基于iMES平臺的鈑金車間數(shù)字化解決方案

文/王源濤·

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鈑金車間存在的問題

下料工藝是制造企業(yè)最開始的一個環(huán)節(jié)，也是保證后續(xù)工序的關鍵環(huán)節(jié)，更是保證企業(yè)按期交貨的關鍵因素之一。下料工藝普遍存在于機箱機柜、家電、家具、航空航天等各個行業(yè)中，該工藝相對簡單，一般以切割、數(shù)沖等冷工藝為主，自動化設備應用普遍，容易形成無人化產(chǎn)線，但其產(chǎn)品附加價值相對較低，降低生產(chǎn)成本成為鈑金車間最為重要的任務。本人調(diào)研了上百家大中小型鈑金企業(yè)（包括有鈑金車間的大型企業(yè)，如中車、中船等），總結了影響鈑金車間成本控制的五個主要因素，如圖1所示。

大多數(shù)企業(yè)認為引入自動化設備和信息化系統(tǒng)對生產(chǎn)現(xiàn)狀的改觀很大，但是63%的廠商認為引入自動化設備（如激光切割機、自動上下料設備）的作用高于信息化系統(tǒng)（如MES系統(tǒng)、套料軟件等）。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，導致廠商信息化系統(tǒng)引入效果不佳的原因有：⑴引入的MES、ERP等管理系統(tǒng)，與原有的生產(chǎn)組織形式和管理制度存在一定的不同，MES系統(tǒng)廠商和制造企業(yè)都未進行及時有效地疏導，導致MES、ERP等系統(tǒng)應用效果一般，未能發(fā)揮其真正的作用；⑵多個信息系統(tǒng)由不同廠商部署實施，缺乏整體的信息系統(tǒng)規(guī)劃，導致信息系統(tǒng)功能重疊并伴有信息孤島現(xiàn)象；⑶信息化系統(tǒng)和自動化設備之間沒有有效的集成，仍然需要人工來傳輸數(shù)據(jù)，如很多通過套料軟件產(chǎn)生的NC代碼，仍需要人工用U盤拷貝到自動化設備上。

數(shù)字化鈑金車間解決方案

經(jīng)過對鈑金車間信息系統(tǒng)的應用情況進行調(diào)研和分析后，國機智能提出了一種基于成本管控為核心的數(shù)字化鈑金車間解決方案，如圖2所示。

在該數(shù)字化解決方案中，從上層ERP系統(tǒng)中接受銷售訂單后，通過ERP系統(tǒng)的MRP功能進行粗略地計劃分解，進入iMES系統(tǒng)中。在考慮按期交貨的情況下，保證材料利用率為最高，將原本分解的生產(chǎn)計劃選擇某一時間段按生產(chǎn)物料的材料、厚度等信息進行合批處理，合批處理后的計劃信息進入套料管理模塊，篩選相對應的板材信息（篩選條件如板材材質(zhì)、厚度等）和設備信息（篩選條件如設備可用性、加工工藝等）進行排樣、排班。對不同套料排樣結果進行對比，選擇生產(chǎn)成本最低的排樣方式（生產(chǎn)成本最低不單單對應材料利用率最佳，同時要考慮到如刀具的損失），同時生成NC代碼，如圖3所示。此時，形成新的生產(chǎn)準備計劃，該生產(chǎn)準備計劃是在初始生產(chǎn)計劃的基礎上完成了虛擬加工，為了保證后期分揀高效有序進行，原生產(chǎn)訂單號關聯(lián)為新的生產(chǎn)準備計劃的分批號。一旦設備準備進行加工，新的生產(chǎn)準備計劃就可直接下發(fā)給相應設備和庫存管理人員，完成一次真正的加工生產(chǎn)。

本文中提出的基于數(shù)字化鈑金車間的生產(chǎn)信息系統(tǒng)，將所有生產(chǎn)準備工作做在生產(chǎn)之前，避免生產(chǎn)過程中的不確定性，便于實現(xiàn)鈑金車間的高度自動化和無人化，本方案涉及的核心技術如下。

⑴基于實時庫存的超級套料算法。根據(jù)實際的生產(chǎn)情況進行實時套料計算，相比于靜態(tài)套料，更能提高材料利用率，更加省錢，也便于生產(chǎn)追蹤和庫存管理。

⑵基于鈑金生產(chǎn)過程的工藝優(yōu)化。根據(jù)實際零件信息和生產(chǎn)信息，自動生成優(yōu)化的切割、沖孔路徑。例如，對于鈑金上的孔，會根據(jù)實際情況，將沖孔工藝改為切割成形工藝，直接節(jié)省沖頭磨損帶來的經(jīng)濟損失。

⑶針對鈑金行業(yè)特有的管理模塊。中國機械工業(yè)集團通過不斷調(diào)研和總結中國機械制造業(yè)，尤其是鈑金行業(yè)的特點，總結出了適用于鈑金行業(yè)的生產(chǎn)管理模式。例如，鈑金件一般作為農(nóng)業(yè)機械、紡織機械、汽車、家電等的外殼，附加價值相對較低，有些企業(yè)選擇外協(xié)，有些企業(yè)選擇高度自動化生產(chǎn)，但其都作為裝配車間的重要組成部分，基于這種情況，我們專門研發(fā)了應用于鈑金車間的智能排產(chǎn)系統(tǒng)，有效解決了鈑金車間和其他車間協(xié)同性的問題。同時也總結了一套應用于輪船、飛機、建筑鋼構等大量應用切割、數(shù)沖等冷工藝為主的生產(chǎn)管理模型。

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⑷良好且穩(wěn)定的iOAP底層架構。其保證了iMES與其他信息系統(tǒng)快速有效的集成，同時也保證了與其他外部設備（如機床、AGV等）快速有效集成和集中調(diào)度管理，避免了資源的浪費。

結束語

國機智能基于對鈑金車間的調(diào)研，提出了一種以成本管控為核心、以超級套料算法為驅(qū)動的且適用于鈑金車間的數(shù)字化解決方案。該數(shù)字化方案有效節(jié)約了鈑金生產(chǎn)成本，消除了數(shù)字化鈑金車間的信息孤島和信息壁壘，保證了后續(xù)加工、裝配等的齊套性，為數(shù)字化工廠的高效運行提供了必要條件。