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CAD/CAM软件 |
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如何均衡企业的设计和制造资源 |
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作者： |
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一、引言
现代制造企业为了不断发展和提高参与市场竞争的能力，投入大量资金购置先进的制造设备与应用软件系统，在企业制造装备不断提高的过程中，如何合理规划企业的制造资源，达到“软硬”平衡，使得企业能够最大限度的发挥制造能力，减少在不断建设中的浪费，正成为制造业所关注的一个新的问题。
唐山松下产业机器有限公司（下简称“唐山松下”）成立于1994年8月,1995年6月投产。1996年以来，公司销售额及实现利润一直居中国电焊机行业首位，成为国内最大的焊接设备制造企业。本文以唐山松下为研究对象，对上述问题进行探讨，根据企业在装备现代化进程中的需求，提出了企业制造能力合理化发展的思路。本文所讨论的一些举措已在一些国内外企业的实践中得到证实，效果良好，期望对我国制造业的现代化提供参考。
二、资源整合前存在的问题与改进办法
在实施资源整合之前，设计到生产的管理工作需要更多的人工干预，中间环节总存在一些制约人员工作效率、机床生产效率的瓶颈。例如，从CAD到CAM：企业设计部门应用二维CAD进行产品设计，产品结构设计完成后，传递到工艺人员的图纸是二维三视图，工艺人员无法直接获得编程所需的钣金件展开图，需要多名工艺人员进行钣金工艺准备，将二维图重新手工计算并绘制钣金展开图，确定各加工要素尺寸，再手工编制数控冲床的加工程序，将加工程序手工输入到机床，由操作人员进行试加工，流程如图1所示。通常，一个新产品的钣金工艺准备需要5名工艺人员花费近10天的时间才能完成，并且图形展开、程序编制或录入等错误时常发生，造成工件报废、交货期延误。再从CAM到生产制造：工艺人员在加工数据（机床数控程序和工艺要求等）产生后缺少管理，需要通过硬件设备或需要工艺人员配合生产人员进行数据交换，容易造成机床、工艺人员和生产加工人员“窝工”，管理混乱，以及工作任务分配错误等问题。
图1 制造系统配置模型
为了加快产品开发周期，减少不必要的资源浪费，唐山松下的制造部、技术部在统一领导下共同推进三维CAD及钣金CAM软件系统的应用,并对系统提出如下要求：
三维CAD软件必须为国际通用的成熟产品，具有可靠的技术支持；
操作简单、容易上手，实现二维设计到三维设计的平稳过渡；
软件功能不仅要满足电焊机设计要求，还要胜任生产技术加工设备、模具、工装夹具设计工作；
CAD软件要有丰富的功能，能实现CAD和CAM的连接，例如，实现线束设计和工艺自动生成，实现钣金设计与加工的无缝集成或顺利连接；
CAM系统操作智能化，减少人为参与；
CAM系统的参数设置符合现有数控设备的要求。
从2000年开始，唐山松下为上马钣金制造CAD/CAM系统及数控设备管理系统，在国内外进行了为期两年的调研、选型工作，最终综合各方面因素（特别考虑系统的集成性），选择了SolidWorks、JETCAM和XpertDNC，并开始分步实施集成方案。
三、软件选型
整合企业制造资源的目标是改善资源不匹配的状态，最大限度地发挥企业资源优势，并降低系统的整体运作成本。为此，在软件的选型上注重软件的运作成本。不仅考查软件的功能和集成性，而且注意软件使用的再投入费用，如软件学习的难易度、软件使用的方便性以及软件的操作柔性。
SolidWorks基于Windows平台，易学易用。这使得唐山松下不同岗位、不同技术程度的员工能在较短时间内掌握软件的使用方法。而且，SolidWorks在装配环境下可进行零部件的修改、设计，能作装配体运动关系的模拟和干涉检查，可智能化地自动完成零部件重复设计及装配，具备零部件镜像等多种功能，使用起来非常方便。图2所示是采用SolidWorks生成的产品模型爆破图。
图2 三维装配爆破图
唐山松下之所以选择JETCAM，是因其编程速度快，符合企业对CAM系统提出的高效率、高自动化及最少人工干预（智能性）的要求。JETCAM具有独特的专家知识数据库（SEKT，Stored Engineering Knowledge Technology）。这项技术可帮助用户在数秒内，以最高的板材利用率，智能化地由计算机图形生成各种数控机床的NC程序。JETCAM提供了三种达到或控制最高板材利用率的方式：已知板材形状及大小，JETCAM自行选择组织安排零件布局方式；已知零件数量、种类，JETCAM会从板材库中选择利用率最大的板材；可控最低板材利用率，JETCAM自动完成零件批处理排样加工。JETCAM允许机床之间实现程序代码的快速转换，在机床出现故障或多台机床处理大量作业时，更为省时、省力、便捷。
