FastCAM系列软件在铁道车辆企业钢材加工应用的可行性探讨 - 文章

FastCAM系列软件在铁道车辆企业钢材加工应用的可行性探讨

作者：曹卫曹平

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摘要：立足实际，以眉山车辆厂为例，客观分析了国内铁道车辆企业钢材加工能力现状。分析造成生产资料成本、效率成本高，以及余料后期管理粗糙，缺乏科学的统筹规划等原因。在此基础上，提出运用FastCAM系列软件的紧迫性、必要性及优越性，以实现“节约创收、利于发展”目标。
关键词：钢材加工；生产资料、效率成本；余料管理；FastCAM系列软件。

1．技术特点及一些问题

中国南车集团眉山车辆厂（以下简称眉厂）是以生产铁道货车车辆为支柱产业的大型工业企业，依生产技术特色属于机械行业类企业，行业特色决定企业的生产与各种板材、线材、型钢联系紧密。在生产制造前，必须按制造技术条件、图纸要求等对所用各种板材、线材、型钢等进行加工处理，其中包括：剪切、冲压、切割、（大、小）部件组焊等工序。在生产时，发现存在以下一些实际问题：

（1）在实际生产时，对各种板材、线材、型钢的加工处理缺乏科学的统筹规划，没有进行科学的优化套料加工模式，造成各种板材、线材、型钢的加工选量、加工位置选择随意性很大。在加工时，操作者随意指定切割加工位置，不确定性因素大，造成各种钢材的不必要浪费，无法实现最大化利用。

（2）同时，在生产出合格产品后，余料的后期处理也很粗糙。

（3）下料各部室、车间计算机发挥作用不大，基本上作打字机使用，造成计算机、网络等资源浪费。

以上虽是眉厂在铁道货车制造时存在的问题，但也能反映其它铁道车辆企业的技术特点及以上一些问题，与企业推行现代科学管理等要求不符。由于软件系统和人为控制等各方面的原因，在造成钢材不必要浪费的同时，也使相应设备（如计算机、数控切割机、剪板机等）的工作能力没有充分发挥。经过对眉厂钢材加工，余料后期处理等各部门、车间的实地调研，发现眉厂对钢材加工，余料的后期处理等的管理人为因素很大，缺乏科学的统筹规划，尤其是钢材加工选量时，缺乏科学的优化套料加工模式。

2．国内、国外及眉厂钢材加工能力现状简介

2.1 国内钢材加工现状

我们不能否定，国内工业水平与西方发达国家相比是有一定差距的，归根到底，包括“硬件”、“软件”两方面。到目前为止，在中国的工业企业中，几乎没有企业使用集成化系统很高的先进优化套料软件。本文就使用软件方面提出一点看法，希望能使企业实现“节约成本，利于发展”的目标，增强产品竞争力。

目前，企业在使用数控切割机、剪板机及锯床的下料过程中，普遍存在的问题是产品设计、生产准备、成本预算与生产下料过程、余料后期管理，相互独立运作，没有一个部门或环节最终控制下料过程，造成原材料浪费很大。

据统计，在大规模钢材下料的工业企业中，数控切割机、剪板机和锯床是原材料下料过程中最基本、最普遍的生产设备，而且也是原材料剪切量最大、浪费量最大的工序。但是，目前在中国的工业企业中，几乎没有企业使用优化套料软件，还处在旧模式下。效率成本，中国企业明显处于劣势，缺乏竞争力。效率成本不仅体现在企业的固定资产或技术和设备装备率上，而且更多地体现在生产方式、管理方式和加工技术上。目前，国有大中型企业使用的数控切割机切割软件只能在DOS环境下完成数控切割指令的传输，大量绘图和编写切割指令依靠手工编写完成。有时，对复杂的绘图和编写切割指令还不易实现，只能近似摹拟曲线。这种落后的生产方式每次只能切割一个（种）零件，同时，操作者随意指定切割位置，不能实行优化套料，使材料浪费严重，而且生产周期长，生产效率低下。到目前为止，国内70%以上的数控切割机等仍然停留在手工编程状态。这也发映出为什么会有越来越多的国有企业退出竞争舞台的一个原因。

中国企业和产品在生产资料成本方面也明显缺乏竞争力。据统计，估计中国企业的生产资料成本平均比西方发达国家企业的生产资料成本高出10%。就钢材而言，据世界银行钢铁统计年鉴显示，目前，全球钢材年产量和使用量大致约为8亿吨，而中国钢材年产量和使用量大致为1亿吨。西方发达国家在加工和使用过程中钢材浪费量平均在30%，而中国和许多发展中国家在钢材的加工和使用过程中的浪费量平均在40%，比西方发达国家高出10%。这表明，每年中国和许多发展中国家仅在钢材的使用上，就比西方发达国家多浪费1000万吨钢。若每吨钢材平均按2800元价格计算，每年多浪费的钢材金额就高达280亿元，这就是差距所在的一个方面。

