Resolución de problemas de planificación de la producción en fabricación aditiva considerando 2D Nesting y múltiples orientaciones

Abstract

El estudio realizado se ha basado en la experimentación de instancias de problemas de fabricación aditiva para la optimización de costes, retrasos y tiempo de finalización (makespan) del problema de planificación de la producción basado en la asignación de piezas a estructuras, considerando la técnica 2D Bin Packing, para ser fabricadas en máquinas de impresión en 3D. El problema ha considerado la posibilidad de incorporar diferentes orientaciones en las piezas a introducir aumentado la complejidad del problema y acercándose a una situación real en la industria. Esta componente de orientaciones extra permite reducir los costes totales de producción, los retrasos de las piezas y el makespan sobre todo en problemas de gran complejidad. Para la resolución de este problema, se utiliza una heurística de construcción semiparalela adaptada de la heurística de Paraskevopoulos et al. (2008) para problemas de rutas de vehículos (VRP). Estos métodos son de gran interés científico actualmente pero no han sido evaluados hasta ahora de esta manera en los problemas de fabricación aditiva permitiendo varias orientaciones a las piezas. La comparación de resultados se ha analizado para una batería de problemas de la literatura adaptados para considerar 1, 2 y 3 orientaciones y para tres funciones objetivo (minimizar Total Tardines, Min Makespan y minimizar Total Costs), y se ha comprobado que la heurística desarrollada funciona bien cuando se minimiza el Total Tardiness y el Total Costs, pero no tanto cuando se minimiza el Makespan. Por último, en la experimentación se ha considerado la técnica 2D Bin Packing ofreciendo un enfoque más realista para la industria frente a cuando no se considera al considerar las dimensiones reales de cada pieza. Los experimentos son comparados en ambos casos.

The study carried out has been based on the experimentation of instances of additive manufacturing problems for the optimization of costs, delays and makespan of the production planning problem based on the assignment of parts to jobs, considering the 2D Bin Packing technique, to be manufactured on 3D printing machines. The problem has considered the possibility of incorporating different orientations in the parts to be introduced, increasing the complexity of the problem and approaching a real situation in the industry. This extra guidance component allows you to reduce total production costs, part delays and makespan, especially in highly complex problems. To solve this problem, a semiparallel construction heuristic adapted from the heuristic of Paraskevopoulos et al. (2008) is used for vehicle routing problems (VRP). These methods are currently of great scientific interest but have not been evaluated in this way until now in additive manufacturing problems allowing various orientations of the parts. The comparison of results has been analyzed for the problems considering 1, 2 and 3 orientations and for the three objective functions Min Total Tardines, Min Makespan and Min Total Costs, and it has been verified that the developed heuristic improves or equals all the solutions when minimizes Total Tardiness and Total Costs, but not when Makespan is minimized. Finally, the results are compared when the 2D Bin Packing technique is considered versus when it is not considered, obtaining better results when it is not considered but the results are not realistic for the industry, as the length and width of each piece is not considered.