高功率激光器改变精密钣金的规则是真的还是假的？

　　多年后，技术历史学家和行业终身人士将会回忆起过去的日子。不到十年前，二氧化碳激光器还是最先进的技术，金属车间的生活要简单得多——早在我们弄清楚如何应对高功率光纤激光器的能力之前。一些制造商现在才刚刚“适应”10 kW 以上的光纤激光器，他们的做法常常让那些行业老手感到惊讶。

　　七年前出现的 10 kW 光纤激光器引发了一场范式转变，至今仍在进行中。随着激光切割性能的惊人飞跃，该行业集体进入了后英寸每分钟 (IPM) 世界，在这个世界中，切割速度可能与企业的整体生产力无关。行业将注意力从切割速度转向零件流速和整体吞吐量。换句话说，激光切割台上的东西也必须脱落。

　　生产力的三位一体

　　CO 2激光器是一种非常强大的工具，在典型的车间中，它推动了很多决策的制定。它可以以良好的速度切割任何几何形状，不受金属板材冲压工具的限制，并且对于较厚的材料来说，其成本只是水射流耗材的一小部分。不过，这种能力是有代价的。作为生产力的巅峰，激光器也是许多商店中最昂贵的机器。

　　随后出现了光纤激光器，制造商竞相追赶其生产率，首先是 6 kW，然后是 10 kW 的切割功率。他们现在的生产力太高，与习惯使用 CO 2激光器的商店文化格格不入。

　　CO 2激光部门的三个 KPI 是三位一体的：您不得偏离优化 (1) 板材良率、(2) 嵌套运行时间和 (3) 光束开启时间。如果制造商将这三个指标保持在或接近目标水平，那么我敢说，就可以实现利润丰厚的业务。

　　业界一直以来都非常关注这三个关键绩效指标，但随着光纤激光技术的不断发展，这也带来了一些挑战。遵循激光管理三位一体的制造商在升级到第一台高功率光纤激光器（例如，从 4 kW CO2 升级到 12 kW 光纤激光器）时可能会遇到问题。

　　片材产量

　　关注这个 KPI 一开始就很天真，带着一个非常现实的概念：时间就是金钱，但钢铁也是金钱（最近金钱的数量越来越多）。

　　嵌套软件为程序员提供了很大的控制权。他们可以偷工减料，回避普遍接受的规则，以及他们可能不应该做的共同削减的部分。突然之间，仅针对板材产量进行优化的嵌套就会给机器带来问题。喷嘴碰撞比比皆是，与干预相关的恢复时间也急剧增加。因此，我们第一次进入“冲突区”，激光操作员和程序员在如何使用机器上存在分歧。

　　在三位一体的三个 KPI 中，良率可能是受高功率光纤激光器影响最小的。毕竟，零件几何形状就是零件几何形状，材料就是材料。尽管如此，影响仍然存在且不容忽视。

　　Nest 运行时

　　这实际上是高功率光纤激光器环境中最不重要的指标。这里最大的谬论是，如果新激光器能够实现比旧激光器快五倍的进给速度，那么我作为店主应该能够实现五倍的产量。这在 Excel 电子表格中脱颖而出。时间研究看起来相当有吸引力，董事会肯定会相信他们将获得合理的投资回报。这一切听起来都是一个理所当然的提议。

　　想象一下，您是一名激光部门经理，您的雇主三个月前就拥有了一台光纤激光器，而您的产量并不完全是以前的五倍。您遇到了困难？可能不会，因为商店的其他部分正在努力适应您的新产量。管理层也可能很难理解为什么有如此多的激光切割在制品 (WIP) 闲置，导致存储和净营运资本成本增加。

　　忘掉您过去学到的所有加工顺序更改、乒乓球和普通切割作弊代码，因为激光是车间的命脉，需要尽可能多地运行。在这里你可以很容易地避开“冲突区”。新型激光器可以让您的车间在优化巢运行时间方面几乎零费力。使用工厂参数或技术表、可靠的切割策略，您永远是英雄。后 IPM 世界的生活是多么美好啊！

　　光束开启时间

　　在不久的过去，我带着一位潜在客户的几位代表走进了现有客户的激光部门，前者想看看后者几个月前安装的一台高性能机器。我们确实完成了销售人员的工作，告诉潜在客户这将是一次有影响力的访问。当我们到达时，我们的主人非常亲切并答应回答有关设备的任何问题。我们让客户带领团队回到激光区域，令我的销售工程师惊讶的是，没有任何机器在运行！哦，孩子，我们开始吧。

　　客户带领我们的客人参观了机器及其相关的自动化设备，强调了他的使用体验，并诚实、公开地回答了问题。这种交流很典型，直到一位来访的工程师询问了房间里的大象：“为什么这台机器现在不运行？现在是星期四上午 10 点。坏了吗？”

　　客户回答说：“如果这台机器上还有更多的激光 WIP，我将不知道如何处理它。我会为你切一张床单，但我们只是在山上加一些东西。”

　　然后他带我们走到几堆齐腰高的裁切床单面前，这些床单尚未分类并继续移动。这位潜在客户不仅对我们面前的金属堆感到惊讶，而且对店主在周四上午 10 点关闭所有激光机时表现得多么平静和安宁感到惊讶。

　　这是高功率光纤领域制造管理的一次令人印象深刻的展示。显然已经进入了冲突地区，并迅速采取了行动以防止事态进一步恶化。

　　保持激光技术的领先地位

　　一旦激光切割完巢穴，期望与现实之间的战斗就开始了。零件移除和分类仍然是一个高摩擦、高应力的区域。你可以很容易地将此归咎于激光太快（它们确实如此），但你也不应该忽视其他两个潜在的贡献者。首先，行动可能缺乏对时间表的信息和远见。其次，该操作优化了切割周围的激光工艺，而不是零件分类的真正瓶颈。

