіктеледі. Барлық тәсілдерде іздеу кеңістігін тиімді қысқарту үшін жақсы төменгі және жоғарғы шекараларды табу маңызды. Бұл шектер көбінесе байланысты нұсқаларға, мысалы, шектеусіз, сатылы және гильотинасыз нұсқаларға арналған шешімдерден келеді. Әбу Мсаба, Слиман және Ахмет Риад Баба Али. «Гильотинаны орналастырудың жаңа эвристикасы ортогональды кесу проблемасына арналған жетілдірілген генетикалық алгоритммен біріктірілген». 2011 жылғы IEEE өнеркәсіптік инженерлік және инженерлік менеджмент жөніндегі халықаралық конференциясы. IEEE, 2011 жыл. Әбу Мсаба, Слиман, Ахмет Риад Баба Али және Басма Сагер. «Ортогональды кесу проблемасы үшін жаңа BLF2G гильотинаны орналастыру эвристикасымен бақыланатын тұрақтылық генетикалық алгоритмі». Когнитивтік информатика және табиғи интеллект халықаралық журналы (IJCINI) 13, No. 4 (2019): 91–111.

Қолданылу

МакХейл мен Шах кез келген уақытта жұмыс істейтін алгоритмді іске асыратын Prolog бағдарламасын жазды: ол белгілі бір уақыт ішінде шамамен ең жақсы шешімдерді шығарады, ал пайдаланушы оған көбірек уақыт берсе, оны одан да жақсартады. Бұл бағдарлама арнайы қағаз өндірушімен қолданылды, нәтижесінде қағаз парақтарын орналастыруға кеткен уақыт қысқартылып, қалдықтар азайды.