基于激光下料工艺板材利用率的研究

何为蔚，蒋增荣

（桂林广陆数字测控有限公司，广西 桂林541004）

0 引言

随着激光加工技术的迅速发展，光纤激光切割机下料工艺替代了制造业中传统的冲、剪、割、切、车、等下料工艺。加工方式的改变及新工艺的实施给企业带来显著效率的同时也把板材利用率底下问题暴露了出来。生产效率越高，如果生产管理监管不到位就会造成越大的损失。本文结合生产实际情况先分析影响板材利用率低下的因素，再针对其因素给出相应的解决措施，达到板材利用率最合理最大化的目的。

1 影响板材利用率的因素分析

（1）节约意识缺乏。提高板材利用率不是某一个人的事情，高层领导不重视，设计部门不考虑、工艺部门不讲究，车间生产不汇报，员工不考虑节约用料，以上这些都是各部门节约意识缺乏的表现，都是造成板材利用率低下的原因。

（2）产品设计不规范。产品从设计的时候就没有考虑成本问题，同一规格型号选材和尺寸没有统一标准，结构不便于板材利用率提升。

（3）工艺排版随意。例如工艺人员对排板不讲究，预留后序余量偏大、排版不合理，间距、边距、空位过大，一些不便于板材利用率提升的产品强行加工等。

（4）板料采购尺寸不符合工艺要求。激光切割对板料的平整度有较高要求，拱，扭、翘都有可能使激光机出现废品，其次就是尺寸偏差较大，不符合排版要求造成巨大浪费。

（5）操作员技术欠缺。由于人员流动或者岗位调动，激光切割岗位操作人员技术培训及其掌握不到位，就上岗，造成技术水平低下，遇到问题没有得到及时和很好的处理时有小批量废品事故发生造成板材利用率低下。

（6）生产安排不合理。不合理的生产安排占材料利用率低下的比重非常大，比如；一个套料排版后是300件，安排生产250件，余下的板料基本无法再利用，被迫转入余料库，这样就造成了板料利用率低下。

（7）余料未得到充分利用。不管再怎么排料总是会产生一定的边角余料，没有余料管理及再利用机制造成无法估量的原材料浪费。

（8）设备维护不到位。激光切割机属于高精度加工设备，如果得不到较好的养护，故障时有发生，设备故障造成产品加工精度不合格影响板料利用率。

2 提高板材利用率的措施

2.1 工艺实施前的成本控制意识教育培训

（1）在培训计划中强调成本的重要性和控制成本的必要性。

（2）通过培训和教育来提高全员的成本意识。向员工宣贯组织的成本理念，使每个员工都能理解组织的命运和自己的命运是相互联系的。

（3）建立激励机制，运用“成本考核”和“成本否决”等手段从严管理，使员工意识到组织控制成本的严肃性。

（4）建立“资源节约型”和“低成本运营”的企业文化。

（5）积极倡导“成本是企业的核心竞争力，同时也是员工的核心竞争力”。

2.2 成本控制要贯穿于设计全过程

设计上的浪费是先天性的浪费，新产品设计的合理性会给以后的生产和使用带来最大的节约。同样，对工艺、设计、设备和材料的选用，以至于对原有产品的改进设计都要进行技术经济分析在保证质量的前提下，贯彻节约原则，解决产品性能和产品成本的矛盾，以最小的消耗取得最大的经济效果，切不可低估设计人员在降低成本中的作用，有人说设计人员笔下画一条线，一个加工符号，都和产品成本紧密相连[1]，所以提高板材利用率首当其冲就是优化产品结构外形设计。

2.3 组织专业人员对工艺排版合理性进行讨论研究

（1）激光切割机下料前都是要工艺人员进行排版及编程的，对于每年需要板材几千吨的企业，提高板材下料的材料利用率是非常重要的。想要提高板材激光工艺下料的材料利用率，激光切割前排版编程无疑是最关键的工序。

（2）对于相同的零件和相同的板材幅面，不同的排版，就有不同的材料利用率。排版过程中各零件间距、板料边缘的边距、排料的空位，这些数值直接影响板材的利用率提高，通过对排版零件的旋转和移动让排版过程中的空位空间进行最大可能的优化。对不同的排版零件和不同的板材尺寸分别进行不同的排板，反复验证多次优化后的排板的对比，使不同排料零件达到最优化组合，尽量实现最优的排版套料切割。

