专利名称：金属结构件的下料方法及其制造系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工零件排料领域，更具体地，涉及一种金属结构件的下料优化方法及其相应的制造系统。
背景技术：
金属结构件被广泛应用于工程机械、船舶行业、港口机械、重工机械和航天航空等多个领域。它们大都具有相同的工艺流程例如订单一图纸审核一工艺设计一制定生产作业计划一优化排料一钢板切割一校平一机械加工一折弯成型一构件焊合一入库。
随着市场的竞争的加剧，金属结构件制造业和其他行业企业一样，面临着激烈的竞争。当今激烈的竞争，迫切要求企业对整体制造流程进行优化，提高生产效率和材料的利用率，进而提升企业的经济效益。在金属结构件制造领域，之前采用的手工排样，效率低，材料浪费比较大，缺乏对整个下料生产过程的优化与有效管控，材料利用难以全局优化，设备产能难以有效均衡与提升；而且，具体对金属结构件的制造工艺而言，现有的下料排样方法往往没有考虑到金属结构件自身的工艺要求，例如组成金属结构件的各种零件往往具备固定的形状和尺寸，能够在很多情况下予以组合排列，许多零件都需要进行类似的加工工序如铣加工工序、成型工序和焊接工序等，因此不能很好地适用于金属结构件的优化排样。此夕卜，目前的金属结构件制造过程缺乏生产管理信息化平台，不能对包括下料、加工、成型及焊合的整个生产过程进行信息化管理，整个生产效率受到影响，制约着企业产能的进一步提升。鉴于以上情况，如何根据金属结构件的特定工艺要求及其自身的特性，来制定更能符合金属结构件的加工要求，并能够更有效地利用原材料、大幅降低成本并且效率更高的下料优化方法，已经构成为业内迫切的技术需求。此外，基于优化下料方法来对整个金属结构件的整个生产过程进行统一控制和管理，构建金属结构件产品信数字化模型和车间生产管理软硬件平台，对于实现从订单管理、计划调度、优化排料、加工成型到构件焊接的整个生产过程管控一体化具备重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够更有效地降低产品的材料消耗、效率高而且满足金属结构件特定工艺要求的下料优化方法及其相应的制造系统。按照本发明的一个方面，提供了一种用于金属结构件的下料优化方法，该方法包括下列步骤(I)按照金属结构件的组成零件的材料和厚度，对其执行第一次分组，由此使得材料和厚度相同的零件被分入相同的组；(2)按照金属结构件的组成零件的加工工艺要求，对第一次分组后的零件执行第二次分组，由此使得加工工艺相同的零件被分入相同的组；(3)按照金属结构件的组成零件的形状特征，对第二次分组后的零件执行第三次分组，由此使得形状相似的零件被分入相同的组，该步骤具体包括以下子步骤(31)利用公式一计算出零件组的轮廓面积差阀值D，
权利要求
1.一种用于金属结构件的下料优化方法，该方法包括下列步骤 (1)按照金属结构件的组成零件的材料和厚度，对其执行第一次分组，由此使得材料和厚度相同的零件被分入相同的组； (2)按照金属结构件的组成零件的加工工艺要求，对第一次分组后的零件执行第二次分组，由此使得加工工艺相同的零件被分入相同的组； (3)按照金属结构件的组成零件的形状特征，对第二次分组后的零件执行第三次分组，由此使得形状相似的零件被分入相同的组，该步骤具体包括以下子步骤 (31)利用公式一计算出零件组的轮廓面积差阀值D，
2.如权利要求I所述的用于金属结构件的下料优化方法，其特征在于，对于所述按照零件的加工工序要求执行第二次分组的步骤，该步骤具体包括以下子步骤 (21)遍历材料和厚度相同的零件，把需要经过铣加工工序或钻孔工艺的零件找出来组成A组,剩余的金属结构件组成B组； (22)遍历A组，把需要经过成型工序的零件找出组成A1组，剩余的零件组成A2组；同时遍历B组,把经过成型工序成型的零件找出组成B1组,剩余的零件组成B2组； (23)分别遍历所述A1组、A2组、B1组和B2组，然后依次把A1组、A2组、B1组和B2组中含有焊接工序的零件找出并分别组成A11组、A21组、B11组和B21组，同时将上述各组剩余的零件分别组成A12组、A22组、B12组和B22组。
3.如权利要求I或2所述的用于金属结构件的下料优化方法，其特征在于，在所述步骤(2)之后，根据每个组的零件工艺路线的长短，来安排各组零件的下料顺序。
4.如权利要求1-3任意一项所述的用于金属结构件的下料优化方法，其特征在于，在所述步骤(3)之后，将内轮廓面积大的零件组与外轮廓面积小的零件组合并为一组，由此在排样时两组的零件能够相互嵌套以便提高材料利用率。
5.一种用于制造金属结构件的系统，该系统包括订单管理单元，该订单管理单元用于对包括客户信息、订单内容、交货日期在内的金属结构件订单相关信息进行统计，并实现订单状态的全程追踪与查询；设备管理单元，该设备管理单元用于对包括工艺性能、生产能力、在制负荷在内的金属结构件生产设备相关信息进行统计，并以甘特图的形式对切割设备的切割任务进行监控；计划管理单元，该计划管理模块用于根据所述订单管理单元和设备管理单元所提供的信息来制定相应的生产计划，并对生产计划的执行情况进行追踪与查询；产品信息单元，该产品信息单元用于从所述计划管理单元获取已制定的生产计划，并对该生产计划中所涉及的金属结构件及其所包含的零件建立数字化模型，由此以结构树的形式统计包括零件的下料图、零件形状尺寸、零件数量、零件加工工艺要求以及零件之间的集配关系在内的零件相关信息；下料优化单元，该下料优化单元用于按照如权利要求1-4任意一项所述的下料优化方法对零件执行分组，并将分组后的零件按组导入到排样模块中予以排样，由此实现下料的优化过程；以及产品制造单元，该产品制造单元根据所述下料优化单元所确定的排样模块，执行切割下料并执行相关制造工艺，由此制得客户所需的金属结构件。
6.如权利要求5所述的用于制造金属结构件的系统，其特征在于，所述下料优化单元从所述产品信息单元获得的零件相关信息例如包括各个零件的下料图、零件加工工艺要求、各个零件Pi的外轮廓面积Ep各个零件？1的内轮廓面积I、零件数量以及零件之间的集配关系等。
7.如权利要求5所述的用于制造金属结构件的系统，其特征在于，该系统还包括实时监控及预警单元，该实时监控及预警单元用于对所述产品制造单元的生产过程执行实时数据采集、生产过程监控、物料跟踪、质量监控和信息传递功能，并对突发事件进行预警及快速响应。
全文摘要
本发明公开了一种金属结构件的下料优化方法及其制造系统，该方法包括下列步骤(1)按照金属结构件的组成零件的材料和厚度，对其执行第一次分组；(2)按照组成零件的加工工艺要求，对第一次分组后的零件执行第二次分组；(3)按照组成零件的形状特征，利用聚类算法对第二次分组后的零件执行第三次分组；以及(4)将完成分组后的零件按组导入到排样模块中予以排样，由此实现下料的优化过程。通过按照本发明的下料优化方法及其制造系统，能够更有效地利用原材料、大幅降低成本且效率更高，并能实现从订单管理、计划调度、优化排料、加工成型到构件焊接的整个生产过程管控一体化。
文档编号G06Q10/06GK102622663SQ20111045900
公开日2012年8月1日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者周伟, 孙鑫, 戚得众, 王孟昌, 王昆鹏, 陈奇, 饶运清 申请人:华中科技大学