成都普什汽車模具有限公司綜合管理部部長(zhǎng) 鄭萬全

在2011年德國(guó)漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上，“工業(yè)4.0”概念開始進(jìn)入公眾視野。2015年4月14日，德國(guó)政府在2015年漢諾威工業(yè)博覽會(huì)上正式宣布啟動(dòng)升級(jí)版的“工業(yè)4.0平臺(tái)”，德國(guó)政府將主導(dǎo)推動(dòng)第四次工業(yè)革命的發(fā)展，這是一種智能化的生產(chǎn)方式，它的核心是實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)”，在生產(chǎn)系統(tǒng)及過程中形成“智能工廠”，在生產(chǎn)物流管理上實(shí)現(xiàn)“智能生產(chǎn)”，整合物流資源上實(shí)現(xiàn)“智能物流”。

2015年5月我國(guó)發(fā)布了《中國(guó)制造2025》，它是中國(guó)版的“工業(yè)4.0”規(guī)劃，提出創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本的發(fā)展戰(zhàn)略，要由制造大國(guó)向制造強(qiáng)國(guó)轉(zhuǎn)變。計(jì)劃到2020年，我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，到2025年我國(guó)制造業(yè)整體素質(zhì)大幅提升，到2035年我國(guó)制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國(guó)陣營(yíng)中等水平。到新中國(guó)成立一百年時(shí)，制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國(guó)前列。

不管是闊步向“工業(yè)4.0”邁進(jìn)，還是切實(shí)響應(yīng)《中國(guó)制造2025》計(jì)劃，汽車覆蓋件模具企業(yè)不會(huì)等待，將積極主動(dòng)迎接這次生產(chǎn)方式升級(jí)的革命，并創(chuàng)新汽車覆蓋件模具智能生產(chǎn)的新模式、新方向。

網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)與分析，行業(yè)智能大協(xié)同

諸多的模具生產(chǎn)企業(yè)，當(dāng)前更多地是去要求軟件的功能模塊比較齊全，以此來促使軟件的功能切實(shí)集成化，為模具的設(shè)計(jì)、分析帶來方便，也同時(shí)為模具的制造、裝配、檢驗(yàn)、測(cè)試及生產(chǎn)的全過程服務(wù)，達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的。如Pro/E、UG和CATIA和Delcam等都是目前典型的集成化程度較高的軟件，其可實(shí)現(xiàn)的功能包括曲面、實(shí)體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動(dòng)變成系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)量系統(tǒng)等；國(guó)內(nèi)集成化軟件的代表有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)、北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件以及吉林金網(wǎng)絡(luò)媒介工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。

過去傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計(jì)、分析和制作的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具制作性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的共享。如Pro/E、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點(diǎn)，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatron公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計(jì)軟件，可進(jìn)行交互式3D型腔、型芯設(shè)計(jì)、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。澳大利亞Moldflow公司的三維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評(píng)和應(yīng)用。國(guó)內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類型軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的提出以及互聯(lián)網(wǎng)廣域性優(yōu)勢(shì)，模具行業(yè)未來可能會(huì)更加注重軟件的分時(shí)系統(tǒng)運(yùn)用，即多個(gè)用戶分享使用同一軟件服務(wù)平臺(tái)，以此來實(shí)現(xiàn)模具專業(yè)輔助軟件的功能個(gè)性化服務(wù)，做到“用時(shí)選用”，竭力實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、分析的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和分時(shí)共享。軟件開發(fā)商會(huì)基于此來更加突出其集成服務(wù)的高質(zhì)量。

