软件系统下料与手工下料对工程成本的影响

[摘 要]企业的立足之本是成本的核算与控制，工程效益是作为管理部门所要考虑的重点问题之一。作为金属成型加工公司，更应该从不同方面加强管理措施，提高工程技术，力求为企业创造更有多的成本效益，本文从软件系统（MES）对下料生产的控制与传统的下料方法进行比较，通过实际案例分析，做出对提高成本控制以及工程效益的实际论证。

[关键词]企业成本；成本控制；MES；SmartNest；Solution by

中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01

随着经济国际化的发展，一些国外先进的技术也逐渐进入我国。而企业的信息化发展是近年来国家所重点扶持的对象之一。MES系统是一套面向制造企业车间执行层的生产信息化管理系统，也称制造企业生产过程执行管理系统。它可以为企业提供制造数据管理，计划排程管理、库存管理、生产过程控制等多项功能。是现代企业可靠、全面的协同管理平台。

单从节约钢材的角度上来说，我国又是钢板消耗大国，根据我国统计局和切割与焊接行业的统计，2005年中国生产和消费钢材共计3.5亿吨，切割与焊接消费钢材为1.5亿吨，占40%。从世界银行钢铁统计年鉴的数据来看，消耗上来说比一些发达国家，如美国、日本、德国高约10%。因此，如果可以在焊割行业提高钢板利用率的10%，那么一年可节省1500万吨钢材，折合人民币约50亿元。由此可见，提高材料利用率与材料生产效率同等重要，且刻不容缓。

一、SmartNest生产管控的应用

1.1 SmartNest的主要功能与特色

SmartNest是武汉智格科技有限公司，为现代企业研发出的一款具有自主产权的切割下料编程软件，根据不同客户的需求，它可以提供机床版、专业版以及企业版三种不同版本。主要功能可分为：切割零件库管理、切割钢板管理、自动套料、交互套料、切割路径优化、自动编程与切割模拟等多项功能，如图1所示。

SmartNest自动套料切割编程软件具有功能齐备、技术先进、操作简单等多个特色，它可以为企业生产控制人员提供多种套料算法，并且支持多种套料模式（如单张、批量、复制、余料交互式等）。并且与传统的下料管控软件相比，材料的利用率提高1%～5%。通过全自动只能共边切割，可以提高10%～50%的切割效率。

1.2 鸿路公司生产企业现状分析

在实际生产过程中，SmartNest自动套料切割编程软件的运用，效果也非常显著。并得到了很多企业单位管理人员的认可与支持。

例如，某企业金属成型事业部为该地区多个股份公司进行结构件产品的集中下料、加工成型，产品品种多批量大，年消耗钢板超过15万吨，钢板消耗在产品总成本中占有很大的比例。但是由于该事业部现有员工240余人，因此产能和成本压力较大，生产效率偏低。不能够更好的满足市场需求。在材料利用率方面，由于长期以来缺乏实用的优化排料编程软件，生产人员不得不以手工排料为主，整体表现为生产效率偏低，缺乏对钢板的有效管理，余料利用随意。根据企业部门的统计，该公司的材料利用率仅有71%左右，因此提升空间很大。

在生产管理方面，由于缺乏下料生产过程的优化与有效管控，材料的定额以及生产成本都难以控制，数控切割机产能也很难有效的达到均衡状态与提高。目前公司拥有各种不同类型的数控切割机共计36台，如果将这些设备能够更好的得到优化合理使用，便可以提升较大的产能空间。其次，影响生产管理的最主要因素之一，是缺乏生产管理信息化的平台，因此，生产部门不能够对下料、加工、成型以及焊合的整个生产过程进行信息化的管理，这也就为整个生产效率带来很大的影响。

由此可见，该公司需要统一采用一种高效实用、操作简单的套料编程工具，部分取代人工排料，提高工作效率，优化材料利用，提高材料利用率；规范下料生产管理流程，构建涵盖切割下料、机械加工、成型与焊合工段的整个生产管控信息化平台（MES）。

1.3 SmartNest在实际工程中的应用

SmartNest解决这类问题的核心理念是从技术（材料利用最优化）和管理（生产管理信息化）双重环节来解决材料利用率问题，同时改善整个生产系统的生产效率与制造成本。

SmartNest分为三个阶段对整个过程进行监管控制，第一，套料编程管理系统、第二，MES生产管控系统、第三，DNC生产监控系统。

SmartNest具有较为完善的功能，因此可以满足该公司的生产需求。下图2为该软件解决方案的功能部署简图。

通过上图可以看出，SmartNest操作软件，可以对产品管理以及质量管理进行全方位的监控管理。结合DNC服务器和Web服务器，可以实现技术部、制造部、保障部的信息交流与控制，真正意义上的实现生产信息化。

