趙 衛(wèi)，吳 波，顧銀曉，馬會(huì)鈞

（1. 無錫商業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，無錫 214153；2. 武漢鐵塔廠，武漢 430011；3. 無錫威之圖科技有限公司，無錫 214023；4. 無錫華光鍋爐股份有限公司，無錫 214028）

0 引言

目前在鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)的角鋼生產(chǎn)加工管理過程中,由于角鋼庫存?zhèn)淞鲜嵌ㄩL的，而實(shí)際需要加工的角鋼工件長度則是隨機(jī)的，所以在角鋼生產(chǎn)加工過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生較短的廢料。廢料角鋼相比角鋼進(jìn)價(jià)，只能以很低的廢鐵價(jià)格銷售出去。如果企業(yè)在生產(chǎn)過程中造成的廢料角鋼過多，會(huì)給企業(yè)造成一筆很大的經(jīng)濟(jì)損失。

隨著近年來鋼價(jià)的大幅上漲，越來越多的企業(yè)開始重視根據(jù)現(xiàn)有庫存對(duì)加工角鋼工件進(jìn)行優(yōu)化排料處理，以期盡可能多地降低廢料率，提高實(shí)際利用率。角鋼工件的排料(下料，套料)一直都憑經(jīng)驗(yàn)人工拼湊，不但工作效率低，而且角鋼實(shí)際利用率低，一般只有90%左右。

對(duì)于一維下料問題，多年來國內(nèi)外均有研究，主要研究方向是：采用遺傳算法[1]，采用專家系統(tǒng)[2]，采用BFD算法[3]。但經(jīng)實(shí)踐，我們發(fā)現(xiàn)優(yōu)化下料軟件在提高利用率的同時(shí)，卻增加了加工的難度，主要一個(gè)問題就是要頻繁更換鋼號(hào)，這對(duì)鐵塔廠的生產(chǎn)來說是一個(gè)大問題。

本系統(tǒng)采用了新型的下料算法，算法充分考慮了生產(chǎn)的實(shí)際情況，對(duì)每根原料角鋼上加工的鋼號(hào)數(shù)、不同長度數(shù)進(jìn)行了設(shè)定，同時(shí)針對(duì)武漢某鐵塔廠的實(shí)際應(yīng)用，把下料算法與生產(chǎn)管理、采購提料、生產(chǎn)發(fā)料、庫存管理結(jié)合起來進(jìn)行綜合管理，終于在實(shí)用化上取得成功。

本文對(duì)鐵塔制造行業(yè)具有較強(qiáng)的借鑒作用。

1 主要的問題

當(dāng)前，鐵塔生產(chǎn)企業(yè)在下料生產(chǎn)管理上存在的主要問題：

1.1 數(shù)據(jù)共享性差

企業(yè)生產(chǎn)中，配料員需要隨時(shí)了解庫存數(shù)據(jù)，采購員需要及時(shí)知道下料結(jié)果和生產(chǎn)任務(wù)信息，傳統(tǒng)手工管理模式下，這些信息分散在各個(gè)職能部門，成為一個(gè)個(gè)“信息孤島”，同時(shí)由于信息格式不統(tǒng)一，編碼不一致，造成信息共享性很差。在傳統(tǒng)的以報(bào)表進(jìn)行管理的模式下，企業(yè)管理還可應(yīng)付，但由于無法做到信息的及時(shí)匯總和傳遞，影響了企業(yè)管理的效率和決策的準(zhǔn)確性。

1.2 人工配料效率低并利用率差

根據(jù)分析實(shí)際情況，發(fā)現(xiàn)在企業(yè)人工配料情況中，由于工作強(qiáng)度大，一般只對(duì)大料進(jìn)行配料，對(duì)100以下的角鋼人工配料幾乎無時(shí)間上的可能。并且人工配料的結(jié)果與配料員的經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心有很大關(guān)系，一般人工配料以95%為標(biāo)準(zhǔn)線，而實(shí)際配料可以有97%以上的方案可用。在人工模式下，一個(gè)工程往往要化幾天功夫進(jìn)行編制采購計(jì)劃，影響了企業(yè)的及時(shí)生產(chǎn)。

1.3 下料數(shù)據(jù)與庫存管理的集成

已有的一些下料系統(tǒng)，由于缺乏與庫存管理系統(tǒng)的集成，使得下料軟件使用過程中要頻繁的導(dǎo)入庫存數(shù)據(jù)，而由于庫存結(jié)果不及時(shí)，造成下料結(jié)果無法與庫存數(shù)據(jù)相匹配。

本文根據(jù)某鐵塔制造企業(yè)的實(shí)際情況和需求，詳細(xì)分析和優(yōu)化了業(yè)務(wù)流程，開發(fā)了以下料管理為核心，輔以生產(chǎn)報(bào)表管理、庫存管理、采購管理的綜合管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實(shí)施過程簡便，下料算法快而優(yōu)，抓住了企業(yè)生產(chǎn)管理的核心問題，對(duì)鐵塔行業(yè)具有很強(qiáng)的借鑒作用。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 企業(yè)業(yè)務(wù)流程分析

