板材套料軟件AutoNEST與Tekla Structures協同工作實現設計到加工自動化

摘要： 企業應該開始考慮 Tekla Structures 軟件如何能應用到其他的部門以及其他的項目生產流程中，AutoNest?軟件和Tekla Structures 軟件的完美結合將使深化設計到加工制造的流程完全實現自動化，實現高效的板材零件排樣優化，控制材料成本，使企業實現制造材料成本的精細管理。?

伴隨金融危機的爆發，全球經濟處于緩慢的復蘇過程中，2009 年被貫以“成本年”，企業開始對材料成本控制越發重視。對于生產制造行業，高質高效的產品才能在市場中更具競爭力，在信息化日益發展的今天，手工建造技術早已經被我們甩在了上個世紀，而取而代之的是數字化建造技術。使用領先的軟件，配備自動化的設備，加之先進的管理理念才能使企業在這個充斥著競爭和危機的環境中立于不敗之地。?

一、Tekla Structures 軟件用戶傳統的生產制造流程?

通過對 Tekla Structures 軟件用戶的了解，我們發現中國的Tekla Structures 軟件用戶大多僅僅局限于使用Tekla Structures 軟件來解決深化中詳圖設計的工作，而整個項目的其他流程并沒有Tekla Structures 軟件的參與，仍然通過人工和采用原始的方法途徑來實現。而歐美等國家的用戶已經實現了在工程項目的各個流程中使用Tekla Structures 軟件來幫助其解決問題。本文將通過生產制造的環節來說明如何使Tekla Structures 軟件在這個環節中發揮更大的優勢。?

生產制造往往需要三個部分組成，即深化設計(圖紙來源)、排樣優化(下料依據)、加工制造(設備切割)。先來看一下國內多數鋼結構加工企業的工作流程：深化設計由TeklaStructures 軟件完成，將零件圖轉換成AutoCAD 格式的圖紙，然后由設計部門或者生產部門對AutoCAD 格式的零件圖進行二次修改，去掉排樣環節不需要的尺寸線、文字標注、材料表等，一般只剩下零件圖形和零件編號；接下來將所有的零件圖形按特性的不同人工分類，通過手工或者隨設備配套的加工軟件的排樣功能排出下料切割的排版圖形；最后利用得到排樣的結果進行加工，加工過程一般是通過手工或者是數控設備完成的。?

由上面這個過程我們可以清晰的看到，生產制造環節僅僅從Tekla Structures 軟件中提取出了零件的圖形信息和編號信息，而且這些信息也是間接提取的。生產制造的環節并沒有直接有效的利用Tekla Structures 軟件中輸出的信息，以致下面一系列的環節回到手工操作的狀態，這可能導致整個生產制造環節中出現無序和失控的狀態，我們稱之為粗放型管理。?

二、AutoNest軟件與Tekla Structures 共同實現數字化建造技術下的生產流程是否能夠使深化設計環節中Tekla Structures 軟件的所有數據自動的輸入到套料排樣的環節中？是否能夠快速準確的自動得到材料利用率最高的排樣結果？是否能夠有效的對余料進行管理和再利用？這些問題都將通過AutoNest軟件與Tekla Structures 軟件的協同工作來幫助企業解決。?

1.通過NC 文件輸入AutoNest件?

AutoNest區別于其他加工軟件的輸入的格式，不僅可以集成CAD 軟件而且可以集合NC 軟件。?

因為一般的加工軟件只能輸入 AutoCAD 格式，但AutoCAD 格式文件僅是圖形文件，無法包含零件的其他特性信息，如：板材厚度，材質、數量、編號等。但NC 文件(dstv 格式)包含了所有關于這個零件的形狀、尺寸以及特性信息，而Tekla Structures 軟件正是可以輸出NC 文件的NC 軟件，通過這個文件接口，AutoNEST 軟件可以自動將零件的形狀、尺寸以及特性信息批量轉入(圖1)，所以這些都是自動的，這將為前期的數據輸入節省大量的時間，并保證所有輸入數據的準確性。

