Раскрой труб и профиля: хлысты, резы, остатки и коэффициент использования металла

С листом всё сложнее: детали раскладывают по площади — это разобрано в статье «Раскрой листа и коэффициент использования металла». Трубы, профильные трубы, уголок, швеллер режут из хлыстов, и задача сводится к одной оси. Она проще, но ошибки в ней стоят денег так же: лишний хлыст на каждую партию.

Какой длины хлысты

Длина хлыста задана стандартом на прокат и тем, что поставщик реально держит на складе.

ГОСТ 30245-2003 ограничивает предельные отклонения по длине профилей мерной и кратной мерной длины: не более +60 мм. Значит, «хлыст 6 м» мерной длины может оказаться длиннее, но не короче. Немерная длина — любая в пределах стандарта, и раскладку по ней делают по фактическому замеру.

ГОСТ 10704-91 предусматривает и трубы кратной длины — кратностью не менее 250 мм. Припуск на каждый рез — 5 мм, если другой не оговорён, и он входит в каждую кратность. Если заготовки одинаковые, заказать трубу кратной длины бывает выгоднее, чем резать из мерной.

Стандарты на трубы и профиль другой формы — в статье «Сортамент проката: лист, труба, профиль».

Длину хлыста ограничивает и станок. У трубного лазера TRUMPF TruLaser Tube 5000 автоматический загрузчик принимает трубу длиной до 6500 мм, в расширенном исполнении — до 8000 мм. Хлыст 12 м на такой станок целиком не встанет: его придётся предварительно резать, и появятся лишние торцы. BLM для LT12 указывает загрузку до 12,5 м. Какие хлысты брать под конкретный станок — спросите цех.

Из чего складываются потери

Ширина реза. Каждый рез съедает металл. У ленточной пилы щель шире толщины полотна из-за развода зубьев; для примера, Behringer ставит на пилу HBE261A Dynamic полотно толщиной 1,1 мм. У трубного лазера щель зависит от источника, материала и толщины стенки. Фактическую ширину реза спросите у цеха — её закладывают в каждый рез.

Торцовка. Заводской торец хлыста бывает неровным, со смятием или косым резом. Первым резом его выравнивают, отрезанный кусок — отход.

Зажимной остаток. Конец хлыста держат губки подачи пилы или патрон лазера, и в этой зоне резать нельзя. Значения по документации производителей:

У других станков остаток другой. Узнайте у цеха, сколько теряется на их оборудовании.

Остаток после раскроя. Кусок, который остался в конце. Если он длиннее порога, который цех считает полезным, это деловой остаток: его приходуют на склад и режут из него следующие заказы. Если короче — отход.

Коэффициент использования металла

Коэффициент использования материала (КИМ) для линейного раскроя считают по длинам: сечение одно и то же, поэтому отношение длин равно отношению масс.

Если деловой остаток вернули на склад, его длину вычитают из знаменателя — КИМ растёт. Как именно цех учитывает остатки, стоит зафиксировать в договоре, как и для листа.

Нижняя граница числа хлыстов показывает, лучше какого результата не бывает. Каждая заготовка занимает свою длину плюс рез; последний рез можно не делать, если заготовка кончается ровно на краю полезной длины, поэтому к полезной длине прибавляют один рез:

Пример расчёта раскроя

Исходные данные: хлыст 6000 мм, ширина реза 3 мм, торцовка 10 мм, зажимной остаток не учитываем (0). Заготовки: 1450 мм × 8 шт. и 700 мм × 5 шт. Порог делового остатка — 500 мм.

1. Полезная длина: Lпол = 6000 − 10 − 0 = 5990 мм.
2. Сортируем заготовки по убыванию и кладём каждую в первый хлыст, где она помещается вместе с резом. После каждой заготовки идёт рез 3 мм, кроме случая, когда заготовка кончается ровно на краю полезной длины.
3. Хлыст 1: четыре заготовки 1450 мм: 4 · 1450 + 4 · 3 = 5812 мм, остаток 5990 − 5812 = 178 мм. Пятая не помещается.
4. Хлыст 2: то же — 5812 мм, остаток 178 мм.
5. Хлыст 3: пять заготовок 700 мм: 5 · 700 + 5 · 3 = 3515 мм, остаток 5990 − 3515 = 2475 мм.

Итоги:

• КИМ = (8 · 1450 + 5 · 700) / (3 · 6000) = 15 100 / 18 000 ≈ 0,839, то есть 83,9 %;
• нижняя граница = (15 100 + 13 · 3) / (5990 + 3) = 15 139 / 5993 ≈ 2,53, округляем вверх — 3 хлыста. Раскрой взял ровно 3, значит он оптимален по числу хлыстов;
• деловой остаток — 2475 мм (длиннее порога 500 мм), идёт на склад;
• отходы = торцовки 3 · 10 + резы 13 · 3 + короткие остатки 2 · 178 = 30 + 39 + 356 = 425 мм.

Проверка баланса: 15 100 + 425 + 2475 = 18 000 мм — весь металл трёх хлыстов учтён. Если деловой остаток вернули на склад, КИМ на заказ = 15 100 / (18 000 − 2475) ≈ 97,3 %.

Когда жадный раскрой проигрывает

Правило «самые длинные первыми» хорошее, но не всегда лучшее. Тот же хлыст (Lпол = 5990 мм, рез 3 мм), заготовки по одной штуке: 2980, 2380, 1200 мм и три по 1800 мм.

Нижняя граница здесь (11 960 + 6 · 3) / 5993 ≈ 2,0, то есть 2 хлыста. Жадный алгоритм положил 2980 и 2380 вместе, и для 1200 места уже не нашлось. Подбор сочетаний даёт 2 хлыста: КИМ = 11 960 / 12 000 ≈ 99,7 % против 66,4 % у жадного раскроя (если остаток третьего хлыста не вернули на склад).

Вывод: если жадный раскрой дал больше хлыстов, чем нижняя граница, стоит поискать сочетания вручную или в программе. Жадный раскрой, нижнюю границу и КИМ для своих длин посчитает калькулятор раскроя.

Программы раскроя

Вручную разумно раскраивать до десятка позиций. Дальше помогают программы линейного раскроя: отдельные, модули ERP и CAM трубных лазеров. Что от них нужно:

• учёт ширины реза, торцовки и зажимного остатка конкретного станка;
• склад остатков: программа сначала использует деловые остатки, потом новые хлысты;
• порог делового остатка и печать бирок на остатки;
• карта раскроя для оператора: какой хлыст, какие заготовки по порядку, что куда.

На трубном лазере раскрой встроен в программирование детали: станок режет заготовки подряд из хлыста, и остаток зависит от того, как программа расставит детали. Особенности резки на трубном лазере — в статье «Лазерная резка труб и профиля».

Как сдать задание цеху

1. Спецификация по профилям: для каждого сочетания профиль — размер — марка — длины и количества заготовок.
2. Торцы: прямой рез или под углом; для угловых резов указывайте длину по какой грани. Угловой рез съедает больше длины, чем прямой.
3. Допуск на длину заготовки, если он жёстче обычного для пилы или лазера.
4. Металл: чей, какой длины хлысты. Для давальческого — фактическая длина каждого хлыста, если он немерный.
5. Остатки: возвращать ли деловые остатки заказчику и с какой длины; куда идёт отход.
6. Для сварных конструкций — маркировку заготовок под позиции КМД. Как заказать сварку — в статье «Как заказать сварку металлоконструкций».

Цех сделает раскрой сам, но с полной спецификацией он заложит в цену реальный расход металла, а не «с запасом на хлыст».