鈑金加工解決方案

鈑金加工,是機械加工領域中一種常見的加工工藝。雖然其工藝分類有多種,對應的加工流程上也有一定的區別,但大體概括來說,就是針對金屬薄板制品施加壓力,在壓力的作用下使其發生形變的加工過程,一般包括切割、沖壓、折彎、卷邊、復合加工、成型等方法。鈑金工藝在電子、電器、通信、汽車工業、醫療器械等領域得到了廣泛應用,生活中常見的電腦機箱、電器外殼、汽車車身等,工業應用中的電氣柜、通信柜、儀器儀表外殼等,鈑金件都是其中必不可少的組成部分。


鈑金加工行業具有多品種、小批量的離散制造行業的典型特征。鈑金加工單元即是企業內一個完整的零件鈑金加工流程的生產單元。制造業企業中常見的一些下料車間、備料車間、沖壓車間、沖剪產線等,一般核心業務就是一個鈑金加工的生產單元。


而對于鈑金加工行業的MES系統來說,其信息化需求大體上與其他機加工車間是雷同的,覆蓋計劃管理、生產管理、物料管理、質量管理、設備管理等大多數機加工MES的常規功能,但鈑金工藝本身的一些特性,在信息化層面也體現出一些較為獨特的個性化需求。因此,在鈑金MES系統規劃時,除了常規標準功能外,還應該重點針對以下特點進行需求分析和功能設計。



特點1

合批生產和設備產能對計劃排程的約束性影響


鈑金產品種類多,形狀有大有小,每種成品的訂單數量也有多有少,因此就存在單件生產和合批生產的協調問題。對于板材或卷材的沖壓和切割,一般同一塊板材上需要進行套料(排料),而為了減少在制品的數量,減少換模的頻率,往往套料會考慮到經濟性,可能工藝參數相同的不同訂單不同批次的零件在同一塊板材上進行套料。這種經濟批量就會成為計劃排程中的一個約束性條件。


另一方面,不同工序組的鈑金設備生產負荷差距較大。以常見的切割、沖壓和折彎三個工序而言,切割和沖壓工序均可實現單臺設備的多訂單多工件同時加工,而折彎設備只能進行單訂單單工件加工,因此折彎工序的單次加工時間普遍比其他兩個工序長??梢?,不同設備的生產效率也可能會影響整個鈑金加工的生產進度。


因此,合批生產的特性和設備產能的差異性,都是MES系統中鈑金生產排程的難點和關鍵點。在進行鈑金計劃的排程策略上,就需要重點考慮這兩點的排程規則。


在佰思杰公司實施過的鈑金加工MES項目中,提供了鈑金下料成組管理和下料計劃排程的解決方案:在系統中可以預定義下料的成組規則(即鈑金的經濟批量規則),成組規則一般會根據項目、鈑金設備和板材規格進行分組,分組零件定義后,再通過套料軟件進行實際的排料,套料結果回傳MES系統,系統再進行鈑金設備的作業執行計劃。


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▲ 下料成組管理和計劃排程



特點2

鈑金MES系統需要與套料系統協同應用


鈑金加工中,沖壓和切割加工原材料通常是金屬板料或卷料,為了提高原材料的利用率、減少廢料和預料,很多鈑金加工中就用到了套料(排料)軟件,通過軟件系統自動將鈑金件在板材上進行模擬排布,并將套料結果生成NC程序,提供給鈑金設備執行操作。


在這個過程中,MES系統要實現對鈑金作業的調度和監控,就需要與套料軟件進行集成。通過集成,MES系統向套料軟件下達鈑金批次的成組規則,并獲取套料反饋的結果以及鈑金作業執行過程的相關數據。


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▲ 佰思杰MES系統與套料軟件集成方案


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▲ 套料結果的下料圖




特點3

鈑金MES系統應強調對車間生產設備管控的一體化支持


鈑金加工中所使用的設備種類非常多,一般來說基本的設備就包括剪板機、數控沖床、激光/等離子/水射流切割機、折彎機、鉆床,以及各種輔助設備如開卷機、校平機、去毛刺機、點焊機等。設備種類多,加工的零部件種類也多,使得整個生產資源的管控就非常復雜。


