基于iMES平台的钣金车间数字化解决方案

文/王源涛·

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钣金车间存在的问题

下料工艺是制造企业最开始的一个环节，也是保证后续工序的关键环节，更是保证企业按期交货的关键因素之一。下料工艺普遍存在于机箱机柜、家电、家具、航空航天等各个行业中，该工艺相对简单，一般以切割、数冲等冷工艺为主，自动化设备应用普遍，容易形成无人化产线，但其产品附加价值相对较低，降低生产成本成为钣金车间最为重要的任务。本人调研了上百家大中小型钣金企业（包括有钣金车间的大型企业，如中车、中船等），总结了影响钣金车间成本控制的五个主要因素，如图1所示。

大多数企业认为引入自动化设备和信息化系统对生产现状的改观很大，但是63%的厂商认为引入自动化设备（如激光切割机、自动上下料设备）的作用高于信息化系统（如MES系统、套料软件等）。经调研发现，导致厂商信息化系统引入效果不佳的原因有：⑴引入的MES、ERP等管理系统，与原有的生产组织形式和管理制度存在一定的不同，MES系统厂商和制造企业都未进行及时有效地疏导，导致MES、ERP等系统应用效果一般，未能发挥其真正的作用；⑵多个信息系统由不同厂商部署实施，缺乏整体的信息系统规划，导致信息系统功能重叠并伴有信息孤岛现象；⑶信息化系统和自动化设备之间没有有效的集成，仍然需要人工来传输数据，如很多通过套料软件产生的NC代码，仍需要人工用U盘拷贝到自动化设备上。

数字化钣金车间解决方案

经过对钣金车间信息系统的应用情况进行调研和分析后，国机智能提出了一种基于成本管控为核心的数字化钣金车间解决方案，如图2所示。

在该数字化解决方案中，从上层ERP系统中接受销售订单后，通过ERP系统的MRP功能进行粗略地计划分解，进入iMES系统中。在考虑按期交货的情况下，保证材料利用率为最高，将原本分解的生产计划选择某一时间段按生产物料的材料、厚度等信息进行合批处理，合批处理后的计划信息进入套料管理模块，筛选相对应的板材信息（筛选条件如板材材质、厚度等）和设备信息（筛选条件如设备可用性、加工工艺等）进行排样、排班。对不同套料排样结果进行对比，选择生产成本最低的排样方式（生产成本最低不单单对应材料利用率最佳，同时要考虑到如刀具的损失），同时生成NC代码，如图3所示。此时，形成新的生产准备计划，该生产准备计划是在初始生产计划的基础上完成了虚拟加工，为了保证后期分拣高效有序进行，原生产订单号关联为新的生产准备计划的分批号。一旦设备准备进行加工，新的生产准备计划就可直接下发给相应设备和库存管理人员，完成一次真正的加工生产。

本文中提出的基于数字化钣金车间的生产信息系统，将所有生产准备工作做在生产之前，避免生产过程中的不确定性，便于实现钣金车间的高度自动化和无人化，本方案涉及的核心技术如下。

⑴基于实时库存的超级套料算法。根据实际的生产情况进行实时套料计算，相比于静态套料，更能提高材料利用率，更加省钱，也便于生产追踪和库存管理。

⑵基于钣金生产过程的工艺优化。根据实际零件信息和生产信息，自动生成优化的切割、冲孔路径。例如，对于钣金上的孔，会根据实际情况，将冲孔工艺改为切割成形工艺，直接节省冲头磨损带来的经济损失。

⑶针对钣金行业特有的管理模块。中国机械工业集团通过不断调研和总结中国机械制造业，尤其是钣金行业的特点，总结出了适用于钣金行业的生产管理模式。例如，钣金件一般作为农业机械、纺织机械、汽车、家电等的外壳，附加价值相对较低，有些企业选择外协，有些企业选择高度自动化生产，但其都作为装配车间的重要组成部分，基于这种情况，我们专门研发了应用于钣金车间的智能排产系统，有效解决了钣金车间和其他车间协同性的问题。同时也总结了一套应用于轮船、飞机、建筑钢构等大量应用切割、数冲等冷工艺为主的生产管理模型。

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⑷良好且稳定的iOAP底层架构。其保证了iMES与其他信息系统快速有效的集成，同时也保证了与其他外部设备（如机床、AGV等）快速有效集成和集中调度管理，避免了资源的浪费。

结束语

国机智能基于对钣金车间的调研，提出了一种以成本管控为核心、以超级套料算法为驱动的且适用于钣金车间的数字化解决方案。该数字化方案有效节约了钣金生产成本，消除了数字化钣金车间的信息孤岛和信息壁垒，保证了后续加工、装配等的齐套性，为数字化工厂的高效运行提供了必要条件。