探求模具企业“软件时代”新知

青华香香

综观我国模具企业在应用CAD/CAE/CAM方面的发展过程，大致可分为三个阶段。第一阶段，8O年代制造模具得手段主要是依靠普通的机械加工设备，模具企业在CAD/CAE/CAM得应用方面几乎为零；第二阶段，90年代，CAD/CAM技术、数控加工技术及EDM加工技术逐步被推广应用，制造出模具已经不是问题，CAD/CAM技术及数控技术的应用水平成为了衡量模具技术水平的重要内容；第三阶段，21世纪网络技术、计算机应用等IT技术飞速发展在模具行业应用专业三维CAD设计、CAE分析和CAM加工软件进行一体化数字制造的优越性业已凸显。

模具企业的CAD/CAE/CAM技术

0 @/ |3 f, k# b! N& \0 g& q( e% j模具企业信息化的应用包括两个主要方面，即技术系统的信息化和管理系统的信息化。技术系统的信息化主要是模具CAD/CAE/CAM技术的应用，实现模具设计制造过程的信息化或数字化。

& ^, H3 q8 @8 R在过去很长一段时间内，大多数的CAD/CAM系统都是面向机械行业的通用型系统。对于模具企业而言，这些系统的专业性不够强，设计制造的效率还不够高。为迎合模具行业的需求，国际软件厂商纷纷针对各类模具的特点，推出了功能完善、操作方便的专用CAD/CAM系统。
; A: G. Q6 P3 f( [: D: {6 f如SIEMENS ugS公司，针对多工位级进模和注塑模分别推出了多工位级进模向导CAD系统和注塑模向导CAD系统。两系统均无缝集成于该公司的三维机械CAD/CAM系统NX中，为用户提供了级进模和注塑模的设计环境与工具，封装了模具设计专家的知识，提供了丰富的模架库和模具零件库。又如以色列的Cimatron公司推出的Quick系列产品，可在统一的环境下使用统一的数据生成三维实体模型，完成产品设计，在此基础上自动分类，生成凸、凹模，并完成模具的结构设计，进而对凸、凹模进行自动数控加工编程。

/ B$ a3 U, E7 T/ m% O& I7 l/ |' b近年来，面对模具行业对CAD/CAE/CAM技术的强劲需求，国内不少研究单位和公司都开发了面向模具企业的CAD/CAE/CAM系统集成系统，达到了较高的实用水平。

4 q/ H* ^- Y. `华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室在塑料注射成型、板料成形和铸造成型过程的计算机仿真技术方面取得了重要成果，研究开发出了具有自主知识产权的CAE软件系统，包括华塑CAE系统、华铸CAE系统和用于板料冲压成形的FASTAMP系统。
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此外，还开发了汽车覆盖件模具CAD系统、多工位级进模CAD系统和注塑模CAD系统。这些系统己在东风汽车、青岛海尔、科龙、康佳、圣都等百余家公司应用，取得了良好的效益，获得了国家科技进步二等奖。
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4 J! H! V# ^6 m: y. @  c: t上海交通大学国家模具CAD工程研究中心在数字化制造、系统集成、反向工程、快速原型等方面已形成了全方位解决方案的能力，能够提供模具开发与工程服务的业务。该中心与瑞士Finetool公司合作，开发了精冲模工艺设计KBE(基于知识的工程)系统，青岛海尔模具公司合作开发了注塑模模架选择K B E系统，还与日本山中合金株式会社合作开发了冷锻模设计KBE系统。
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北航海尔软件有限公司推出的CAXA品牌系列CAD/CAE/CAM软件也能够为用户提供有关模具工程的全方位解决方案。合肥工业大学开发了基于AUTOCAD与MDT的三维参数化注射模系统IPMCAD。

模具的设计制造是一个由产品模型到生产工艺装备的逆向过程，一副模具制造完毕后往往还需要经过多次的试模过程，才能符合成形工艺的需要，达到产品的尺寸和质量要求。试模、修模的次数直接影响模具的生产成本和生产周期、如何及早发现设计方案的不合理处、减少试模的次数、以满足市场对模具质量和交货期日益苛刻的要求，成为了一个非常突出的问题。

数字模拟CAE技术的出现，为解决这一问题提供了有力的技术支持。通过减少实际的试模次数，将会大大缩短模具的交货期。在模具设计过程中加强前期的分析仿真，将会提高成形工艺和模具结构设计的水平，减少试模的工作量，降低模具制造成本，缩短模具新产品的设计制造周期。

