摘要：针对目前制造企业下料生产计划编制过程中效率低，工作量大，准确性差等问题，提出了一种基于PDM的排料定额系统模型，系统将零件自动排样与材料定额计算、汇总、查询等功能集成起来，实现信息共享。本文介绍了系统的体系框架结构，并设计了系统的工作流程。

关键词：PDM；排样；材料定额
 现代科学技术和管理技术的进步，特别是计算机应用技术和网络技术的发展，为企业信息化的发展提供了重要的技术基础，同时复杂多变的市场竞争形势，也对企业如何提高信息管理水平提出了更新的要求。其中，实现产品信息资源共享，是企业信息化建设的关键工作之一。

    在制造业中，产品材料定额信息是企业生产的基础数据和管理决策的重要参考数据，准确快速的获取这些信息对有效的控制原材料的供应，降低产品成本，提高企业的管理水平和对市场的快速反应能力具有十分重要的意义。目前，国内许多企业下料生产计划的编制仍然靠手工工作，工作量大，而且很多工作是重复性操作，导致下料计划工作周期过长，经常出现延误生产周期现象。虽然有些企业采用低端数据库自行开发了材料定额软件，但功能有限，而且同企业其它部门的系统不能畅通的交换数据，形成了信息孤岛，整体效率仍然很低。另外，对钢材材料定额的计算只能做到大尺寸零件和关键件进行人工排料，尺寸较小、数量较多的零件按重量换算方式处理，钢材浪费严重。目前，一些企业已经开始使用PDM作为设计开发制造集成平台，PDM系统可以把与产品整个生命周期有关的信息统一管理起来，保证了数据的一致性，能够为企业的各种系统提供基础数据，鉴于此，本文提出了基于PDM的优化排料定额系统模型。


1. 系统总体设计

1.1系统功能分析

该系统是某机车车辆厂实施企业信息化的一部分，以该企业现有的PDM系统为基础，实行零件排样和定额计算管理的集成。PDM系统能够管理产品的图纸、开发文件、产品设计BOM和工艺路线等产品设计相关的基本资料， 能够为排料、定额计算提供产品设计的相关信息。

优化排料定额系统的主要功能是根据从PDM提取出的产品类型及BOM清单，按工艺类别和材料类型对产品的零件进行分类，形成排料列表，根据材料列表按材质板厚进行优化排料，并计算出相应的材料用量和利用率，然后根据材料用量和利用率统计出该产品的材料消耗定额，最后汇总输出产品材料消耗定额明细表及汇总报表，并能对零件排样图按条件进行查询、删除、修改，能够对产品材料消耗定额按条件进行查询、删除、修改以及统计分析。另外，套料定额系统能够将本企业产品定额编制过程中总结的许多数学模型、计算公式录入到数据库，同时与材料供应系统、生产管理系统等具有良好的数据接口关系。

1.2系统体系结构

根据系统的功能分析，将PDM系统作为存储与传递信息的平台。具体地讲，在CAD特征建模模块中，完成零件的设计工作，以关系表的形式将设计信息存储到PDM系统中；在CAPP模块中，CAPP从PDM系统中提取零件的特征信息，采用派生法或创成法，完成零件的工艺设计，并将得到的工艺信息以关系表的形式存储到PDM系统中；在集成优化排料定额计算模块中，优化排料定额系统从PDM中提取产品BOM表，以及CAD、CAPP所提供的零件图形信息、工艺信息，进行优化排料，生成排料图，并将其以关系表的形式存储到PDM 系统中，同时根据排料结果计算定额；在CAM模块中，从PDM系统中提取CAD、CAPP所提供的信息，以及优化排料模块提供的排料图，通过在网络数据库中读取每个工序的CNC机床的参数，生成该机床的NC代码，并利用网络技术传给各个车间进行下料。同时根据企业的生产现象、审批流程不同，计算公式、报表无统一标准等特点，系统采用如图1所示的体系结构。

 




图1 系统体系结构

1.3系统的工作流程

根据系统体系结构，制定了优化排料定额系统的工作流程图（如图2）。定额员从BOM表中选择需要编写材料定额明细的产品或零部件之后，优化排料定额系统自动从PDM中提取相关工艺信息、材料信息和零件图形几何信息和非几何信息，然后按工艺和材料类型将零件分类形成排料文件，利用自动排样算法进行优化排料，在排料过程中，能够通过人机交互作适当的调整。根据排样结果计算出材料用量和利用率，通过人机交互或从公式规则库中提取相应的定额计算公式，计算出相应零件或产品的定额，形成定额明细表。通过审批流程，实现材料定额明细的校对。然后，根据材料定额明细按单位产品、生产任务等生成各种类型的材料定额汇总表，通过集成接口提交给计划处、车间、财务处等部门，供其领料、成本核算、采购之用。




图2 系统工作流程

2. 系统的主要功能

2.1外部数据获取

为保证产品数据的一致性和准确性，套料定额系统实现了与PDM系统的紧密集成，直接从PDM中提取产品BOM表，工艺信息、材料信息、下料图形几何信息和非几何等信息，避免了由于企业部门间各自运行不同的系统，数据难以共享而造成的产品数据的不一致。

2.2优化排料与定额计算

在优化排料前，首先从PDM中读取零件的工艺信息、材料信息和材料代码，把产品中零件按照工艺路线进行分类，确定领料单位和路线所属分类，如冷工系统、热工系统等。然后按照材料名称和路线所属分类信息进行分类，分为钢材切割、钢材板材、钢材机加、有色金属切割、有色金属板材、有色金属机加等。根据上一步骤的分类结果，在每一个分类内针对各种牌号、厚度规格的板材、各种断面的型材分别进行细致的分类，使相同材料的零件集中到一起形成排料文件，利用自动排样算法进行零件套排，达到接近最优的排样结果，并计算出材料的利用率和材料用量。当排料数据文件发生变动时，可以由人工对排料结果进行排料零件的挑选组合，从而形成新的排料图，并重新计算材料用量和利用率。在自动排料时，可以按照多种方式进行排料，如对于金属板材可以根据剪切、水下等离子切割机、激光切割机等不同的下料方式进行排料；对于机加类金属型材可以根据零件的种类和数量，以及在不同型号车床上加工的特性，考虑到夹头、切口、车端面的损耗，从而给出在锯床上的排料方案。根据材料用量和利用率以及规则库中的公式计算出产品定额、部件定额以及零件的定额以及金属板材卷料的开卷长度和张数。同时，优化排料定额系统能够把零件排样图传给PDM，利用CAM把排样图生成CNC切割机床的NC切割代码，提高了生产车间的下料效率。

2.3定额管理[3]

为了便于对大量的定额数据进行管理，套料定额系统实现了材料定额数据的审批管理、信息查询和版次管理等功能。审批流程可以实现定额明细的网上审签，其工作流程如图3 定额审签流程 。