四、优化后的资源配置
图3 唐山松下工厂一角
唐山松下的生产装备较为先进（如图3所示），现有数控冲压、数控激光切割、数控车铣及数控加工中心15台左右。但如前所述，在实施资源整合前，企业即使投入大量资金购置先进装备，设计与制造的能力仍不能达到理想状态，先进的制造设备配合手工或效率低下的软件工具，浪费了设备资源，限制了市场快速反映能力。为改善企业的制造能力，唐山松下提出了资源整合的阶段目标，从系统以及软、硬件配置优化的角度出发，建立了制造部与技术部一体化的制造系统优化配置模型，如图4所示。
图4 制造系统配置模型
系统以SolidWorks为主线开发平台，它的操作简单，三维/二维信息转换快，且具备丰富的功能插件，满足了前文所述的设计系统需求。如图5所示，三维设计系统产生的产品明细或EBOM可直接为ERP系统提供BOM信息。同时，设计部门使用SolidWorks进行产品设计，然后将零件图传递到工艺部门，工艺人员使用SolidWorks按照设定展开系数表进行钣金零件的自动展开，再将展开图导入JETCAM软件，整个过程达到了产品数据的唯一性。
整合制造资源的关键是将企业投入最大的制造设备进行充分利用和精益管理。为此，唐山松下在项目二期规划中，将对制造车间的数控加工设备进行直接控制，如图5所示。由JETCAM产生的数控代码将通过车间DNC系统直接传输到数控机床，从而避免了因人工输入而造成的机床空闲和生产准备期过长的问题。
DNC系统具备车间作业管理功能，能对制造设备进行作业任务的分配和管理。这套系统同样基于数据库应用，并与企业的ERP进行数据集成（如图6所示）。对程序代码可自由分配网络路径，所有的程序都进入DNC服务器，利用通讯网络派送生产任务工作单，机床操作人员根据自主接收的任务单进行当班加工零件数控程序的一次或多次调用，完成生产任务。
五、系统特点和实际效果
1．开放的、可扩充的系统
系统被设计为开放式的，无论在哪个环节都不限制相关软、硬件的扩充，包括设计部门人员、计算机、SolidWorks的扩充，以及机床增加时JETCAM后置的扩充以及DNC端口的扩充等。
2．提高了产品加工质量
SolidWorks的使用不但提高了设计效率，还提高了产品的设计质量；JETCAM软件科学、合理的配模方式，基于专家知识数据库的技术，充分保证了产品的加工精度和加工质量。
3．真正实现了资源共享
SolidWorks产生的展开图通过DXF或DWG等通用格式共享给数控冲压编程及折弯工序；编程人员利用JETCAM所产生的NC程序代码由多台数控冲床间通过局域网按工作任务在权限范围内自由调用；多台数控冲压设备（或切割设备）之间利用DNC系统及SQL数据库实现工作任务的自由分配，共享各自的加工能力及闲置时间。
4．降低了生产制造成本
整合后的系统达到了无纸化作业，减少了计算机、软盘和纸张等方面的消耗；板材利用率得到了提高；加工任务的合理分配、模具的合理使用，使机床的故障率降低，模具的更换周期缩短了；工作效率提高了：设计人员利用三维软件进行设计，产品研发周期明显缩短，编程人员图纸输入的时间也明显缩短；提高了机床有效工作时间；JETCAM对加工路径的优化，根据模具、板材和图形信息来控制冲压次数等，缩短了机床加工零件所用时间；装夹及剪板的时间都比以前有所降低；DNC系统可使机床自动调用数控程序代码，机床等待程序的时间也缩短了。
综上所述，资源整合和配置优化后，反应到生产实际效益上，产品研发周期至少提高了30%以上，工艺文件完全采用三维图示，废品率几乎为零，钣金工艺人员由5人减少到1人，新产品工艺准备时间由10天缩短为2天，数控机床的开动率提升了一倍。
六、结束语
现代制造企业在发展进程中，制造资源的不断重组与配置优化可以给企业带来巨大的实惠，这不仅使得原先投入的大量资源得到最大发挥，而且为企业进一步的发展奠定了基础。资源整合的关键是重视软件的配置，从而使得硬件的效益能够充分体现，这不仅提高了企业的竞争力，也降低了企业的资源消耗。
图5 制造企业信息化紧凑型构架
在完善已有系统的基础上，唐山松下将继续深入进行企业全面的资源整合，即将上述系统与企业的ERP系统、车间制造成本估算系统整合在一起（如图5所示），设计和制造资源的均衡会被更广泛、深入地应用于整个企业的其他资源系统，这将对企业的未来发展造成更深远的影响。
原载《CAD/CAM与制造业信息化》(end)
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(10/13/2006) |
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