1.4 实施效果

目前，SmartNest企业版排料管理软件已在该企业得到全面实施使用，并对成型车间40台数控切割机的板材排料编程、切割下料和结构件生产全部应用SmartNest排料软件，SmartNest企业版已将该企业材料成型事业部打造成名副其实的数字化工厂。

通过对材料生产控制的加强，材料利用率得到了一定程度上的提高，提高率为2%，按每年15万吨钢板计算，钢板价格以每吨5000元计算，则一年可节省材料费用1500万元人民币。同时，排料效率也提高了50%，切割效率提高了20%，切割成本降低10%，设备产能预计提高10%，制造周期预计缩短15%。这不仅在该企业的成本上得到了节约，并带来非常可观的经济效益。同时也提高了生产效率，缩短了产品的生产周期。从而提高了企业的综合实力。收益率提高10%，是跟传统的手工下料对比的.

二、Solution by自动排料软件的应用

2.1 公司基本情况

中铁四局集团钢结构有限公司是集设计、制作、安装为一体的钢结构专业施工企业，具有钢结构制造特级、钢结构工程专业承包壹级、机电设备安装专业承包壹级、钢结构专项设计甲级和消防设施工程专业承包贰级资质，系中国建筑业协会、中国建筑金属结构协会、中国钢结构协会、中国工程建设焊接协会和中国工程建设标准化协会团体会员单位。公司目前钢板下料设备有：2台宁波金风数控切割机和2台安徽西锐重工数控切割机。

2.2 公司下料生产管理现状

该公司目前在下料生产管理方面还存在以下不足之处，总体可概括为以下四点：

（1）、从三维建模到排料编程，缺乏信息交流，无法短期内知晓某个项目所需的各种板材的规格和数量。

（2）、现用机床配带的FASTCAM软件，首先要重新绘制Cad 图纸，依靠手工排料，排版时间长，效率低，切割工艺程序比较简单，无法充分发挥设备的产能。

（3）、缺乏对钢板的有效管理，余料利用随意，材料利用率不高。

（4）、缺乏一套规范的下料管理模式及下料全过程信息化管理系统，材料定额与生产成本难以控制。

2.3 使用自动排版软件可以达到以下效果：

（1）、技术层：统一采用一种高效实用、操作简单的套料编程工具，部分取代人工排料，提高工作效率，优化材料利用，提高钢板利用率3%-5%。

（2）、生产管理层：规范下料生产管理流程，构建下料管理和物料管理信息化平台（CMS），对下料资源及生产过程进行统一管控

（3）、设备层：搭建下料设备DNC系统，实时获取车间现场信息，实现ERP/CMS/DNC集成。

（4）、财务、采购管理层：可以预先了解某个项目的材料需求情况，根据仓库库存清单，采购材料，避免材料积压。

2.4 解决方案（Solution by 软件）

Solution by 软件采用分布式系统架构，提供从“下料计划”到“优化排料”到“切割任务”到“切割现场客户端”的整个下料环节的闭环式管理和控制功能，是一套真正的下料生产管控与制造执行系统（MES），如图3所示。理念是从技术（排料效果最优化）和管理（下料管理数字化）双重环节来解决材料利用率问题。

2.5 实施方案

第一阶段：主要解决项目预排料、优化套料与编程问题。

此阶段的实施重点：

（1）解决项目预排料，建立常用钢板标注库，预排料结果提供给供应部门作为采购依据。

（2）规范下料零件图的设计与输出，建立下料零件库管理系统；

（3）指派专人负责优化排料，输出规范的排料图及其数控下料计划表；

（4）规范车间下料操作，实现按图切割，实现材料定额控制。

第二阶段：搭建下料管理信息化运行平台。

此阶段的实施重点：

（1）建立下料数据库系统（根据企业情况可选择SQL-Server或Oracle数据库）；

（2）构建企业下料管理局域网INTRANT；

（3）下料管理系统的分布式部署（可将数据库部署在企业服务器，另可分别建立下料零件设计工艺组、下料计划调度组、排料编程组、车间操作管理组、板材供应物资组等），构建下料计划管理、排料编程管理、切割任务管理、车间操作管理等客户端。

2.6 排料软件的特色和优势

（1）提供功能齐备的下料管理功能与完整解决方案

基于对中国企业现状与需求的深刻理解，软件提供从操作简单的机床版到具有强大下料管理功能的企业版系列产品，其功能覆盖了板材切割下料及其生产管理的各个方面。软件采用分布式系统架构，提供零件库管理、板材库管理、下料计划管理、排料管理、切割任务管理、切割设备管理、ERP接口等功能模块，为企业下料生产提供集成化整体解决方案，从技术（排料效果最优化）和管理（下料管理数字化）双重环节来解决材料利用率问题。