2.2 国外钢材加工现状

在西方发达国家的工业企业中，数控切割机普遍安装使用全自动优化套料软件，无需手工编写切割指令，不仅显著缩短生产周期，提高产品质量和生产效率，而且同时进行工程预算，成本核算和下料过程的有效控制和管理，有效控制材料成本。

在国外优秀企业的车间生产主任的办公桌和墙上摆放、挂着由计算机打印的每个（种）产品的工艺流程和生产进度，所有产品在切割下料前，都有由FastCAM系列软件打印的优化套料结果，注明了需要多少板材，每块板材员工如何剪切，材料利用率多少，多少剩余材料需要返回仓库等内容。所有的生产和管理过程都通过计算机进行计算和优化，最后集中汇总到车间生产主任一级，各级主管通过看板等方式，能简捷、直观、准确地了解或进行现场生产管理，做到对生产心中有数。在同等条件下，使用FastCAM系列软件企业的产品竞争力强于未使用FastCAM系列软件的企业。

2.3 眉厂硬件设备概况及钢材加工现状简介

现代企业的评定标准、特征是什么？概括即“硬件”、“软件”两方面的内容。强化企业管理，提高科学管理水平，是建立现代企业制度的内在要求，也是国有企业扭亏增盈、提高竞争能力的重要途径。客观分析眉厂现有下料硬件设备，如数控切割机、剪床等，与国内其它工业企业一样，因缺少相关配套支持软件，如全自动优化套料软件——FastCAM系列软件等，只能在DOS环境下完成数控切割指令的编制、传输，使设备生产能力利用率、生产效率不高，造成设备资源、生产资料浪费，降低了企业竞争力。同时，对余料的后期管理也缺乏科学的统一规划，无法做到最大化利用。认识差距、找到差距，并解决差距，使企业实现可持续的健康发展。

为加快企业现代化进程，提升竞争力，眉厂提出了《眉山车辆厂提升关键制造工艺水平工艺方案》的文件，在全厂内实行“技改、建线达标”，其重点是：其生产工艺部分以高标准的要求，将引进大量的现代化设备，在文件中提到的部分硬件设备见表1，各工序将基本实现自动化生产。但也应注意到引进大量的现代化设备后存在的问题，如生产能力过剩，实际生产总量与设备设计生产总量不匹配，造成资产无形浪费，效益反而降低等，这可能将是远期全国范围内铁道车辆企业存在的普遍现象；加入WTO，提供机遇的同时，也可能引起情况的更加恶化，应引起我们足够的重视，做到未雨绸缪。

表1规划中的部分硬件设备

从眉厂设备的现有装备和远期硬件设备规划可以得出以下结论：

（1）现有数控切割设备较先进，因缺少相关软件的支持，使设备能力利用率不高、原材料等浪费严重。

（2）远期规划中仅有对硬件设备的要求，却未提及与之相关配套的支持软件和软科学的描述，同样会出现设备能力也达不到充分发挥等情况，其利用率将更低，体现不出其设计性能优越性；材料利用率也不会有效提高，生产资料成本过高、效率成本低的现象不会改变，同样缺乏竞争力。

从硬件设备装备和技术特点可以看出，铁道车辆企业符合使用优化套料软件的基本要求。企业要走新型工业化道路，实现跨越式发展，其中一点，用信息化带动工业化是必须的。近期内，国内其它铁道车辆企业也将实行“技改、建线达标”等项目改造，将引进大量的现代化设备，全面提高企业的工业化水平，但也面临类似的迫切问题。

2.3.1 眉厂在套料软件方面的应用探讨

为了节约成本，提高效率，眉厂在套料软件应用方面进行了有益的尝试。购买了国产“矩形件优化排样系统二”软件，下面简单介绍一下软件的操作过程：

收集零件尺寸参数→打开Excel或Access数据库→在零件库表中输入零件尺寸等参数，同时在板材库表中输入板材尺寸等参数→保存→打开“矩形件优化排样系统二”软件界面，即Layout2→调用Excel或Access数据库表→排样，并选择排样方法→查看排样结果→（优化调整）→查看排样结果，符合要求→打印（排样图）→送到剪板机工序（台位）→按图下料。

