IT技術在模具行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢

各種信息資源，包括市場信息、企業(yè)運營信息、產品設計加工信息等，正日益成為企業(yè)的戰(zhàn)略資源。如果能將各種IT技術合理地運用到模具企業(yè)上，我國模具企業(yè)在管理水平和企業(yè)的運營效率方面必將獲得極大的提高。
模具工業(yè)在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱之為點鐵成金的“磁力工業(yè)�！痹谌毡�，模具工業(yè)被稱為“進入富裕社會的原動力”，其模具產業(yè)年產值達13000億元，遠超過日本機床總產值的9000億日元。在德國，模具工業(yè)被當作加工工業(yè)的“帝王”，而歐盟的一些國家稱“模具就是黃金”。
目前，我國的模具制造企業(yè)約有20000家，并每年以10%-15%的速度高速增長，2002年的模具產值已達40億美元。我國生產的模具有些已接近或達到國際水平，但無論是在設計水平、加工設備、運作模式、質量控制、市場開拓還是在人員素質、技術創(chuàng)新方面，與工業(yè)發(fā)達國家還有很大差距。我國模具工業(yè)除了需要提高精密、高效、自動化程度高的數(shù)控機床的應用比例外，更應在產品設計、企業(yè)決策、市場拓展和內部管理等方面探索新的生產和管理模式。
模具CAD/CAM/CAE
20世紀60年代中后期以后，歐美的一些大公司開始重視并投入到CAD/CAM技術的研究和開發(fā)中，極大地推動了CAD/CAM技術的發(fā)展。隨著模具工業(yè)的飛速發(fā)展，CAD/CAM技術逐漸被引入模具工業(yè)，并日益受到企業(yè)的重視。日立、日電等公司早在20世紀70年代中期，就成功地將CAD技術應用于沖壓模具的設計和制造，使設計時間縮短了1/2以上。大多數(shù)優(yōu)秀的CAD/CAM系統(tǒng)都是面向機械行業(yè)的通用型系統(tǒng)，國際廠商紛紛投入人力和物力，針對各類模具的特點，推出了功能完善、操作方便的專用CAD/ CAM系統(tǒng)。例如美國UGS公司，針對多工位級進模和注塑模分別推出了多工位級進模設計向導CAD系統(tǒng)（Progressive Die Wizard）和注塑模設計向導CAD系統(tǒng)（Mold Wizard）。兩系統(tǒng)均無縫地集成于該公司的三維機械CAD/CAM系統(tǒng)UG中，為用戶提供了級進模和注塑模設計環(huán)境與工具，封裝了模具設計的專家知識，提供了豐富的標準化的模架庫、零件庫和鑲件庫。
華中科技大學最先開始了沖壓工藝設計專家系統(tǒng)的研究，于1986年完成了沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)HPC的開發(fā)。該系統(tǒng)注重于人機交互界面的設計，可完成落料與沖孔的單沖模、復合模和級進模的設計。上海交通大學模具CAD國家工程研究中心與瑞士Feintool公司合作開發(fā)了精沖模工藝設計KBE （Knowledge-Based Engineering，基于知識的工程）系統(tǒng)，并與青島海爾模具公司合作開發(fā)了注塑模模架選擇KBE系統(tǒng)，與日本山中合金株式會社合作開發(fā)了冷鍛模設計KBE系統(tǒng)等。