在汽車覆蓋件模具行業(yè)里，過去汽車覆蓋件模具企業(yè)能做什么樣的模具，汽車主機(jī)廠就大致去造型什么樣的外覆蓋件或汽車內(nèi)飾件；現(xiàn)在，基于消費(fèi)者的期望、需求日益多樣化，汽車主機(jī)廠構(gòu)思什么樣的外覆蓋件、內(nèi)飾件，汽車覆蓋件模具企業(yè)就要去研發(fā)、制造什么樣的模具，以此來竭力滿足汽車主機(jī)廠的需求。為更好地滿足汽車主機(jī)廠的創(chuàng)意設(shè)計(jì)理念，更好地促進(jìn)汽車主機(jī)廠的生產(chǎn)進(jìn)度，汽車覆蓋件模具企業(yè)模具產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計(jì)要更加和汽車主機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)同、溝通。如何能通過協(xié)同縮短彼此開發(fā)周期，那就要結(jié)合2015年3月李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中首次提出“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，積極建立起“汽車覆蓋件模具研發(fā)大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，促進(jìn)汽車主機(jī)廠與汽車覆蓋件模具企業(yè)之間、汽車覆蓋件模具企業(yè)與汽車覆蓋件模具企業(yè)之間、汽車覆蓋件模具企業(yè)與汽車覆蓋件模具加工設(shè)備廠家之間大協(xié)同、大數(shù)據(jù)共享的新格局。

無人化制造與調(diào)試，工廠智能新管理

中國(guó)制造企業(yè)使用工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)有20余年的歷史。但由于人口紅利的持續(xù)存在，直到2013年機(jī)器人才開始大規(guī)模地進(jìn)入國(guó)內(nèi)制造企業(yè)。2014年中國(guó)成為機(jī)器人的全球第一大市場(chǎng)，被稱為中國(guó)工業(yè)機(jī)器人“元年”。“元年”背后的指向，并非單純的是“機(jī)器換人”，而意味著中國(guó)的制造業(yè)有了深刻的、不可逆轉(zhuǎn)的變革。

汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)也擠上了新一輪的工業(yè)革命的帆船，在伴隨中國(guó)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的同時(shí)，廣泛使用機(jī)器人（見圖1），以此改變世人對(duì)“中國(guó)制造”的刻板印象。眼下，汽車主機(jī)廠之間的激烈競(jìng)爭(zhēng)，致使對(duì)汽車覆蓋件模具的要求越來越苛刻，如模具的貨期不斷縮短、模具的質(zhì)量要求越來越高、模具價(jià)格要求越來越低。汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)加工設(shè)備利用率不高，加工效率急需提高。汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)一線操作工短缺、人力成本不斷攀升，企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力急待提升；再加之現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)的更高要求，汽車覆蓋件模具生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)開始改造現(xiàn)場(chǎng)，使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)不斷涌現(xiàn)出一臺(tái)臺(tái)的工業(yè)機(jī)器人，這些企業(yè)正悄然邁向現(xiàn)場(chǎng)模具制造與調(diào)試“無人化”。

圖1 汽車覆蓋件零件生產(chǎn)單元

現(xiàn)代化汽車主機(jī)廠的生產(chǎn)制造不僅要滿足批量化、自動(dòng)化的要求，而且要具備可配置、靈活、能傳遞信息以及可變化的生產(chǎn)單元的綜合要求。未來的汽車覆蓋件模具制造企業(yè)或許會(huì)更快地建立智能工廠，以此來適應(yīng)現(xiàn)在汽車主機(jī)廠一條生產(chǎn)線上（生產(chǎn)單元里）要同時(shí)并線生產(chǎn)五六種甚至更多車型的要求。

可以預(yù)見，在“十三五”期間，工業(yè)機(jī)器人的浪潮將會(huì)向中國(guó)制造業(yè)全方位襲來。在機(jī)器人參與的生產(chǎn)線上，所有機(jī)器人在智能環(huán)境下結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)傳感器，不停地收集著各種生產(chǎn)數(shù)據(jù)和參數(shù)，同時(shí)機(jī)器人依靠其本身擁有的復(fù)雜生產(chǎn)編程軟件及設(shè)備控制的工業(yè)電腦，不斷與操控單元通信、編程，形成一個(gè)看不見的高度復(fù)雜的電子網(wǎng)絡(luò)體系。它可以把生產(chǎn)流程切分成非常細(xì)小的片段，每個(gè)片段都遵循嚴(yán)格的順序加工，片段之間用自動(dòng)化傳動(dòng)機(jī)制聯(lián)系起來，根據(jù)信號(hào)的需求來調(diào)整程序、更換各種工具及改變生產(chǎn)節(jié)拍，讓生產(chǎn)單元高度柔性化、切實(shí)智能化。圖2所示為汽車覆蓋件零件高速?zèng)_壓集成單元未來在信息化環(huán)境下的汽車覆蓋件（見圖3）模具智能工廠里，數(shù)萬平方米的車間里雖然機(jī)器轟鳴，但很難見到人影，偶爾可能會(huì)有一兩個(gè)工作人員出現(xiàn)處理信息，汽車覆蓋件模具智能工廠會(huì)出現(xiàn)一個(gè)新的“刷屏”時(shí)代。在實(shí)現(xiàn)信息化之前，車間的相關(guān)數(shù)據(jù)，全部依靠人工收集、錄入、分析和整理，最后再交給后端進(jìn)行處理。

