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        直接讀取三維數(shù)據(jù)的套料方法應(yīng)用

        2022-06-21 04:22:38李東浩嚴(yán)磊周日圣
        金屬加工(熱加工) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:系統(tǒng)

        李東浩,嚴(yán)磊,周日圣

        揚(yáng)州中集通華專用車有限公司 江蘇揚(yáng)州 225105

        1 序言

        全球資源短缺,國際原油和鋼材價(jià)格持續(xù)飛漲,這是我們國家和企業(yè)將要長期面臨的國際大環(huán)境,也是一個(gè)重大的課題和難題。國家和企業(yè)要生存、發(fā)展,就必須倡導(dǎo)和堅(jiān)持“節(jié)約為先,效益為本”的原則。切割與焊接是一對(duì)孿生兄弟,要焊接,就必須先切割,要焊接質(zhì)量好,就必須先切割好焊接坡口。切割過程不可避免地要造成鋼板的各種浪費(fèi),除了剩余鋼板和邊角余料的浪費(fèi)外,各種割縫余量、坡口余量,以及機(jī)加工和變形等余量的浪費(fèi)同樣非常嚴(yán)重。因此,我們通常說:“焊接技術(shù)決定產(chǎn)品質(zhì)量,切割技術(shù)決定產(chǎn)品成本”。特別是專用車企業(yè),產(chǎn)品的成本主要是鋼材成本,而鋼材成本則取決于鋼材切割過程的利用率和鋼材浪費(fèi)的多少。因此,企業(yè)要生存并發(fā)展,就要在提高焊接質(zhì)量的同時(shí),必須先從鋼材切割技術(shù)下手,節(jié)省鋼材,降低成本,提高鋼材切割生產(chǎn)效率和效益。根據(jù)世界銀行鋼鐵統(tǒng)計(jì)年鑒可知,美國、日本等發(fā)達(dá)國家在切割過程中被燒蝕、加工和浪費(fèi)掉的鋼材是30%。中國、印度等發(fā)展中國家,由于缺乏先進(jìn)的切割技術(shù),鋼材在切割過程中的損耗和浪費(fèi)達(dá)到40%。2015年,我國的鋼產(chǎn)量和消費(fèi)量是3億t,按照鋼帶比40%計(jì)算,用于切割焊接的鋼材有1.2億t,比發(fā)達(dá)國家多浪費(fèi)10%,就意味著中國在切割生產(chǎn)中多浪費(fèi)了1200萬t鋼,按每噸鋼材5000元計(jì)算,我國每年鋼材多浪費(fèi)的金額高達(dá)600億元。

        目前,我國大中型專用車企業(yè)年鋼材切割焊接量一般都要超過1萬t,特別是大型專用車企業(yè),年鋼材切割焊接量要達(dá)到5~10萬t。以年切割鋼材1~2萬t的專用車企業(yè)為例,如果能夠使用好套料切割軟件,提高1%的鋼材利用率,每年就可節(jié)省200t鋼材,按照每噸5000元計(jì)算,每年就可增加利潤100萬元。如果鋼材利用率能夠提高3%~5%,每年就可增加利潤500萬元。對(duì)于年鋼材使用量在5~10萬t的大型專用車企業(yè),使用好套料切割軟件,每年可增加利潤達(dá)上千萬元。

        2 套料軟件的定義和基本功能

        2.1 套料軟件的定義

        通過計(jì)算機(jī),用專門的軟件將所需加工工件的CAD圖樣處理生成相應(yīng)的單體加工程序,然后再把這些單體程序在一定規(guī)格的板材上排列起來,最后生成一個(gè)數(shù)控加工程序,以提供給數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。這個(gè)專門的軟件,通常叫作套料軟件。

        套料軟件應(yīng)屬于一種CAM軟件,主要用于二維平面切割,如數(shù)控火焰切割、數(shù)控等離子切割、數(shù)控激光切割及數(shù)控機(jī)械銑等。

        2.2 套料軟件的基本功能

        通過對(duì)目前市面上多款套料軟件的調(diào)研,并結(jié)合過往的使用經(jīng)驗(yàn),對(duì)套料軟件具備的功能進(jìn)行了分類,并將數(shù)字化應(yīng)用各階段需求下套料軟件需對(duì)應(yīng)的各類功能進(jìn)行了定義,見表1。

        表1 套料軟件的基本功能

        3 套料軟件的業(yè)務(wù)流程

        過去的數(shù)控切割機(jī)床往往都是以作業(yè)孤島的形式存在,套料軟件也基本都是數(shù)據(jù)孤島。而面向數(shù)字化的生產(chǎn)制造,必須消除這樣的孤島,實(shí)現(xiàn)設(shè)備與系統(tǒng)互聯(lián)、設(shè)備與軟件互聯(lián)、軟件與系統(tǒng)互聯(lián)。

        針對(duì)上述目標(biāo),梳理了數(shù)字化轉(zhuǎn)型后的套料軟件業(yè)務(wù)流程,并分析了各流程之間的相互關(guān)系和實(shí)現(xiàn)方式。

        3.1 總體流程

        套料軟件業(yè)務(wù)總體流程如圖1所示。

        圖1 套料軟件業(yè)務(wù)總體流程

        用文字可以表述如下。

        1)MES系統(tǒng)派發(fā)下料計(jì)劃給套料軟件。

        2)套料軟件與PLM系統(tǒng)取得聯(lián)系,獲取套料所需要的圖樣文檔進(jìn)行套料。

        3)將套料所得的NC程序傳遞給數(shù)控切割設(shè)備,同時(shí)將套料結(jié)果(排版圖等)反饋給MES系統(tǒng)。

        套料軟件處于數(shù)字化架構(gòu)的中間位置,扮演著三方互聯(lián)的角色,其作用承上啟下,至關(guān)重要。對(duì)總體流程進(jìn)行拆分,可以得到3個(gè)子工作流程:PLM-套料軟件工作流程、MES-套料軟件工作流程、套料軟件-設(shè)備工作流程。下面對(duì)這3個(gè)子工作流程分別進(jìn)行分析。