圖 1 自動轉入NC 文件

2. AutoNest 軟件自動區分板厚和材質進行套料分組?

AutoNest 軟件獲取NC 文件的零件的形狀、尺寸以及特性信息后，可將輸入的所有零件按板厚不同、材質不同的零件自動進行套料分組，完成每組零件的套料任務，這就減少了人為區分板厚和材質進行分組的工作，實現了項目中多種厚度、多種材質的零件同時批量進行套料的功能，從而提高自動化程度，提升工作的效率。

圖 2 排樣零件信息輸出

3. AutoNest軟件實現快速靈活的套料進程?

AutoNest 軟件具有用戶直觀的套料任務編輯界面，套料任務帶有零件瀏覽器可以幫助用戶選擇零件，并方便對一些超長零件進行快速檢查。為了增加控制，套料控制系統可對包括套料起點、排列方向、套料優先級、單一零件套料控制以及共邊等進行多種設置和考慮(圖3)。AutoNest軟件不但支持規則板而且還支持不規則料板排樣、嵌套排樣以及余料保存及余料排樣。

圖 3 套料控制

AutoNest 軟件采用智能化的組合優化算法，無論對于簡單的或者復雜的項目都可以在短短數秒之內快速得到最優的結果(圖4)。對于項目中任意修改套料選項比如零件數量、原料板的板幅等，重新運算后自動得到最新的排樣結果。AutoNest 軟件會讓用戶真正感覺無與倫比的高效和便捷。

圖 4 套料結果

4. AutoNest 實現項目多零件套料和板材庫存管理?

對于項目的排樣結果輸出，AutoNest 軟件是自動進行的，自動生成Excel 格式的項目排樣零件統計(圖2)，以及AutoCAD 格式的排樣圖形(圖5)和排樣結果報表(圖6)，輸出排樣零件的信息包括圖形，面積、數量，切割距離等詳細統計數據，自動報告每個原料板的材料利用率和廢料的百分比以及重量信息，從而實現套料項目的卡片式管理，對每一個項目材料使用情況進行跟蹤和存檔，使加工流程具有科學的下料依據并對加工中存在的消耗和浪費進行控制。?

圖 5 排樣結果圖形

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圖 6 排樣結果報表

自動生成的余料會被優先使用在當前項目中(圖7、圖8)，而未能被使用的余料圖形會自動保存在余料庫中，用于下一個項目使用。余料管理系統將使余料始終處于可控和可利用的狀態，避免余料最終成為廢料。由于當前大多數企業對庫存中的余料沒有管理，造成余料上的利用率很低，造成企業的直接經濟損失，而AutoNest 軟件將解決這個難題。

圖 7 余料排樣

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圖 8 余料排樣

5.小結?

通過上述介紹，我們可以看到AutoNest 軟件是一款優化板料使用的計算機輔助套料軟件，其廣泛應用于所有的生產制造行業(造船工業、重型工程、鈑金制造等)，可以滿足客戶精細型管理的要求，如材料定尺采購、對材料的快速估算以及車間切割工藝計劃等功能。其強大靈活的自動化套料功能將大幅減少人工操作時間，并在不同制造條件下最大化材料的使用，可對零件、板料、重量和切割工藝報告等信息詳細輸出，同時集成于任何NC 軟件和CAD 軟件。?

三、AutoNest 軟件與AutoCAD 或Excel 軟件連接實現套料優化?

1. AutoNest 軟件與AutoCAD 軟件的連接?

有些企業在某些項目中沒有使用 Tekla Structures 這樣可輸出NC 數據格式的軟件，或者作為項目的加工制造單位僅僅從深化設計單位中得到了AutoCAD 格式圖紙，而沒有NC 數據文件，是不是就無法使用AutoNest軟件了？回答是否定的。顯然，AutoNest軟件與TeklaStructures 軟件的連接是最優的，但與AutoCAD 軟件同樣可以實現連接。?