排样结果也可转换成CAD文件，即*.dwg文件→查看排样结果→（优化调整）→查看排样结果，符合要求→打印（排样图）→送到剪板机工序（台位）→按图下料。

根据操作过程可知，该软件和Excel等数据库和AutoCAD软件结合使用，有操作较简单，易掌握等优点。但也有不足，如只能对矩形零件进行排样，只适用于剪板机下料。虽较人工排样的材料利用率要高一些，但集成系统不高，无焊接技术和焊接标准、余料管理、成本计算等多重功能，竞争优势不强。同时，也缺乏对数控切割下料的控制；目前，数控切割机也只能在DOS环境下完成数控切割指令的传输，大量绘图和编写切割指令依然依靠手工编写完成。具体比较其优劣，可先进行FastCAM等软件应用情况的调研。就目前情况而言，眉厂在套料软件方面的应用探讨处在初级阶段，还没应用到生产实践中。

3．FastCAM系列软件介绍

3.1 FastCAM软件公司简介

FastCAM.Pty Ltd（简称FastCAM公司），1976年创立以来，专业从事优化套料软件、钣金展开软件，以及与切割和焊接相关的工业软件的开发和销售，拥有各类工业软件及知识产权20多种。在板材下料和钢板切割焊接领域，是知名度最高、技术最全面的公司之一。积累了丰富的钢板切割、焊接经验和软件培训经验。销售网络已遍及美洲、澳大利亚，并覆盖欧美和亚太地区，口号是“节省10%钢材，增加10%利润”。

3.2 FastCAM系列软件功能简介

FastCAM系列软件，首创语言独立功能，支持中英等多种语言，并支持所有著名品牌的控制器和切割机。FastCAM系列软件广范应用于各种行业，特别是企业下料，焊接，材料库等部门。系列软件除了包括工程制图、优化套料以及众多生产管理功能以外，最显著的技术特点就是融入了先进的切割、焊接技术和国际焊接标准（包括：欧洲焊接标准、美国、澳大利亚焊接标准），已成为钢板下料和切割焊接软件的国际标准。该系列软件能大量节省钢材消耗，显著提高生产率，有效控制成本。该系列软件主要包括：

（1）FastLINK™ 计算机与切割机连接的通讯软件。
（2）FastCUT® 剪板机和锯齿使用的优化套料软件，提供详细成本计算。
（3）FastCAM® 数控切割机使用的优秀绘图和优化套料软件。

（4）FastCOPY® 把零件图直接转化为NC切割代码的软件。
（5）FastTRACK® 钢材及余料图形管理数据库，有效管理剩余材料。
（6）FastBEAM® 在H型钢生产线上使用的数控切割软件，提供成本计算。
（7）FastNEST® 同时进行全自动和交互式优化套料。
（8）FastPATH® 全自动设置切割路径，包括引入引出线。

以上是FastCAM系列软件中部分有代表性的软件，FastCAM系列软件将企业日常生产中迫切需要解决的实际切割、焊接技术，如钢板的坡口切割及焊接，变壁厚钢板的焊接，三通式锥管上支管的插入或骑座式焊接等写入软件。先进的焊接技术和国际标准将大大提高中国产品的焊接质量，增强产品出口竞争力。

4．运用FastCAM系列软件前景规划

增强技术创新能力与加大技术改造力度，体现在企业管理、经营的各个方面，如加强现代信息技术的应用、实现企业内部管理的信息化、降低企业管理费用、加强产品开发过程的质量控制等，运用FastCAM系列软件可部分实现以上目标。

加大引进现代化设备的力度，优化硬件设施，这是目前大部分铁道车辆企业的策略，但这就造成企业间没有这方面的优势可言和生产能力过剩，尤其是已加入WTO，更要直接面对外资的侵入。若离开国家的保护政策和措施（这一优势也在逐渐减弱），后果不堪设想，应增强员工的忧患意识，培养员工“人企合一”的思想，进而增强企业抗风险能力。它山之石,可以攻玉，除了对硬件的投入，对学习、引进先进的管理、成功经验、失败教训等“软投入”也应有足够的重视，有时占主导地位，不能厚此薄彼，平衡发展才是最重要的。竞争、生产资料成本等因素使企业创收已进入“微利润”时代，而要在生产技术水平、成本利润比等方面处于领先地位，那只能在管理成本、效率成本等“软件”上下功夫，实现企业赢利模式。下面我们作一比较分析。

4.1 购买成本——年利润分析比较

购买FastCAM系列软件成本与节约的原材料成本，和按节约的原材料制成产品利润的成本——年利润比较分析见表2。以眉厂年生产为例。

表2购买FastCAM系列软件成本——年利润分析：（单位：万元）

表中数据编制说明：

（1）根据眉厂目前钢材加工水平，取钢材浪费量为20%，优于全国平均值（据统计，全国平均值为40%）。

（2）用FastCAM系列软件后，减少钢材浪费量取5%，低于应用效益平均值。据统计，应用FastCAM系列软件后钢材浪费量减少10%，则眉厂钢材浪费量为15%，优于西方发达工业国家平均水平30%。

