缩短汽车模具交货周期

　　影响交货周期的因素

　　从大的方面来看，汽车模具的开发、制造主要包括：模具开发项目的签订过程、模具技术开发过程、模具制造开发过程、模具开发项目的交付过程。其中，前3个过程是影响模具交付周期的主要因素。

　　在模具开发项目的签订过程中，要进行技术交流、产品功能的识别和产品工艺性的评审。如果对用户所提供的不合理的产品设计或不好的产品工艺性把握不住，就会给今后的设计、制造带来很大的麻烦。

　　模具技术开发过程包括：车身产品的冲压工艺设计、D/L图数模的设计与细化、数控加工CAM的编程、实型FMC的加工制作等。在该过程中，并行工程是加快项目进展的最好方法。将各个小环节合理安排好，让它们更有效的重叠、交叉，将有利于缩短模具制造周期。例如：在D/L图设计框架规划完成后，在详细设计的同时，既开始拉延模的模具结构设计，后续模具也可根据情况同步设计；在设计D/L图的同时，CAM编程人员就开始进行产品数模的整理；结构设计总图评审后，详细设计的同时，即下铸造实型图，进行FMC的制作，同时交叉进行FMC型面的编程；在FMC的制作过程中，细化模具结构设计，并把实型评审的结果完善到结构设计中；加工工艺与各工序数模的整理同步进行；加工工艺和采购清单及时在网上发布，与铸件周期形成客观自然的并行工程。最重要的一项并行工程是，在技术开发阶段，就能预测模具加工和调试中可能出现的问题，并采取有效措施，加以预防。

　　模具制造开发过程包括3个方面：

　　● 制造技术。衡量制造水平的一个重要因素是加工精度和效率，它们可以反映出数控设备是否发挥出最大效能。精度差或者说精度保证能力差，自然也就没有了效率，成本也无法控制。

　　● 生产计划的管理。在铸件毛坯回厂后的一次加工、二次加工、装配、合模、调试的整个过程中，有很多小循环的并行工程。如果合理安排好计划，可在很大程度上减少加工等待时间。

　　● 模具的调试。模具调试技术一般涉及以下问题：如何调试？怎样分析调试中出现的问题？如何制定有效的方案加以解决？在这些问题中，特别要分析清楚各工序之间的衔接关系，以便一次调整到位，减少反复调试的次数。有效解决模具调试环节中的这些问题，对缩短模具的交付周期影响极大。

　　汽车模具的制造过程复杂，涉及面广、工序多，如：分析冲压工艺、设计DL图、CAE分析、模具结构设计、编制NC加工程序、FMC模型制造、铸件浇注、机加工模具、初组装、型面数控加工、检测、装配、调试等。这些环节有些是交叉、并行的，有些是串行的。

　　影响模具交货周期的因素很多。从目前情况看，主要有以下几点：一是接到订单时，客户提供的制造依据的可靠性；二是设计的合理性和周期；三是铸件的品质与提供周期；四是加工设备与加工方式；五是模具的装配过程；六是模具的调试周期。

　　汽车模具的开发和制造的过程主要包括：冲压工艺设计（最关键的是冲压成形性研究）、模具结构设计、铸件准备（包括模型制造和铸造）、模具机加工（主要采用数控加工）、模具装配和模具调试。

　　在此过程中，影响模具交货周期的主要因素，从重要度排列应该是：冲压工艺设计、模具结构设计、模具调试。

　　中国汽车工业的发展使国产汽车的自主开发成为必然。目前，我国的汽车工业是以大型国有企业和合资企业为主导地位的。国有企业长期采取计划经济的生产模式，重生产轻开发；合资企业对新车型采取拿来主义，外资长期不支持、不鼓励自主开发。在外资的眼里，这些企业只是一个生产工厂，根本就不是一个完整的汽车公司。因此，这些主导中国汽车生产的企业，其开发机制严重不健全，开发能力的发展远落后于制造能力的发展。而国内其他汽车企业的规模普遍偏小，开发能力较弱，开发工作还处于起步阶段。

　　汽车开发包括车型开发和车身开发。目前，国内的新车型除引进以外，所谓的开发几乎都是仿制。车身开发也是以主体仿制加局部改型为主。局部的改型往往是造成工艺性变 差、设计变更过多的主要原因。

