圖1 參數(shù)化下模座結(jié)構(gòu)
在汽車模具生產(chǎn)企業(yè)中，如何提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率、縮短開發(fā)周期、提高模具技術(shù)水平和降低成本一直是模具企業(yè)面臨的難題。采用多種生產(chǎn)管理的方式不失為現(xiàn)代模具企業(yè)提高效率、降低成本及打造精良的模具生產(chǎn)作業(yè)模式的有效途徑。
目前，國內(nèi)模具生產(chǎn)管理系統(tǒng)的操作過程大多由人工控制，很多企業(yè)（中小企業(yè)居多）還沒有建立完善的管理系統(tǒng)，以致難以估計(jì)模具制造需要的時(shí)間及成本，難以發(fā)現(xiàn)因模具設(shè)計(jì)帶來的品質(zhì)問題，不能準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)模具制造工序的實(shí)際成本及生產(chǎn)效率。另外，模具作業(yè)的管理不善，還會(huì)使企業(yè)浪費(fèi)大量的時(shí)間及資源，并因而導(dǎo)致成本增加、生產(chǎn)延期等。究其原因，主要是由于企業(yè)的管理層在先進(jìn)模具生產(chǎn)管理理念方面的認(rèn)識(shí)比較淺薄，重視程度不夠亦或當(dāng)前的管理方法不當(dāng)。
模具生產(chǎn)管理比較專業(yè)和復(fù)雜，除涉及到模具的設(shè)計(jì)開發(fā)、數(shù)控編程、加工、裝配和試沖外，還涉及MRP運(yùn)算和模具的使用優(yōu)化。如何打造良好的模具生產(chǎn)作業(yè)模式，提高效率，降低成本，減少浪費(fèi)？本文從汽車模具生產(chǎn)技術(shù)管理角度出發(fā)，對(duì)這些問題作以探討。
提高從模具設(shè)計(jì)到加工的標(biāo)準(zhǔn)化程度
目前，在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的國家，模具工業(yè)從設(shè)計(jì)到制造已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，因此新產(chǎn)品可在較短時(shí)間內(nèi)投放市場(chǎng)。而在我國，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作起步晚、進(jìn)展慢，再加上過去“大而全”、“小而全”和“自產(chǎn)自配”等陳舊觀念的影響，要形成規(guī)模尚待時(shí)日。
模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化主要包含3個(gè)方面：首先，要建立一整套設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；其次，建立參數(shù)化模架庫；第三，建立參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)件庫。目前國內(nèi)多數(shù)企業(yè)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)比較亂，企業(yè)往往要按國標(biāo)、行標(biāo)和過去的好幾個(gè)部標(biāo)及某些企標(biāo)生產(chǎn)，而且在出口項(xiàng)目中還要按德、日、美及瑞士等外國標(biāo)準(zhǔn)和某些國外著名企業(yè)的企標(biāo)生產(chǎn)。因此，在國內(nèi)整個(gè)模具行業(yè)建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)尚難以實(shí)現(xiàn)。
下面就參數(shù)化模架庫做簡(jiǎn)單介紹：
在模具設(shè)計(jì)中，三維實(shí)體設(shè)計(jì)的工作量很大且十分繁雜，雖然各工序的內(nèi)容不相同，但對(duì)于模具設(shè)計(jì)而言，仍能找到一些相同的特征，即便有差別且通過更改某個(gè)特征的大小或位置也能實(shí)現(xiàn)，CATIA參數(shù)化知識(shí)工程模塊可以實(shí)現(xiàn)這一目的。
1．建立參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的模架庫的思路
（1）用幾個(gè)特征外部參數(shù)驅(qū)動(dòng)模架中相關(guān)的實(shí)體特征。
（2）用一個(gè)主控文件作為驅(qū)動(dòng)源，利用參數(shù)發(fā)布（Publication）建立主控文件與被驅(qū)動(dòng)文件的紐帶。
（3）為提高參數(shù)驅(qū)動(dòng)的智能化，將標(biāo)準(zhǔn)件與模架也建立關(guān)聯(lián)。
2．參數(shù)化模架建立的步驟
（1）建立主控文件。在主控文件中，各參數(shù)應(yīng)盡可能包括設(shè)計(jì)模架用的各主要尺寸，但盡可能減少參數(shù)的數(shù)量，將一些相關(guān)的尺寸通過一個(gè)參數(shù)建立函數(shù)關(guān)系實(shí)現(xiàn)，這樣會(huì)提高參數(shù)數(shù)量且更具可讀性。
