IT技术在模具行业的发展现状与趋势

　　各种信息资源，包括市场信息、企业运营信息、产品设计加工信息等，正日益成为企业的战略资源。如果能将各种IT技术合理地运用到模具企业上，我国模具企业在管理水平和企业的运营效率方面必将获得极大的提高。

　　模具工业在欧美等工业发达国家被称之为点铁成金的“磁力工业。”在日本，模具工业被称为“进入富裕社会的原动力”，其模具产业年产值达13000亿元，远超过日本机床总产值的9000亿日元。在德国，模具工业被当作加工工业的“帝王”，而欧盟的一些国家称“模具就是黄金”。

　　目前，我国的模具制造企业约有20000家，并每年以10%-15%的速度高速增长，2002年的模具产值已达40亿美元。我国生产的模具有些已接近或达到国际水平，但无论是在设计水平、加工设备、运作模式、质量控制、市场开拓还是在人员素质、技术创新方面，与工业发达国家还有很大差距。我国模具工业除了需要提高精密、高效、自动化程度高的数控机床的应用比例外，更应在产品设计、企业决策、市场拓展和内部管理等方面探索新的生产和管理模式。

　　模具CAD/CAM/CAE

　　20世纪60年代中后期以后，欧美的一些大公司开始重视并投入到CAD/CAM技术的研究和开发中，极大地推动了CAD/CAM技术的发展。随着模具工业的飞速发展，CAD/CAM技术逐渐被引入模具工业，并日益受到企业的重视。日立、日电等公司早在20世纪70年代中期，就成功地将CAD技术应用于冲压模具的设计和制造，使设计时间缩短了1/2以上。大多数优秀的CAD/CAM系统都是面向机械行业的通用型系统，国际厂商纷纷投入人力和物力，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。例如美国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设计向导CAD系统（Progressive Die Wizard）和注塑模设计向导CAD系统（Mold Wizard）。两系统均无缝地集成于该公司的三维机械CAD/CAM系统UG中，为用户提供了级进模和注塑模设计环境与工具，封装了模具设计的专家知识，提供了丰富的标准化的模架库、零件库和镶件库。

　　华中科技大学最先开始了冲压工艺设计专家系统的研究，于1986年完成了冲裁模CAD/CAM系统HPC的开发。该系统注重于人机交互界面的设计，可完成落料与冲孔的单冲模、复合模和级进模的设计。上海交通大学模具CAD国家工程研究中心与瑞士Feintool公司合作开发了精冲模工艺设计KBE （Knowledge-Based Engineering，基于知识的工程）系统，并与青岛海尔模具公司合作开发了注塑模模架选择KBE系统，与日本山中合金株式会社合作开发了冷锻模设计KBE系统等。

　　CAE软件诞生于20世纪70年代初，主要是以有限元法、有限差分法、有限体积和无网格法为基础开发的。CAE软件分为通用前后置处理、 通用有限元求解软件和行业专用软件。目前常见的前后置处理软件有EDS公司的PEMAP、MSC公司的Patran和Altair 公司的HyperMesh,这些软件在美国汽车厂商中都有广泛应用。通用有限元求解软件有ABAQUS、ANSYS、Cosmos、MSC/MARC、MSC/NASTRAN等。行业专用有限元软件受其应用领域限制只在各自行业内得到应用，板材成形行业的AUTOFORMT 和DYNAFORM软件，如铸造行业的MAGMA软件，机械动力仿真领域的M S C/ADAMS软件等。目前，CAE软件正朝着多物理场的方向发展。

　　华中科技术大学模具技术国家重点实验经过10余年的努国力，开发出了独具特色的、具有国际先进水平的三维注塑成型仿真系统HSCAE3D。该系统能直接在三维实体模型上划分网络，显示三维分析结果，并把知识工程技术引入系统的开发中，利用人工智能所具有的思维和推理能力，代替用户完成大量工艺参数、制品几何参数、分析结果数据场等信息的分析和处理。目前，该系统已成为具有知名度的商品化软件产品，在青岛海尔模具有限公司、科龙电器有限公司等一批著名企业中取得了成功应用的经验。湖南大学经过对薄板冲压工艺与模个的设计理论、计算方法和关键技术深入和系统的研究，创建了一套从基础理论与方法到CAE冲压分析、冲压工艺的实验研究，再到冲压工艺设计和模具设计制造的具有自主知识产权的系统技术装备。该项目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企业建立起应用示范点。吉林大学开发了板材冲压成形性分析软件KMAS。华中科技大学模具术国家重点实验室开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,并在生产实际中应用。

　　目前我国大部分模具企业应用CAD/CAM技术还局限于二维绘图，三维设计的应用尚处在开始阶段，数控加工在模具制造中所占比例仍然较低，与国外先进水平相比，还有相当大的差距。

