【摘要】通過2006年我們在船舶制造企業(yè)的現(xiàn)場實踐，歸納總結(jié)出FastCAM軟件在鋼材數(shù)控切割生產(chǎn)中的主要應(yīng)用，為我國船舶制造企業(yè)在鋼材數(shù)控切割生產(chǎn)環(huán)節(jié)，有效提高編程套料生產(chǎn)效率，提高數(shù)控切割質(zhì)量和切割生產(chǎn)效率，實現(xiàn)數(shù)字化敏捷造船提供了新的軟件應(yīng)用方法和技術(shù)保證。本文以實際應(yīng)用案例的方式歸納為4個方面：一是套料圖的優(yōu)化與自動編程；二是零件圖的自動提取與自動套料；三是Tribon套料圖的自動識別和NC轉(zhuǎn)換；四是數(shù)控切割制造執(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。

    一、概述

    目前，我國船舶制造行業(yè)正處在一個前所未有的蓬勃發(fā)展時期，船舶制造行業(yè)正經(jīng)歷著從傳統(tǒng)的手工和機械方式造船向計算機數(shù)字化與快速響應(yīng)制造即敏捷造船發(fā)展。數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)和計算機軟件應(yīng)用系統(tǒng)是數(shù)字化敏捷造船的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)數(shù)字化敏捷造船的核心技術(shù)。
　　在2006年四季度，F(xiàn)astCAM中國公司選擇了一家有代表性的大型船舶制造企業(yè)進行了為期兩周的現(xiàn)場實踐和兩個月的后續(xù)跟蹤指導(dǎo)，從設(shè)計部門提供的DXF/DWG文件格式的套料圖和詳細設(shè)計后的零件圖開始，進行零件圖優(yōu)化、自動編程、自動套料、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)庫管理、統(tǒng)計報表，以及切割生產(chǎn)計劃管理，到數(shù)控切割機現(xiàn)場切割，解決了各種切割質(zhì)量問題。
　　為期兩周的現(xiàn)場指導(dǎo)，不僅為船舶制造企業(yè)及時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、自動編程和代碼轉(zhuǎn)換，提高編程效率和切割質(zhì)量
　　目前，我國船舶制造企業(yè)普遍采取專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)方式，由船舶設(shè)計部門或設(shè)計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，由編程套料部門進行簡單的NC編程和代碼轉(zhuǎn)換后，交給切割部門進行數(shù)控切割。
　　使用DXF/DWG格式的套料文件進行編程和數(shù)控切割，企業(yè)面臨的主要困難和問題如下：
　　一是自動編程困難。由于DXF/DWG文件經(jīng)常存在肉眼無法識別的多余實體、重疊曲線或曲線不閉合，導(dǎo)致無法自動編程或編程錯誤，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數(shù)控切割機，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嚴重。
　　針對上述困難和問題，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套料軟件并有針對性的逐一進行解決。
　　（1）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體，壓縮小的直線，使原本由282個實體組成的套料圖，經(jīng)過清除壓縮優(yōu)化處理后，實體數(shù)減少到218個，有效減少了程序量，避免了亂跑空程和重復(fù)切割；同時，壓縮小實體，可直接提高切割斷面質(zhì)量，避免波浪紋和切割機抖動，有效提高切割質(zhì)量和切割效率。

圖2  CAD清除壓縮功能

　　（2）使用FastPATH自動編程功能（見圖3），設(shè)置切割方式、引入引出線類型、割縫補償方式、輪廓線間隙和選擇板材邊框，進行自動編程，即可得到切割代碼程序，并使不封閉曲線自動閉合；同時，解決了引入引出點過燒留疤痕的質(zhì)量問題。#p#分頁標題#e#

圖3  自動編程功能

　　（3）使用FastCAM軟件實現(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。
　　（4）使用高效切割編程技巧，特別是針對等離子切割，使用FastCAM軟件提供的橋接功能，實現(xiàn)多個零件的橋接和連續(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提取與自動套料
　　目前，我國大中型船舶制造企業(yè)都有自己的船舶設(shè)計院，從船體的結(jié)構(gòu)設(shè)計、船體的分段設(shè)計到每段的詳細設(shè)計，具備了相當?shù)脑O(shè)計和開發(fā)力量。但是，在詳細設(shè)計后，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：如何從詳細設(shè)計圖中快速提取同一板厚的零件，整理生成零件切割列表，進行自動套料，以避免重復(fù)畫圖，從而有效避免手工整理切割零件清單，避免進行手工套料和編程，這是實現(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)的一體化的自動提取、自動套料、自動編程的技術(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設(shè)計圖（見圖5，船舶企業(yè)在船體分段詳細設(shè)計圖中，已經(jīng)將不同板厚的零件進行了分類，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個實體優(yōu)化減少到183個實體，有效地提高了數(shù)控切割質(zhì)量和切割效率。

圖5  船體分段詳細設(shè)計圖

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零件圖，保存為DXF/ DWG 或CAM文件，而且還可自動提取零件的名稱。此程序最重要的功能是自動打散零件，自動提取零件名，順序存儲零件，以及自動進行排序和自動生成零件切割列表（參見圖7、圖8），為自動套料做好準備。

圖7  自動打散排序功能

圖8  自動生成切割零件列表

　　第三步：使用FastCAM軟件的自動套料功能，直接讀入自動生成的切割零件列表，進行自動套料（見圖9）；使用FastNEST套料軟件中的自動與手動交互式套料和自動編程方法，優(yōu)化套料和編程結(jié)果；使用多控制器轉(zhuǎn)換功能，生成不同切割機和控制器需要的NC切割文件，進行數(shù)控切割。

