提高材料利用率的排料优化

葛志强 张强勇 王 涛

针对目前专用车生产企业板材利用率较低的现状，结合部分企业板材下料套排问题的实际情况，对提高材料利用率的排料优化进行了针对性分析，并提出相应的改进措施和建议，希望对专用车领域在原材料的利用、套排方面提供一些借鉴。

2011年以来，受国家宏观经济影响，我国货运车市场整体低迷，专用汽车(挂车)生产企业步履维艰，尤其是那些生产厢式车、自卸车、普通半挂车等产量大、产品适应面广的企业，面临着严峻挑战。这其中包括受产能过剩、生产成本攀升、产品同质化竞争激烈等因素困绕。这些无一不在侵蚀着企业的利润空间。

现阶段，专用汽车(挂车)生产企业钢材成本占到了其产品成本的60%，因此提高钢材的材料利用率[1]对降低材料成本起着具有作用。专用汽车(挂车)企所用钢材主要为型材和钢板，型材类零件加工方式主要为锯切和切割，钢板类零件加工方式为切割、冲裁、剪切等，锯切、冲裁、剪切类零件的材料利用率可以达到92%，然而切割类零件的材料利用率却在80%左右，尤其是罐车切割类零件的材料利用率仅为76%，因此，提高切割类零件材料利用率应能有很大的提升空间。

1 有关现状

目前在中小专用车企业的生产流程中，产品设计和排料切割相互孤立，且缺乏统一的材料定额控制和成本管理环节。其后果一是数据的一致性差，存在数据重复输入，导致生产中数据出错的可能性较大，产品质量难以保证；二是切割套排料方案完全控制在工人手中，随意性大，材料消耗难以控制、统计和管理，使得钢板消耗成本处于失控状态。

2 改进措施

2.1 设置专职的排料部门

企业可以根据自身生产规模、产品类别、设备分布等情况设置排料部门；排料部门可以归属于技术部或制造部，人员配备包括绘图人员、编程人员、板材管理人员；日常工作为排料编程、定制开板计划、材料管理等。排料编程必须按照生产计划进行，在规定时间内完成所有车型切割件的排料，根据排料情况为所需板材定制开板计划；开板线就可以根据开板计划开出相应规格的板材；最后切割机操作工按照排料程序和生产计划进行切割作业；这样就可以从源头上避免余料、废料的产生。

2.2 计算机取代手工排料

手工或半手工排料速度慢、操作不便、缺乏统筹性，容易造成余料、废料的产生，从而导致不必要的浪费。如果采用计算机优化套排，利用计算机的高速运算和数据处理能力，结合下料管理规范化的排料方式，就可将钢板的利用得到优化，从而大大提高材料利用率。经实践验证，计算机排料可以使材料利用率提高2～5百分点。图1为计算机套排料的效果图，从图中可以看出排布合理、紧凑，材料利用率高，如果是采用半手工方式则无法达到这种效果。

2.3 优化工艺流程

在制定生产计划准备阶段时必须要把排料时间考虑在内，根据订单复杂情况给排料工作预留一定时间。这样可以保证排料工程师将生产订单中所有相同材质、相同规格的零件汇总后进行优化排料。套排完成后再进行切割工艺优化，优化结束后转化为切割程序，最后将切割程序发送至机台，这样操作工就可以根据程序进行切割。整个实施过程可以借助计算机完成。当然，排料时间的长短取决于软件是否先进，有的排料软件能够将料单批量导入，系统进行自动分拣零件，将料单中所有相同材质、规格的零件汇总，然后进行提取零件图形，自动进行套排和切割工艺优化，因此就可以极大地提高套排的工作效率。图2为借助计算机完成的排料流程图，效率非常高。

2.4 优化切割工艺

在排料的过程中，优化切割工艺也是非常重要的工艺流程，好的切割工艺可以减少穿孔、空程、工件的变形和提高材料利用率等。在优化切割工艺时通常采取共边、全共边、连割、桥接等特殊切割工艺。如图3为火焰切割中采取连割工艺，8个工件仅1次穿孔，大大减少了穿孔次数。一般20 mm厚度的板材预热穿孔时间需要40 s，而该连割工艺仅预热穿孔时间就节省了280 s。此外，在切割中预热穿孔是消耗割咀的主要方式，所以减少预热穿孔是延长割咀寿命的主要途径。在如图4的切割中，采取的是全共边切割工艺，可以省去搭边余量而减少切割行程，有效地提高了材料利用率和切割效率。

2.5 强化管理

在排料的同时，必须加强对材料的管理：一是根据排料情况，对板材进行合理定尺，从源头上避免余料、废料的产生；二是完善切割件的工艺定额，做到按定额发放切割板料，杜绝超额发放；三是强化监管，主管部门须对排料人员、板材管理人员、下料车间管理人员进行考核，强化员工的责任心。

此外，应细化余料管理制度，对切割中无法避免产生的余料进行界定，针对余料的存放、再利用进行详尽的规定。产品设计人员在设计时也应考虑材料的利用率，在满足设计条件下尽量优化零件外形、提高材料利用率。工艺部门要制定出提高钢材利用率的各种工艺方案，编制相应的钢材工艺定额等。

3 结束语

通过实践验证，使用计算机套排料可大幅提高板材利用率，提高工作效率，节约割咀等耗材，从而大大降低材料成本，提高企业的综合竞争能力。同时，材料利用率与切割效率的提高将降低资源消耗和能耗，从而产生节能减排的显著社会效益和经济效益。

[1] 刘旭东.提高客车生产钢材利用率的途径[J].客车技术与研究.2002.04.