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SolidWorks钣金设计制造高自动化集成方案

阅读 4166 · 发布日期 2021-03-04 07:36:10

摘要：在制造业飞速发展的过程中，先进的制造资源的配置优化与合理应用是企业所面临的新的课题，发展过程中的优化组合以及系统规划将企业的资源得到合理应用，不仅可以最大化提高生产力，而且可以抑制浪费，使得制造企业得到稳步发展。1.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...

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摘要：在制造业飞速发展的过程中，先进的制造资源的配置优化与合理应用是企业所面临的新的课题，发展过程中的优化组合以及系统规划将企业的资源得到合理应用，不仅可以最大化提高生产力，而且可以抑制浪费，使得制造企业得到稳步发展。

1.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在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，唐山松下以领先的科技和优良品质赢得了用户的广泛赞誉，Panasonic电焊机成为最受欢迎的焊接品牌。图1，唐山松下全貌
本文以唐山松下为研究对象，对上述问题进行了探讨，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，期望对制造业的现代化提供参考。

2.设计和制造资源均衡工具的考虑和考察过程

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，在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，在CAD到CAM环节：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，传递到工艺人员图纸是二维三视图（见图2），工艺人员无法直接获得编程所需要的钣金件展开图，需要多名工艺人员进行钣金工艺准备，将二维设计图纸重新手工计算并绘制钣金展开图，确定各加工要素的尺寸，再按照图形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。通常一个新产品钣金工艺准备需要5名工艺人员近10天时间才能完成，并且图形展开、程序编制或录入错误经常发生，造成工件报废、交货期延误。在从CAM到生产制造：工艺人员在加工数据（机床数控程序、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，容易造成机床等待时间、工艺人员及生产加工人员工作等时间延长，而且容易产生潜在的管理上的混乱，造成工作任务的错误分配等问题。
为了加快产品开发周期，减少不必要的做作，该企业制造部、技术部在统一领导下共同推进三维CAD及钣金CAM软件系统,并对系统提出如下要求：
 .三维CAD软件必须为国际著名公司的成熟产品，具有可靠的技术支持；
 .操作简单易上手，实现二维设计到三维设计平稳过渡;
 .软件功能不仅要满足电焊机设计功能要求，还要胜任生产技术加工设备、模具、工装夹具设计工作；
 .CAD软件要有充足功能，完整实现CADCAM连接，例如CAD软件实现线束设计、工艺自动生成；钣金设计与加工实现无缝集成或顺利连接；
 .CAM操作智能化，减少人为参与；
 .CAM参数设置适合该企业数控设备的要求。
该企业早在2000年即开始准备实施钣金制造CAD/CAM系统及数控车间数控设备管理系统，并开始在国内外进行软件的调研工作。用了将近两年的时间进行软件选型及软件代理商考察工作，邀请了国内一些知名的CAD软件供应服务商进行软件演示，并试用了一些钣金CAM软件，其中有美国、德国、以色列的软件，但集成性都不理想。经过多次演示及培训试用，最后选择的是SolidWorks、JETCAM，XpertDNC软件并分步实施的集成方案（如图4所示）。
3.资源整合达到资源配置优化
该企业的生产装备较为先进（图3，工厂一角），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，在实施资源整合之前发现企业在发展中一个明显的问题是即使投入大量资金购置先进的装备，但设计与制造的能力却不能达到理想状态，先进的制造设备配备手工或效率低下的软件工具，导致先进设备资源的浪费和企业对市场的快速反映能力的限制，为了改善企业的制造能力，提出了资源整合的阶段目标，从系统角度以及软件与硬件的配置优化，建立了制造部与技术部一体化建设的制造系统优化配置模型，如图4所示。
系统以国际著名的三维设计软件SolidWorks为主线开发平台，要求软件在操作上简单易上手，并能实现三维设计到二维绘图的快速信息转换。由于企业的生产特点，要求软件在功能上不仅要满足电焊机设计要求，还要胜任生产中模具、工装夹具的设计工作，同时可以进行一些特殊的设计如线束设计等。SolidWorks及其丰富的集成软件插件可以满足这些要求。由图4可见，三维设计系统产生的产品明细或BOM可以直接为ERP系统提供产品的BOM，同时三维产品模型直接转换为二维视图和钣金产品的二维展开图，为制造部进行数控加工提供服务，从而有效地解决了原先繁杂的二维结构设计和展开计算。
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，工艺人员应用SolidWorks按照设定展开系数表进行钣金零件的自动展开，并将展开图导入JETCAM软件，整个过程的操作达到了产品数据的唯一性操作。JETCAM作为国际上钣金CAM软件中具备较高自动化程度的数控编程软件，可以辅助CAM编程人员自动完成数控程序代码的生成，具有独特的专家知识数据库（SEKT：Stored Engineering Knowledge Technology）技术，可使用户在数秒钟内，以最高的板材利用率，智能完成由计算机图形转化成各种数控机床的NC程序。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，可以省时、省力，比较方便。从而彻底改变了数控手工编程的缓慢和出错状况。
企业制造资源整合的关键是将企业在制造环节上投入最大的制造设备进行充分利用和精益管理。为此，企业在资源整合的第二期规划将形成对制造车间的数控加工设备进行直接控制。如图4所示，由JETCAM软件产生的数控代码将通过车间DNC系统直接传输到数控机床，从而避免了人工程序输入造成机床空闲和生产准备期过长的配置节拍差异。
DNC系统带有车间作业管理功能，对制造设备进行作业任务的分配和管理。这个系统同样将基于数据库的应用，并可以与企业的ERP进行数据集成（如图7）。对产生的程序代码可以自由分配网络路径，所有的程序流入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完成当班加工零件数控程序的一次或多次调用，完成生产任务。
4.系统配置与企业资源的匹配整合