　　汽车模具开发其实就是汽车车身开发的一部分，对于汽车模具企业来说，它同时又是一个产品。因此，汽车模具生产就具有了研制与生产的两重性。

　　一般，汽车模具的生产流程为：

　　设计过程 模具订单→车身设计数模→冲压工艺分析→模具结构设计

　　制造过程 实型制造→铸件→数控编程→机械加工→模具装配

　　协调过程 模具调试→装车协调→模具验收

　　汽车模具的订单与单件生产方式，决定了其生产过程与其他产品相比，具有很大的不同：

　　● 订单内容的不确定；

　　● 设计是生产的一部分；

　　● 协作生产对模具制造的影响很大；

　　● 模具调整是模具生产的关键环节；

　　● 车身的开发、协调对模具最终完成影响很大。

　　因此，影响模具企业交货周期的因素，不外乎来自于用户、企业、供货三个方面。在车身设计与模具制造并行开发的过程中，用户对产品的变更往往是影响汽车模具交货周期的关键因素；当用户对交货周期的要求过短或市场非常火暴时，铸件与标准件的采购就成为影响模具交货周期的主因；模具企业自身的管理、技术水平，特别是管理水平，任何时候都是决定模具交货周期的决定因素。当然，作为一种研制，汽车模具生产本身就具有很高的风险性，它不可能像批量定型的产品那样，能保证生产周期的万无一失。目前，即使是国际上最先进的汽车模具制造企业，模具交货拖期的几率也很高。

　　参与车身开发过程

　　不合理的产品设计或不好的产品工艺性，会给模具制造企业带来很大的麻烦。因此，我们特别注重模具开发项目的签订过程。

　　该过程包括对项目产品功能的识别、重要性的认识以及产品工艺性分析。在此过程中，要真正弄清用户的需求，并转化成规范，贯彻到模具技术的开发中。这个过程实施的好坏，将影响冲压工艺方案的制定以及冲压件产品特性的确定，如搭接匹配面、车身的外观棱线、整车装配总成焊接时的定位面、支撑面、定位孔等。另外，还可以简化模具的结构，提高冲压生产的可操作性，方便今后模具的维修。因此，与用户进行充分的工艺性分析，是保证模具交货周期、质量、性能的基础。

　　目前，这个问题确实存在。在接到客户订单时，客户提供的制造依据常常缺乏可靠性，导致模具设计、制造周期过长。如：数学模型或多或少的存在型面光顺性差、圆角没做到位以及数据转换过程中丢失部分数据等情况，同时，冲压工艺性差的问题也时有发生。

　　为了尽可能避免上述问题给模具设计、制造过程带来不必要的麻烦，我们通常是在接到订单时仔细审查，及早发现问题，及时通知客户进行更改，避免把这些问题带到模具制造阶段，特别是带到调试阶段去解决。

　　要真正从源头上解决这些问题，必须抓好两个环节：一是在车身设计阶段，帮助车身设计部门做好覆盖件的CAE分析；二是汽车试制采用模具化的方式，即通过试制模具，验证覆盖件的完善程度、冲压工艺性以及车身设计的合理性。目前，CAE技术日趋成熟。通过仿真模拟，事先能发现并解决很多问题，提高了模具调试的合格率。但是这种虚拟现实技术不能替代试制模具所起的作用。

　　模具用户提供的不合理的产品设计，往往会给模具制造厂家带来很大的影响，不仅影响模具的交货周期，还会大大增加模具的制造成本。

　　从目前国内汽车厂的现状看，直接从国外引进的车型，其产品设计的合理性明显好于国内自主开发的产品设计。总体来说，国内的车型开发还处于起步阶段。作为汽车模具的生产企业，有责任与汽车厂共同努力，缩短新车型的开发周期。因此，模具生产企业应与汽车厂紧密配合，在新车型的概念设计和工程设计阶段，就派遣有经验的冲压工程师参与新车型的开发，以便对冲压工艺的可行性进行早期分析，减少由于产品设计的不合理而带来的风险。在进行冲压工艺的可行性分析中，应采用数值仿真技术，以快速、正确地得到分析结果。