比如,以佰思杰的典型用戶中國西電集團下屬的電氣開關柜制造來說,一個開關柜的鈑金零件接近100種,其沖剪工序、折彎工序是集中在幾臺沖切柔性生產線、激光切割機、數控液壓折彎機上,這些設備作為關鍵的生產資源是影響車間生產最重要的因素,因此保障其設備完好、提高其利用率就顯得非常重要。因此,在鈑金MES實施時,就要強調對車間生產設備管控一體化支持。而這個特點的解決方案關鍵點在于以下幾個方面


1) MES系統實現對鈑金關鍵設備的實時數據采集,對關鍵設備的運行狀況進行實時匯報和監控,以便于對設備異常進行及時的響應和處理;


2) MES系統所獲取的套料結果和數控程序,將隨同鈑金計劃一起,對鈑金設備的作業執行進行指令下達和過程監控;


3) 對設備進行全面的維修維護管理,針對不同設備的檢修、保養和維護周期設置不同的維護計劃,對即將到期的計劃進行預警,做到預防性維護;


4) 各類設備所采集的生產數據是分析生產質量的主要依據,通過數據的統計分析對設備的產能、利用率、質量等進行及時的調整和改進;


5) 結合設備運行過程中的設備維修、設備保養、設備檢驗、設備開關機和設備故障等信息,形成完整的設備履歷。


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▲ 鈑金設備的實時監控




特點4

鈑金加工后的零件分揀管理和零件標識


對于中小型零件的鈑金作業,一個原材料板材經過加工后通常將產出多個零件,需要將零件進行分揀、歸類、匯總和標識。因此,在鈑金MES系統中,還需要對分揀作業和分揀零件的標識進行管理。


在佰思杰的典型項目案例中,鈑金零件的分揀,有人工分揀,也有分揀自動線:


1) 對于人工分揀,可以通過MES系統建立分揀任務單(分揀清單通過與套料軟件集成或者Excel文件導入獲?。?,分揀操作工根據分揀清單來清點和確認分揀的零件,并在系統反饋分揀后的結果;


2) 對于分揀自動線,可在MES中進行自動分揀線的建模,定義分揀的上線區、下線裝框區、分揀工位、容器緩沖區等分揀過程相關內容,自動分揀設備將通過在MES系統中創建的分揀任務清單執行分揀作業。


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▲ 分揀任務單


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▲ 自動分揀產線的監控


另外,為了提高作業匯報效率,佰思杰MES系統還提供了“分揀成套”的功能。系統可以根據鈑金后續的裝配工序所需要的鈑金零件創建成套分揀任務列表,操作工根據成套列表進行鈑金件的配套清點和確認,這樣一方面既可以保證裝配工序自制件的齊套性,另一方面也提高了作業效率,系統可根據分揀任務完成情況匯報自動對這些鈑金零件進行批量完工匯報。


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▲ 分揀成套功能


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▲ 鈑金零件成套確認和報工


對于中小型的成型件分揀后的零件進行數字化標識,由于零件種類和數量較多,為了提高管理效率,可以通過容器或料框進行物料的標識和管理:根據分揀清單按零件種類分揀到不同料框中,對料框進行二維碼/條碼或者RFID標識,零件數量和規格信息與料框信息進行關聯,從而實現對鈑金件的物料管理。


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▲ 鈑金件的零件標識(示例)




特點5

鈑金任務反饋的管理粒度可定位到工單級匯報


一般來說,一個鈑金加工單元往往鈑金零件種類多,而且加工工序也多,包括切割、沖(剪)、折彎、焊接、噴涂等,其中部分工序例如沖剪還是多個零件套料加工,加工時間短、工序節拍快?;谶@個特點,MES系統在進行鈑金作業過程的監控時,可以考慮作業數據采集粒度定義為工單級,即對鈑金零件的工單進行匯報,而不對鈑金零件工序作業任務進行匯報。


總之,隨著鈑金加工技術的不斷發展,鈑金行業已逐漸由勞動密集型生產向自動化、專業化和高精度方向發展。鈑金作為制造業中的基礎工藝之一,鈑金管理的信息化發展也將是未來行業發展的必然趨勢。而鈑金加工不同于以采用數控機床為生產單元的現代機械加工中心,具有設備多、零件種類多、加工周期短等一些業務特點,因此,鈑金生產單元在導入MES系統的過程中,應兼顧其個性化特色需求,針對行業的業務特點進行系統的設計和規劃。