CAE軟件誕生于20世紀70年代初，主要是以有限元法、有限差分法、有限體積和無網格法為基礎開發(fā)的。CAE軟件分為通用前后置處理、通用有限元求解軟件和行業(yè)專用軟件。目前常見的前后置處理軟件有EDS公司的PEMAP、MSC公司的Patran和Altair 公司的HyperMesh,這些軟件在美國汽車廠商中都有廣泛應用。通用有限元求解軟件有ABAQUS、ANSYS、Cosmos、MSC/MARC、MSC/NASTRAN等。行業(yè)專用有限元軟件受其應用領域限制只在各自行業(yè)內得到應用，板材成形行業(yè)的AUTOFORMT 和DYNAFORM軟件，如鑄造行業(yè)的MAGMA軟件，機械動力仿真領域的M S C/ADAMS軟件等。目前，CAE軟件正朝著多物理場的方向發(fā)展。
華中科技術大學模具技術國家重點實驗經過10余年的努國力，開發(fā)出了獨具特色的、具有國際先進水平的三維注塑成型仿真系統(tǒng)HSCAE3D。該系統(tǒng)能直接在三維實體模型上劃分網絡，顯示三維分析結果，并把知識工程技術引入系統(tǒng)的開發(fā)中，利用人工智能所具有的思維和推理能力，代替用戶完成大量工藝參數(shù)、制品幾何參數(shù)、分析結果數(shù)據場等信息的分析和處理。目前，該系統(tǒng)已成為具有知名度的商品化軟件產品，在青島海爾模具有限公司、科龍電器有限公司等一批著名企業(yè)中取得了成功應用的經驗。湖南大學經過對薄板沖壓工藝與模個的設計理論、計算方法和關鍵技術深入和系統(tǒng)的研究，創(chuàng)建了一套從基礎理論與方法到CAE沖壓分析、沖壓工藝的實驗研究，再到沖壓工藝設計和模具設計制造的具有自主知識產權的系統(tǒng)技術裝備。該項目成果已在湖南大學汽車技術研究與開發(fā)中心、上汽五菱汽車股份有限公司等企業(yè)建立起應用示范點。吉林大學開發(fā)了板材沖壓成形性分析軟件KMAS。華中科技大學模具術國家重點實驗室開發(fā)了基于逆算法的面向模具設計人員的快速板材成形分析軟件FASTAMP,并在生產實際中應用。
目前我國大部分模具企業(yè)應用CAD/CAM技術還局限于二維繪圖，三維設計的應用尚處在開始階段，數(shù)控加工在模具制造中所占比例仍然較低，與國外先進水平相比，還有相當大的差距。
CAE 在我國模具行業(yè)的應用還剛剛起步，只是在經濟實力相當雄厚的企業(yè)，例如一汽、東風、海爾等單位，才購買了少量的商品化軟件，開始嘗試應用。
產品信息的集成管理平臺PDM
隨著CAD/CAM/CAE軟件及其他應用軟件的普及應用，計算機產生的各種類型、格式各異的數(shù)據資料，如市場分析報告、產品設計信息、加工圖紙、零件加工工藝、數(shù)控加工程序清單、仿真測試結果分析等迅速增加。如何有效管理和運用這些數(shù)據資料成為了企業(yè)面臨的一大難題。20世紀80年代初，提出PDM（產品數(shù)據管理）技術就是為了解決電子信息資源的管理問題。進入20世紀90年代，計算機網絡大規(guī)劃普及、數(shù)據技術飛速發(fā)展，以及C/S模式（客戶服務器模式）和B/S模式（瀏覽器服務器模式）的廣泛應用，使得PDM技術有了很大發(fā)展，所涉及的范圍也逐步由過去單一的計算機信息管理擴展到管理所有與產品相關信息和所有與產品相關過程的技術。標準數(shù)據交換格式（如STEP）和中間件技術（如CORBA）的應用，使得PDM系統(tǒng)具有很好的兼容性和開放性，能透明地跨越各種異構的系統(tǒng)，識別不同格式的文件。因此，PDM系統(tǒng)作為一個信息的溝通平臺，可對企業(yè)各種產品的相關數(shù)據和過程進行集成管理，并在產品開發(fā)的整個過程中協(xié)助管理者對開發(fā)過程進行有效的控制和管理。與此同時，設計人員在產品生命周期內的各個環(huán)節(jié)和產品過程相關的各個地方均能及時、準確地獲取產品的相關信息，并對產品數(shù)據進行一定權限范圍內的操作。這種產品數(shù)據的高度集成和共享，使得新產品的開發(fā)時間和成本在為縮減。據國外資料統(tǒng)計，實施PDM至少能降低工程成本10%，可縮短產品生命周期20%，減少工程變更控制時間30%，減少工程變更數(shù)量40%。