　　通常，汽车厂在新车型的设计和试制阶段需要高度保密，一般不愿意让外界介入。为此，模具生产企业必须为汽车厂保密。在可能的情况下，汽车厂也可培养自己的冲压工艺工程师，以解决保密问题。但我认为，汽车厂，尤其是新兴的汽车厂，要在短期内培养一支高素质的冲压工艺师队伍并非易事，而仅有1～2个专家只能起应急的作用。因此，成立独立的车身冲压技术公司不失为一种较好的解决办法。这类公司可为多家汽车厂或汽车设计公司服务，不仅可以解决保密问题，同时，由于此类公司可高频率地接触各种车型，又能快速提高车身冲压技术的水平。

　　实际中，汽车模具用户所提供的不合理的产品设计以及不好的产品工艺性，都会给模具企业带来大量的徒劳工作。一方面,用户和模具企业都应该认识到,这是汽车开发过程中不可少有的现象，尤其是在中国的汽车开发起步阶段，这种现象更是不可避免的；另一方面，模具企业也应该从技术和管理上采取相应的对策予以解决。

　　在管理上，国外汽车模具企业在汽车开发过程、车身设计的继承性和生产工艺的优先考虑等方面的成功经验对我们是很好的借鉴。针对目前国内汽车厂家的开发能力，汽车模具企业应该向售前和售后服务两个方面延伸，积极参与车身开发过程，提供产品冲压工艺方面的参考意见，尽可能地避免设计中的先天缺陷。同时，参与或负责车身的协调工作，对模具和装焊的协调提出意见，因为模具制造厂家的经验往往比车身生产厂家的经验更适用于车身协调。

　　在技术上，应全面采用CAE/CAD技术，开展以3C技术为支撑的并行工程，以快速可编辑设计技术来应对车身设计的多变性。对经常需要修改的模具部分，在结构上采用可修改结构，如刃口采用预加垫侧固定方式等。

　　注重培训 强化学习

　　从目前行业发展的状况看，高水平、高技能的人才是十分匮乏的。人的经验问题是影响模具开发、制造水平的关键问题，而这种经验的积累，需要在大量的实践中，通过用心观察、分析和总结才能得到。在人才缺乏的情况下，我们主要采取这样几个措施：

　　1、 重视车身产品冲压工艺的设计。每个产品的冲压工艺方案，都是由最有经验的人来制定、面授、指导和把关，经集体评审后批准执行。可以说，这个过程也是一个重要的培训过程。

　　2、 加强同行间的交流和学习，以开拓眼界，取长补短，即达到培训学习的目的，又了解行业发展的动向。

　　3、 加强结构设计的管理。在结构设计中，注重在设计过程中解决疑难问题，强化集体评审过程，这对年青人是最有效的培训。

　　4、注重模具调试过程。设计人员参与模具调试，并与调试人员共同制定调试方法、分析存在的问题，指导调试人员解决问题。

　　● 抓培训。

　　● 压担子。让年轻的模具设计人员在关键技术岗位上边干边学习，迅速提高业务能力；

　　● 建立知识库。通过知识的共享，使缺乏设计经验的人员也能设计出准专家水平的模具、编制出比较合理的工艺流程及数控程序。

　　人的经验问题的确是影响模具开发、制造的关键问题。随着我国汽车工业的高速发展，模具制造厂积累经验的过程也在缩短。我认为，如果模具企业拥有一套有效的冲压工艺、模具设计以及模具制造标准，则能大大减少对经验的依赖。这些标准应该是经验和技术的结合，同时还需不断地被完善和更新。

　　从目前的情况来看，模具企业应尽可能地消化好汽车厂的标准。南京模具公司在这方面的经验是：在自己的标准基础上，坚持消化并吸收汽车厂和先进模具厂的标准，尤其是消化发达国家汽车厂和模具厂的标准。当然，拥有一支高素质且稳定的技术人才队伍则是重要的基础。

