维普资讯 http://www.cqvip.com 造船技术 ２００８年第３期（总第２８３期） 型材自动套料管理系统的研发和应用 钱善波 ，孙志伟 （１．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海２０００３０；２．广州文冲船厂有限责任公司，广州５１０７２７） 提要通过分析船厂现有型材下料模式，开发 适合设计扣施工的型材自动套料管理系统，对建立型 材套料的数学计算方法、型材下料数据库及应用实例 作了说明，提出了一种既简单又具实际操作性的方法。 关键词 型材下料计算机管理利用率 数据库 中图分类号ＴＰ３１５ 文献标识码Ａ １概述 随着造船技术的进步和造船行业的蓬勃发展， 造船产量急剧升高，原材料用量也相应升高。国内 许多船厂对如何提高钢材利用率都很重视，中船集 团公司也曾组织属下骨干船厂研讨并制订了若干提 高钢材利用率的指导意见。 船厂的型材下料从设计到施工一般采用手工计 算和标注、手工套料的方法。在设计方面，设计员要 绘画出每个零件的图形，标注基本尺寸、材质和规 格，再汇总各分段的材料用量，重复简单又缺少价值 的工作，浪费企业的人力资源。在施工方面，先分类 汇总每一种材质、规格的零件，工人凭经验及简单手 工计算进行套料，随意性较大，型材利用率不高，缺 乏评估准则，无法实施有效监督。针对船厂的困境， 自行开发适合于船厂设计、施工的型材自动套料管 理系统，以提高型材出图效率、施工周期和型材利 用率。 ２型材下料信息代码和计算方法的建立 ２．１ 建立型材下料信息代码 以代码设计替代图形设计。设计员只需要填写 基本代码信息，程序根据事先制定的规则自动绘画 出零件图形，自动进行分类统计，计算各分段的材料 用量。如： 零件代码：长度为２Ｏ个字符，大写字母或 数字及符号“一”； 材料型号和材质：与钢材物流系统的输入格式 作者简介：钱善波（１９６９一），男，硕士研究生。 严格统一； 下料长度：正整数，５位； 余量：正整数，３位； 端部型式：Ｓ——上斜切留根，Ｘ——下斜切不 留根，Ｈ——上斜切不留根。斜切长度３位正 整数； 开孑Ｌ：从定位基准量起的距离（５位正整数）＋ 开孑Ｌ型式（Ｔ——腰圆孑Ｌ，Ｙ——圆孑Ｌ，ＺＸＸ——为止 裂孑Ｌ或流水孑Ｌ，数字代表直径）； 压角：从定位基准量起的距离（５位正整数）＋ 正号或负号＋压角角度（３位正整数），正号为正压， 负号为反压； 去向：Ｂ／Ｇ／Ｘ； 起始肋号：３位正整数肋骨号＋正号／负号＋３ 位正整数偏移值。 ２．２建立设计开发型材套料计算方法 设计开发型材套料计算方法。利用穷举法把所 有可能性全部列举出来，选择最优的一种可能。例 如：现在有编号Ｍ ～Ｍ 根材料需要套料，现有毛 料Ｎ ～Ｎ 根，我们先进行第一根毛料Ｎ 的加工。 把要加工的每一根材料长度共Ｃ 种可能分别与Ｎ 长度进行比较，选择出一个剩余长度最小的结果保 存在Ｄ （中间结果），再把要加工的材料抽取两根长 度相加，共Ｃ 种可能分别与Ｎ 进行比较，选择出 一个剩余长度最小的结果与Ｄ 进行比较，如果剩余 长度小于Ｄ。，则用结果取代Ｄ 。依此类推， ， 直到Ｃ ，Ｄ 中保存的就是对应Ｎ 号型材套料的最 佳结果。取下一条毛料Ｎ 按上述方式计算出Ｄ ， 依此类推计算出Ｎ。，Ｎ ，…，Ｎ 分别对应的Ｄ。， Ｄ ，…，Ｄ 。在Ｄ 到Ｄ 中求出一个最优结果Ｄ 保存，把Ｄ 相应要加工的型材和毛料删除，重新赋 值 、ｍ继续上述的操作，当ｍ一０时，套料完成。 