        3.2 PLM-套料軟件工作流程

        以往的套料經(jīng)驗(yàn)需要將三維模型轉(zhuǎn)成二維展開圖后才能進(jìn)行套料,這種方式在目前數(shù)字化信息流的應(yīng)用方式下,很大程度上阻礙了效率的提升。而XSuperNEST直接讀取三維模型的方式大幅提升了套料效率及準(zhǔn)確性。

        目前,使用的PLM系統(tǒng)為西門子的Teamcenter(以下簡稱TC),使用的三維設(shè)計(jì)軟件為NX。PLM-套料軟件工作流程應(yīng)為:TC將接口開放給套料軟件,套料軟件直接接入TC的數(shù)據(jù)庫,讀取*.prt三維格式圖樣,并對(duì)于鈑金模式下建模需展開的圖樣可直接調(diào)用NX的展開命令自動(dòng)展開,這樣可使圖樣的流轉(zhuǎn)全部在系統(tǒng)內(nèi)完成,實(shí)時(shí)讀取圖樣,整個(gè)過程無需人工干預(yù),安全可靠。PLM-套料軟件工作流程如圖2所示。

        圖2 PLM-套料軟件工作流程

        3.3 MES-套料軟件工作流程

        MES-套料軟件工作流程如圖3所示。MES系統(tǒng)與套料軟件的交互主要為中間數(shù)據(jù)庫表。交互的重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)字段的定義,現(xiàn)列舉一個(gè)MES系統(tǒng)和套料軟件交互時(shí),采用中間數(shù)據(jù)庫表所推薦的定義字段,見表2、表3。

        表2 MES系統(tǒng)計(jì)劃數(shù)據(jù)中間表結(jié)構(gòu)

        表3 套料軟件數(shù)據(jù)中間表結(jié)構(gòu)

        圖3 MES-套料軟件工作流程

        同時(shí),套料軟件需要反饋報(bào)表和排版圖給MES系統(tǒng),以指導(dǎo)后續(xù)的分揀工作,并實(shí)現(xiàn)不同條件下的排版圖輸出,如同車零件同色,或者同批次零件同色、同工藝路線同色等高亮方式。

        3.4 套料軟件-設(shè)備工作流程

        套料軟件和設(shè)備的數(shù)據(jù)交互方式主要有以下3種。

        1)通過U盤將套料后生成的切割程序拷貝至切割機(jī)床上。

        2)通過DNC系統(tǒng)將套料軟件與切割機(jī)床交互,獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

        3)不直接與數(shù)控切割機(jī)床進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,而是通過機(jī)床的中控系統(tǒng)與其進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

        現(xiàn)有激光切割機(jī)設(shè)備都配有中控系統(tǒng)。套料軟件與切割設(shè)備中控系統(tǒng)直接進(jìn)行集成,進(jìn)行套料程序下發(fā)。

        4 三維讀取方法研究

        (1)二維圖樣套料軟件對(duì)圖樣處理的方法應(yīng)用 對(duì)CAD內(nèi)需折彎的零件進(jìn)行展開圖繪制,再進(jìn)行套料。此方式需工藝人員對(duì)二維圖樣進(jìn)行展開圖繪制的二次加工,費(fèi)時(shí)且對(duì)應(yīng)出錯(cuò)率較高。

        (2)XSuperNEST三維圖樣導(dǎo)入方法應(yīng)用 通過直接讀取PLM系統(tǒng)內(nèi)三維模型,套料軟件自動(dòng)展開,納入零件庫進(jìn)行套料,如圖4所示。

        圖4 XSuperNEST三維圖樣導(dǎo)入方法

        批量導(dǎo)入三維模型,大大減少了展開圖繪制工作,同時(shí)可消除圖樣二次加工的出錯(cuò)率。

        5 XSuperNEST套料效率及成本對(duì)比

        為了實(shí)際驗(yàn)證XSuperNEST的效率,分別針對(duì)材料利用率、工作效率,將其與原套料軟件進(jìn)行了算法測試對(duì)比。

        5.1 材料利用率(套料算法)

        依據(jù)對(duì)真實(shí)車型套料算法測算并對(duì)比原有軟件,其超級(jí)算法可提高1%~5%材料利用率,平均值為1.7%,見表4。

        表4 材料利用率對(duì)比

        (續(xù))

        5.2 工作效率(人工工時(shí))

        由于生產(chǎn)線升級(jí),采用激光切割機(jī)以取消剪、沖、鉆工序,故排版套料人員工作量相對(duì)于以往增加約1倍以上的工作量。

        原套料算法沒有達(dá)到“不需人工干預(yù)”的程度,也會(huì)使套料人員工作量有所增加。

        采用XSuperNEST高級(jí)算法可有效提高套料人員對(duì)零件套料方面的工作效率,將工作重點(diǎn)放到“工單合并”“激光切割工藝優(yōu)化”等方面。待后續(xù)操作熟練,可減少0.5~1名套料人員,每年節(jié)約費(fèi)用8~10萬元。

        6 結(jié)束語

        新型切割設(shè)備及套料軟件的應(yīng)用,經(jīng)在半掛車制造業(yè)中進(jìn)一步驗(yàn)證,并對(duì)比了數(shù)字化技術(shù)在提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率上的作用,打通了數(shù)字化設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全鏈條通路。

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