　　CAE技术是汽车模具设计的最好手段

　　目前，汽车模具企业大量采用线切割、激光切割、CAD/CAE/CAM/CAPP等多种数字化技术手段，已完全从依靠主模型为加工依据的传统加工方式，转变为以数字化模型为加工依据的现代汽车模具加工方式，大大提高了模具的加工精度和效率。但同数控加工设备所能达到的最高精度水平相比，模具的加工精度并不理想，设备的水平没有得到真正的发挥。这有两方面的原因：一是设计技术的原因。目前，对于冲压产品的开裂、起皱等问题，利用人的经验和CAE板料模拟分析，通过多次模拟并对模拟结果进行解析、修正、完善，可以在计算机上实现模具调试。但对于修边后的变形、翻边后的回弹以及纵梁的扭曲、翘曲等缺陷，目前还无法实现计算机数字化模拟调试。要解决这类问题，需要CAE软件的进一步发展以及有经验的冲压工艺人员做深入的研究。另一方面是制造技术的原因。数控机床每年校准两次，加工精度和加工基准一致性是没有问题的。但依据同一数字化模型进行加工，加工后的上模定心冲头与下模凹模存在间隙偏差，上、下模合模以及刃口间隙也有偏差；另外，斜面冲孔，凹模镶入式沉孔由五轴数控铣加工出来，检验夹具也采用同样的加工依据加工，但冲压后的零件孔位有时上检具检查就是有偏差。采用统一的加工依据，设备的精度也没有问题，加工工艺流程又多次规范，但问题仍不断出现。所以说，在对加工参数的优化、各工序基准传递的把握以及每次上工件的找正方面，存在很大的提升空间。如何让数字化加工后的模具，经得起数字化检查？如何让数字化加工设备发挥出最高效能？这些是今后汽车模具制造技术研究的重要课题。

　　首先提高冲压工艺分析能力，通过3D DL图设计的三维冲压工艺模型可直接用于有限元分析（CAE）和编程，为模具结构的三维实体设计提供了工作型面曲面造型依据，为检查用的C/P点、S面等提供了坐标尺寸，由此实现了CAD/CAM/CAE一体化。值得一提的是，我们利用有限元分析技术在设计阶段预测和解决模具调试阶段可能出现的诸如起皱、拉裂、回弹、暗坑、冲击线、滚线等缺陷，使模具调试成功率显著提高。

　　其次，采用模具结构三维实体设计，进行FMC模型的整体加工，极大地缩短了铸件准备周期。为了进一步做好FMC模型的整体加工，我们订购了一台高速模型数控铣床。

　　第三，实现模具型面粗、精加工的高速化，缩短了加工周期。

　　第四，由于采用了精细加工工艺，显著地提高了一次调试合格率，极大地缩短了调试周期。

　　目前，在CAE分析方面，还存在回弹不好解决的问题。此外，CAE技术除了被用于成形模拟以外，在其它方面的应用较少。

　　汽车模具制造的最大风险来自于：制件工艺的变更和冲压工艺的失效。

　　CAE技术是目前解决这些问题的最好的技术手段。CAE技术可以实现快速工艺设计。同时，还可以数学模拟代替模具试模工作，最大程度地降低风险。例如：利用CAE软件作制件的冲压工艺快速设计，一般不超过2～3天。通过CAE分析的设计方案，可以保证冲压试模工作的成功率在85%～90%以上。

　　针对缩短汽车模具交货周期而采用的快速设计CAD技术，是另一项关键技术。现在大部分模具企业都已应用了CAD技术，但一般都只是应用通用软件进行设计。快速设计技术是在现有CAD 技术基础上发展起来的一项新技术。例如：专用模具设计软件、模板化设计、自动、半自动设计软件等。不管是哪种快速设计软件，都可以大大缩短设计周期，把以周为单位的设计周期变成以天和小时计算。

　　对汽车模具制造来说，一般要经过设计、制造、调试三个主要阶段。其中占用时间最长的是设计和调试两个环节。采用CAD快速设计技术，可以缩短设计周期40%～60%；通过CAE技术可以缩短调试周期30%～50%。更重要的是，对汽车模具设计和制造的把握性的提高，其意义则超过了缩短周期本身。

　　现代化的生产管理方式很重要

　　对于汽车模具制造这种单件订单式生产方式而言，能提高生产效率的有效管理方法主要包括以下三个方面：一是企业的信息化建设；二是模具设计、制造过程中的并行工程；三是模具制造过程中的“一个流”生产。

　　在企业的信息化建设方面，近几年，企业的CAD/CAM技术有了很大的提高。但在汽车模具制造这种单件订单式生产方式中，模具技术开发中的数据管理问题、设计过程中的标准化建立和重复应用问题、加工工艺的优化和重复应用问题、生产制造过程中信息传递问题、生产计划均衡性问题等，都制约了企业生产效率的提高。为了解决这些问题，2002年我们实施了PDM/CAPP/ERP工程。通过实施CAD/CAM/PDM/CAPP/ERP，依靠并行工程的思想，将全厂的信息资源集成起来，建立了一套信息化的管理系统。相信随着试运行的完善，这套管理系统对生产效率的提高将具有极大的促进作用。