Ｆｏｒ Ｉ：一１ ｔｏ ｍ Ｂｅｇｉｎ Ｆｏｒ Ｊ：一０ ｔｏ Ｉ Ｂｅｇｉｎ 维普资讯 http://www.cqvip.com 钱善波，等： 型材自动套料管理系统的研发和应用 Ｉｆ Ｄ…＜Ｃ｛＜一Ｌ Ｄ…：一Ｃ； Ｊ：一Ｊ＋１ Ｅｎｄ ３型材下料数据库及相关要求 ３．１型材下料数据库 型材下料数据由设计人员按分段填入电子表格 标准格式，填写完毕后将电子表数据导入型材自动 Ｉ：一Ｉ＋１ Ｅｎｄ 套料管理系统，如图１所示。 图１型材下料数据表 号和上下口，需加工的应标明加工符号正压或反压。 ３．２型材下料数据库的相关要求 ３．３对现场施工的要求 型材下料数据库中的所有数据输入，应遵循统一 在施工场地附近配备电脑、打印机，与设计室连 标准和下料信息代码规定，以便将来导人数据库，进 接网络，第一时间得到零件数据，进行计算机自动套 行计算机套料。对于对称计算方法，设计人员输入安 料施工。型材套料图表一般由现场施工工长负责打 装位置为Ｐ的球扁钢数据，如果存在Ｓ数量（对称）， 印，如图２示，如发现要修改型材下料尺寸或节点， 转换计算规则如下：涉及参数：总长（下料长度）、前后 则及时用电子邮件或书面信息通知设计人员进行修 余量、斜切标记转换、开孑Ｌ位置、压角位置。型材出图 改。在施工现场建立型材余料临时堆放点，对型材 时规定球扁钢以背面为准，节点形式应严格按结构图 余料进行编码，提高余料的二次利用率。对套料的 所标的节点，左右舷若是单件的应分开划，标明起始肋 数据进行及时跟踪，调整余料库系统中的数据。 船名：ＧＭＳ３３４ 分段：１Ａ２ 批号：０６１２３１０３０１ 序 零件代码 Ｐ／Ｓ 毛料 下料 余量 端部型式 开孑Ｌ／压角 号 编号 长度 前 后 前 后 １（９） ２（１０） ３（１１） ４（１２） ５（１３） 型 ＨＰ１２Ｏ＊９ 材质 ＧＬＡ １ ＷＳ２ １一ＢＰ１３ Ｓ Ｌ１Ｏ１３ ６０２ Ｏ Ｏ Ｓ ２ ＷＳ２９一ＢＰ４ Ｐ Ｌ１Ｏ１３ ９０３ Ｏ Ｏ 型 ＨＰ１２Ｏ＊８ 材质 ＧＬＡ ３ ＷＳ２１一ＢＰ１６ Ｓ Ｌ１３１１ １９２４ Ｏ Ｏ Ｓ ４ ＷＳ２９一ＢＰ１ Ｐ Ｌ１３１１ ７７Ｏ Ｏ Ｏ Ｓ ５ ＷＳ２１一ＢＰ１３ Ｓ Ｌ１３１１ ６０２ Ｏ Ｏ Ｓ ６ Ｗ￥２３～ＢＰ１ Ｐ Ｌ１３１１ ６５６Ｏ Ｏ Ｏ ７ ＷＳ１ ５一ＢＰ１ Ｓ Ｌ１３１１ ８５２ Ｏ Ｏ Ｇ Ｓ 型 ＨＰ１２Ｏ＊８ 材质 ＧＬＡ ８ ＷＳ１５一ＢＰ２ Ｓ Ｎ１ １１８７ Ｏ ０ ９ ＷＳ２４一ＢＰ１ Ｓ Ｎ１ ３８５９ Ｏ Ｏ Ｓ Ｓ １Ｏ Ｗ￥２０一ＢＰ２６ Ｓ Ｎ１ ４２７ Ｏ Ｏ 图２施工场地的型材套料表 ４应用实例分析 雯 我们在全面推广型材自动套料管理系统之前， 切口长度２ｍｍ，余料长度小于５Ｏ０ ｍｍ的为废料。每 维普资讯 http://www.cqvip.com 造船技术 ２００８年第３期（总第２８３期） 组套料后的余料在下一次被优先使用。结果所用型 材数量共１５７根，计总长１８８４ ｍ，产生余料总长 ２４１．７６５ｍ，产生废料总长５．５９４ ｍ，理论套料型材利 用率９９．６５ 。ＳＬ３２分段型材利用率按系统自动统 计如图３所示。 经测验实际操作后，我们就全面应用该管理系 格上有一定的优惠，系统的应用可使材料的成本得 到一定的降低。同时，不定尺材料相对于定尺材料 的利用率会有一定的提高。 劣势。由于使用不定尺材料，在生产工序方面 增加了一项测量材料长度的工作。 完善。