（2）建立參數(shù)化上、下模座。利用帶關(guān)聯(lián)粘貼將與設(shè)計(jì)上、下模座時(shí)所用到的主控文件中的所有參數(shù)復(fù)制到各自Part中，在三維建模時(shí)將各實(shí)體尺寸與這些參數(shù)建立關(guān)聯(lián)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)如果更改主控文件中的參數(shù)值，即可更改下模座結(jié)構(gòu)尺寸的目的。圖1為參數(shù)化設(shè)計(jì)的下模座。
（3）建立和安裝與上下模座相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)件。建立與上下模座相關(guān)聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn)件，以實(shí)現(xiàn)在變化標(biāo)準(zhǔn)件系列與位置時(shí)，能自動(dòng)對(duì)其相關(guān)結(jié)構(gòu)做相應(yīng)更改。在主控文件中已經(jīng)建立了模架用標(biāo)準(zhǔn)件位置坐標(biāo)，所以只要將標(biāo)準(zhǔn)件的坐標(biāo)建立在此坐標(biāo)系即可實(shí)現(xiàn)位置的關(guān)聯(lián)。圖2為參數(shù)化的共用模架。
圖2 參數(shù)化共用模架
（4）建立帶有標(biāo)準(zhǔn)件的參數(shù)模架。參數(shù)化模架庫是三維模具設(shè)計(jì)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，可以提高模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化，對(duì)縮短模具設(shè)計(jì)周期有著重要意義。
模具制造標(biāo)準(zhǔn)化主要是為了推廣標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用覆蓋面。在汽車模具的開發(fā)、制造過程中，采用模具標(biāo)準(zhǔn)件不僅可明顯提高模具質(zhì)量，而且能有效縮短模具的開發(fā)、制造周期。因?yàn)槟＞呤菃渭⑿∨可a(chǎn)，零件質(zhì)量的重復(fù)性相對(duì)于大批量、專業(yè)化生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件來說明顯要低，容易影響模具的整體質(zhì)量。據(jù)有關(guān)資料表明，在汽車模具的制造中，采用標(biāo)準(zhǔn)件可節(jié)約25%～45%的加工工時(shí)，使生產(chǎn)周期縮短30%～40%。目前，用于沖壓模具的標(biāo)準(zhǔn)件主要有：模架及模架端頭、導(dǎo)向裝置、安裝固定裝置、起吊裝置、限位裝置、沖切裝置、成翻裝置、定位裝置、壓退料裝置、氣動(dòng)裝置、進(jìn)出料裝置、斜楔裝置、彈性元件和緊固元件等。
我國模具標(biāo)準(zhǔn)件的開發(fā)與應(yīng)用起步較晚，各企業(yè)有自己使用的標(biāo)準(zhǔn)，或沿用某國外標(biāo)準(zhǔn)等，加之宣傳推廣力度不夠，因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件推廣使用相對(duì)落后，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度遠(yuǎn)落后于國外發(fā)達(dá)國家。另外，由于標(biāo)準(zhǔn)件品種少、周期長及配套差，長期以來制約著標(biāo)準(zhǔn)件的使用覆蓋率，與國際上近80%的覆蓋率有一半的差距，從而嚴(yán)重影響了模具開發(fā)周期和維修周期。
模具生產(chǎn)中的并行工程
并行工程實(shí)際上就是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其零部件和相關(guān)各種過程的一種系統(tǒng)方法。汽車模具生產(chǎn)的并行工程主要體現(xiàn)在3個(gè)層次：
首先是與整車設(shè)計(jì)開發(fā)的并行，即在新車開發(fā)階段就參與主要零件的可制造性分析，并在較短的時(shí)間內(nèi)完成試制模和試制樣件。這樣一方面縮短了新車開發(fā)的試制周期，另一方面可以縮短模具開發(fā)的前期準(zhǔn)備周期和沖壓工藝設(shè)計(jì)周期。但是，要做到這一點(diǎn)，整車企業(yè)必須先建立完善的模具開發(fā)商合作網(wǎng)絡(luò)，選定合適的企業(yè)開發(fā)合適的產(chǎn)品，這樣，模具開發(fā)商的技術(shù)水平也能有針對(duì)性地快速提高。
其次，體現(xiàn)在模具開發(fā)過程的并行，即在模具的設(shè)計(jì)制造調(diào)試整個(gè)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，合理安排前后置邏輯關(guān)系，控制好各流程的周期和重要節(jié)點(diǎn)，并實(shí)施質(zhì)量和成本監(jiān)控，最終以最短的周期、最低的成本和預(yù)期的質(zhì)量完成模具開發(fā)。圖3所示為一個(gè)簡(jiǎn)單的模具開發(fā)制造流程。
圖3 模具制造的一般過程
