提高材料利用率的排料優(yōu)化

葛志強 張強勇 王 濤

針對目前專用車生產(chǎn)企業(yè)板材利用率較低的現(xiàn)狀，結(jié)合部分企業(yè)板材下料套排問題的實際情況，對提高材料利用率的排料優(yōu)化進行了針對性分析，并提出相應(yīng)的改進措施和建議，希望對專用車領(lǐng)域在原材料的利用、套排方面提供一些借鑒。

2011年以來，受國家宏觀經(jīng)濟影響，我國貨運車市場整體低迷，專用汽車(掛車)生產(chǎn)企業(yè)步履維艱，尤其是那些生產(chǎn)廂式車、自卸車、普通半掛車等產(chǎn)量大、產(chǎn)品適應(yīng)面廣的企業(yè)，面臨著嚴峻挑戰(zhàn)。這其中包括受產(chǎn)能過剩、生產(chǎn)成本攀升、產(chǎn)品同質(zhì)化競爭激烈等因素困繞。這些無一不在侵蝕著企業(yè)的利潤空間。

現(xiàn)階段，專用汽車(掛車)生產(chǎn)企業(yè)鋼材成本占到了其產(chǎn)品成本的60%，因此提高鋼材的材料利用率[1]對降低材料成本起著具有作用。專用汽車(掛車)企所用鋼材主要為型材和鋼板，型材類零件加工方式主要為鋸切和切割，鋼板類零件加工方式為切割、沖裁、剪切等，鋸切、沖裁、剪切類零件的材料利用率可以達到92%，然而切割類零件的材料利用率卻在80%左右，尤其是罐車切割類零件的材料利用率僅為76%，因此，提高切割類零件材料利用率應(yīng)能有很大的提升空間。

1 有關(guān)現(xiàn)狀

目前在中小專用車企業(yè)的生產(chǎn)流程中，產(chǎn)品設(shè)計和排料切割相互孤立，且缺乏統(tǒng)一的材料定額控制和成本管理環(huán)節(jié)。其后果一是數(shù)據(jù)的一致性差，存在數(shù)據(jù)重復(fù)輸入，導(dǎo)致生產(chǎn)中數(shù)據(jù)出錯的可能性較大，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證；二是切割套排料方案完全控制在工人手中，隨意性大，材料消耗難以控制、統(tǒng)計和管理，使得鋼板消耗成本處于失控狀態(tài)。

2 改進措施

2.1 設(shè)置專職的排料部門

企業(yè)可以根據(jù)自身生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)品類別、設(shè)備分布等情況設(shè)置排料部門；排料部門可以歸屬于技術(shù)部或制造部，人員配備包括繪圖人員、編程人員、板材管理人員；日常工作為排料編程、定制開板計劃、材料管理等。排料編程必須按照生產(chǎn)計劃進行，在規(guī)定時間內(nèi)完成所有車型切割件的排料，根據(jù)排料情況為所需板材定制開板計劃；開板線就可以根據(jù)開板計劃開出相應(yīng)規(guī)格的板材；最后切割機操作工按照排料程序和生產(chǎn)計劃進行切割作業(yè)；這樣就可以從源頭上避免余料、廢料的產(chǎn)生。

2.2 計算機取代手工排料

手工或半手工排料速度慢、操作不便、缺乏統(tǒng)籌性，容易造成余料、廢料的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致不必要的浪費。如果采用計算機優(yōu)化套排，利用計算機的高速運算和數(shù)據(jù)處理能力，結(jié)合下料管理規(guī)范化的排料方式，就可將鋼板的利用得到優(yōu)化，從而大大提高材料利用率。經(jīng)實踐驗證，計算機排料可以使材料利用率提高2～5百分點。圖1為計算機套排料的效果圖，從圖中可以看出排布合理、緊湊，材料利用率高，如果是采用半手工方式則無法達到這種效果。

2.3 優(yōu)化工藝流程

在制定生產(chǎn)計劃準備階段時必須要把排料時間考慮在內(nèi)，根據(jù)訂單復(fù)雜情況給排料工作預(yù)留一定時間。這樣可以保證排料工程師將生產(chǎn)訂單中所有相同材質(zhì)、相同規(guī)格的零件匯總后進行優(yōu)化排料。套排完成后再進行切割工藝優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)束后轉(zhuǎn)化為切割程序，最后將切割程序發(fā)送至機臺，這樣操作工就可以根據(jù)程序進行切割。整個實施過程可以借助計算機完成。當然，排料時間的長短取決于軟件是否先進，有的排料軟件能夠?qū)⒘蠁闻繉?dǎo)入，系統(tǒng)進行自動分揀零件，將料單中所有相同材質(zhì)、規(guī)格的零件匯總，然后進行提取零件圖形，自動進行套排和切割工藝優(yōu)化，因此就可以極大地提高套排的工作效率。圖2為借助計算機完成的排料流程圖，效率非常高。

2.4 優(yōu)化切割工藝

在排料的過程中，優(yōu)化切割工藝也是非常重要的工藝流程，好的切割工藝可以減少穿孔、空程、工件的變形和提高材料利用率等。在優(yōu)化切割工藝時通常采取共邊、全共邊、連割、橋接等特殊切割工藝。如圖3為火焰切割中采取連割工藝，8個工件僅1次穿孔，大大減少了穿孔次數(shù)。一般20 mm厚度的板材預(yù)熱穿孔時間需要40 s，而該連割工藝僅預(yù)熱穿孔時間就節(jié)省了280 s。此外，在切割中預(yù)熱穿孔是消耗割咀的主要方式，所以減少預(yù)熱穿孔是延長割咀壽命的主要途徑。在如圖4的切割中，采取的是全共邊切割工藝，可以省去搭邊余量而減少切割行程，有效地提高了材料利用率和切割效率。

2.5 強化管理

在排料的同時，必須加強對材料的管理：一是根據(jù)排料情況，對板材進行合理定尺，從源頭上避免余料、廢料的產(chǎn)生；二是完善切割件的工藝定額，做到按定額發(fā)放切割板料，杜絕超額發(fā)放；三是強化監(jiān)管，主管部門須對排料人員、板材管理人員、下料車間管理人員進行考核，強化員工的責任心。

此外，應(yīng)細化余料管理制度，對切割中無法避免產(chǎn)生的余料進行界定，針對余料的存放、再利用進行詳盡的規(guī)定。產(chǎn)品設(shè)計人員在設(shè)計時也應(yīng)考慮材料的利用率，在滿足設(shè)計條件下盡量優(yōu)化零件外形、提高材料利用率。工藝部門要制定出提高鋼材利用率的各種工藝方案，編制相應(yīng)的鋼材工藝定額等。

3 結(jié)束語

通過實踐驗證，使用計算機套排料可大幅提高板材利用率，提高工作效率，節(jié)約割咀等耗材，從而大大降低材料成本，提高企業(yè)的綜合競爭能力。同時，材料利用率與切割效率的提高將降低資源消耗和能耗，從而產(chǎn)生節(jié)能減排的顯著社會效益和經(jīng)濟效益。

[1] 劉旭東.提高客車生產(chǎn)鋼材利用率的途徑[J].客車技術(shù)與研究.2002.04.