（2）具有多板材统筹优化与联编功能，显著提高材料的综合利用率

软件通过自动批量排料功能实现多规格、多板材、多余料之间的统筹优化排料以提高板材的整体综合利用率。软件还独创多钢板联编功能来实现排料图上零件的跨钢板操作。所谓多钢板联编，是指零件可以通过鼠标在多张并排或级联的同质钢板之间自由穿越，以实现多张钢板排料图之间的联合实时编辑，达到多钢板用料全局优化的目的。实践表明，软件的多钢板联编功能是一项非常实用的交互排样功能。

（3）先进实用的切割优化功能，有效提高切割效率、降低切割成本

软件首创几何/物理混合建模方法解决切割优化问题，可有效提高切割效率、降低切割成本。软件提供独特的“阶梯型”共边切割与“一笔画”共边切割技术，有效解决了共边切割优化问题；软件提供一种独创的“描绘式”切割轨迹规划功能，可在排料图上灵活设定、任意修改切割轨迹，支持任意复杂路径的切割轨迹设计；软件提供多零件连接、搭桥、共边、轮廓微连接等高级编辑功能，通过半自动方式实现特殊切割工艺优化。实践表明：“描绘式”切割轨迹规划是一种可以满足实际生产需求的高效灵活、先进实用的功能。

（4）强大的图形处理与导入功能，支持所有版本的CAD文件格式

软件不仅具有独立的、与AutoCAD完全兼容的图形 CAD模块，而且具有强大的dxf/dwg文件导入功能，可以单个或批量导入、图形自动分解导入、Excel表格导入等多种方式导入 CAD零件图形，建立切割零件库。在dxf/dwg文件的导入过程中，软件自动识别零件的内外切割轮廓图形和喷粉画线图形（可以不封闭），并对每个零件切割轮廓图形进行封闭性检查，提示用户相应的转换信息。如果有零件图形不封闭，系统自动标示不封闭之处。软件采取dxf排料图直接导入和切割轨迹规划等方式解决不封闭轮廓的切割套料编程问题。软件在文件转换中还可以对复杂曲线轮廓进行双圆弧拟合压缩，优化图形质量，提高切割效率。

（5）丰富的下料数据汇总统计与报表功能

软件针对中国企业管理的实际需求提供近20种下料数据汇总统计与报表，如下料计划报表、下料完工报表、下料结果汇总表、下料结果与计划对照报表、材料消耗报表、下料成本报表、套料图及其零件清单表报表、切割下料工艺卡等，亦可根据客户特定需求定制其他各类报表，可以完全满足企业生产管理需求。

三、工程实例引用―以黄河桥工程实例

3.1 工程概况

济南黄河公铁两用桥为石济铁路客运专线工程、邯长邯济铁路扩能改造工程及济南城市空间发展战略向北跨越黄河的公铁合建桥梁。主桥设计为五孔的钢结构连续梁结构，（128+3×180+128）m刚性悬索加劲连续钢桁梁采用三片主桁，桁中心距为14.65m，桁高15m，桁式为有竖杆三角形桁式，整体节点，节间12.8m，跨中局部增加为13m。上、下弦杆均采用箱型截面，腹杆采用箱型截面和H型截面，铁路桥面采用纵横梁体系的正交异性板整体桥面；公路桥采用有横梁的正交异性板整体桥面；加劲弦按圆曲线布置，立柱高24米。

3.2 软件引用预期效果

但是由于黄河桥全桥零件数量特别多，形状各异，如果人工排版的话费时比较大，根据上述两个案例的分析，在实际的工程环境基础上，黄河桥工程使用MES系统软件，可以在很大程度上节约此工程的下料时间，并提高了工作效率。通过软件系统的智能排料程序，再加上人工后期的修改，还可以进一步提高工程建设效率，缩短预期工期。

总结：通过对上述企业生产管理的案例分析可以看出，证明软件系统可以提高工程成本控制。采用国内较为优秀的MES系统软件，可以在很大程度上，提高生产效率，并对材料加工质量以及材料使用方面加以控制，从而对企业的成本也能够起到控制的作用。根据实际情况的初步判断，济南黄河公路桥也更应该大量采用系统软件的下料控制方式。因此，在我国目前的建设基础上，更应该大力推广使用企业数字化、信息化管理模式。为我国经济发展更好的起到促进作用。