一、概述
目前，我國(guó)船舶制造行業(yè)正處在一個(gè)前所未有的蓬勃發(fā)展時(shí)期，船舶制造行業(yè)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)的手工和機(jī)械方式造船向計(jì)算機(jī)數(shù)字化與快速響應(yīng)制造即敏捷造船發(fā)展。數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用系統(tǒng)是數(shù)字化敏捷造船的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化敏捷造船的核心技術(shù)。
在2006年四季度，F(xiàn)astCAM中國(guó)公司選擇了一家有代表性的大型船舶制造企業(yè)進(jìn)行了為期兩周的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐和兩個(gè)月的后續(xù)跟蹤指導(dǎo)，從設(shè)計(jì)部門提供的DXF/DWG文件格式的套料圖和詳細(xì)設(shè)計(jì)后的零件圖開始，進(jìn)行零件圖優(yōu)化、自動(dòng)編程、自動(dòng)套料、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、統(tǒng)計(jì)報(bào)表，以及切割生產(chǎn)計(jì)劃管理，到數(shù)控切割機(jī)現(xiàn)場(chǎng)切割，解決了各種切割質(zhì)量問題。
為期兩周的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，不僅為船舶制造企業(yè)及時(shí)解決了編程套料與數(shù)控切割的效率和質(zhì)量問題，而且為FastCAM套料軟件在船舶企業(yè)的應(yīng)用提供了很實(shí)用、具體的應(yīng)用案例，從而為船舶制造企業(yè)有效提高編程套料生產(chǎn)效率，提高數(shù)控切割機(jī)的切割質(zhì)量和切割效率提供了有效的技術(shù)保證。
二、應(yīng)用案例分析
1．應(yīng)用案例一：套料圖的優(yōu)化、自動(dòng)編程和代碼轉(zhuǎn)換，提高編程效率和切割質(zhì)量
目前，我國(guó)船舶制造企業(yè)普遍采取專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)方式，由船舶設(shè)計(jì)部門或設(shè)計(jì)公司直接把排版好的DXF/DWG格式的套料圖（見圖1），提供給船舶企業(yè)的編程套料與切割生產(chǎn)部門，由編程套料部門進(jìn)行簡(jiǎn)單的NC編程和代碼轉(zhuǎn)換后，交給切割部門進(jìn)行數(shù)控切割。
使用DXF/DWG格式的套料文件進(jìn)行編程和數(shù)控切割，企業(yè)面臨的主要困難和問題如下：
一是自動(dòng)編程困難。由于DXF/DWG文件經(jīng)常存在肉眼無法識(shí)別的多余實(shí)體、重疊曲線或曲線不閉合，導(dǎo)致無法自動(dòng)編程或編程錯(cuò)誤，如多引入引出線和重復(fù)切割。
二是代碼轉(zhuǎn)換問題。該企業(yè)擁有船舶研究所和深圳博利昌不同年代的多臺(tái)數(shù)控切割機(jī)，使用了Fagor、EDGE、Lynx等不同品牌的控制器, 代碼格式各不相同，相互間進(jìn)行轉(zhuǎn)換非常煩瑣和困難。
圖1 DXF/DWG格式套料圖
三是切割質(zhì)量問題。首先是引入引出點(diǎn)過燒留疤痕；其次是切割斷面不光滑，有許多波浪紋。
四是切割效率低且等離子割嘴浪費(fèi)嚴(yán)重。
針對(duì)上述困難和問題，我們幫助企業(yè)分析產(chǎn)生問題的原因，輔導(dǎo)用戶使用FastCAM套料軟件并有針對(duì)性的逐一進(jìn)行解決。
?。?）使用FastCAM軟件的CAD清除壓縮功能，優(yōu)化DXF/DWG文件（見圖2），清除多余和重疊的實(shí)體，壓縮小的直線，使原本由282個(gè)實(shí)體組成的套料圖，經(jīng)過清除壓縮優(yōu)化處理后，實(shí)體數(shù)減少到218個(gè)，有效減少了程序量，避免了亂跑空程和重復(fù)切割；同時(shí)，壓縮小實(shí)體，可直接提高切割斷面質(zhì)量，避免波浪紋和切割機(jī)抖動(dòng)，有效提高切割質(zhì)量和切割效率。
圖2 CAD清除壓縮功能
?。?）使用FastPATH自動(dòng)編程功能（見圖3），設(shè)置切割方式、引入引出線類型、割縫補(bǔ)償方式、輪廓線間隙和選擇板材邊框，進(jìn)行自動(dòng)編程，即可得到切割代碼程序，并使不封閉曲線自動(dòng)閉合；同時(shí)，解決了引入引出點(diǎn)過燒留疤痕的質(zhì)量問題。
圖3 自動(dòng)編程功能
?。?）使用FastCAM軟件實(shí)現(xiàn)不同代碼的快速轉(zhuǎn)換。FastCAM軟件提供了多種控制器代碼的轉(zhuǎn)換功能（見圖4），控制器代碼類型包括：伊薩、梅塞爾切割機(jī)使用的ESSI格式和通用的EIA格式，包括常見的EDGE、LYNX、FastCNC、FAGOR、START等控制器類型。
?。?）使用高效切割編程技巧，特別是針對(duì)等離子切割，使用FastCAM軟件提供的橋接功能，實(shí)現(xiàn)多個(gè)零件的橋接和連續(xù)切割，有效地減少了等離子穿孔，節(jié)省等離子割嘴，提高了切割效率。