鐵塔制造企業(yè)在接到訂單后，需要進(jìn)行放樣并且提出物料需求計(jì)劃，提供給供應(yīng)部進(jìn)行采購材料，而物資部則根據(jù)下料方案，進(jìn)行提料生產(chǎn)。

針對(duì)以上主要流程，我們分析發(fā)現(xiàn)，主要涉及到的流程有放樣數(shù)據(jù)的管理，合同的管理，生產(chǎn)報(bào)表的管理，優(yōu)化下料運(yùn)算，采購管理，庫存管理，生產(chǎn)配料管理。如圖1所示。

圖 1 業(yè)務(wù)流程圖

2.2 系統(tǒng)模塊設(shè)置

根據(jù)以上流程分析設(shè)計(jì)，結(jié)合系統(tǒng)劃分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、合同管理、物料需求運(yùn)算、采購優(yōu)化下料、采購管理、生產(chǎn)配料運(yùn)算、入庫管理和出庫管理以及綜合查詢。如圖2所示。

3 系統(tǒng)開發(fā)

3.1 開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)采用Delphi7作為前臺(tái)開發(fā)工具，SQL Server2000作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。Delphi7通過ADOConnection控件來連接SQL Server2000數(shù)據(jù)庫，再用Tclientdataset控件來進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和控制。由于TClientdataset控件能夠直接用update方法更新數(shù)據(jù)，為系統(tǒng)開發(fā)帶來了很大的便利。

3.2 生產(chǎn)管理模塊

生產(chǎn)管理包括合同管理，配料管理，物料需求運(yùn)算，報(bào)表生成等功能。針對(duì)鐵塔行業(yè)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)重量計(jì)算、補(bǔ)件生產(chǎn)、部件代用、按呼高配段（并有呼高重現(xiàn)功能）、工藝卡片、螺栓管理、及各個(gè)生產(chǎn)階段的報(bào)表，同時(shí)，也有加工中心設(shè)置，方便分車間打印報(bào)表。生成的報(bào)表包括采購、生產(chǎn)、結(jié)算、發(fā)運(yùn)幾個(gè)階段。

3.3 庫存管理模塊

庫存管理包括采購入庫、出庫、庫存盤點(diǎn)等功能，針對(duì)鐵塔廠質(zhì)量跟蹤的要求，采用批次管理法，對(duì)每一批次原材料采購均產(chǎn)生唯一的一個(gè)到料編號(hào)，系統(tǒng)同時(shí)記錄生產(chǎn)商、供應(yīng)商、貨位、車號(hào)等信息，生產(chǎn)配料時(shí)，系統(tǒng)按先進(jìn)先出的原則產(chǎn)生出庫單。

3.4 下料管理模塊

優(yōu)化下料算法是本系統(tǒng)的核心，鐵塔生產(chǎn)中，80% 上的原材料都是角鋼，因此，提高角鋼的利用率就是提高了整體材料利用率。配料模塊主要要解決幾個(gè)問題：

鋼號(hào)問題；由于鐵塔行業(yè)的特殊性，在每個(gè)零件上都要打上鋼號(hào)，所以，希望下料結(jié)果能夠盡量少更換鋼號(hào)。

原材料連續(xù)性問題；由于運(yùn)輸方式問題，企業(yè)內(nèi)部都是采用吊車進(jìn)行原材料搬運(yùn)，一般長料在下面，短料壓在上面，所以下料方案必須考慮先把一種長度原材料使用完再使用另一種長度的原材料。

一根原材料上不同零件長度限制問題；一根角鋼上，一般只允許下兩種不同長度的零件，而不能在一根上面隨意切割多種長度不一的零件，這種情況的出現(xiàn)是因?yàn)橄铝宪囬g切割機(jī)床的特點(diǎn)決定的。如果對(duì)一根角鋼上零件種類不加限制，則會(huì)導(dǎo)致切割時(shí)間上升，不利于生產(chǎn)。

不同規(guī)格的割縫料頭等參數(shù)不同的問題；要求系統(tǒng)能針對(duì)每種規(guī)格的角鋼都能單獨(dú)設(shè)定采購參數(shù)和加工參數(shù)。

連續(xù)下料問題:為了下料車間切割的方便，在對(duì)利用率不產(chǎn)生大幅下降的情況下，希望某一種或兩種零件能夠在一種原材料上全部下料完成，這樣可以防止出現(xiàn)多種切割下料的零件重疊堆放，利于加工車間方便提取零件進(jìn)行加工。

該算法模塊充分考慮了以上的實(shí)際問題，下料結(jié)果不但利用率高而且工藝性好。同時(shí)該模塊分為二個(gè)部分使用，一個(gè)部分是當(dāng)鐵塔放樣數(shù)據(jù)輸入后，系統(tǒng)根據(jù)庫存情況，進(jìn)行采購配料，當(dāng)放樣結(jié)束后，按正式生產(chǎn)的加工明細(xì)表進(jìn)行配料調(diào)整或者重新配料。