目前，國外的公司已開發(fā)出一些產品功能齊全、開放性好、思想新穎、技術先進的PDM產品，如UGS公司的IMAN，IBM 公司的Product Manager，SDRC公司的Metaphase，PTC公司的Windchill等。這些產品在波音、IBM、福特汽車、通用汽車等公司得到推廣應用，并取得了成功。國內的一些企業(yè)，如春蘭、海爾、長虹和康佳等采用IMAN系統(tǒng)，西安飛機設計所采用IBM的PM系統(tǒng)，也取得了一定的成功。與此同時，國內的軟件廠商也紛紛推出了自己的PDM產品，如武漢天喻公司的IntePDM，武漢開目技術集成公司的KMPDM，清華同方軟件公司的TFPDMS等，國產的PDM系統(tǒng)，無論是在功能上、技術上、思想上還是穩(wěn)定性方面與國外的產品都有較大的差距，但在價格上和定制程度方面有一定優(yōu)勢，因此在國內的一些企業(yè)中也得到應用。
以CIMS為標志的企業(yè)信息化
繼20世紀中后期誕生了CAD技術，1954年信息化技術進入管理業(yè)務領域，產生了MRP/MRPII技術等。這些單項技術在各自領域已達到了很高的水平，但由于這些單元技術間、設備間缺乏有效的信息溝通和協(xié)調，如CAD技術一般用于產品形狀定義，CAM重點用于NC編程，CAE側重于數(shù)值模擬，各自都有不同的信息需求和文件格式，使得各系統(tǒng)之間的信息交流很不順暢，從而造成了一種所謂的“自動化孤島”狀態(tài)。如何將各種單元技術有機地整合在一起，綜合地應用起來，就成為了研究熱點。美國首先于1973年提出了CIM（計算機集成制造）哲理，其基本思想是把制造企業(yè)中的各種活動，如市場分析、經營決策、工程設計、制造加工、質量控制、售后服務等，作為一個互相緊密相連的整體，并將整個制造過程視為一個數(shù)據搜索、傳遞、加工和處理的過程。CIM是一種先進的哲理，是基于傳統(tǒng)制造技術、信息技術、管理技術、自動化技術和系統(tǒng)工程技術的一門綜合性技術。但限于當時的技術條件，直于20世紀80年代初，基于CIM理念的制造系統(tǒng)CIMS才逐漸被制造領域重視并采用。近一二十年里，在市場競爭的激勵與相關技術進步的推動下，CIM理念及其技術在實踐中不斷充實、完善與發(fā)展，由最初的計算機集成制造發(fā)展成為現(xiàn)代集成制造，其內涵也從企業(yè)內部信息的集成，逐步擴展到設計制造過程的集成（并行工程），再到企業(yè)間的集成（動態(tài)聯(lián)盟）。
CIMS的實施在不同程度上縮短了產品的交貨期和報價時間，降低了產品的成本和庫存，提高了產品的產量和質量。例如，國家863/CIMS主題以華中科技大學作為技術依托單位承擔了東風汽車公司的車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的開發(fā)與應用實施。該集成系統(tǒng)實施以后，車身設計效率提高了一倍以上，工藝設計的效率提高了50%以下，加工出的覆蓋件模個的質量已接近國外水平，顯著提高了東風汽車公司的車身和覆蓋件模具產品的質量，縮短了車身的設計與制造周期，增強了企業(yè)的競爭力。國內模具行業(yè)實施CIMS或企業(yè)信息化項目的單位還有海爾、科龍、成飛、北汽福田、鄂豐等許多企業(yè)。這些企業(yè)通過實施企業(yè)信息化項目，提高了在整個企業(yè)范圍內應用計算機技術的水平，創(chuàng)造了顯著的經濟效益，也在國內模具企業(yè)中發(fā)揮了典型示范作用，積累了寶貴的應用經驗

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