珠江三角洲地区模具行业一直是蓬勃发展的,小家电、汽车、摩托车、通讯设备、通用机械制造,等,上游行业拉动下,各类模具制造需求旺盛。模具行业专业分工也越来越细,三维软件的普及程度也比其他机械制造行业高很多。我长期从事三维CAD/CAM/CAE/PDM软件的技术推广工作,特别是NX(俗称UG),已经有十多年的使用经验,把我了解情况与大家分享,抛砖引玉,大家一起替金融风暴中的制造业企业出谋划策。
首先按照是否使用三维软件来划分
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模具行业中,不是所有的模具类型都采用了三维软件。冲压模具领域一般都未引进三维软件,特别是冲裁模具,级进模具厂中引进三维软件的也不多见。这类模具的设计和加工中,基本上以二维为主。尽管慢走丝线切割机床、数控坐标磨床,使用十分普遍,由于模具型腔加工的特点,AutoCAD软件或者在AutoCAD基础上做些扩展,足以满足要求。由于这类模具价格相对较低,三维软件价格昂贵也是一大制约因素。
塑料、橡胶、有色金属,等,模具领域,一般都引进了三维软件,相比之下,塑料模具厂家的绝对数量大,引进三维软件,其中NX和ProE都有较高的市场占有率。
国外冲压模具的三维化进程早在90年代末就开始了,冲压模具对于三维软件来说是比较容易实现的,拿 NX 6.0 来说,冲压模具设计包,分为汽车外覆盖件冲压模具、级进模具两类,内嵌冲压零件展开、回弹计算、应力应变分析、压力中心计算。全三维表现的模具,所见即所得,带有自动干涉检查,防止模具设计差错。NX 6.0的模具设计包还带有标准模架、标准零件库,易于扩充。
随着日系汽车进入广州地区,汽车外覆盖件模具开始在本地大量生产,从目前情况看,这类专业模具厂引进三维软件较为普遍,往往采用的模式是模具设计、冲压分析、模具加工使用两、三种不同的软件,或许是各自企业的惯性,还都没有认识到 NX 6.0可以满足冲压模具设计、分析、加工全方位的需要。
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数据转换问题多
CATIA、ProE、NX这三种软件作为上游企业常用软件,近年来,使用SolidWorks的公司开始多起来了。作为参数化实体设计软件,建构模型过程中的参数都会保留在原始文件中,为了保密,或者别的原因,一般发模具订单时,都是转换成IGES、STEP等中间格式,一般来说,这种中间格式只能保证95%的正确率,有时情况甚至更糟糕,我曾经见过某模具厂为了修复一个奔驰车铸造零件的三维模型数据,花费一个多月的时间。
90年代中后期,由美国三大车厂发起的汽车行业协会,制定出数据交换标准格式--JT格式,就是为了降低数据转换的成本,利用互联网实现零部件统一采购。他们还推动达索、PTC、UGS等签署协议,让CATIA、ProE、NX等软件之间可以互相直接读取,比如:NX 6.0 可以直接读取CATIA、ProE、SolidWorks等原始格式文件,完全没有失真和变形、破损。
国外普遍采用的数据转换模式是使用专业转换软件,CADfix是其中的佼佼者,价格不菲,国内知名度不高,FEMAP和Solid Edge、SolidWorks这些中端软件,也都是不错的选择,性价比较高。特别值得一提的是CADfix软件,它除了直接读取CATIA、ProE、NX、SolidWorks、Inventor,等三维软件外,还可根据要求完成指定格式输出,更为强大的是CADfix软件中带有手动和自动相结合的修复缺陷的功能。
这些软件都有一个共性,就是采用了Parasolid内核,Parasolid内核属于西门子PLM软件(原UGS),是商品化的三维软件开发内核,达索、PTC、MSC、ANSYS公司,等等,都购买了这个内核,全球发行了超过两百万份Parasolid许可证,其中包括大量的开发许可。
上下游之间沟通效率低下