圖4 多種控制器轉(zhuǎn)換類型
2．應(yīng)用案例二：零件圖的自動(dòng)提取與自動(dòng)套料
目前，我國(guó)大中型船舶制造企業(yè)都有自己的船舶設(shè)計(jì)院，從船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、船體的分段設(shè)計(jì)到每段的詳細(xì)設(shè)計(jì)，具備了相當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)和開發(fā)力量。但是，在詳細(xì)設(shè)計(jì)后，編程套料和數(shù)控切割生產(chǎn)部門，還存在許多技術(shù)難題有待解決。例如：如何從詳細(xì)設(shè)計(jì)圖中快速提取同一板厚的零件，整理生成零件切割列表，進(jìn)行自動(dòng)套料，以避免重復(fù)畫圖，從而有效避免手工整理切割零件清單，避免進(jìn)行手工套料和編程，這是實(shí)現(xiàn)無紙化和數(shù)字化編程套料，有效提高編程套料工作效率，提高數(shù)控切割的質(zhì)量和效率的關(guān)鍵。
FastCAM套料軟件為船舶制造企業(yè)提供了成熟專業(yè)的一體化的自動(dòng)提取、自動(dòng)套料、自動(dòng)編程的技術(shù)和方法。下面將操作流程介紹如下。
第一步：使用FastCAM軟件的CAD兼容功能，讀入DXF/DWG格式的船體分段詳細(xì)設(shè)計(jì)圖（見圖5，船舶企業(yè)在船體分段詳細(xì)設(shè)計(jì)圖中，已經(jīng)將不同板厚的零件進(jìn)行了分類，板厚10～45mm不等分成多種規(guī)格），然后按不同板厚依次分別進(jìn)行處理。以20mm板厚的零件為例，先刪除其他板厚的零件和邊框，只剩下20mm板厚的零件組（見圖6）。再使用上面介紹過的CAD清除壓縮優(yōu)化功能，清除多余和重疊實(shí)體，避免重復(fù)切割，壓縮小線段，優(yōu)化DXF/DWG文件，把原有233個(gè)實(shí)體優(yōu)化減少到183個(gè)實(shí)體，有效地提高了數(shù)控切割質(zhì)量和切割效率。
圖5 船體分段詳細(xì)設(shè)計(jì)圖
圖6 20mm板厚切割零件組
第二步：使用FastCAM軟件的CAD提取打散排序功能，不僅可方便快捷地提取其中的任意一個(gè)零件圖，保存為DXF/ DWG 或CAM文件，而且還可自動(dòng)提取零件的名稱。此程序最重要的功能是自動(dòng)打散零件，自動(dòng)提取零件名，順序存儲(chǔ)零件，以及自動(dòng)進(jìn)行排序和自動(dòng)生成零件切割列表（參見圖7、圖8），為自動(dòng)套料做好準(zhǔn)備。
圖7 自動(dòng)打散排序功能
圖8 自動(dòng)生成切割零件列表
第三步：使用FastCAM軟件的自動(dòng)套料功能，直接讀入自動(dòng)生成的切割零件列表，進(jìn)行自動(dòng)套料（見圖9）；使用FastNEST套料軟件中的自動(dòng)與手動(dòng)交互式套料和自動(dòng)編程方法，優(yōu)化套料和編程結(jié)果；使用多控制器轉(zhuǎn)換功能，生成不同切割機(jī)和控制器需要的NC切割文件，進(jìn)行數(shù)控切割。
圖9 板厚20mm的零件組套料圖
3．應(yīng)用案例三：套料圖的自動(dòng)識(shí)別和切割代碼轉(zhuǎn)換
目前，我國(guó)少數(shù)大型和特大型船舶制造企業(yè)為打造國(guó)際一流的船舶企業(yè)，滿足船舶出口的市場(chǎng)需要，投入巨資購(gòu)買和使用了國(guó)際著名的Tribon船體設(shè)計(jì)軟件，進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分段詳細(xì)設(shè)計(jì)，以及零件板材套料，使船舶設(shè)計(jì)技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
然而在數(shù)控切割生產(chǎn)部門還存在著套料圖的自動(dòng)識(shí)別和切割代碼轉(zhuǎn)換技術(shù)難題.由于Tribon軟件提供的套料文件是一種專用的以GEN格式為后綴的文件，數(shù)控切割生產(chǎn)部門需要把文件轉(zhuǎn)換為通用的套料文件，再根據(jù)不同數(shù)控切割機(jī)和控制器代碼格式的要求，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的切割代碼文件。
下面簡(jiǎn)單介紹FastCAM公司專門為Tribon 船舶設(shè)計(jì)軟件開發(fā)完成的TriCAM通用轉(zhuǎn)換軟件(見圖10)，直接讀入 格式的套料文件，自動(dòng)識(shí)別套料零件的切割層、噴粉劃線層及文字標(biāo)注噴碼層，自動(dòng)保存為通用的CAM文件格式（見圖11）, 再使用FastCAM軟件的自動(dòng)編程功能和多控制器轉(zhuǎn)換功能, 根據(jù)企業(yè)使用的數(shù)控切割機(jī)和控制器類型, 直接為不同的數(shù)控切割機(jī)輸出不同的切割代碼或切割程序。
圖10 TriCAM轉(zhuǎn)換軟件
圖11 文件轉(zhuǎn)換為CAM文件
4．應(yīng)用案例四：數(shù)控切割敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)與數(shù)控切割生產(chǎn)過程的數(shù)字化信息化管理