　　在并行工程方面，虽然目前很多企业对其有了一定认识，但对各环节的把握程度、计划制定的科学性、合理性、均衡性、以及实际运行中的现场监测等，不能根据不同的情况进行调整，管理工作不到位，使并行工程的实施效果不好。

　　模具制造过程中的“一个流”生产是模具行业发展的一个趋势。它需要对生产加工工艺进行优化，形成标准化作业，根据优化的加工工艺进行加工设备资源的规划，使之匹配，充分利用企业信息化系统的生产信息，按优化的加工生产工艺流，合理进行人力资源分工。最终，减少各环节工人的等待时间，实现“一个流”生产的作业方式，提高模具的生产效率。“一个流”生产，说起来简单，做起来不易，它需要打破以往传统的生产组织方式。

　　快速经济模具的应用

　　快速经济模具的类型很多。就型面材料来分类，曾经出现过低熔点合金型面、中熔点合金型面、树脂型面模具。我们公司在20世纪90年代末，曾将树脂型面冲压模具技术应用于红旗“世纪星”轿车的试制，开发了左右前后翼子板、发动机罩内外板、行李箱盖内外板等10个主要外覆盖件的模具，并用其生产出冲压件，组装了6辆高质量的样车以及1辆简易匹配螺钉车。其中的3辆接受了海南40000Km的可靠性试验，1辆接受了MTS实验，不仅验证了整车设计的合理性，也验证并改善了覆盖件产品的工艺性，完善了冲压工艺，为汽车定型和大批量生产提供了可靠的依据。此后，我们还利用树脂型面模具技术制造了大客车蒙皮件模具。通过应用树脂型面模具技术，大大缩短了模具制造周期，而且成本低、精度高，不仅可用于汽车的试制阶段，还可用于汽车的小批量生产上。

　　值得我们关注的是，90年代开始出现的RP技术，最初是用来制造原型的，现在已发展到通过金属粉末直接烧结或熔射沉积直接制造模具的研究阶段。我们很有必要跟踪这类技术的发展情况。如果这类技术走向实用化阶段，那么，很多用于小批量生产的冷冲模具的制造就可不必再采用传统的制造工艺了。迅速发展的RP技术将对传统的模具制造技术产生深远的影响。或许，受RP技术理念的影响，大批量生产的传统模具的结构及其制造工艺将发生重大变化。

　　过去，国外汽车模具公司在新车型的开发过程中，普遍将快速模具制造技术用于样车制造和小批量生产中，并对新车制件的工艺性进行验证，以缩短开发周期并降低模具制造风险。

　　现在，这种方式基本上已被淘汰。其主要原因是：

　　● 汽车产品的生命周期在大大缩短，基本取消了小批量生产这一生产模式；

　　● 随着人的经验积累和CAE技术的发展，新产品模具制造的风险已经大大降低，再采用快速模具做工艺验证显得多此一举；

　　● CAD技术的应用以及车身设计和模具制造中大量采用并行工程，使汽车模具的制造周期大大缩短，所谓的快速模具技术并不比正常模具快多少；

　　● 目前快速模具制造成本太高。作为一次性使用的模具，从经济上考虑是不合算的。

　　快速模具一般只用来做拉延成型模。对于拉延成型模而言，即使是制造正式的模具，其生产周期也很短，唯一制约生产周期的是铸件的交货周期；快速模具通常采用塑料或低熔点合金做基体，大部分还需要数控加工，其成本和正式模具相差不多。

　　快速模具现在已不是解决车身开发周期的好办法。当然，如果有现成的技术不妨也可以用，但发展这项技术是受累不讨好。

　　总之，只有通过提高CAE/CAD/CAM技术、采用适合于单件生产方式的管理技术，才能大大缩短汽车模具的开发、制造周期。由于模具生产本身就是车身开发的一部分，所以开发周期的合理性非常重要。将车身开发拖期的原因都归结为汽车模具设计、制造能力的不足，这是不客观的，也无助于问题的解决。

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