一、前言
进行智能制造数字化转型的企业，往往会运用诸如ERP、MES、WMS等软件对生产进行管理。若要更进一步，企业则需通过整合流程来实现一体化管理。鉴于此，基于行业标准应运而生的MOM制造运营一体化平台，更受大型制造企业的青睐。
为适应制造业复杂的业务场景，MOM既要做到大而全，又要做到专而精。针对下料这样的特殊场景，需衍生出更为专业化的全流程解决方案。
主流的MES系统通常以工单来管理生产，工单一般记录的是零件的生产需求。然而，板材切割下料的场景实际上是处理多个工单中的部分工序。佰思杰MOM平台基于任务驱动模式，有效解决了因此种维度不同而导致的各类问题。
二、现状分析
图1 钢板下料切割（示例）
在制造业领域，下料工艺占据着至关重要的地位，乃是众多制造行业的基础环节，诸如钢结构、重型装备制造以及船舶建造等。下料工艺能够将材料切割成所需的尺寸与形状，从而满足不同产品制造及装配的需求。
图2 板材下料现状流程
在板材下料工艺中，切割工序往往作为第一道工序存在。该工序与其他下料工序的主要差异在于加工对象不同。切割工序是将零件从钢板上切割分离出来，其加工对象为钢板；而其他工序则是针对切割下来的零件毛坯进行处理。这种差异使得生产管理的复杂性有所增加，同时也引发了以下多种问题：
①问题一：手工编制下料计划的低效与失误
目前多数企业采用手工方式编制下料计划并分配任务，同时进行手工排产。这种操作方式较为繁琐，容易出现失误，效率也不高。具体表现为：套料员在套料前需获取订单优先级，以便按照先后顺序进行套料。计划员在拿到套料结果后，使用 Excel 编制和调整下料切割计划，确定计划生产时间，以确保满足订单的交付时间，随后将计划发给相应车间管理员。
在这一流程中，下料任务的载体为 Excel 文件或纸质工作卡，消息传递较为麻烦，时效性不高且容易出现信息失真的情况。此外，手工安排时间与资源不仅效率低下，而且精准度不够。
②问题二：人为调度场景下的资源协调混乱
下料切割从本质上来说是执行批处理工序任务，它与其他单次处理的下料工序之间存在依赖关系。所以，切割工序与其他下料工序之间的流转乃是关键所在。而在手工调度的情况下，需要与多个班组进行大量的沟通。例如，车间管理员将计划转化为任务后，需分派给相应的班组长，再由班组长安排生产资源，引领班组执行任务。之后，由生产人员汇报生产结果，接着将零件打散流转到相应的下一道工序。在这个过程中，信息同步较为困难，容易出现卡顿现象，并且在任务冲突时，资源协调也十分麻烦。
③问题三：下料生产过程中信息黑盒和卡顿难题
生产人员在接收到任务后，需按照需求领取钢板，将切割程序输入设备，接着进行上料操作并执行切割。完成切割后，要进行下料分拣，并把零件毛坯存入线边库，以待后续处理。在这些执行过程中存在诸多问题，比如哪些任务领用了多少钢板、消耗了多少钢板？钢板、余料和零件之间的关系如何记录？任务目前执行到了哪个阶段？在这种模式下，产生的信息难以被记录下来并实时同步给相关人员。这使得基层管理人员难以发现并处理异常情况，高层领导也难以全面掌握生产动态。综上所述，由于生产的大量信息采用线下方式进行记录和传递，使得生产过程中卡顿现象频繁发生。
三、解决方案
图3 排料图（示例）
在调研期间，我们察觉到多数企业借助套料软件来提高材料利用率，但是，这并不能从根本上解决上述相关问题。以某煤矿装备制造企业为例，随着订单数量的不断增加，现有的手工管理模式已无法满足需求。该企业期望我们可以提供一套完善的全流程解决方案，一方面要解决下料车间所面临的问题，另一方面要与其他部门协同合作，从而提升整个企业的工作效率。
基于上述调研结果，我们总结出切割下料业务的三大需求如下：
图4 客户需求层次