日本人叫做“打合”、台湾人叫做“检讨”,模具行业普遍都要花费近30%的模具设计时间用于沟通。目前普遍采用的是现场开会,或者远程视频会议、电子邮件、FTP文件传递等手段。国外早已开始利用互联网,做异地三维可视化会议, 就是这样的服务平台,无需三维软件,只是在IE浏览器中安装一个插件,就可以浏览三维模型和CAE分析结果。国内模具企业还很少认识到这种模式可以提高效率,解决模具设计师与上游产品设计师之间的沟通,该平台还支持CAE结果浏览,能让设计师与分析师协同工作。
依赖二维软件
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模具行业尽管是在机械制造行业中率先引进三维软件的,十几年下来,二维软件还是挥之不去,模具设计的时间分配里面,二维图纸的制作时间一般大于三维模型的设计时间,要求越高的模具,二维设计时间越长,因为尺寸、工差、配合,等标注的越细致。
因为模具制造属于单件小批生产模式,几乎不考虑互换性,有些精密模具厂还采用以尺寸中小数点后的位长决定精度的,精确标注方法。如:3.251,代表要精准到微米,2微米范围内为合格。
外国有关标准化组织已经开始着手制定三维标注的国际标准,达索、PTC、西门子PLM等软件厂家积极跟进,以NX 6.0为例,完全做到了所有二维标注,都可以作为特征直接标注到三维模型上,并且支持三维的工差和尺寸链计算,通过NX 6.0还可以发布PCF格式文件,就像OFFICE发布成PDF一样,作为设计评审和制造信息传递。PCF浏览器像PDF浏览器一样,提供免费下载。
“一脚踢”的模具研发模式
一个人、一台电脑、一套软件、一副模具,是最典型的模具作业模式。上了规模的模具厂,都会分成模具设计和模具加工两个组,具体落实到一副模具时,事实上就是一个人完成设计,一个人完成加工。在我的走访中,几乎所有的模具厂都不觉得这种“一脚踢”模式会有什么问题,反而当我提出团队式模具研发模式时,很多人表示怀疑,有些人认同的,也会说大家习惯了,团队式作业模式好,执行有困难。
模具是一个结构较复杂的工具,有人形象地比喻成“锅”,“一脚踢”的模具设计师一般的培养周期是两年,还要有模具或者机械专业背景,这让我联想到郎咸平教授的一个财经节目“中华文化难养高科技”,郎教授做这个节目时,谈的是高科技企业研发管理问题,在模具行业普遍存在的“一脚踢”模式,就是中餐馆的大厨师思维的真实反映。模具行业长期重视个人技能,不重视机制建设,很多模具厂的高层都没有意识到“一脚踢”模式带来的高成本。
参数都没了,怎么改?
模具行业是为了上游企业服务的,很多上游企业在研发过程中,产品尚未定型,就发出模具订单,作为模具厂来说,接到这类的模具往往利润大,收款有保障,这类订单平均经过3次以上的更改,模具厂更改能力是否足够强,也是一个重要的方面。
“参数都没了,怎么改?”是模具工程师经常会说的,这包括几个方面的含义:
上游的模型没有建模历史记录;
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上游的产品设计师没有考虑模具工艺,没有设计拔模斜度;
分型面和浇注系统;
铸造模具需要增加补缩区域;
CNC加工编程时丢失了与模具型腔的关联;
2008年西门子PLM推出的同步技术是模具行业的福音,无需三维模型的建模历史记录,直接修改模型尺寸、去除特征,以NX 6.0和Solid Edge ST为代表的新一代CAD/CAM技术是解决上述问题的关键。
对于CNC加工编程时,保持与模具型腔的关联,这一点从来都不是技术问题,而是管理问题。凡是能做到CAD/CAM一体化的软件,都具备将CNC的加工轨迹与模具型腔建立关联的能力,早年的UG软件也都做到了。可是当我走访NX5.0,甚至NX6.0的用户时,看到的现象是一旦模具型腔变更,CNC编程都要重新做,放电加工的电极也都要重新做。这方面的人力资源浪费也是很惊人的,而且,这是纯属管理造成的浪费,完全可以避免。