譚永明，周敬勇

1.青島和碩環(huán)?？萍加邢薰荆ㄉ綎|青島 266101）2.合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院（安徽合肥 241000）

1 引言

非標(biāo)機(jī)械產(chǎn)品一直以來都是機(jī)械產(chǎn)品中的“貴族”，主要是因?yàn)榉菢?biāo)機(jī)械產(chǎn)品很多特征不遵循通用標(biāo)準(zhǔn)，需要單獨(dú)設(shè)計(jì)，小批量甚至單件加工生產(chǎn)，導(dǎo)致效率低，成本高，維修維護(hù)代價(jià)高。隨著人們生活水平以及使用要求的日益提高，個(gè)性化產(chǎn)品成為產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)[1～4]。很多商家也改變了原有產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)模式，這其中比較典型的商家有家電巨頭企業(yè)海爾。作為批量化、標(biāo)準(zhǔn)化家電產(chǎn)品起家的大型國(guó)有企業(yè)，海爾多年來一直走在標(biāo)準(zhǔn)制定和執(zhí)行的前沿，隨著市場(chǎng)的變化，消費(fèi)者對(duì)家電的追求不再只是能用和好用，而提出了更高的要求，后來的“洗地瓜”的洗衣機(jī)，智能家電訂制服務(wù)以及海爾為個(gè)性定制的“小微”布局也相應(yīng)出現(xiàn)，家電產(chǎn)品也由最初的小批量手工制造方式，發(fā)展為大批量標(biāo)準(zhǔn)化流水線生產(chǎn)方式，再到現(xiàn)在的小批次需求定制方式，人們生活質(zhì)量在提高，對(duì)產(chǎn)品的成本和加工周期的要求也越來越高，新產(chǎn)品開發(fā)絕對(duì)數(shù)量的增加和開發(fā)周期的縮短，也給制造產(chǎn)品必要工具的模具行業(yè)帶來了新的契機(jī)和挑戰(zhàn)[5]。

近年來，快速加工技術(shù)得到飛速發(fā)展，如快速成形制造和3D打印技術(shù)的出現(xiàn)，使得以前只能用模具制造的產(chǎn)品，可以通過加工設(shè)備直接完成，極大縮短了產(chǎn)品的研發(fā)周期，也給模具產(chǎn)業(yè)造成了一定沖擊，降低成本、提高使用壽命、縮短設(shè)計(jì)制造周期成為模具產(chǎn)業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng)力的必要手段，通過相似制造技術(shù)讓非標(biāo)件“標(biāo)準(zhǔn)化”，可以完善零件加工工藝，縮短零件生產(chǎn)流程，降低零件加工成本。

2 我國(guó)模具的設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展歷程

作為典型非標(biāo)機(jī)械的模具行業(yè)，產(chǎn)品部件除了螺釘、銷釘和彈簧等標(biāo)準(zhǔn)件外，絕大多數(shù)部件為非標(biāo)件，設(shè)計(jì)、工藝制造及加工重復(fù)性工作較多，效率低[6]。20世紀(jì)80、90年代，模具都是通過藍(lán)圖繪制，加工工藝流程卡的制造來控制模具的加工及檢驗(yàn)，都是通過手工來完成，缺少對(duì)加工設(shè)備使用的匯總和統(tǒng)計(jì)，基本上都是單個(gè)零件按照流程卡單獨(dú)加工，設(shè)備在使用中經(jīng)常往復(fù)換刀及零件裝卸，增加了加工周期的同時(shí)，也降低了部件的加工精度。在模具生產(chǎn)廠家經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)部分工位及設(shè)備在一段時(shí)間加班加點(diǎn)，而另一些工位卻長(zhǎng)期閑置，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，如圖1和表1所示。

圖1 早期汽車覆蓋件模具裝配圖

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著CAD/CAE/CAM/CAPP技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)協(xié)同化取得了很大的進(jìn)步，使的產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)入了快車道，數(shù)據(jù)共享、資源充分利用和大數(shù)據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)相結(jié)合，改變了模具的以往生產(chǎn)制造模式[7～10]。尤其是PLM等管理軟件的發(fā)展，讓設(shè)計(jì)加工合為一體，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，手工繪制時(shí)期一套門外板覆蓋件成形模具的設(shè)計(jì)制造周期一般需要3個(gè)月以上，表2為日本豐田模具在2,000年時(shí)車門外板拉伸模具制造周期，而通過信息互通、協(xié)同設(shè)計(jì)、相似工藝制造技術(shù)應(yīng)用后，其周期縮短為現(xiàn)在的35天。企業(yè)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集和分類處理也越來越重視，設(shè)計(jì)、工藝、加工和檢測(cè)不再是獨(dú)立的模塊，而是通過信息整體規(guī)劃后的具有規(guī)律特征的共享模塊。

表1 上模座加工過程卡

表2 車門外板成形模具制造周期表

3 相似制造技術(shù)的應(yīng)用

相似制造技術(shù)在模具設(shè)計(jì)、工藝制造、機(jī)械加工及維護(hù)、裝配調(diào)試和檢測(cè)方面都得到了廣泛應(yīng)用，并取得了很好的效果。