下料业务涉及众多部门协同作业，其流程较为复杂。佰思杰MOM以任务驱动模式作为核心，将繁杂的下料信息转变为下料任务。在内部，基于下料任务的生命周期管理来驱动任务的流转；在外部，则通过下料任务与其他工序的依赖关系来驱动工单流转。接下来，我们将从不同的业务场景以及相关角色的视角出发，阐述相应的解决思路。
①场景一：快速且准确地将套料结果转化为可执行任务
图5 板材切割下料任务结构示意
图6 下料任务管理
套料后的结果一般会记录所用钢板、产出零件以及切割程序等信息。不过，这些信息通常比较零散，尤其是在零件方面。比如，一张钢板切割下来的零件可能来自不同客户的订单，最终会装配到不同的产品上。所以，解决这个问题的关键在于如何将这些信息串联并整合起来。我们的思路如下：
首先，明确任务的定义。根据套料结果，把多个工单中的切割下料工序整合为一个切割下料任务，以便实现对实际生产场景的映射，进而更易于管理。 其次，对任务进行管理。包括创建、拆分、合并、下达等操作。同时，将排料图、零件清单、切割 NC 程序、余料等信息进行关联整合，以满足各类业务场景的需求。
最后，将任务与工序衔接起来。原有的切割工序被切割下料任务取代，但任务的执行情况会驱动原切割工序，从而实现工序流转与生产方式的无缝切换。
对于基层管理人员而言，安排任务更为便捷，管理也更加轻松。
②场景二：快速准确评判下料任务分配与执行的合理性
图7 排程结果
企业生产的源头是所接到的订单，且存在交付时间要求。企业依据 BOM与工艺来分解出生产计划，因此对计划进行时间以及资源上的安排至关重要。我们的思路如下：
套料前对工单进行粗排程。根据客户订单要求，确定生产工单的优先级，确保紧急订单优先套料，从而初步判定任务的合理性。 创建下料任务后对任务进行精排程。根据任务的时间要求以及现有生产资源情况，安排任务的计划时间，并分配相应的班组、设备、人员等，提升任务的可执行性。
最后修正后续相关工序的计划。考虑切割下料任务对后续相关工序的影响，依据工序之间的依赖关系进行修正排程，调整后续工序的计划开始与完成时间，保障下料生产总体的合理性与连续性。
这样的方式能够助力计划员精确安排下料任务，合理分配生产资源，使得后续的下料生产执行更加顺畅。
③场景三：管理下料涉及的物料与库存周转
图8 钢板领料配送
围绕下料业务的物料通常有钢板、余料、零件等。若要对物料进行精准管理，就需要记录物料之间的关联关系。在生产过程中，钢板被消耗，产出零件和余料。因此，物料的转移、消耗、产出的管理是解决这个问题的关键。我们的思路如下：
采用物料条码管理。可在切割上料时扫码记录实际消耗的钢板，在下料完成后扫码快速分拣零件，并快速记录余料信息。同时结合机器视觉识别技术，提升自动化水平。 使用领料与配送方式。下料的材料一般为钢板、钢板余料二选一。对于大多数企业而言，钢板余料存储在线边库中。因此，当使用钢板下料时，由生产人员领料或由物流人员配送；当使用钢板余料下料时，由生产人员在线边库领料。基于生产的物料需求拉动物料配送，能够提高物资供应保障能力。
建立库存流转机制。下料完成后将零件毛坯分拣并入线边库，等待后续工序使用，或直接转移至下一工序。工单完工并检验合格后，可入成品库，等待其他车间使用。完整的仓储管理方案能够保障物资的高效流转。
高水平的物资供应保障能力使得生产人员以及仓储物流人员的工作更轻松，工作效率更高。
④场景四：跟踪下料任务进度，发现并处理生产风险
图9 车间生产汇报
班组接到下料任务后，需进行生产准备，例如确认材料是否到位、检查设备、熟悉加工工艺要求等。生产过程中反馈生产进度以及遇到的问题，生产完成后进行汇报。因此，跟踪生产进度需要整合生产过程中零散的信息，形成一条连贯的线索。我们的思路如下：
