模具制造业的现状及发展方向
2003-02-14 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
摘要：介绍了模具CAD/CAE/CAM的现状，阐述了模具制造行业的竞争状况，并对模具制造行业提出了发展方向。
关键词：模具制造 CAD/CAE/CAM发展方向
1、概述
制造业是人类社会赖以生存和发展的基础，是社会物质财富的主要来源。据统计，工业化国家约70%-80%物质财富来源于制造业。可见制造业是一个国家国民经济的基础，其发展水平体现了综合国力。目前，正面临着制造业新时代的到来，作为一个国民经济支柱产业的制造业如何抓住机遇、适应市场错综复杂的巨大变化和迎接21世纪的挑战，是国内外模具制造业极为关注的问题。近30年来，随着科技的进步，特别是计算机技术、信息技术的发展和社会环境因素的变化，以及近年来全球统一市场的逐步形成，世界制造业发生了巨大变革。加入WTO后，中国制造业正逐渐成为世界制造业的中心，国内模具制造企业面临更加激烈的国际国内市场竞争。
2、模具CAD/CAE/CAM现状
目前，随着汽车及轻工业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是模具行业缺少技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、模具寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，每年需要花几百万、甚至上千万美元从国外进口模具，制约了工业的发展，所以大力发展模具工业势在必行。
为了提高模具企业的设计水平和加工能力，中国模具工业协会向全国模具行业推荐适合于模具企业使用的CAD/CAM系统，并陆续引进了较高档的CAD/CAE/CAM系统如UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名软件。一些厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMA SOFT等CAE软件，并成功应用于塑料模、冲压模和压铸模的设计中。近年来，自主开发的CAD/CAE/CAM系统有较快发展。例如，华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件，北京机电研究所开发的锻模CAD/CAE/CAM软件、北航海尔软件工程研究所开发的CAXA软件、吉林汽车覆盖件成形技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成形分析KMAS软件等在国内模具行业已拥有不少的用户。
3、模具制造行业的竞争
由于模具制造行业的进步，市场竞争将越来越激烈，用户的要求也会越来越高。模具制造行业的决策者都已意识到，为了赢得竞争，就必须想办法满足用户的要求，“客户第一”已成为模具制造业的共识。因此，随着产品向功能先进、高效、实用、可靠、体积小、节能、环保型方向发展，其生产模式正朝着品种、小批量、单件化、个性化、柔性化和快速响应等方向发展。而产品生产过程则朝着高速、精密、自动化、无切削、节能、环保、可持续发展、非传统加工方法、甚至零缺陷方向发展。生产模式的重大变革，必须以相应的技术进步作为支持。因此，为了在动态多变的市场竞争中立于不败之地，各模具制造企业竞相在产品设计、制造工艺、材料和管理等各生产环节上采用新技术、新方法，力争在产品功能、交货时间、模具质量、价格、售后服务、可持续发展等方面进行改进。这些新技术、新方法大多是与计算机技术、信息技术息息相关的，同时也注重人的作用和制造中的管理技术。其中代表性的新技术有计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，简称CIM）、并行工程（Concurrent.Engineering，简称CE）、精益生产（Lean Production，简称LP）、敏捷工程（Agile Manufacturing，简称AM）、快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）、智能制造（Intelligent Manufacturing，简称IM）、虚拟制造（Virtual Manufacturing，简称VM）、产品信息管理（Product Information Manufacturing，简称PIM）等。
4、模具制造行业的发展方向
21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高模具质量及生产效率、缩短设计及制造周期、降低生产成本、最大限度地提高模具制造行业的应变能力，满足用户需求。具体表现为以下8个方面。（1）集成化技术。现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需求。（2）智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。（3）网络技术的应用。网络技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。（4）多学科多功能综合产品设计技术。未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到电磁学、光学、控制理论等，甚至要考虑到经济、心理、环境、卫生及社会等各方面的因素。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。（5）虚拟现实与多媒体技术的应用。虚拟现实VR（Virtual Reality）是人造的计算机环境，人处在这种环境中有身临其境的感觉，并强调人的介入与操作VR技术在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训、制造系统仿真、实现基于制造仿真的设计与制造、集成设计与制造、实现集成人的设计等。