【广州国际模具展览会】如何突破模具研制竞争力短板 国内企业应重视这四个方面工作

为响应及全力配合做好新型冠状病毒感染肺炎疫情防控工作，原定于2020年2月26至28日在中国进出口商品交易会展馆A区举办的广州国际模具展览会（Asiamold2020）将延期举行。新展期将另行通知，最新消息敬请关注公众号【asiamold_China】或官网：https://asiamold.gymf.com.cn。邀您关注今日新资讯：

       我国模具产业做大做强主要体现在规模和竞争力两大指标上，经过数十年的发展在规模上已是世界最大，下一步的发展目标是实现模具竞争力的行业引领。模具研制竞争力是指模具企业在质量、成本、交货期等指标上满足用户需求的能力。提升模具研制竞争力必须从业务的全流程入手，形成竞争力体系。根据我国模具行业的发展现状和企业的竞争力短板，应重点进行以下4个方面工作：产品工程优化、模具优化设计、模具精准制造、模具数据管理。

       1、产品工程优化

       塑料模的痛点之一是产品结构的变化导致模具方案实现的不确定性，影响模具的质量和交货期。因此，通过产品结构优化获得最优的产品，以满足模具工程要求是提升塑料模竞争力的重要路径。产品结构和形状复杂易造成注射缺陷预测不准确，导致模具成型效果不佳。简化塑件结构，不仅可减轻塑件质量，还可使模具结构更简单，生产效率和可靠性更高。

       产品设计是否合理不仅影响产品性能，还对模具研制、生产质量和成本有较大的影响，因此，产品工程优化能创造较大的经济效益。现阶段产品设计和塑料模产业的融合不够，造成制造成本损失，究其原因是产品设计与模具开发脱节，产品设计师缺少模具和成型生产方面的技术支持，而模具设计师无法参与产品的前端设计，也不了解产品结构对性能的影响，由此造成产品结构设计完成后，进入模具开发阶段后需不断修改，影响模具的交货期，也无法更改产品结构，造成模具结构的复杂化。

图1 产品工程优化体系

       产品工程优化不能仅凭产品设计人员的工程优化经验进行，而应通过搭建和开发产品工程优化的体系和工具进行，如图1所示。产品工程优化体系包括：①产品接口功能分析、特征标准化；②建立仿真体系，结合结构CAE、模流CAE等分析手段，通过二次开发形成专业化分析工具，开发材料、工艺、经验数据库，提升虚拟分析的准确度；③开发产品接口数据库，为模具工程深度开发构建搜索引擎。

       2、模具优化设计

       多数企业的模具结构设计长期依赖设计人员的经验，造成模具质量的参差不齐，制造过程更改频繁。因此，模具优化设计的重点是实现技术沉淀的集成，以技术标准、案例库、CAD零件库、二次开发工具库、模具模板库等设计平台形式支持工程师的设计工作。模具优化设计体系如图2所示。

图2 模具优化设计体系

       01

       技术标准是指模具研发和制造全流程所需的理论、流程、规范等企业标准，由标准化团队根据业务过程中的需求和实践经验，结合模具及相关领域的行业技术标准编制而成，在企业内部发布实施，各流程环节必须严格执行。技术标准是企业竞争力体系的基础，以简洁的文档形式编写，可以通过企业内部的标准化平台进行检索和查阅，快速便捷。技术标准不仅可以提升技术人员的理论知识和技术水平，而且能为技术数据库的开发提供支持。

       02

       案例库是将模具订单设计和制造过程中的难点、痛点进行描述，跟踪解决方案的制定、落实、结果，进行贯穿问题、原因、解决措施的总结，收录案例库的问题和方案将在今后的模具开发过程中得到借鉴。通过案例库实现的知识重用能避免产生较大的模具质量问题，降低企业承担较大损失的风险

       03

       CAD零件库是以企业标准件的技术标准为支撑，将标准化的模具零件或特征的3D参数化模型集成到设计软件的数据库平台，工程师可直接调用，提升模具设计效率。CAD零件库对于模具设计效率的提升具有划时代的意义，模具的全三维设计才得以在行业内广泛应用。

       04

       二次开发工具库由模具设计全流程节点的批处理提效工具组成，采用计算机程序语言，在工具软件开放的程序开发平台上开发，集成了模具设计的技术经验、路径、算法等要素，实现模具3D图形的自动化生成、模拟仿真、智能推理，最大程度地提升每个节点的效率和质量。

       05

       模具模板库是基于产品分类的模具结构3D模型数据库，包括以往订单中最优方案的模具图形、方案优化后的模具模型。采用模具模板库的设计模式可实现模具大部分零部件的直接调用，仅对有差异的局部进行修改。该模式对模具制造企业产生的效益特别明显，如大型家电、汽车模具企业，零件的形状相似度高，通过基于模具图形管理系统开发的数据库搜索引擎，查找对应产品的模具模板，实现模具设计图形的直接调用或借鉴。

       3、模具精准制造

       模具加工制造也是体现塑料模竞争力的重要环节，我国模具企业在这方面与欧、美、日等发达国家的模具企业存在一定差距，主要体现在制造过程的精度、效率控制。德国模具企业数控加工机床的年有效加工时间达到6000h以上，我国模具企业与其差距较大，主要是因为模具精准制造的体系不完善，难以满足模具整体的工期要求和制造的高精度。模具精准制造体系要从以工艺、数控程序、刀具、装夹、加工、检验测量、设备、布局8个维度进行优化，提升模具制造的竞争力。模具精准制造体系如图3所示。

