【摘要】通過2006年我們在船舶制造企業的現場實踐，歸納總結出FastCAM軟件在鋼材數控切割生產中的主要應用，為我國船舶制造企業在鋼材數控切割生產環節，有效提高編程套料生產效率，提高數控切割質量和切割生產效率，實現數字化敏捷造船提供了新的軟件應用方法和技術保證。本文以實際應用案例的方式歸納為4個方面：一是套料圖的優化與自動編程；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轉換；四是數控切割制造執行系統與數控切割生產過程的數字化信息化管理。

    一、概述

    目前，我國船舶制造行業正處在一個前所未有的蓬勃發展時期，船舶制造行業正經歷著從傳統的手工和機械方式造船向計算機數字化與快速響應制造即敏捷造船發展。數據庫、網絡和計算機軟件應用系統是數字化敏捷造船的基礎，是實現數字化敏捷造船的核心技術。
　　在2006年四季度，FastCAM中國公司選擇了一家有代表性的大型船舶制造企業進行了為期兩周的現場實踐和兩個月的后續跟蹤指導，從設計部門提供的DXF/DWG文件格式的套料圖和詳細設計后的零件圖開始，進行零件圖優化、自動編程、自動套料、代碼轉換、數據庫管理、統計報表，以及切割生產計劃管理，到數控切割機現場切割，解決了各種切割質量問題。
　　為期兩周的現場指導，不僅為船舶制造企業及時解決了編程套料與數控切割的效率和質量問題，而且為FastCAM套料軟件在船舶企業的應用提供了很實用、具體的應用案例，從而為船舶制造企業有效提高編程套料生產效率，提高數控切割機的切割質量和切割效率提供了有效的技術保證。

　　二、應用案例分析

　　1．應用案例一：套料圖的優化、自動編程和代碼轉換，提高編程效率和切割質量
　　目前，我國船舶制造企業普遍采取專業化協作生產方式，由船舶設計部門或設計公司直接把排版好的DXF/DWG格式的套料圖（見圖1），提供給船舶企業的編程套料與切割生產部門，由編程套料部門進行簡單的NC編程和代碼轉換后，交給切割部門進行數控切割。
　　使用DXF/DWG格式的套料文件進行編程和數控切割，企業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，導致無法自動編程或編程錯誤，如多引入引出線和重復切割。
　　二是代碼轉換問題。該企業擁有船舶研究所和深圳博利昌不同年代的多臺數控切割機，使用了Fagor、EDGE、Lynx等不同品牌的控制器, 代碼格式各不相同，相互間進行轉換非常煩瑣和困難。

圖1  DXF/DWG格式套料圖

　　三是切割質量問題。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，我們幫助企業分析產生問題的原因，輔導用戶使用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，經過清除壓縮優化處理后，實體數減少到218個，有效減少了程序量，避免了亂跑空程和重復切割；同時，壓縮小實體，可直接提高切割斷面質量，避免波浪紋和切割機抖動，有效提高切割質量和切割效率。

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軟件實現不同代碼的快速轉換。FastCAM軟件提供了多種控制器代碼的轉換功能（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，實現多個零件的橋接和連續切割，有效地減少了等離子穿孔，節省等離子割嘴，提高了切割效率。

圖4  多種控制器轉換類型

　　2．應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都有自己的船舶設計院，從船體的結構設計、船體的分段設計到每段的詳細設計，具備了相當的設計和開發力量。但是，在詳細設計后，編程套料和數控切割生產部門，還存在許多技術難題有待解決。例如：如何從詳細設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，這是實現無紙化和數字化編程套料，有效提高編程套料工作效率，提高數控切割的質量和效率的關鍵。
　　FastCAM套料軟件為船舶制造企業提供了成熟專業的一體化的自動提取、自動套料、自動編程的技術和方法。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計圖（見圖5，船舶企業在船體分段詳細設計圖中，已經將不同板厚的零件進行了分類，板厚10～45mm不等分成多種規格），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清除壓縮優化功能，清除多余和重疊實體，避免重復切割，壓縮小線段，優化DXF/DWG文件，把原有233個實體優化減少到183個實體，有效地提高了數控切割質量和切割效率。

圖5  船體分段詳細設計圖

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，優化套料和編程結果；使用多控制器轉換功能，生成不同切割機和控制器需要的NC切割文件，進行數控切割。

圖9  板厚20mm的零件組套料圖

　　3．應用案例三：Tribon.Gen套料圖的自動識別和切割代碼轉換
　　目前，我國少數大型和特大型船舶制造企業為打造國際一流的船舶企業，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船體設計軟件，進行船體結構設計、分段詳細設計，以及零件板材套料，使船舶設計技術水平達到國際先進水平。#p#分頁標題#e#
　　然而在數控切割生產部門還存在著Tribon.Gen套料圖的自動識別和切割代碼轉換技術難題.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，數控切割生產部門需要把Tribon.Gen文件轉換為通用的套料文件，再根據不同數控切割機和控制器代碼格式的要求，轉換為相應的切割代碼文件。
　　下面簡單介紹FastCAM公司專門為Tribon 船舶設計軟件開發完成的TriCAM通用轉換軟件(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換功能, 根據企業使用的數控切割機和控制器類型, 直接為不同的數控切割機輸出不同的切割代碼或切割程序。