隨著新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，模具設(shè)計(jì)和制造的智能化程度也越來越高。而智能化知識(shí)含量高，除了技術(shù)的發(fā)明和創(chuàng)新外，更重要的是將技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)，轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。數(shù)據(jù)的收集、智能處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸是實(shí)現(xiàn)智能處理及控制的基礎(chǔ)條件，PLM（產(chǎn)品生命周期管理）可以將產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、存儲(chǔ)、銷售和售后服務(wù)聯(lián)系在一起，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、同步處理以及數(shù)據(jù)更新歷史記載等功能。在設(shè)計(jì)模塊可以實(shí)現(xiàn)信息儲(chǔ)存和同步更新如圖2所示。

圖2 三維汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)特征同步信息

設(shè)計(jì)中一般通過對(duì)零件的命名來區(qū)分特征，將零部件進(jìn)行初步歸類[11]。國(guó)內(nèi)一著名汽車模具廠對(duì)模具及零件的命名規(guī)則為：“零件（item）的編號(hào)應(yīng)為FT-產(chǎn)品號(hào)－M-工序號(hào)－拼音簡(jiǎn)稱，應(yīng)注意拼音簡(jiǎn)稱中不得含有GB、QM、QB等字符，零件（item）的編號(hào)的字節(jié)總數(shù)不得超過30位。零件序號(hào)按下面的規(guī)定排序：1號(hào)為下模組件，2號(hào)為上模組件、3號(hào)為頂出器（壓邊圈）組件、4號(hào)為壓件器組件、5號(hào)為沖孔組件、6、7…號(hào)為斜楔組件等，允許將頂出器（壓邊圈）組件、壓件器組件、沖孔組件、斜楔組件等組件添加在上模組件和下模組件中，組件中的零件序號(hào)按1-1、1-2、1-3的順序排列?！蓖ㄟ^編制零件號(hào)將相似特征和近似工藝的零件歸類。如海爾等一些大公司每年申請(qǐng)的零件新品多達(dá)上百萬，重復(fù)申請(qǐng)的部件在10%以上，這部分零件占用大量資源，空置而不利用，造成了不必要的浪費(fèi)。在新產(chǎn)品的申請(qǐng)中對(duì)于相同的和相近產(chǎn)品，PLM會(huì)給予提示此產(chǎn)品已申請(qǐng)信息，相近產(chǎn)品只能通過相同零件號(hào)+延伸擴(kuò)展號(hào)申請(qǐng)，例如4822…35-A為A產(chǎn)品，4822…35-B為其擴(kuò)展產(chǎn)品，兩個(gè)產(chǎn)品在加工工藝及特征上近乎相同，只是形狀略微有點(diǎn)差別。這樣不占用新品維護(hù)成本，集成方作為同一新品維護(hù)，只有分供方根據(jù)延伸號(hào)做出不同的供貨，這樣簡(jiǎn)化了新品流程，大大提高了研發(fā)效率。

存儲(chǔ)特征信息目的是為了將特征信息進(jìn)行歸類匯總和分類處理，為加工制造提供便利。模具三維設(shè)計(jì)及圖紙標(biāo)注和明細(xì)表及工藝流程卡關(guān)聯(lián)生成如圖3所示[12]，通過這些數(shù)據(jù)可以分析一套模具材料使用情況，車、銑、刨、磨、鉗和熱處理等工藝所占工時(shí)，模具的工期和成本可以非常清晰。并且可以通過信息來優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過相似制造技術(shù)來進(jìn)一步縮短加工周期和更為合理安排生產(chǎn)。通過數(shù)據(jù)匯總可以反映出生產(chǎn)設(shè)備的利用效率和各工位的工作量，從而優(yōu)化加工設(shè)備布局和對(duì)人力結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。

相似制造技術(shù)在模具產(chǎn)品的維護(hù)中作用也是相當(dāng)重要，一種產(chǎn)品的生產(chǎn)銷售都需要對(duì)消耗品進(jìn)行備損，零件樣數(shù)越多庫(kù)存量就會(huì)越大，占用資金和存儲(chǔ)成本就會(huì)越高，所以企業(yè)要求零件盡量標(biāo)準(zhǔn)化和具有相似制造性，這樣可以增加互換性降低庫(kù)存量，也可以減少加工周期，及時(shí)補(bǔ)充備損，很大程度上減少了PLM導(dǎo)入SAP數(shù)據(jù)信息量。

