1 我國模具CADPCAEPCAMPPDM發展現狀
模具CADPCAEPCAM 是改造傳統模具生產方
式的關鍵技術, 是壹項高科技、高效益的系統工程。
它以計算機軟件的形式, 為企業提供壹種有效的輔
助工具, 使工程技術人員借助於計算機對產品性能、
模具結構、成形工藝、數控加工及生產管理進行設計
和優化。模具CADPCAEPCAM 技術能顯著縮短模
具設計與制造周期, 降低生產成本和提高產品質量
已成為模具界的***識。
隨著CADPCAMPCAE 軟件及其他應用軟件的
普及應用, 計算機產生的各種類型、格式各異的數據
資料, 如市場分析報告、產品設計信息、加工圖紙、零
件加工工藝、數控加工程序清單、仿真測試結果分析
及各種說明書等, 迅速增加。如何有效管理這些異
構數據資料成為了企業面臨的壹大難題。PDM 系
統作為壹個信息溝通平臺, 可對企業的各種產品及
其相關數據進行統壹管理, 並在產品整個的開發過
程中協助管理者對開發過程進行有效控制和管理。
與此同時, 設計人員在產品生命周期內的各個環節
與產品過程相關的各個地方均能及時、準確地獲取
產品的相關信息, 並對產品數據進行壹定權限範圍
內的操作。這種產品數據的高度集成和***享, 使得
新產品的開發時間和成本大為縮減。
/ 十壹五0 期間, 我國模具CADPCAEPCAMP
PDM 技術取得了長足的進步, 具體表現在以下幾個
方面:
( 1) 開發出具有自主知識產權的系列CADP
CAMPCAE 品牌軟件
華天軟件、中創軟件與日本最大的CADPCAM
軟件公司UEL 合作, 結合日本工業界最佳實踐, 采
取引進、消化、吸收、再創新的方式, 開發完成具有中
國自主知識產權的三維CADPCAM軟件SINOVA2
T ION V1. 0。這標誌著我國在三維CADPCAM 軟
件研發領域實現了重大突破。SINOVATION 軟件
是三維CADPCAM 壹體化的應用軟件系統, 該軟件
具有最先進的混合型建模、參數化設計、豐富的特征
造型功能。提供了經過業界驗證的具有國際先進水
平的CAM 加工, 沖壓模具、註塑模具等應用技術。
特別適合汽車、汽車零部件、機床、通用機械、模具及
工藝裝備等行業的設計及加工應用。SINOVA2
TION 沖壓模具設計解決方案為專業設計人員提供
了壹套經過業界驗證的CAD 解決方案組合, 包括高
效的沖壓工藝設計、精確的沖壓回彈補償和專業的
沖壓模具結構設計等功能。SINOVATION 註塑模
設計與加工解決方案是根據註塑模具設計、制造經
驗, 將產品成形工藝與工程分析軟件相結合, 開發的
適用於註塑模具設計專用的軟件包。方案以三維參
數化建模CAD 軟件為基礎, 涵蓋了從零件設計、分
析、自動分模創建模具、電極設計、工程圖創建等整
個過程, 體現出高品質、靈活、高效的設計理念, 為註
塑模具設計工作提供了專業的技術應用平臺。
CAXA 系列化軟件在開發自主知識產權的知名
品牌的道路上不斷取得新成果, 如新壹代集成軟件
CAXA V5PLM 首次將成熟的2D、3D、CAPP、MPM
和DDM 技術在統壹的數據模型基礎上進行整合,
覆蓋了從概念設計、詳細設計、工藝流程到生產制造
管理的各個環節, 並通過數字化仿真幫助企業優化
產品設計和生產制造的整個過程。
上海模具CAD 國家工程研究中心在國內較早
地開始了基於知識的工程技術( KBE) 研究, 在塑性
成形和模具設計知識的獲取與表示、知識的推理機
制、知識的集成與管理以及知識的發現等KBE 關鍵
) 41 )
技術上進行了行之有效的研究, 形成了適用於不同
行業、不同類型KBE 系統的壹整套開發思路及相關
的KBE 應用軟件。
華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實
驗室開發的註塑成形模擬軟件/ 華塑CAE0, 鑄造成
形模擬軟件/ 華鑄CAE0和板料成形模擬軟件/ FAS2
TAMP0又有新發展。目前研究的重點是微宏觀分
析相結合, 數值計算和人工智能相結合, 目標是將模
擬軟件由傳統的被動式計算工具提升為主動式優化
系統。隨著應用的不斷深入和廣泛, 系列化模擬軟
件華塑CAE、華鑄CAE 和FASTAMP 已成為我國
模具行業具有自主知識產權的主導技術和知名品
牌。
湖南大學以先進沖壓CAE 技術為突破口, 開發
出壹套包括沖壓工藝設計和汽車覆蓋件模具設計和
制造的系列化軟件。其沖壓仿真CAE 自動建模系
統CADEM2 ? 能利用模具表面數控軌跡數據作為
網格生成的幾何數據源, 使建模效率成倍提高, 對於
汽車覆蓋件成形, 在同樣精度下可使仿真模型網格
單元減少近20% ~ 40%。沖壓仿真CAE 系統
CADEM2 ? 采用先進的理論和算法, 在保證沖壓件