要求型材供应商标明来料规格尺度。 ５．３建立计算机余料管理体系 统到全船分段，在某集装箱船钢材利用率总结数据 中显示，型材理论净重７６９ ３２５ ｋｇ，型材领料重 ７８５ ｏ２５ｋｇ，型材利用率９８ ，比以前同类型船提高 优势。通过计算机余料管理，软件系统会记录 每一根余料的基本信息，包括余料编号、型号、规格、 了３．１６ ，单船型材领料重量减少了２３ｔ，如果按一 长度、存放位置、使用情况等，杜绝了管理方面的混 年建造船舶１Ｏ艘计，则节约约２３０ｔ。 乱现象。系统在套料的过程中会最大限度地利用余 ５原有模式与现有模式的 料，使其在利用率方面最大化。 利弊分析 劣势。余料的管理需要一定的人力、物力和场 地，使得生产管理成本相应提高。 ５．１设计模式的编码化 完善。由于场地的局限性，把余料通过长度和 优势。编码设计的方式相对图形设计具有通用 材质进行分级管理，余料在某个特定范围内达到一 性、准确性，设计强度也要低得多，对设计员、施工人 定时间后就作为废料处理。 员进行简单的编码体系的培训就可以上手。编码设 ５．４改变原有的套料体系 计的使用可以使型材的设计不需要标注、整理、出图 优势。计算机辅助套料的使用可以很快计算出 等工作，节省设计工序提高生产效率。 结果，工人只需根据套料结果进行套料，提高工作效 劣势。编码设计相对比较抽象，在实际设计、施 率，利用率也会有很大提高。 工中，设计员和工人短期内会不适应。 劣势。在套料应用过程中，若出现突发情况时， 完善。设计部门和施工部门根据实际逐步完善 没有手工套料处理得及时有效。 编码体系，达到科学化、合理化。集中学习编码规 完善。对于生产过程中出现的突发情况，按实 则，使设计员和施工人员尽快掌握并在实际中应用， 际情况具体解决，软件方面提供处理突发事件的 对于编码的抽象系统会根据具体图形绘制出相应的 功能。 图形。 ５．５与现有的程序材料管理系统衔接。提高办公自 ５．２不定尺供货的实施方法 动化 优势。在市场上不定尺材料相对定尺材料在价 优势。系统的连接使 材料数据在设计、生产和 ｉ ⅡＩＩ删●—豳圜ｌ＿％ 苎Ｉ 西叠 擀Ｈ撑 Ｂ 懋嚣叠压露曩嚣 爨灏喾 ｊ ’群 一 。 一 。一 ．“ ●■； ｊ 一 ； 一 露 物管三个部门实现数据共 ＇，＇＇ｎ ｎ，一ｌ＿ｉｌ鑫≤ 礴 粥 ０６ｌ２ｌ ｌ０５００３２ 所Ｊ啊余ｊＮ欺 Ｉ９ ＿ ：。 ０ ０ 享，提高部门间办公效率， ０６ｌ２Ｉｌ２Ｚｉｉ６０４ ’ｊ’ ０６ｌ２ｌ ｌ０５Ｏ４ 所Ｊ啊刺 镀・ｌｏ．０ ｌｌ■ｌ 】避免数据二次输入产生数 ００６ｌ６ｌ２据冗余。 ２ｌｌ２２０ｌ０ｌＯ００６ ２３ ｊ ０６Ｉ２ｌ ｌ０５０６ ｉ 删啊所用乇巷，—刚 ！∈痰Ｉ ６０４０００．０＿０ ０｝ｌ一 —ｉ ０ 劣势。当一个部门数 — 据输入错误或滞后时，会 ０６ｌ０６１２ｌ２１２０２０ｌ０２ ０ 产生廓 象长・ｌｌ１０６．０ ０００ 影响到其他部门在数据上 ０６ｌ２ｌ２０２０３ ２ｌ２０２０４ 产生ｊ嗣斗敷・ Ｉ２ｌ 一０ － ： ＿＇ ｌ的使用。 ０６ｌ０６ｌ２ｌ２０２０５－２ｌ２０２０６ －髻甏嘎 产＝翱 眯・￣１８４９ｌ ｌｌｌ ｌ：０ 完善。在软件数据输 ０６ｌ２１２０２０７１．０６ｌ２１２０２０ ８ ｉ ｌ 利用率Ｉｌ９９．■■ 舔 一一争；升ｊ嘲姨 Ｈ ● 入方面进行一定功 ，●■■■■■■■●■■＿ 鬻 麓鬻毯曼曼 ◆。 － －０＿ 退出０ 能，对数据输入错误有报 警功能。 图３型材利用率的自动统计