（3）软件后节约原材料部分（5%部分）折算成产品收入为铁道货车车辆产品（敞车、棚车）收入，平均单价（敞车、棚车）计为20万元/辆（政府保护价）。

（4）年生产总量有波动，购买原材料有效费用取各统计平均值计算而得：取车辆（敞车、棚车）平均耗用钢材量为16吨/辆，取钢材平均单价为2800元/吨，取平均年生产总量为3000辆，可验算钢材有效需求量为：
16 x 3000 = 48000（吨），有效费用为：2800 x 48000 = 1344（万元）。
购买原材料费用（应用前）：134400000/0.80≈1680（万元）
购买原材料费用（应用后）：假定不变，为1680万元
原材料的节约费用（应用后）：1680 x 0.05 = 84（万元）
节约原材料部分折算成产品收入：（840000 x 200000）/（2800 x 16）= 375（万元）。

（5）焊接操作也是铁道车辆企业的生产特点，应用软件后，在相关标准指导下，焊接效益也会很明显。

（6）由于FastCAM系列软件集切割与焊接技术和标准、现代企业管理方法和最新科技手段于一身，成为评价企业是否现代化的一个方面，应用FastCAM系列软件后，企业竞争力将得到明显增强。

从表中数据可以看出，应用FastCAM系列软件后，每年眉厂可直接节省约84万元的原材料费用，同时节约原材料部分，折算成产品（敞车、棚车）收入，每年可增收375万元，节约创收总计459万元。依《2003年铁道部铁路货车第一次招标标书》统计，眉厂所授标车（敞车、棚车）合计约占这两种车型的10%。就这两种车型而言，则每年国内铁道车辆企业可节约创收约4590万元（459万元 / 10% = 4590万元），可见效益十分可观。应注意到：在计算时，钢材浪费量取20%，低于全国平均值40%；减少钢材浪费量取5%，而应用FastCAM系列软件后钢材浪费量一般减少10%。应用后，眉厂钢材浪费量为15%，优于西方发达工业国家平均水平30%。且对企业而言，这是一个长期效益，在生产经营上能形成良性循环。同时，在市场上产品也拥有很强的竞争力。

4.2 企业发展前景预测

据统计，FastCAM系列软件在国内的应用还没得到应有的重视，普及率不高。随着对外交流的日益频繁，会有越来越多的企业认识到它的重要性。若能应用，则能使企业大幅度节约成本，增加利润，增强与国外同类企业竞争的实力。

同时，该系列软件可在与板材、型钢加工或焊接有关的各车间推广使用。为了增强综合实力，有针对性的拓展几项业务，如H型钢下料，板材、型钢加工等，也可使用FastCAM系列软件。在激烈的国际市场竞争中，运用FastCAM系列软件先进的钢板优化套料和余料利用技术，先进的切割和焊接技术和国际标准、现代企业管理方式，使在现有设备上，产生立竿见影的经济效益，充分利用设备的生产设计能力，增加利润，降低成本，使企业在激烈的市场竞争中，拥有相关标准和价格等多重优势。

运用FastCAM系列软件使生产实现微机化、科学化、标准化，与国际接轨，从根本上提高企业的市场竞争力，取得巨大的经济效益，这也是现代企业的一个基本特征。

5．建议

因该系列软件包含不同特色、不同使用目的的众多子软件。为不盲目引进该系列软件，造成不必要浪费，建议按以下步骤实施：

（1）进行咨询，向软件公司提供本企业较详细的生产技术特色、行业特点、业务特征，设备硬件概况等支持因素，或在其建议下有选择性的购买生产设备，以便于软件公司选择、并提供详细的软件信息和配套服务。

（2）到已使用该系列软件的公司、企业进行参观、学习，并详细咨询其使用效果，如生产效率、成本效益、故障率等，论证是否能实现“节约成本，利于发展”的目标。

（3）软件公司负责员工培训，其提供两种配套方式的培训：一是先在软件公司进行理论培训，二是在企业内进行操作培训。

（4）软件公司负责该系列软件的安装、调试、试用，协助处理使用过程中的问题，并协商处理该系列软件的升级换代费用等情况。

经过以上一系列的运作，FastCAM系列软件为国内铁道车辆企业节约创收，在生产经营上形成良性循环，增强与国外同类企业的竞争力应能实现。

作者简介
曹卫（1976.12—）
男，四川青神人，助理工程师，工艺师，毕业于兰州铁道学院，铁道车辆工程专业学士学位
电话：0833—8502123—8038；路电：0622—22123—8038
址：四川眉山车辆厂技术中心（邮编：620032）

曹平（1968—）
男，四川蓬溪人，高级工程师 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/9/2007)


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