采集生产过程数据。在任务执行的各个节点可以采集相关数据，比如生产数量、执行时间等。若有自动化产线，则可以基于 IOT技术实时采集生产数据，实现精准高效生产。 汇报与处理生产异常。遇到异常时，基于任务向上汇报，结合异常的处理机制，由相应负责人进行研判并处理，确保生产不中断。
实时监控任务执行情况。汇聚生产数据，形成生产看板，实时跟踪任务进度，掌握全局视野。
按照任务指引作业，降低了生产人员的工作难度，提升了工作效率。报表与看板帮助企业领导实时跟踪生产进度，降低管理成本，从而实现降本增效。
图10 生产管理看板
综上所述，佰思杰MOM的任务驱动模式使得下料流程透明化，并实时展现执行状态，为管理决策提供数据支撑，从而降低企业资源损耗，提高投资回报率。
3.3应用场景
图11 传统手工下料场景下的优化流程
传统的手工下料模式通常不借助专业的数字化软件，仅仅依靠手工操作基本的绘图及编程软件进行套料，并且在生产管理方面，采用线下的工艺卡或任务单形式。
基于此，MOM平台提供基础的粗排程功能，同时支持手工创建钢板切割下料任务，既能够提高计划员的工作效率，又能增强与套料绘图员的合作水平。此外，还提供任务的下达与汇报功能，有助于生产人员快速接收和汇报任务，从而提升生产效率。
图12 半数字化下料场景下的优化流程
半数字化下料通常会使用部分专业的数字化软件，例如套料软件、ERP、MES等，然而却未针对下料业务实施全流程管控。
对于具备基本数字化概念的企业而言，需要进一步提升数字化水平，针对薄弱环节进行专项优化，以点带面，推动下料业务全流程形成闭环。
根据不同企业的业务情况，MOM平台提供APS功能，可精准安排工单、工序以及任务的生产计划。提供任务生命周期管理功能，能够快速跟踪与处理下料任务。提供WMS仓储管理功能，保障钢板与零件等物料高效周转。同时，MOM平台与其他数字化软件相互配合，弥补业务流程中的短板，将下料流程的各个节点串联起来，进而提升企业的管理水平。
图13 全数字化下料场景下的优化流程
全数字化下料具备一整套完整的下料解决方案，其中包括数字化软件、自动化生产线以及物联网传感器等。
数字化程度较高的企业已然处于行业前沿，其下料业务不存在明显的短板。在这种情况下，企业应当整合流程与资源，构建生产一体化格局，同时积极探索新技术，以保持自身的竞争优势。
MOM平台与其他数字化软件（尤其是套料软件）实现高度集成，能够达到自动创建下料任务与进行排产、自动下发任务与切割NC程序的效果。运用数字孪生技术，可构建虚拟的下料切割场景，实时反映物理世界中的生产状态。结合工业人工智能，对生产模型进行分析，能够提前发现潜在问题，如切割设备故障、物料短缺等，从而降低生产风险，助力企业向智能化方向发展，实现降本增效。
四、总结
在当今时代，智能制造转型成为众多企业的发展要点，以数字化思维解决下料问题也日益受到广泛关注。
下料所涉及的业务范畴颇为广泛，涵盖从零件的生产计划，到原材料的仓储配送，再到生产执行等环节。由于其具有特殊性，既与标准产品生产存在差异，又与之紧密相连，故而需要一个一体化的平台来应对管理中的诸多难题。基于此，佰思杰MOM平台运用任务驱动模式，为下料场景提供全流程解决方案。
佰思杰MOM系列产品全面覆盖企业制造运营全生命周期的采购管理、计划管理、生产管理、质量管理、仓库管理、物流执行、设备管理、客户管理等业务环节，促使下料与其他业务紧密结合，实现实时交互，拉动生产，进而为企业降低成本、提升效益。
图14 佰思杰MOM平台
说明：本文为佰思杰原创文章，未经佰思杰书面许可，任何人不得复制、转载、摘编等任何方式使用。如需转载，请联系佰思杰市场部，电话：027-87774868 邮箱：bsg@bestmes.cn
很抱歉，本网站不支持IE8 及以下版本的IE浏览器