模塊使用時(shí)，可以選擇庫存優(yōu)先還是利用率優(yōu)先二種方式。

模塊運(yùn)行時(shí)，可以全自動(dòng)按塔型的不同規(guī)格依次自動(dòng)配料，配完后，再對(duì)個(gè)別規(guī)格進(jìn)行人工干預(yù)配料，以最大限度的尋得最佳配料方案。當(dāng)配料人員保存配料結(jié)果后，采購管理人員或者生產(chǎn)車間領(lǐng)料人員就可以在系統(tǒng)中看到配料情況，并產(chǎn)生相應(yīng)的采購單或者提料單。

3.5 采購管理模塊

采購管理模塊主要功能是按采購配料結(jié)果，生成按塔型分類的供料表，系統(tǒng)可以選擇多個(gè)工程中的任意塔型組合，進(jìn)行合并采購，生產(chǎn)采購報(bào)表。

4 應(yīng)用示例

4.1 鐵塔原始數(shù)據(jù)錄入

如圖3所示，主要包括數(shù)據(jù)添加、查詢、刪除(可按部件編號(hào)、段、塔刪除)等功能，其中部件重量是自動(dòng)計(jì)算的，避免人工計(jì)算之失誤。

4.2 優(yōu)化下料

如圖4所示，可以對(duì)一個(gè)工程的多個(gè)塔型自動(dòng)執(zhí)行配料。配料員在界面上可以清楚地看到各規(guī)格的配料情況，為配合倉庫管理發(fā)料統(tǒng)一性需要，下料界面同時(shí)也包括了板材等部件的重量匯總情況，下料運(yùn)算時(shí)會(huì)自動(dòng)跳過。當(dāng)設(shè)為庫存優(yōu)先時(shí)，系統(tǒng)下料運(yùn)算后，如果利用率低于設(shè)置的值，則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按采購配料重新運(yùn)算。

4.3 倉庫發(fā)料

如圖5所示，倉庫發(fā)料時(shí)，會(huì)按加工車間的不同自動(dòng)調(diào)取出配料結(jié)果，當(dāng)選擇部分規(guī)格材料進(jìn)行發(fā)料時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按到料批次以先進(jìn)先出的原則進(jìn)行發(fā)料。

圖3 原始放樣表數(shù)據(jù)錄入

圖4 優(yōu)化下料

5 結(jié)論

本文主要針對(duì)某鐵塔制造企業(yè)在生產(chǎn)管理、庫存管理、優(yōu)化下料等業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分析與研究，結(jié)合ERP原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、以及快速下料算法等，提出了比較實(shí)用的系統(tǒng)方案，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了鐵塔下料軟件系統(tǒng)，為企業(yè)構(gòu)建了高性能的下料使用環(huán)境，成功地實(shí)現(xiàn)了企業(yè)生產(chǎn)管理的科學(xué)化和信息化。

系統(tǒng)所提供的優(yōu)化下料算法具有多種方式的組合，包括諸多下料參數(shù)設(shè)定，實(shí)例中，對(duì)于8000噸角鋼進(jìn)行提料運(yùn)算，在HP540(主頻1.6G內(nèi)存1G)上運(yùn)算完畢只需30分鐘，下料速度很讓人滿意，平均利用率在97%以上。使用該軟件后不但材料利用率高，而且，換鋼號(hào)問題也得到了很好的解決。

本系統(tǒng)已經(jīng)在某鐵塔制造企業(yè)成功上線，大大減輕了管理人員的工作強(qiáng)度，減少了職能部門間和重復(fù)勞動(dòng)，提高了材料利用率，取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

該廠每年產(chǎn)量為6萬噸，人工配料情況下，利用率不足95%,利用該系統(tǒng)，材料利用率提高到97%,則每年可節(jié)約1500噸角鋼，經(jīng)每噸節(jié)省2000元計(jì)算，每年可節(jié)約300萬元，效益相當(dāng)可觀，在企業(yè)獲得經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為建設(shè)節(jié)約型社會(huì)作出了貢獻(xiàn)，該系統(tǒng)對(duì)同行業(yè)有一定的啟示作用。

感謝香港大學(xué)電子商業(yè)科技研究所Dr.Luo(Dr.Zongwei Luo, The Univeristy of Hong Kong, China) 提供算法支持。

[1] 金升平,陳定方,張翔,戴詩亮.一維優(yōu)化下料問題的基因遺傳算法[J].武漢交通科技大學(xué)學(xué)報(bào),1997,21(2):168-172.

[2] 夏永勝,夏金兵,祁方.ERP中角鋼排料專家系統(tǒng)的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2005,2.

[3] 李霄,王玫,王杰,張加隆,林趙軍,施昆.基于改進(jìn) BFD 算法的多規(guī)格一維下料系統(tǒng)[J].現(xiàn)代制造工程,2006,(9):78-81.

[4] 蔣小盼,華中平.鐵塔制造企業(yè)庫存管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].中國制造業(yè)信息化,2009,3.

[5] 黃驍儉.SAP Business One 中文版 7.0[M].北京:中國人民大學(xué)出版社,2004.