圖2 汽車覆蓋件零件高速?zèng)_壓集成單元

圖3 頂蓋模具產(chǎn)品

圖4 大型精密智動(dòng)測(cè)量機(jī)

而在智能工廠里，從生產(chǎn)計(jì)劃、工藝技術(shù)、設(shè)備、原材料，再到成品庫(kù)，整個(gè)過程都與后端平臺(tái)進(jìn)行實(shí)時(shí)共享，產(chǎn)品生產(chǎn)過程追溯和管控一目了然。生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)也會(huì)得到有效控制，生產(chǎn)效率大幅提升。汽車覆蓋件模具的智能工廠一旦建成，就會(huì)改變企業(yè)家為控制人力成本而將產(chǎn)業(yè)向低勞動(dòng)力成本國(guó)家轉(zhuǎn)移的做法，因?yàn)橹悄芄S會(huì)使基于勞動(dòng)力的成本幾乎相同，所以不管在美國(guó)、歐洲、中國(guó)、非洲或其他國(guó)家和地區(qū)勞動(dòng)力成本不再存在差距了。在這種情況下，應(yīng)該說會(huì)重新改寫全球的汽車覆蓋件模具制造乃至整個(gè)制造業(yè)的格局，產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)再次被刷新。

智動(dòng)化在線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償，模具精度大提高

在當(dāng)前非智能工廠環(huán)境下，精密、復(fù)雜以及大型汽車覆蓋件模具快速向前發(fā)展，這對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來越高。目前，國(guó)內(nèi)模具制造企業(yè)使用較多的是意大利、美國(guó)和日本等國(guó)的高精度三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，還具有數(shù)字化掃描功能掃描設(shè)備?，F(xiàn)在精密模具的精度已達(dá)2～3μm。

為方便覆蓋件模具質(zhì)量的檢驗(yàn)以及產(chǎn)品檢具的檢測(cè)，需要較大行程范圍的三坐標(biāo)檢測(cè)設(shè)備，其常用的有德國(guó)WENZEL、意大利Coord3和德國(guó)蔡司等三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（見圖4），一般精度為（3.5+L/300）μm以內(nèi)，其雙橋式結(jié)構(gòu)的方便性更強(qiáng)。

常見的數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，如英國(guó)雷尼紹公司第二代高速掃描儀（CYCLONSERIES2）可實(shí)現(xiàn)激光側(cè)頭和接觸式側(cè)頭優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，激光掃描精度為0.05mm，接觸式側(cè)頭掃描精度達(dá)0.02mm；德國(guó)GOM公司的ATIS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺(tái)式掃描儀和英國(guó)泰勒·霍普森公司的TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價(jià)化和功能復(fù)合化等特點(diǎn)。這些掃描設(shè)備可有效地采用數(shù)碼攝影和光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量實(shí)物—建立數(shù)學(xué)模型—輸出工程圖樣—模具制造全過程，成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

在未來汽車覆蓋件智能工廠里，生產(chǎn)單元會(huì)有智動(dòng)化的在線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償子系統(tǒng)，子系統(tǒng)依靠物聯(lián)網(wǎng)傳感器，不停地收集著各種在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)每一件產(chǎn)品的質(zhì)量狀況在生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)檢測(cè)，直接改變了過去非要等到模具部件或產(chǎn)品出爐了才知其質(zhì)量好壞的歷史。