圖9  板厚20mm的零件組套料圖

　　3．應(yīng)用案例三：Tribon.Gen套料圖的自動識別和切割代碼轉(zhuǎn)換
　　目前，我國少數(shù)大型和特大型船舶制造企業(yè)為打造國際一流的船舶企業(yè)，滿足船舶出口的市場需要，投入巨資購買和使用了國際著名的Tribon船體設(shè)計軟件，進行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計、分段詳細設(shè)計，以及零件板材套料，使船舶設(shè)計技術(shù)水平達到國際先進水平。#p#分頁標題#e#
　　然而在數(shù)控切割生產(chǎn)部門還存在著Tribon.Gen套料圖的自動識別和切割代碼轉(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Tribon.Gen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。
　　下面簡單介紹FastCAM公司專門為Tribon 船舶設(shè)計軟件開發(fā)完成的TriCAM通用轉(zhuǎn)換軟件(見圖10)，直接讀入Tribon.Gen 格式的套料文件，自動識別套料零件的切割層、噴粉劃線層及文字標注噴碼層，自動保存為通用的CAM文件格式（見圖11）, 再使用FastCAM軟件的自動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)控切割機和控制器類型, 直接為不同的數(shù)控切割機輸出不同的切割代碼或切割程序。

圖10  TriCAM轉(zhuǎn)換軟件

圖11  Tribon.Gen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，特別是當船舶企業(yè)應(yīng)用了CAD、CAPP等產(chǎn)品設(shè)計軟件，Tribon等船舶設(shè)計軟件，PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，以及實施了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)過程的計算機信息化管理就應(yīng)該被提上議事日程。
　　目前，我國大多數(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)計軟件和ERP系統(tǒng)方面，不僅資金投入大，而且技術(shù)力量強，已經(jīng)取得了可喜的進展和成績。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)計數(shù)據(jù)，ERP系統(tǒng)還不能發(fā)揮其應(yīng)有的統(tǒng)計與決策作用；船體設(shè)計部門的技術(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嚴重的現(xiàn)象。
　　基于此，F(xiàn)astCAM公司適時推出了FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)。
　　我國船舶制造企業(yè)對于MES系統(tǒng)并不陌生。根據(jù)國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會（Manufacturing Execution System Association，MESA）對MES的定義，MES匯集了車間中用以管理和優(yōu)化從定單下達到生產(chǎn)完成全過程中的所有活動的硬件或軟件組件，它控制和利用準確的制造信息，對車間生產(chǎn)活動中的實時事件做出快速響應(yīng)，同時向企業(yè)決策支持過程提供相關(guān)生產(chǎn)活動的重要信息。因此，簡單講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)化運行技術(shù)；是位于企業(yè)上層生產(chǎn)計劃和底層工業(yè)控制之間并面向車間層的管理信息系統(tǒng)。然而，我國大多數(shù)的離散制造企業(yè)，對于ERP、PDM等信息系統(tǒng)中的信息與生產(chǎn)現(xiàn)場之間的信息傳遞與處理，是通過“手工方式”進行的。“手工方式”使得計劃和生產(chǎn)現(xiàn)場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，對生產(chǎn)過程進行及時響應(yīng)，使用準確的數(shù)據(jù)對生產(chǎn)過程進行控制和調(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)提供了一個信息化管理平臺，從船體設(shè)計、生產(chǎn)計劃、編程套料、數(shù)控切割到鋼材存儲，可實現(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)計軟件，以及ERP、PDM等系統(tǒng)實現(xiàn)集成。#p#分頁標題#e#

　　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)過程的實時控制和準確的數(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、倉儲和下料管理流程中的鋼材浪費問題，有效提高船舶企業(yè)的經(jīng)濟效益。
　　下表是美國MESA協(xié)會所做的MES應(yīng)用效果調(diào)查統(tǒng)計數(shù)據(jù)：

　　三、FastMES敏捷制造執(zhí)行系統(tǒng)實施與應(yīng)用環(huán)節(jié)

　　（1）與船體設(shè)計部門實現(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；與鋼材存儲管理部門進行系統(tǒng)集成，建立鋼材及余料存儲管理系統(tǒng)，優(yōu)化鋼材及余料存儲結(jié)構(gòu)。
　　（2）根據(jù)船體分段焊接與組裝工藝流程，由生產(chǎn)計劃與工藝部門制定切割生產(chǎn)計劃，與鋼材采購、存儲管理等相關(guān)部門進行協(xié)調(diào)，進行鋼材采購預(yù)算、定板定尺計算，以及鋼材庫存查詢，做好切割生產(chǎn)計劃與調(diào)度。
　　（3）與FastCAM套料軟件進行系統(tǒng)集成，根據(jù)切割生產(chǎn)計劃，實現(xiàn)切割零件數(shù)據(jù)庫、板材余料數(shù)據(jù)庫與FastCAM套料軟件的動態(tài)、實時的編程套料與數(shù)控切割，準確地控制和調(diào)度切割生產(chǎn)過程。
　　（4）與ERP系統(tǒng)實現(xiàn)系統(tǒng)集成，把數(shù)控切割生產(chǎn)過程的實時、準確的數(shù)據(jù)提交給ERP系統(tǒng)，實現(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。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)實現(xiàn)數(shù)控切割機的全時切割、自動切割、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)濟效益。