　　缺乏信息和进度预见会造成零件分类环境被动，每一个错误的选择都会导致生产率下降。想想你一天中可能做出的所有决定，无论大小，以及它们需要的精神能量。

　　在航空领域，飞行员通过“保持在飞机前方”来高效、安全地飞行。这意味着了解或期待即将发生的事情、制定计划并准备好执行它。当飞行员从较小、较慢的飞机转向较大、较快的飞机时，保持领先变得更加重要。

　　通过这个类比，你可能会明白我的意思。激光零件分类中的过程摩擦来自于不知道下一步该做什么，而闪亮的新型激光器的切割速度是旧激光器的六倍，只是提高了需要做出此类决策的速度。一直以来，您都在积累 WIP 以及随之而来的所有问题和冲突。虽然这可能很难在资产负债表上量化，但这一挑战肯定会给所有相关方带来软成本。

　　选择直面这一挑战的商店正在取得成功。对于某些人来说，这意味着采用自动化零件分类系统。这种自动化迫使激光部门做出主动决策，并从根本上改变激光游戏规则。

　　现在出现了一个最优先的新目标：优化零件拆卸，无论是自动还是手动。这通常会掩盖传统上用于激光切割的三个 KPI。与所有其他 KPI 相比，致力于最大限度地提高零件拆卸的便利性几乎总是会导致激光设备的生产效率更高，从而降低劳动力需求和整体压力。在这种环境中，程序员或调度员必须做出一些更主动的决策，但实际上不应该在车间做出任何决策。

　　零件拆卸的优化甚至会影响材料采购等流程。重点应该是获得几乎没有线圈记忆的板材，其中担架平整材料是最受欢迎的。运行“更便宜”材料的利润潜力通常会随着处理分拣区域问题的额外时间而消失，甚至更糟糕的是，由于骨架不好，在激光机内部也会消失。

　　准备新零件

　　今天，程序员应该不仅仅从切割策略和流程的角度来看待新零件。相反，他们应该考虑如何才能将该部件从激光部门中取出。如果存在操作员或末端执行器需要处理的弯曲止裂口或其他锐角，则程序应进行止裂切口。应实施废物销毁策略，以确保蛞蝓从格栅中掉落。甚至可能需要将某些金属块固定到位，因为错误的金属块或倾斜的孔切口可能会干扰夹具。

　　这显然与 Nest 运行时 KPI 背道而驰，但自动化是建立在稳定流程之上的。如果切割过程依赖于运气，那么自动分拣系统肯定会出现一些问题。在手动分拣环境中相当于“不需要锤子”。

　　筑巢策略

　　这是真正的乐趣开始的地方，也是软件最能帮助主动决策的地方。当谈到自动分类时，我经常听到人们说：“这个系统很好，但你不能对所有东西进行分类。” 最近常见的回答是：“嗯，当然不是那种态度。”

　　自动化零件分类确实需要改变整个价值流的思维方式。考虑一个被认为太小而无法通过自动化系统进行分类的零件。最好将它们分组为一个迷你巢或将多个部件组合在一起，只需轻轻一击即可拾取并弯曲。这将消极变为积极。这肯定会影响板材产量和巢的运行时间，但对于下游提高的效率而言，这些代价很小。焊工或装配工不再说：“我有该组件的 A 部分和 B 部分，没有 C 部分”，或者“我在焊接台上的 XYZ 左侧零件比 XYZ 右侧零件多了五个”。

　　如果您的车间拥有机器人焊接单元，它们可能是您最赚钱的工作中心，并且在切割和弯曲的质量和一致吞吐量方面具有最高的要求。为这些“内部客户”工作中心提供良好的服务可能会带来相当丰厚的利润。制造不是零和游戏。当然，让焊工满意的价值一定不仅仅是从废品供应商那里得到的钱，或者用于为自动化奠定稳定基础的额外激光时间的镍。

　　与嵌套一起，排序计划以及有关这些零件的所有决策都在将一张材料分配给作业之前进行。如何定向、分组、堆叠和组织零件不再是车间的职能。它是人类在软件辅助下做出的有计划的、主动的选择集合。所有这些使得激光部门的预期输出突然变得可见和透明，这可以在零件向下游移动时带来额外的好处。

　　这包括折弯部门，其日常输入能力可以在上午 9:30 之前切割并准备好，但这些切割零件的成型要求是什么？大多数激光程序员在将巢发送到机器时无法告诉您巢上有多少个弯曲。然而，在后 IPM 世界中，弯曲数量确实很重要。

　　通过多次弯曲切割足够的某些零件几何形状，您可以轻松地掩埋两个或三个折弯机。通过简单的弯曲或无需任何成型来切割足够的零件，并且您的制动操作员可能没有足够的零件来弯曲。这就是制造执行系统级调度软件最有价值的地方。此时，工厂终于开始变得智能，并根据制造步骤的准确模型和实时机器反馈提供一些规划远见。

　　现代制造之禅

　　如果与激光切割零件分类相关的混乱得到良好的管理和适当的计划，那么后续的操作很有可能会感觉更加顺利。甚至物流流程现在也有机会通过自主移动机器人或自动导引车实现自动化。请记住，每个制造步骤都有两个物流步骤，即从工作中心获取零件和从工作中心获取零件。

　　摆脱旧的激光管理模式是一个巨大的变化，但在后 IPM 世界中，它每天都成为一个更引人注目的解决方案。积极主动的决策可能会帮助您在现代制造艺术中实现禅宗。