　　CAE 在我国模具行业的应用还刚刚起步，只是在经济实力相当雄厚的企业，例如一汽、东风、海尔等单位，才购买了少量的商品化软件，开始尝试应用。

　　产品信息的集成管理平台PDM

　　随着CAD/CAM/CAE软件及其他应用软件的普及应用，计算机产生的各种类型、格式各异的数据资料，如市场分析报告、产品设计信息、加工图纸、零件加工工艺、数控加工程序清单、仿真测试结果分析等迅速增加。如何有效管理和运用这些数据资料成为了企业面临的一大难题。20世纪80年代初，提出PDM（产品数据管理）技术就是为了解决电子信息资源的管理问题。进入20世纪90年代，计算机网络大规划普及、数据技术飞速发展，以及C/S模式（客户服务器模式）和B/S模式（浏览器服务器模式）的广泛应用，使得PDM技术有了很大发展，所涉及的范围也逐步由过去单一的计算机信息管理扩展到管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术。标准数据交换格式（如STEP）和中间件技术（如CORBA）的应用，使得PDM系统具有很好的兼容性和开放性，能透明地跨越各种异构的系统，识别不同格式的文件。因此，PDM系统作为一个信息的沟通平台，可对企业各种产品的相关数据和过程进行集成管理，并在产品开发的整个过程中协助管理者对开发过程进行有效的控制和管理。与此同时，设计人员在产品生命周期内的各个环节和产品过程相关的各个地方均能及时、准确地获取产品的相关信息，并对产品数据进行一定权限范围内的操作。这种产品数据的高度集成和共享，使得新产品的开发时间和成本在为缩减。据国外资料统计，实施PDM至少能降低工程成本10%，可缩短产品生命周期20%，减少工程变更控制时间30%，减少工程变更数量40%。

　　目前，国外的公司已开发出一些产品功能齐全、开放性好、思想新颖、技术先进的PDM产品，如UGS公司的IMAN，IBM 公司的Product Manager，SDRC公司的Metaphase，PTC公司的Windchill等。这些产品在波音、IBM、福特汽车、通用汽车等公司得到推广应用，并取得了成功。国内的一些企业，如春兰、海尔、长虹和康佳等采用IMAN系统，西安飞机设计所采用IBM的PM系统，也取得了一定的成功。与此同时，国内的软件厂商也纷纷推出了自己的PDM产品，如武汉天喻公司的IntePDM，武汉开目技术集成公司的KMPDM，清华同方软件公司的TFPDMS等，国产的PDM系统，无论是在功能上、技术上、思想上还是稳定性方面与国外的产品都有较大的差距，但在价格上和定制程度方面有一定优势，因此在国内的一些企业中也得到应用。

　　以CIMS为标志的企业信息化

　　继20世纪中后期诞生了CAD技术，1954年信息化技术进入管理业务领域，产生了MRP/MRPII技术等。这些单项技术在各自领域已达到了很高的水平，但由于这些单元技术间、设备间缺乏有效的信息沟通和协调，如CAD技术一般用于产品形状定义，CAM重点用于NC编程，CAE侧重于数值模拟，各自都有不同的信息需求和文件格式，使得各系统之间的信息交流很不顺畅，从而造成了一种所谓的“自动化孤岛”状态。如何将各种单元技术有机地整合在一起，综合地应用起来，就成为了研究热点。美国首先于1973年提出了CIM（计算机集成制造）哲理，其基本思想是把制造企业中的各种活动，如市场分析、经营决策、工程设计、制造加工、质量控制、售后服务等，作为一个互相紧密相连的整体，并将整个制造过程视为一个数据搜索、传递、加工和处理的过程。CIM是一种先进的哲理，是基于传统制造技术、信息技术、管理技术、自动化技术和系统工程技术的一门综合性技术。但限于当时的技术条件，直于20世纪80年代初，基于CIM理念的制造系统CIMS才逐渐被制造领域重视并采用。近一二十年里，在市场竞争的激励与相关技术进步的推动下，CIM理念及其技术在实践中不断充实、完善与发展，由最初的计算机集成制造发展成为现代集成制造，其内涵也从企业内部信息的集成，逐步扩展到设计制造过程的集成（并行工程），再到企业间的集成（动态联盟）。

　　CIMS的实施在不同程度上缩短了产品的交货期和报价时间，降低了产品的成本和库存，提高了产品的产量和质量。例如 ，国家863/CIMS主题以华中科技大学作为技术依托单位承担了东风汽车公司的车身与覆盖件模具CAD/CAPP/CAM集成系统的开发与应用实施。该集成系统实施以后，车身设计效率提高了一倍以上，工艺设计的效率提高了50%以下，加工出的覆盖件模个的质量已接近国外水平，显著提高了东风汽车公司的车身和覆盖件模具产品的质量，缩短了车身的设计与制造周期，增强了企业的竞争力。国内模具行业实施CIMS或企业信息化项目的单位还有海尔、科龙、成飞、北汽福田、鄂丰等许多企业。这些企业通过实施企业信息化项目，提高了在整个企业范围内应用计算机技术的水平，创造了显著的经济效益，也在国内模具企业中发挥了典型示范作用，积累了宝贵的应用经验。

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