AutoCAD 軟件的圖紙中定義的規則板或不規則板圖形，可以一一被保存在AutoNest軟件的零件庫中(圖9)，并在定義選項中一一定義零件的板厚、材質、零件編號等信息，通過圖形信息和特性信息兩個步驟的輸入來達到NC 數據輸入的效果，而之后的套料結果和套料優化功能將是相同的。

圖 9 輸入AutoCAD 格式的零件圖形

2. AutoNest 軟件與Excel 軟件的連接?

如果套料的工作是在項目預算環節之后開始的，并沒有完整的圖紙，是不是就無法使用AutoNest軟件了？回答同樣否定的。?

AutoNest軟件與Excel 的接口，可以使預算部門提供的材料清單Excel 表格被直接導入到AutoNest軟件中(圖10)。AutoNest軟件再根據Excel 表格中輸入的零件材質、厚度信息將零件自動進行分組，繼而迅速的到最優的套料結果。

圖10 輸入Excel 格式的零件信息

四、AutoNest軟件實現企業以科學方法在客戶市場和材料供應市場的雙贏?

1. 客戶市場?

(1)對于業主?

目前鋼結構項目中存在業主供料的情況，需要企業提供詳細的排樣圖作為供料依據。而大多數項目往往在工程初期階段沒有完整的加工詳圖，僅能通過預算部門的項目零件預算清單進行統計，提料工作仍十分困難。而 AutoNest將使一切變的非常簡單，AutoNest軟件與Excel 連接，直接將預算部門提供的材料清單Excel 表格導入到AutoNest軟件中并得到準確的套料結果。既保證企業所提材料夠用，又使業主對排樣圖的真實性確信，并可以讓企業對業主提出一份具備市場競爭力的報價。?

(2)對于分包?

有些項目中企業需要將加工進行分包，而如何準確計算出分包的材料用量，從而避免分包單位多提料呢？AutoNest軟件同樣可以幫企業實現，企業可以利用AutoNest軟件與NC 軟件或者AutoCAD 軟件的連接，將零件圖形和特性輸入到AutoNest軟件實現自動套料優化，實現科學準確的控制分包單位材料的使用。?

2. 材料供應市場?

(1)對于采購?

企業以往的采購僅僅單一的依據市場的材料價格和供應量等信息，但卻沒有考慮到究竟何種尺寸的材料在項目中的利用率是最優的，產生的余料是最少的。由于AutoNest軟件數秒就可以得到套料方案，因此企業可以對市場上可以供給的材料分別進行套料優化的工作，選擇套料利用率最優的方案進行材料的采購，進而降低余料和廢料的產生，實現材料供應鏈的主動控制。?

(2)對于庫存?

同樣對于庫存中的材料，AutoNest軟件也可以進行多方案的比較，在加工中選擇庫存可利用的材料中最優利用率的板幅，使材料的選擇具備科學的依據。并對庫存中的余料優先選用，從而降低庫存中的余料數量，減少廢料的產生。?

五、AutoNest軟件實現制造材料成本的精細管理?

原有的企業粗放型管理已經暴露出諸多弊病，所有企業或多或少都存在著以下的問題：?

(1)手工套料或老式套料加工軟件，套料水平較低；?

(2)手工處理零件圖形，深化設計提供的數據無法直接用于生產，效率很低；?

(3)單種零件逐個進行套料,沒有考慮到產品批量情況；?

(4)材料采購缺乏科學依據，影響材料在生產中的利用率；?

(5)缺乏精確的生產下料計劃，車間實際下料隨意性較大；?

(6)沒有對車間產生的余料進行有序管理和再利用；?

(7)車間管理制度的漏洞和成本意識薄弱造成材料損失；?

(8)缺少有效的管理系統，查詢、統計數據、報表生成、生產變更等操作都比較麻煩?

企業總在思考如何使利潤最大化，而上述的所有問題都與成本和利潤直接相關！當前，企業競爭日趨激烈，已經進入微利時代，惟有靠成本制勝。AutoNest軟件實現了從加工制造企業的計劃源頭，從材料使用的計劃層，通過計算機可視化技術、先進的套料優化工具與企業深化設計和加工生產系統有機集成，實現企業制造材料使用流程的精細管理和控制，從而達到降低材料成本消耗，縮短材料生產規劃周期，提高生產效率和規范生產執行水平等目的。?

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總結

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