第三，體現(xiàn)在模具加工過程中的并行。如果中國的模具企業(yè)能夠聯(lián)合起來，分工協(xié)作，共享資源，既可以避免重復(fù)投資導(dǎo)致資源浪費(fèi)，又可以以較快的速度實(shí)現(xiàn)技術(shù)水平的飛躍。
如果企業(yè)分工明確，就可以集中力量解決某一領(lǐng)域的問題，既能提高工作效率，又可降低產(chǎn)品開發(fā)難度。如果企業(yè)能夠共享研發(fā)成果，就會(huì)減少巨額投資，而且研發(fā)速度也會(huì)有所提升。
并行工程在模具設(shè)計(jì)中可以縮短產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。
協(xié)調(diào)生產(chǎn)組織方式和加工流程
模具制造企業(yè)是典型的單件生產(chǎn)制造企業(yè)，每套模具都要進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、生產(chǎn)準(zhǔn)備、機(jī)械加工、裝配及試沖，增加了企業(yè)生產(chǎn)管理的復(fù)雜性和難度。各家模具制造企業(yè)根據(jù)各自的生產(chǎn)特點(diǎn)、規(guī)模大小和技術(shù)能力等差異，在具體的生產(chǎn)組織方式上各有特色，但在總體上，全過程實(shí)施并行工程、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)與制造、精細(xì)化加工一次到位、專業(yè)化協(xié)作生產(chǎn)和粗精加工分開進(jìn)行等生產(chǎn)組織方式都值得借鑒學(xué)習(xí)。
在整個(gè)生產(chǎn)組織實(shí)施過程中，模具生產(chǎn)工藝水平的高低及解決各種工藝問題的方法和手段都要通過工藝規(guī)程來體現(xiàn)。因此，模具加工的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的工作，它要求設(shè)計(jì)者必須具備豐富的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和扎實(shí)的機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)理論知識(shí)。一般而言，一個(gè)完整的工藝規(guī)程包含：
1．生產(chǎn)準(zhǔn)備工藝規(guī)程：即生產(chǎn)總體計(jì)劃的制定、各流程之間的相互關(guān)系及周期、制造優(yōu)先級(jí)的定義、資源配置和專業(yè)化協(xié)作內(nèi)容劃分等。
2．機(jī)械加工工藝規(guī)程：即具體制定用機(jī)械加工方法直接改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使之成為成品或半成品的過程。在這個(gè)過程中，特別要注意零件之間的相互關(guān)系，確定零件到總成的加工網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖，合理編排零件細(xì)分計(jì)劃，并在加工過程中不斷總結(jié)完善零件機(jī)械加工工藝規(guī)程。
3．裝配工藝規(guī)程：即按規(guī)定的技術(shù)要求，將零件或部件進(jìn)行配合和連接，使之成為半成品或成品的工藝過程。在這個(gè)過程中，同樣需制定各種裝配工藝規(guī)范。
4．調(diào)試工藝規(guī)程：即對(duì)模具沖壓件從最初工序件到合格零件整個(gè)調(diào)試優(yōu)化過程的控制。在這個(gè)過程需要不斷積累相關(guān)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，并將合理的調(diào)試工藝規(guī)程確定后，以文字和圖表形式作為技術(shù)文件。
“一個(gè)流”生產(chǎn)中的標(biāo)準(zhǔn)化流水作業(yè)
“一個(gè)流”是一種精益生產(chǎn)模式，特別適合于流水線批量作業(yè)，它可以最大限度地縮短生產(chǎn)周期，減少在制品，縮減場(chǎng)地以及避免批量質(zhì)量缺陷等。
對(duì)于模具制造行業(yè)，“一個(gè)流”的概念可以引申為一個(gè)工藝流，即在模具設(shè)計(jì)制造全過程，以工藝規(guī)程嚴(yán)格制定相關(guān)流程及操作方法，在材料準(zhǔn)備、物流運(yùn)送、質(zhì)量控制、計(jì)劃執(zhí)行、資源配置和技術(shù)服務(wù)等各方面都圍繞生產(chǎn)進(jìn)行優(yōu)化，減少瓶頸口，理順串、并行生產(chǎn)關(guān)系和節(jié)奏，從而進(jìn)一步縮短模具制造周期。
圖4 管理系統(tǒng)功能
在工藝流的執(zhí)行過程中，一些在生產(chǎn)中存在的浪費(fèi)現(xiàn)象會(huì)逐步暴露出來。作為管理者，就必須采取措施，不斷排除，使成本下降。與此同時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)化工藝規(guī)程，為改進(jìn)下一步生產(chǎn)不斷積累經(jīng)驗(yàn)。模具生產(chǎn)中的浪費(fèi)現(xiàn)象包括：半成品積壓、工藝流堵塞、供貨拖拉、排除設(shè)備故障的時(shí)間長、信息交流不暢通以及工藝編制和執(zhí)行力差等，上述的任何一個(gè)問題都會(huì)阻礙工藝流生產(chǎn)方式的順利進(jìn)行，因此，必須采取積極的態(tài)度解決這些問題，為實(shí)現(xiàn)工藝流生產(chǎn)方式創(chuàng)造條件。