圖10  TriCAM轉換軟件

圖11  Tribon.Gen文件轉換為CAM文件

　　4．應用案例四：數控切割敏捷制造執行系統與數控切割生產過程的數字化信息化管理
　　當船舶制造企業發展到一定規模，信息化建設就成為船舶企業必不可少的基礎設施，特別是當船舶企業應用了CAD、CAPP等產品設計軟件，Tribon等船舶設計軟件，PDM產品數據管理系統，以及實施了ERP，即企業外部資源管理信息系統后，企業內部生產過程的信息化管理，特別是鋼材數控切割下料生產過程的計算機信息化管理就應該被提上議事日程。
　　目前，我國大多數的船舶制造企業在企業信息化方面，特別是在船舶設計軟件和ERP系統方面，不僅資金投入大，而且技術力量強，已經取得了可喜的進展和成績。然而在企業內部生產過程的信息化建設方面，特別是在鋼材數控切割生產過程信息化管理和建設方面，還相對落后，存在信息斷層和信息孤島現象。例如，由于缺乏切割生產和鋼材消耗統計數據，ERP系統還不能發揮其應有的統計與決策作用；船體設計部門的技術資料包括PDM產品數據管理系統的資料，還不能直接為數控切割生產服務，使船舶制造企業的管理決策層、船舶設計技術層與鋼材切割下料和焊接生產層發生信息脫節，仍然存在數控切割生產管理紊亂、切割效率低及鋼材浪費嚴重的現象。
　　基于此，FastCAM公司適時推出了FastMES敏捷制造執行系統。
　　我國船舶制造企業對于MES系統并不陌生。根據國際制造執行系統協會（Manufacturing Execution System Association，MESA）對MES的定義，MES匯集了車間中用以管理和優化從定單下達到生產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，對車間生產活動中的實時事件做出快速響應，同時向企業決策支持過程提供相關生產活動的重要信息。因此，簡單講MES制造執行系統是一種面向車間層的生產管理和優化運行技術；是位于企業上層生產計劃和底層工業控制之間并面向車間層的管理信息系統。然而，我國大多數的離散制造企業，對于ERP、PDM等信息系統中的信息與生產現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”使得計劃和生產現場的過程控制層之間出現信息斷層。 MES系統的作用是在企業信息系統中承上啟下，在生產過程與管理之間架起了一座信息溝通的橋梁，對生產過程進行及時響應，使用準確的數據對生產過程進行控制和調整。
　　由于不同行業其產品結構和物料供應不同，生產工藝和生產流程差異很大，因此，不同行業需要有不同的MES制造執行系統。針對鋼材數控切割下料生產過程，FastCAM公司在FastCAM套料軟件基礎上開發了FastMES敏捷制造執行系統，專門應用于鋼材數控切割生產過程的信息化管理。
　　FastMES敏捷制造執行系統為船舶制造企業提供了一個信息化管理平臺，從船體設計、生產計劃、編程套料、數控切割到鋼材存儲，可實現生產工藝和生產流程的系統集成（見圖12），與CAD、CAPP、Tribon、滬東等船體設計軟件，以及ERP、PDM等系統實現集成。#p#分頁標題#e#

　　FastMES敏捷制造執行系統一方面解決了數控切割生產過程的實時控制和準確的數字化管理，有效提高船舶企業數控切割的生產效率；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，有效提高船舶企業的經濟效益。
　　下表是美國MESA協會所做的MES應用效果調查統計數據：

　　三、FastMES敏捷制造執行系統實施與應用環節

　　（1）與船體設計部門實現系統集成，建立無紙化多用戶產品數據管理系統，按照船舶訂單及船體分段的樹形結構建立切割零件數據庫；與鋼材存儲管理部門進行系統集成，建立鋼材及余料存儲管理系統，優化鋼材及余料存儲結構。
　　（2）根據船體分段焊接與組裝工藝流程，由生產計劃與工藝部門制定切割生產計劃，與鋼材采購、存儲管理等相關部門進行協調，進行鋼材采購預算、定板定尺計算，以及鋼材庫存查詢，做好切割生產計劃與調度。
　　（3）與FastCAM套料軟件進行系統集成，根據切割生產計劃，實現切割零件數據庫、板材余料數據庫與FastCAM套料軟件的動態、實時的編程套料與數控切割，準確地控制和調度切割生產過程。
　　（4）與ERP系統實現系統集成，把數控切割生產過程的實時、準確的數據提交給ERP系統，實現船舶企業的全面數字化和信息化管理。

　　四、結語

　　FastCAM公司具有30年數控切割軟件的開發歷史，在船舶修造領域具有豐富的軟件開發與應用技術和經驗。FastCAM公司倡導全新的數控切割理念與技術方法，通過使用FastCAM套料軟件與FastCNC數控系統實現數控切割機的全時切割、自動切割、高效切割、高質切割和高套料率切割，通過傳授高效切割編程套料技術與技巧，有效地減少了預熱穿孔，提高了火焰和等離子切割效率，減少了等離子割嘴損耗，有效節省鋼材。

　　FastCAM公司在鋼材數控切割生產領域率先推出的FastMES敏捷制造執行系統，將有效提高船舶制造企業的信息化管理與集成水平，有效提高鋼材的數控切割生產效率和鋼材使用的經濟效益。