美国已于1999年借助VR技术成功地修复了太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储、表达处理多种信息，融文字、语音、图像于一体，给人一种真实感。（6）反求技术的应用。常规的模具设计通常以产品的已有信息为依据，这些设计信息通过工程图或一些模型来表达，然后制定出加工工艺规划，最终通过模具和设备制造出产品。但在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造。这种过程就是反求工程RE（Reverse Engineering）。一旦建立了CAD几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作，如实物CAD模型的修改、零件的重新设计、有限元分析、误差分析、数控（NC）加工指令生成以及模具的设计和制造等。（7）快速成型制造技术。快速成型制造技术RPM（Rapid Prototyping Manufacturing）基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无关，尤其是具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型、设计评估、装配校检、功能实验。而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具（如制造电极用于EDM加工、作为模型消失铸造出模具等），从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。（8）全面质量管理技术。全面质量管理TQM（Total Quality Management）的核心思想是：企业的一切活动都围绕着质量来进行。它不仅要求质量管理部门进行质量管理，它还要从企业最高决策者到一般员工均应参加到质量管理过程中。并且强调质量控制活动应包括从市场调研、产品规划、产品开发、制造、检测到售后服务等产品生命周期。
5、结束语
我们即将进入知识经济时代，这是一个以知识密集的智力资源为基础的经济时代，是一个高度重视知识生产、知识传播和知识应用的时代，是一个科技创新竞争的时代。重视技术创新，加大科技投入，把科技进步放在首位，培养高素质人才；深化改革，加强管理，降低产品成本，缩短生产周期，提高经济效益；重点发展大型、精密、复杂、长寿命模具，使高档模具进一步立足于国内，所有这些均是摆在我国模具工作者面前的重大任务。
参考文献：
1、肖景容：模具计算机辅助[M].武汉：华中理工大学出版社，19902、洪慎章：CAD/CAE/CAM在锻压生产中的应用[M].上海交通出版社，19913、周雄辉等：现代模具设计制造理论与技术[M].上海交通出版社，2000
(作者：上海交通大学（上海 200030） 洪慎章）
关键词：模具制造 CAD/CAE/CAM发展方向
1、概述
制造业是人类社会赖以生存和发展的基础，是社会物质财富的主要来源。据统计，工业化国家约70%-80%物质财富来源于制造业。可见制造业是一个国家国民经济的基础，其发展水平体现了综合国力。目前，正面临着制造业新时代的到来，作为一个国民经济支柱产业的制造业如何抓住机遇、适应市场错综复杂的巨大变化和迎接21世纪的挑战，是国内外模具制造业极为关注的问题。近30年来，随着科技的进步，特别是计算机技术、信息技术的发展和社会环境因素的变化，以及近年来全球统一市场的逐步形成，世界制造业发生了巨大变革。加入WTO后，中国制造业正逐渐成为世界制造业的中心，国内模具制造企业面临更加激烈的国际国内市场竞争。
2、模具CAD/CAE/CAM现状
目前，随着汽车及轻工业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是模具行业缺少技术人员，存在品种少、精度低、制造周期长、模具寿命短、供不应求的状况。一些大型、精密、复杂的模具还不能自行制造，每年需要花几百万、甚至上千万美元从国外进口模具，制约了工业的发展，所以大力发展模具工业势在必行。
为了提高模具企业的设计水平和加工能力，中国模具工业协会向全国模具行业推荐适合于模具企业使用的CAD/CAM系统，并陆续引进了较高档的CAD/CAE/CAM系统如UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等著名软件。一些厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMA SOFT等CAE软件，并成功应用于塑料模、冲压模和压铸模的设计中。近年来，自主开发的CAD/CAE/CAM系统有较快发展。例如，华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件，北京机电研究所开发的锻模CAD/CAE/CAM软件、北航海尔软件工程研究所开发的CAXA软件、吉林汽车覆盖件成形技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成形分析KMAS软件等在国内模具行业已拥有不少的用户。
3、模具制造行业的竞争
由于模具制造行业的进步，市场竞争将越来越激烈，用户的要求也会越来越高。模具制造行业的决策者都已意识到，为了赢得竞争，就必须想办法满足用户的要求，“客户第一”已成为模具制造业的共识。因此，随着产品向功能先进、高效、实用、可靠、体积小、节能、环保型方向发展，其生产模式正朝着品种、小批量、单件化、个性化、柔性化和快速响应等方向发展。而产品生产过程则朝着高速、精密、自动化、无切削、节能、环保、可持续发展、非传统加工方法、甚至零缺陷方向发展。生产模式的重大变革，必须以相应的技术进步作为支持。因此，为了在动态多变的市场竞争中立于不败之地，各模具制造企业竞相在产品设计、制造工艺、材料和管理等各生产环节上采用新技术、新方法，力争在产品功能、交货时间、模具质量、价格、售后服务、可持续发展等方面进行改进。这些新技术、新方法大多是与计算机技术、信息技术息息相关的，同时也注重人的作用和制造中的管理技术。其中代表性的新技术有计算机集成制造（Computer Integrated Manufacturing，简称CIM）、并行工程（Concurrent.Engineering，简称CE）、精益生产（Lean Production，简称LP）、敏捷工程（Agile Manufacturing，简称AM）、快速原型制造（Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM）、智能制造（Intelligent Manufacturing，简称IM）、虚拟制造（Virtual Manufacturing，简称VM）、产品信息管理（Product Information Manufacturing，简称PIM）等。