圖5 集成生產(chǎn)線

圖6 大型高精專業(yè)設(shè)備

圖7 ATOS掃描采集數(shù)據(jù)

集成化專業(yè)設(shè)備與柔性單元，模具制造高效率、超精密

當(dāng)前一流的汽車覆蓋件模具制造企業(yè)一般都會(huì)擁有集群式、大型的龍門加工中心，目前全球2D加工制造設(shè)備如日本OKUMA、SNK、三菱和東芝等的五面龍門加工中心是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的。3D加工制造設(shè)備如意大利的MECOF、JOBS和藍(lán)苞蒂等高架橋式高速龍門加工中心是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的。生產(chǎn)集成線如圖5所示。

同時(shí)還會(huì)擁有精密的高速銑削加工中心，其具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好以及加工效率高（為普通銑削加工的5～10倍）等諸多優(yōu)點(diǎn)，一般主要用于大、中型汽車覆蓋件模具曲面加工，其曲面加工精度可達(dá)0.01mm。如意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其一般加工范圍達(dá)2 500mm×5 000mm×1 800mm，轉(zhuǎn)速達(dá)20 500r/min，切削進(jìn)給速度達(dá)20m/min。統(tǒng)觀國(guó)內(nèi)機(jī)床工業(yè)，工作臺(tái)Y向行程在3m以上，尤其是智能化的4 000～5 000mm的動(dòng)梁式超重型龍門加工中心、大型三坐標(biāo)的研發(fā)與生產(chǎn)、大型五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控龍門加工中心等是我國(guó)汽車覆蓋件模具企業(yè)智能工廠推進(jìn)的瓶頸。大型高精專業(yè)設(shè)備如圖6所示。

汽車覆蓋件模具企業(yè)，要從“制造”邁向“智造”，要邁向智能工廠，其工藝的發(fā)展離不開智能設(shè)備、裝備的支持，同時(shí)還離不開與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，要在智能設(shè)備、裝備中廣泛部署傳感器，使其成為智能化的生產(chǎn)工具，成為物聯(lián)網(wǎng)的智能終端，從而實(shí)現(xiàn)工廠監(jiān)測(cè)和操控的智能化。智能工廠里制造設(shè)備的自動(dòng)化系統(tǒng)和生產(chǎn)制造管理系統(tǒng)之間的對(duì)接是更加無縫化的，從而能夠?qū)崿F(xiàn)智能制造，以其敏捷的調(diào)配能力去調(diào)整生產(chǎn)單元并不斷滿足不同用戶的個(gè)性化定制需求。未來，汽車覆蓋件模具企業(yè)、專業(yè)機(jī)床企業(yè)之間或許會(huì)有新的產(chǎn)業(yè)、技術(shù)重組，不斷研發(fā)、生產(chǎn)具有集成化能力的專業(yè)設(shè)備與柔性單元，并推出嶄新汽車覆蓋件模具智造方案系統(tǒng)，促進(jìn)汽車覆蓋件模具智能工廠的高效率、超精密以及優(yōu)質(zhì)個(gè)性服務(wù)。圖7所示為智能化應(yīng)用實(shí)例。

結(jié)語

向“工業(yè)4.0”邁進(jìn)，切實(shí)緊跟《中國(guó)制造2025》步伐，使我國(guó)到2045年制造業(yè)大國(guó)地位更加鞏固，圓滿實(shí)現(xiàn)強(qiáng)國(guó)領(lǐng)先地位，隨之加速提升中國(guó)汽車覆蓋件模具企業(yè)在國(guó)際的“領(lǐng)頭羊”身份，并不是簡(jiǎn)單的添置機(jī)器人設(shè)備、推進(jìn)數(shù)字化車間、建設(shè)無人化工廠和提升信息化管理系統(tǒng)水平，而必須是積極利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，要和汽車覆蓋件模具企業(yè)的戰(zhàn)略定位、經(jīng)營(yíng)模式緊密結(jié)合起來，進(jìn)而建設(shè)智能工廠，更好地為汽車主機(jī)廠提供服務(wù)與整體解決方案，使其能成為提升汽車覆蓋件模具企業(yè)長(zhǎng)期競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)和企業(yè)核心價(jià)值的重要手段。