當(dāng)船舶制造企業(yè)發(fā)展到一定規(guī)模，信息化建設(shè)就成為船舶企業(yè)必不可少的基礎(chǔ)設(shè)施，特別是當(dāng)船舶企業(yè)應(yīng)用了CAD、CAPP等產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件，Tribon等船舶設(shè)計(jì)軟件，PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以及實(shí)施了ERP，即企業(yè)外部資源管理信息系統(tǒng)后，企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程的信息化管理，特別是鋼材數(shù)控切割下料生產(chǎn)過程的計(jì)算機(jī)信息化管理就應(yīng)該被提上議事日程。
目前，我國(guó)大多數(shù)的船舶制造企業(yè)在企業(yè)信息化方面，特別是在船舶設(shè)計(jì)軟件和ERP系統(tǒng)方面，不僅資金投入大，而且技術(shù)力量強(qiáng)，已經(jīng)取得了可喜的進(jìn)展和成績(jī)。然而在企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)過程的信息化建設(shè)方面，特別是在鋼材數(shù)控切割生產(chǎn)過程信息化管理和建設(shè)方面，還相對(duì)落后，存在信息斷層和信息孤島現(xiàn)象。例如，由于缺乏切割生產(chǎn)和鋼材消耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，ERP系統(tǒng)還不能發(fā)揮其應(yīng)有的統(tǒng)計(jì)與決策作用；船體設(shè)計(jì)部門的技術(shù)資料包括PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的資料，還不能直接為數(shù)控切割生產(chǎn)服務(wù)，使船舶制造企業(yè)的管理決策層、船舶設(shè)計(jì)技術(shù)層與鋼材切割下料和焊接生產(chǎn)層發(fā)生信息脫節(jié)，仍然存在數(shù)控切割生產(chǎn)管理紊亂、切割效率低及鋼材浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象。
基于此，F(xiàn)astCAM公司適時(shí)推出了FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)。
我國(guó)船舶制造企業(yè)對(duì)于MES系統(tǒng)并不陌生。根據(jù)國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)（Manufacturing Execution System Association，MESA）對(duì)MES的定義，MES匯集了車間中用以管理和優(yōu)化從定單下達(dá)到生產(chǎn)完成全過程中的所有活動(dòng)的硬件或軟件組件，它控制和利用準(zhǔn)確的制造信息，對(duì)車間生產(chǎn)活動(dòng)中的實(shí)時(shí)事件做出快速響應(yīng)，同時(shí)向企業(yè)決策支持過程提供相關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)的重要信息。因此，簡(jiǎn)單講MES制造執(zhí)行系統(tǒng)是一種面向車間層的生產(chǎn)管理和優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)；是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計(jì)劃和底層工業(yè)控制之間并面向車間層的管理信息系統(tǒng)。然而，我國(guó)大多數(shù)的離散制造企業(yè)，對(duì)于ERP、PDM等信息系統(tǒng)中的信息與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)之間的信息傳遞與處理，是通過“手工方式”進(jìn)行的?！笆止し绞健笔沟糜?jì)劃和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的過程控制層之間出現(xiàn)信息斷層。 MES系統(tǒng)的作用是在企業(yè)信息系統(tǒng)中承上啟下，在生產(chǎn)過程與管理之間架起了一座信息溝通的橋梁，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，使用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和調(diào)整。
由于不同行業(yè)其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和物料供應(yīng)不同，生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程差異很大，因此，不同行業(yè)需要有不同的MES制造執(zhí)行系統(tǒng)。針對(duì)鋼材數(shù)控切割下料生產(chǎn)過程，F(xiàn)astCAM公司在FastCAM套料軟件基礎(chǔ)上開發(fā)了FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)，專門應(yīng)用于鋼材數(shù)控切割生產(chǎn)過程的信息化管理。
FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)為船舶制造企業(yè)提供了一個(gè)信息化管理平臺(tái)，從船體設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、編程套料、數(shù)控切割到鋼材存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)流程的系統(tǒng)集成（見圖12），與CAD、CAPP、Tribon、滬東等船體設(shè)計(jì)軟件，以及ERP、PDM等系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成。
FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)一方面解決了數(shù)控切割生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)控制和準(zhǔn)確的數(shù)字化管理，有效提高船舶企業(yè)數(shù)控切割的生產(chǎn)效率；另一方面，解決了鋼材采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)和下料管理流程中的鋼材浪費(fèi)問題，有效提高船舶企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。
下表是美國(guó)MESA協(xié)會(huì)所做的MES應(yīng)用效果調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：
三、FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)實(shí)施與應(yīng)用環(huán)節(jié)
（1）與船體設(shè)計(jì)部門實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，建立無紙化多用戶產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，按照船舶訂單及船體分段的樹形結(jié)構(gòu)建立切割零件數(shù)據(jù)庫(kù)；與鋼材存儲(chǔ)管理部門進(jìn)行系統(tǒng)集成，建立鋼材及余料存儲(chǔ)管理系統(tǒng)，優(yōu)化鋼材及余料存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
?。?）根據(jù)船體分段焊接與組裝工藝流程，由生產(chǎn)計(jì)劃與工藝部門制定切割生產(chǎn)計(jì)劃，與鋼材采購(gòu)、存儲(chǔ)管理等相關(guān)部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)行鋼材采購(gòu)預(yù)算、定板定尺計(jì)算，以及鋼材庫(kù)存查詢，做好切割生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度。
?。?）與FastCAM套料軟件進(jìn)行系統(tǒng)集成，根據(jù)切割生產(chǎn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)切割零件數(shù)據(jù)庫(kù)、板材余料數(shù)據(jù)庫(kù)與FastCAM套料軟件的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的編程套料與數(shù)控切割，準(zhǔn)確地控制和調(diào)度切割生產(chǎn)過程。
?。?）與ERP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成，把數(shù)控切割生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)提交給ERP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)船舶企業(yè)的全面數(shù)字化和信息化管理。
四、結(jié)語
FastCAM公司具有30年數(shù)控切割軟件的開發(fā)歷史，在船舶修造領(lǐng)域具有豐富的軟件開發(fā)與應(yīng)用技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。FastCAM公司倡導(dǎo)全新的數(shù)控切割理念與技術(shù)方法，通過使用FastCAM套料軟件與FastCNC數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)控切割機(jī)的全時(shí)切割、自動(dòng)切割、高效切割、高質(zhì)切割和高套料率切割，通過傳授高效切割編程套料技術(shù)與技巧，有效地減少了預(yù)熱穿孔，提高了火焰和等離子切割效率，減少了等離子割嘴損耗，有效節(jié)省鋼材。
FastCAM公司在鋼材數(shù)控切割生產(chǎn)領(lǐng)域率先推出的FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)，將有效提高船舶制造企業(yè)的信息化管理與集成水平，有效提高鋼材的數(shù)控切割生產(chǎn)效率和鋼材使用的經(jīng)濟(jì)效益。
（轉(zhuǎn)載）