4、模具制造行业的发展方向
21世纪模具制造行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化，追求的目标是提高模具质量及生产效率、缩短设计及制造周期、降低生产成本、最大限度地提高模具制造行业的应变能力，满足用户需求。具体表现为以下8个方面。（1）集成化技术。现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。在开发模具制造系统时强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需求。（2）智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，实现生产过程各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥。（3）网络技术的应用。网络技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早已出现了通过Internet实现跨国界模具设计的成功例子。网络技术的应用为我国模具企业实现敏捷制造和动态联盟奠定了技术基础。（4）多学科多功能综合产品设计技术。未来产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到电磁学、光学、控制理论等，甚至要考虑到经济、心理、环境、卫生及社会等各方面的因素。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动态特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。（5）虚拟现实与多媒体技术的应用。虚拟现实VR（Virtual Reality）是人造的计算机环境，人处在这种环境中有身临其境的感觉，并强调人的介入与操作VR技术在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训、制造系统仿真、实现基于制造仿真的设计与制造、集成设计与制造、实现集成人的设计等。美国已于1999年借助VR技术成功地修复了太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储、表达处理多种信息，融文字、语音、图像于一体，给人一种真实感。（6）反求技术的应用。常规的模具设计通常以产品的已有信息为依据，这些设计信息通过工程图或一些模型来表达，然后制定出加工工艺规划，最终通过模具和设备制造出产品。但在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具的设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD几何模型的重新构造。这种过程就是反求工程RE（Reverse Engineering）。一旦建立了CAD几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作，如实物CAD模型的修改、零件的重新设计、有限元分析、误差分析、数控（NC）加工指令生成以及模具的设计和制造等。（7）快速成型制造技术。快速成型制造技术RPM（Rapid Prototyping Manufacturing）基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无关，尤其是具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型、设计评估、装配校检、功能实验。而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具（如制造电极用于EDM加工、作为模型消失铸造出模具等），从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。（8）全面质量管理技术。全面质量管理TQM（Total Quality Management）的核心思想是：企业的一切活动都围绕着质量来进行。它不仅要求质量管理部门进行质量管理，它还要从企业最高决策者到一般员工均应参加到质量管理过程中。并且强调质量控制活动应包括从市场调研、产品规划、产品开发、制造、检测到售后服务等产品生命周期。
5、结束语
我们即将进入知识经济时代，这是一个以知识密集的智力资源为基础的经济时代，是一个高度重视知识生产、知识传播和知识应用的时代，是一个科技创新竞争的时代。重视技术创新，加大科技投入，把科技进步放在首位，培养高素质人才；深化改革，加强管理，降低产品成本，缩短生产周期，提高经济效益；重点发展大型、精密、复杂、长寿命模具，使高档模具进一步立足于国内，所有这些均是摆在我国模具工作者面前的重大任务。
参考文献：
1、肖景容：模具计算机辅助[M].武汉：华中理工大学出版社，19902、洪慎章：CAD/CAE/CAM在锻压生产中的应用[M].上海交通出版社，19913、周雄辉等：现代模具设计制造理论与技术[M].上海交通出版社，2000
(作者：上海交通大学（上海 200030） 洪慎章）