企业制造资源的整合目标是改善原有的资源不匹配状态，最大限度的发挥企业的资源，并降低整个系统的运作成本。为此在系统软件的选型上注重软件的运作成本分析，不仅考查软件的功能和集成性，而且关注软件使用的再投入费用，如软件的学习难易度、软件的使用方便性以及软件的操作柔性。
SolidWorks软件不仅易学，而且对现行Windows操作系统的嵌入深度较好。这使得企业不同岗位、不同技术程度的人员可以在较短时间内掌握软件的应用，这将进一步使得制造资源的利用得到合理设计。SolidWorks的方便性还体现在在装配环境下可以进行零部件的修改及参考设计，可作装配体运动关系模拟及干涉检查，可智能自动完成零部件重复设计及装配，还有零部件镜像功能，智能化装配及定义装配关系等，如图5所示是采用SolidWorks设计的产品模型的爆破图。

系统选择JETCAM软件的原因是其编程速度非常快，符合该公司对CAM软件要求高效率、高自动化及最少人工干预即智能性的要求。因为这个软件具有独特的专家知识数据库SEKT（图6），它允许机床之间实现程序代码在不同机床之间的快速转换，所以在某台机床出现故障或生产任务紧张需要赶重要订单时，减少了一些不必要的重复劳动及生产任务等待时间，很大程度上缓解了生产压力。JETCAM有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；可控制最低板材利用率，JETCAM还可以自动完成零件批处理排样加工。

5.资源整合后达到的实际效果

开放的可扩充的系统系统设计为一个开放的系统，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软件的扩充，机床增加时JETCAM后置的扩充以及 DNC端口的扩充等。

1) 提高了产品加工质量

SolidWorks三维软件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。

2)真正实现了资源共享

设计部门的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数据库可以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。

3)降低了生产制造成本

因为整合后的系统可以达到无纸化作业，减少了企业在计算机、软盘、纸张等方面的消耗；板材利用率得到提高；加工任务的合理分配、模具的合理使用使机床故障率降低；模具更换周期缩短；工作人员工作效率提高了；设计人员利用三维软件进行设计工作，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、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，产品研发周期提高至少30%以上，工艺文件完全实现三维图示废品率降到几乎没有的程度，企业钣金工艺人员由5人减少到1人，新产品工艺准备时间由10天降低到2天，数控机床加工开动率提升了一倍。
6.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提供了基础。在资源整合中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，这不仅是为了整体提高企业的竞争力，而且使得企业的资源耗费最小。
在完善该系统的基础上，该企业将继续深入进行企业全面资源整合，即将上述系统与企业的ERP系统、车间制造成本估算系统柔和在一起（如图7所示），设计和制造资源的均衡会被更广泛、深入的应用于整个企业的其他资源系统，并必将会给企业的未来发展带来更深刻、更长远的影响。