图3 模具精准制造体系

       01

       工艺优化是对模具零件加工制造方法的改进和创新，通过制定工艺标准、规范形成技术沉淀，指导模具加工制造各节点精准高效生产，如自动化工艺的数控铣削加工替代非自动化工艺的电火花加工，电火花加工方法需要采用多工序组合完成。电火花加工流程包含电极原料制备、电极与夹具安装、电极加工、电极检测、电火花加工等工序，期间均需物流周转、人工操作等环节，造成加工效率低、质量风险管控难度大、制造成本高，而数控铣削加工直接采用刀具将型腔形状加工到位，模具制造成本大幅度降低。工艺优化的方法还包括工艺参数的标准化、高效加工工艺开发等。

       02

       数控程序优化的目的是提升加工设备的有效切削时间，数控程序快速生成，加工过程零缺陷，主要工作包括通过建立各种零件类型的刀路程序库，实现编程自动化；通过程序仿真模拟验证，确保程序的准确性和切削时长；通过二次开发编程辅助工具，提升程序编制效率等。

       03

       刀具优化的目的是通过刀具的管理和新型刀具的应用，提升刀具切削工艺的使用率，延长刀具切削寿命，控制加工过程的精度，主要工作包括标准刀具库和自动换刀的应用、高效切削刀具引入和刀具参数试切推广、刀具寄售零库存管理、刀具回收重磨等。

       04

       装夹优化的目的是缩短辅助装夹的时间，提升设备的产出工时，主要包括零件组合装夹、机外装夹、自动化装夹等夹具和工艺的开发与应用。其中，零件组合装夹能提高大型设备的利用率；机外装夹使顺序加工的零件装夹零等待，结合自动定位装置，实现快速取放件；自动化装夹利用机械手、旋转工作台等装置，实现设备不同加工零件的连续作业。

       05

       操作优化主要指设备操作、模具装配、抛光等以人工操作为主的技术优化。以设备操作为例，工作内容包括机床操作、工件取放、切削程序调入执行、加工过程监控和检测等，由于模具零件的加工是离散型单件制造过程，模具加工设备随着使用年限的增加，加工精度逐渐降低，但要保证零件的加工精度，就需要具备工匠精神的操作技工弥补。操作技工凭借对加工设备状态的了解、加工现场的监控、尺寸精度的检测等，实现人机合一，可提升加工制造精度约30%。

       06

       检验测量优化包括在机检测、自动化检测等方法。模具零件加工质量控制与加工过程的同步，可提前发现质量问题并及时整改，通过全流程节点的质量零差错，保证模具总体质量指标的达成。如在机检测零件加工后和取件的尺寸精度，确保零件成形一次合格，能避免后期因加工差错造成的返工损失。在机检测、自动化检测等技术在模具零件加工方面的研究和应用是提升加工竞争力的重要方向。

       07

       设备优化是指通过设备管理信息化、智能化改造等方法提升设备利用率，降低故障率。工作内容包括设备精度维护、设备联网监控、设备故障自诊断、自动化生产线等。“工欲善其事，必先利其器”，模具零件加工高精度的前提是设备的高精度，如设备精度维护通过建立精度监控、保养维护、加工负载设备分级管理等体系，控制设备精度对加工精度的影响。设备联网监控是通过机床数据联网的信息化方法监控设备生产状态和零件加工计划。设备故障自诊断是通过设备内部传感器的数据采集、数据分析、故障建模等方法实现故障预警。自动化生产线是通过自动化设备和加工设备的配套，提升加工设备的自动化水平。

       08

图4 模具工厂布局优化

       布局优化包括功能分区布局规划、最佳物流路线规划、区域定制标准化等，如图4所示。如功能分区布局要考虑塑料模的制造属于单件生产，宜采用功能分区模块化的布局方式，同时兼顾最佳物流路线的设计。加工功能分区布局原则应符合零件的加工工艺流程，包括加工准备、深孔钻、NC加工、电蚀、线切割等工艺功能区。模具装配宜采用单元化布局。

       4、模具数据管理

       模具企业科学的决策和管理本质上是数据的管理和分析。塑料模企业的数据管理经历了信息化管理发展阶段，本世纪初，随着我国模具行业产值的快速增长，大型模具重点骨干企业已感觉到管理的难度，率先构建企业的信息化管理系统，如PDM、ERP、MES等。经过近二十年的发展，企业信息化管理已经成为我国塑料模企业做大做强的重要方法。随着工业互联网和物联网的发展，模具数据管理不再局限于企业内部的信息化管理，而是向构建基于信息化和网络化、实现企业内部数据和生态资源数据互联互通体系的方向发展。在数据采集、传输、存储、算法分析、决策建议等环节进行网络化升级，实现模具数据管理的数字化决策。

       企业内部数据管理在原有信息化系统（PLM/ERP/MES）架构的基础上，升级为联全流程、联全要素、联网器，覆盖经营、工程、质量、生产的数据管理系统。数据采集、分析、决策等过程更多地采用物联、智能化技术，改变传统数据管理方式。生态资源数据管理主要是基于工业互联网平台和物联网技术，企业的各业务节点通过平台为企业开放的工业APP与客户和资源进行数据交换，实现各种信息互联互通，如图5所示。

图5 模具数据管理蓝图

       模具研制竞争力的引领是我国模具行业“做强”的标志，借助模具工业协会和全国模具标准化技术委员会等行业组织，打造推动模具企业提升竞争力的开放、创新、共享的行业交流平台，创造良好的行业环境。开展包括企业竞争力对标、产学研合作、产业生态圈建设等工作，引导我国模具企业找到与发达国家优秀模具企业之间的差距，共同探讨与研究，制定并实施竞争力提升的项目，通过模具重点骨干企业的示范作用，推动我国模具产业的整体发展。

文章来源：模具工业

作者：张磊

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