相似制造技術(shù)在模具產(chǎn)品的檢測(cè)方面的應(yīng)用。產(chǎn)品檢測(cè)是產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的重要一環(huán)，國(guó)內(nèi)最通用的有3C認(rèn)證及國(guó)外的UL認(rèn)證等，有些企業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量提出了適合本企業(yè)產(chǎn)品的更高標(biāo)準(zhǔn)，例如海爾的HR認(rèn)證。每個(gè)新品的開發(fā)都需要通過認(rèn)證后，才能生產(chǎn)銷售，一些改進(jìn)型產(chǎn)品（相近的模具產(chǎn)品如車門左右內(nèi)板成形模具）部分特征沒有改動(dòng)的情況下可以免于檢測(cè)，這樣可以減少重復(fù)檢測(cè)，對(duì)于相同特征的檢測(cè)可以成功檢測(cè)一次，檢測(cè)報(bào)告對(duì)延伸產(chǎn)品一樣適用，保證質(zhì)量的同時(shí)縮短了檢測(cè)時(shí)間，也促進(jìn)了研發(fā)人員在設(shè)計(jì)過程中盡量采用成熟的方案，保證產(chǎn)品的可靠性，如圖4所示。

圖3 三維汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)和工藝流程的同步信息

圖4 延伸產(chǎn)品的檢測(cè)

4 實(shí)例

相似制造技術(shù)在福田風(fēng)景海獅項(xiàng)目6516車型上的應(yīng)用。6516車型是福田汽車開發(fā)的一款面包車的車型，在設(shè)計(jì)過程中，首先需要申請(qǐng)整車號(hào)，各個(gè)非標(biāo)零件和文檔申請(qǐng)時(shí)都需要和它相匹配，如圖5所示。

圖5 6516車型數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

零件的申請(qǐng)?zhí)枮檐囆吞?hào)-零件圖層號(hào)-名稱，通過數(shù)據(jù)庫(kù)檢索車型號(hào)可以直接找到該車型非標(biāo)件的數(shù)量和詳細(xì)部件，零件圖層號(hào)是通過部件所處位置和使用方式編制，名稱是具體零件名稱，都是通過PLM中設(shè)定的規(guī)范名稱直接選取，如車型里的“后保險(xiǎn)杠”不能填寫為“保險(xiǎn)杠”或其他名稱，因?yàn)槊Q不規(guī)范影響歸類，不利于數(shù)據(jù)庫(kù)的儲(chǔ)存和查詢。到模具層，在延續(xù)整車零件號(hào)的基礎(chǔ)上，加入模具加工信息，BJ6516-54000310-M-1/7-00是后保險(xiǎn)杠的加工需要經(jīng)過7道模具工序，該模具為第一道工序——成形模具，最底層為模具零件層，“A”為修改版本號(hào)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)軟件可以對(duì)不同的儲(chǔ)存信息進(jìn)行查詢，如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)庫(kù)的放置

數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)產(chǎn)品信息的存儲(chǔ)包括市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告、競(jìng)爭(zhēng)力分析報(bào)告、設(shè)計(jì)方案及論證、整車數(shù)字化模型、具體零件設(shè)計(jì)數(shù)模、對(duì)應(yīng)模具工藝分析報(bào)告、模具設(shè)計(jì)圖紙、物料明細(xì)表、模具零件加工工藝單、檢測(cè)記錄單以及標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)庫(kù)等等，包含圖紙UG和Auto CAD文件、文檔 OFFICE和PDF、圖片JPEG和BMP以及審批流程設(shè)定，如圖7、圖8所示。

圖7 數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)信息

模具制造周期最長(zhǎng)的階段是加工階段，減少加工過程中的制造工序，高水平的工藝制定將最有效的提高加工效率。資源庫(kù)管理提供了專用資源的數(shù)據(jù)信息維護(hù)（包括企業(yè)的各種工裝備、設(shè)備，也包括標(biāo)準(zhǔn)工藝術(shù)語等等）,允許用戶根據(jù)需要建立新的資源庫(kù)結(jié)構(gòu)，提供錄入的界面。這些信息作為工藝設(shè)計(jì)時(shí)的參考和統(tǒng)計(jì)匯總時(shí)的依據(jù)，如圖9、圖10所示后保險(xiǎn)杠成形模具加工用到的各設(shè)備占用工時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)工時(shí)、專用公式及通用公式也可在此窗口維護(hù)。

圖8 零件數(shù)模存儲(chǔ)

圖9 機(jī)床工時(shí)

圖10 模具的加工工序

5 總結(jié)

隨著改革開放和中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，作為素有“工業(yè)之母”稱號(hào)的模具行業(yè)迎來了跨越式發(fā)展，中國(guó)的模具行業(yè)在2000年左右進(jìn)入模具的鼎盛時(shí)期。模具是精密工具，形狀復(fù)雜，承受坯料的脹力，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、表面硬度、表面粗糙度和加工精度都有較高要求，模具生產(chǎn)的發(fā)展水平是機(jī)械制造水平的重要標(biāo)志之一。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇，越來越多的大型模具企業(yè)將重點(diǎn)放在提高自身標(biāo)準(zhǔn)，降低開發(fā)周期和最大限度的降低產(chǎn)品成本方面，其中對(duì)相似制造和協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用效果最為顯著，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)參數(shù)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化及同步性相結(jié)合，解決了模具作為非標(biāo)機(jī)械品種多、批量少帶來的成本問題，提升了企業(yè)在市場(chǎng)中的競(jìng)爭(zhēng)力。