模具生產(chǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)用
模具開發(fā)是一個(gè)復(fù)雜、多變的過程，特別是大型、精密、復(fù)雜和長壽命中高檔覆蓋件模具，傳統(tǒng)的作坊式生產(chǎn)模式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能勝任，即使一些企業(yè)在設(shè)備等硬件方面投入很大，但缺乏實(shí)用的生產(chǎn)管理系統(tǒng)，也會(huì)造成整體運(yùn)行效率低下、模具制造周期延長的情況。
一般而言，在傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式下進(jìn)行模具開發(fā)，主要存在以下不足：
1．模具制造工藝流程復(fù)雜（一個(gè)工作令包含上千道工步），人工調(diào)度效率低，機(jī)床安排不合理。
2．各工種無法有效地進(jìn)行協(xié)作，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理無法實(shí)現(xiàn)。
3．資源準(zhǔn)備計(jì)劃（如程序、刀具和人員等）難以精細(xì)管理。
4．?dāng)?shù)據(jù)不能共享，存在重復(fù)性工作，有時(shí)容易在數(shù)據(jù)傳遞過程中出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。
5．在制造過程缺少完整的記錄，不利于查找問題原因，也不利于經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
6．對(duì)制造各節(jié)點(diǎn)尚不能有效地全程控制，特別是對(duì)各節(jié)點(diǎn)變化帶來的連鎖反應(yīng)和關(guān)聯(lián)問題不能全面掌控，不利于有效控制進(jìn)度。
為了對(duì)模具的整個(gè)生命周期進(jìn)行有效管理，企業(yè)可采用模具生產(chǎn)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般包括基礎(chǔ)信息管理系統(tǒng)、工藝信息管理系統(tǒng)、圖文數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和計(jì)劃調(diào)度管理系統(tǒng)，各模塊間的運(yùn)作關(guān)系見圖4。
企業(yè)通過各個(gè)工作環(huán)節(jié)信息的及時(shí)錄入，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)實(shí)時(shí)跟蹤查詢，管理層通過系統(tǒng)能實(shí)時(shí)查詢到模具生產(chǎn)過程，從而更準(zhǔn)確地掌握模具生產(chǎn)進(jìn)度，為縮短加工周期、保證用戶的模具按時(shí)交付使用起到關(guān)鍵性的作用。此外，管理系統(tǒng)能幫助企業(yè)管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程中的圖檔和文檔、業(yè)務(wù)和經(jīng)驗(yàn)以及即時(shí)交流和溝通的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)部門內(nèi)和部門間各種數(shù)據(jù)的共享與協(xié)同、流程管理的協(xié)同以及不同類型數(shù)據(jù)管理的協(xié)同，保證企業(yè)知識(shí)管理的全面性、有效性和及時(shí)性。
CAD/CAM軟件的應(yīng)用優(yōu)化模具設(shè)計(jì)/制造流程
CAD/CAM技術(shù)發(fā)展至今已較為完善。實(shí)踐表明，它可以很好地解決各種復(fù)雜形狀模具的造型及數(shù)控加工編程問題，獲得良好的精度及尺寸協(xié)調(diào)性，顯著縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，在復(fù)雜型面模具的設(shè)計(jì)及數(shù)控加工中得到廣泛應(yīng)用。
三維實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用于模具開發(fā)全過程，不但使設(shè)計(jì)方法發(fā)生了改變，而且使生產(chǎn)全流程也發(fā)生了巨大變化。
當(dāng)前，業(yè)內(nèi)應(yīng)該重視和發(fā)展的技術(shù)因企業(yè)不同而不同，但總結(jié)起來無外乎是沖壓工藝、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)這3個(gè)方面，其所對(duì)應(yīng)的就是CAD/CAM/CAE技術(shù)的提高。在汽車模具制造行業(yè)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和數(shù)控加工技術(shù)正越來越顯示出其核心技術(shù)的作用。