（3）部分零件如果有切割线相同的情况可以实现共用线切割，也就是在排版时对于两个零件外形能够重合的部分实现整合即共线。切割时相同部分只切割一次就可以了，既可提高材料的利用率，同时也提高了切割的效率，也降低了能源的消耗，实现板材下料的最高境界。

（4）特殊情况下，由于板材尺寸和机床切割行程的限制，整合也很难实现材料利用率的提高。只能对零件进行合理的分体去适应板材的尺寸和机床的切割的行程范围。分体要遵循不影响零件的使用性能原则；分体的位置尽量不要经过孔；分体切割要尽量实现最大化，板材尺寸能放下多大尺寸的零件，分体时就分多大尺寸的单个体；机床能切割多大尺寸的零件，分体时就分多大尺寸的单个体。这样一方面有利于材料利用率的提高。

（5）经过反复研究和推敲后的排版文件一定要组织技术部、工艺部、采购部生产车间等相关部门主管召开专题会议，评审排版方案的合理性、经济性、可行性，集思广益不断提高激光切割下料工艺的板材利用率。

2.4 定购激光排版专用板材

在早期制造业中，传统的采购板材模式规格尺寸单一，已经不能满足激光切割机排料要求，不利用激光切割下料工艺板材利用率提高，因此，批量生产的零件根据需排板实际要求尺寸，定购相应尺寸规格的专用激光切割板材，这样既能提高了板材的利用率，同时也避免了大批余料的积压。

激光切割对板料的平整度有较高要求，拱，扭、翘等板料质量问题，会导致激光切割机报警、停机、碰撞，大大增加了切割的难度，影响零件质量及外观还耽误生产进度，甚至造成零件加工报废，所以严格控制板料采购质量尤为重要。

2.5 激光操作人员培训

（1）培训激光操作人员进行精益管理，改善管理理念，严格贯彻执行切割工艺纪律，提高节约意识。

（2）进行激光切割机操作技能培训，提高操作水平及规范操作方法，确保产品质量，从而减少浪费。

（3）严格执行首检制度，严格控制切割操作过程质量，使产品质量处于受控状态[2]。

2.6 建立生产执行系统，科学合理的安排生产

建立和完善企业相关的数据库、ERP系统、MES系统等辅助生产系统，生产部门下达生产任务时借助生产信息化系统优势，优化生产安排，监管从原材料进厂到产品及零件的入库的全部生产过程，产品及零件所使用的材料、设备，产品检测的数据和结果以及产品在每个工序上生产的人员、时间等信息。借助MES系统加以分析，生成系统报表实时呈现生产现场的生产进度、目标达成状况、产品品质状况，以及生产的人、机、料的利用状况，从而有效的杜绝各类资源和原材料的浪费。

2.7 制定余料管理制度及奖惩机制

（1）制定激光切割机的余料管理制度，促使各部门合理、充分地利用余料。

（2）余料管理同原材料一样，给予编码并具有唯一性，余料信息（如材料名称规格、尺寸、形状等）录入企业管理系统，从工艺设计开始，确认哪些零件加工用哪一编码余料。

（3）组织企业内部技术专家定期对工艺文件进行监督考核，是否充分利用了余料。

（4）建立奖惩制度。对各级积极利用余料的部门或个人，进行奖励或惩罚。

2.8 降低设备故障，提高生产效益

原材料的消耗大部分是在设备上实现的，设备状态不好会增大原材料消耗，如出现废品，原材料浪费更大，所以要保证设备的正常运转，就要熟练掌握和引进激光切割设备的维修技术，及时解决备用品配件的供应，采取各种方式培训数量足够的设备管理与维修人员，提高设备管理人员的技术与管理水平。

3 结语

光纤激光成形下料工艺必须考虑板材利用率问题，对激光切割排版进行优化审核，对激光板材切割过程进行分析，通过对影响板材利用率的因素分析，找出了影响原材料利用率的主要因素，对不同材料、不同板厚以及不同形状的零件进行了优化排版。通过采取措施，最大限度地提高了原材料利用率，达到杜绝浪费及提高激光切割板材利用率的目的。