* x, O% |( ^( K8 U目前在国内模具行业应用较多的世界著名CAE软件有moldflow，DYNAFORM，PAM—STAMP，AUTOFORM，ANSYS和DEFORM等。可喜的是近年来国产CAE软件已经开始在越来越多的模具企业得到应用，并且有些国产CAE软件已与国外软件的水平相当。

! x  K0 q& e4 k6 z/ k0 ~! G例如，华塑CAE软件已成为了国内注塑成型模拟分析的知名品牌软件，其国内用户己逾百家。2006年，在浙江台州黄岩地区一次便售出近2O套，其应用效果获得好评，产生了较广泛的影响。2002年度该软件被评为中国机械工业五项重大科技进展发布项目之一。

; s  x$ o0 W( d. q郑州大学橡塑模国家工程研究开发中心近年来承担了多项国家攻关、国家自然科学基金等重大项目，在塑料成型过程模拟理论研究和系统开发方面取得了重要成果，建立了注塑成型CAE系统，并获得成功应用，获得了国家科技进步二等奖。
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湖南大学通过对板料冲压成形工艺和模具设计理论、计算方法和模拟关键技术的长期研究，建立了一套具有自主知识产权的CAE系统，该项成果已在湖南大学汽车技术研究与开发中心、上汽五菱汽车股份有限公司等单位应用，建立起应用示范点。

吉林大学开发了板材冲压成形分析软件KMAS，在此基础上吉林金网格模具工程研究中心所建立了冲压模具CAD/CAE/CAM－体化系统。华中科技大学研发了基于逆算法的面向模具设计人员的快速板材成形分析软件FASTAMP，并在生产实际中获得应用。
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我国模具行业现已广泛地采用了CAD/CAM技术，在应用中取得了显著效益。目前，较有规模的模具企业都已采用了CAD/CAM技术，在模具设计中甩掉了图板，采用CAM技术加工复杂模具型面。经济实力较强的模具企业己开始应用高速加工机床加工模具。国内采用CAD/CAM技术较早，应用水平较高的单位不少，如一汽、东风、成飞、天汽、海尔等企业。
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模具企业“软件时代”的典型案例

& B8 i3 u: P! D) t8 I信息化和数字化是“十一·五”期间模具行业发展的重要内容。近年来，模具行业涌现出一大批在不同层次上成功应用信息化技术的企业，其中有不少企业成为所在省市的制造业信息化的应用示范单位，取得了显著的应用成效，大大提升了企业的核心竞争力，推进了模具行业的技术进步。以下列出了部分模具企业信息化的案例，其做法和经验值得借鉴。

5 J% t4 Z6 o( X/ u- G青岛海尔模具公司
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/ M0 K1 U) |5 Q. |' `青岛海尔模具有限公司建立了C3P(CAD/CAM/CAE/PDM)应用与开发中心，应用PR0/E，UG，CIMATRON，C—M0LD等CAD／CAM／CAE软件，实现了模具开发的全网络三维设计，被国家科技部授予“全国CAD／CIMS应用示范企业”的称号。

+ ^& t" i* q* U9 C$ }) d) S在技术创新方面，实现了三维化、零件化的模具设计，不但提高了模具设计的质量，也为模具组装式规模生产提供了条件。同时，该公司利用CAE技术模拟塑料件的成型过程，实现了模具缺陷预测，从而优化了模具设计、提高了注塑模具的设计可靠性。而且通过应用CAE技术，大大减少了试模次数，缩短了模具的开发周期，将产品开发的一次成功率提高到95％以上，模具生产的预算准确性达到90％以上。
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在数控加工方面，建立了数控加工标准化数据库平台和加工专家系统，通过对加工用控制程序、加工工艺、技术装备的集中统一配送，实现网上统一控制、EDM、W/C加工，提高了设备的有效利用率，减少了操作人员。

5 b2 |" S+ u( U. |; c  ]另外，在模具的三维化、零件化设计的基础上，该公司充分利用网络技术构建了以设计信息平台为载体、计算机网络支持的协同工作环境，全面发挥了并行工程的优势，实现了基于网络技术的并行模具零件化设计。先后成功地完成了G5彩电、美高美三代和四代产品、双动力洗衣机、空调柜机和DMO汽车等产品的模具开发，大大缩短了模具的制造周期，提高了产品的竞争力。模具制造周期缩短了30％，大型家电整机模具开发可在75天内完成，大型汽车仪表板等大型模具的开发周期缩短至95天。
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