大變形計算精度的前提下顯著地提高了分析速度。
沖壓工藝分析與設計系統CADEM2 ? 采用殼體失
穩理論預測覆蓋件成形中的起皺趨勢, 采用基於仿
真的毛坯反算技術, 實現了復雜零件的毛坯形狀和
尺寸的叠代反求。
(2) 廣泛采用了CADPCAEPCAM 技術並在應
用中取得了顯著效益
其中最大的技術進步無疑是三維CAD 方面的
重大突破。壹汽模具、天汽模、東風模具、福田濰坊
模具等企業的三維CAD 普及率達到100% 。其他
骨幹企業正在加快進行二維CAD 到三維CAD 的過
渡。國外的有些知名企業至今也尚未做到100 % 的
三維CAD。由於采用三維CAD 技術, 使過去分散
在各個信息孤島的CAD、CAE、CAM 連成壹片, 實
現了壹體化, 為模具全程數字化制造提供了技術基
礎。少數企業的整個流程已完全實現了數字化加工
和無圖化生產, 正在為將來的自動化加工和柔性生
產積極創造條件。
壹些先進企業在模具結構設計完成後, 采用截
面檢查、幹涉檢查、靜態運動幹涉檢查、運動模擬等
分析手段, 真實反映模具的實際工作狀態, 保證了實
體設計的可靠性。
CAE 分析普及率明顯提高, 少數企業已達到
100%, CAE 不再是高不可攀的技術, 更不是束之高
閣的擺設, 而是壹個必不可少的工具, 它幫助設計者
在設計階段/ 先知先覺0, 對模具調試時可能出現的
問題進行處理, 做到/ 防患於未然0。
在參數化設計方面也取得了長足的進步。國內
壹些骨幹企業已建立了模具基礎結構圖庫, 還建立
了標準件圖庫。利用參數化手段, 根據模具結構特
點, 選擇基礎構架, 設計者只需要控制幾個基本的特
征參數, 系統將會根據事先輸入到計算機中的結構
規則, 自動提供合理的結構方案, 設計者只需做少許
調整和裝配即可完成設計。設計規則的引入, 使三
維實體模具結構設計達到了壹個更高的層次。
( 3) PDM 技術不斷發展
目前, 國外的公司已開發出壹些產品功能齊全、
開放性好、思想新穎、技術先進的PDM 產品。如
UGS 公司的IMAN, IBM 公司的Product Manager,
SDRC 公司的Metaphase, PTC 公司的Windchill 等,
這些產品在波音、IBM、福特汽車、通用汽車等公司
得到推廣應用, 取得了成功。國內的壹些企業, 如春
蘭、海爾、長虹和康佳等采用IMAN 系統, 西安飛機
設計所采用IBM 的PM 系統, 也取得了壹定的成
功。與此同時, 國內的軟件廠商也紛紛推出了自己
的PDM 產品, 如武漢天喻公司的IntePDM, 武漢開
目技術集成公司的KMPDM, 清華同方軟件公司的
TFPDMS 等。國產的PDM 系統, 無論是在功能上、
技術上、思想上還是穩定性方面與國外的產品都有
較大的差距, 但在價格和定制程度方面有壹定優勢,
因此在國內的壹些企業中也得到應用, 如天喻公司
的IntePDM 系統, 同方公司的TFPDM 系統, 大恒
公司的DHPDM 系統等。
2 我國模具CADPCAEPCAMPPDM 與國際
先進水平的主要差距
與國外發達國家相比, 我國模具CADPCAEP
CAMPPDM 技術發展水平還很低, 差距很大。主要
表現在以下方面:
( 1) 軟件開發進度和水平低
目前三維CADPCAM 軟件的核心技術目前仍掌
握在歐美日等發達國家手中, 占主流地位的模具
CAD 軟件主要有ProPE、I2DEAS、UG 等, 中國的三
維CADPCAM 市場幾乎被國外產品完全壟斷。每年
中國制造企業采購三維CADPCAM 軟件的金額高達
) 42 )
5 電加工與模具62010 年增刊 專 稿
幾十億元, 而且還在以每年20% 的速度遞增。這種
尷尬局面不僅使得制造企業承受了高昂的成本壓
力, 而且支撐產品創新的核心工具受制於人, 存在重
大的信息和知識產權安全隱患。而我國CADPCAEP
CAMPPDM 技術研究開發未能很好地有組織、有計
劃、有重點地進行, 造成低水平重復勞動, 影響了
軟件開發的進度和水平的提高, 無論是在功能上、技
術上、思想上還是穩定性方面與國外的產品都有較
大的差距。
( 2) CADPCAM 應用水平差距明顯
在國內的模具生產中, CADPCAM 技術已得到
廣泛的應用。但對於國內壹些大型模具企業, 它們
的CADPCAM 應用狀況多停留在從國外購買先進
的CADPCAM 系統和設備, 在其上進行的二次開發
較少, 資源利用率低; 國內壹些中小型模具企業
CADPCAM 應用很少, 有些僅停留在以計算機代替
畫板繪圖。
( 3) CAE 沒有得到廣泛應用
CAE 在我國模具行業的應用還剛剛起步, 只是
在經濟實力雄厚的企業, 例如壹汽、東風、海爾等單
位, 才購買了少量的商品化軟件, 開始嘗試應用。
( 4) 信息集成技術落後
信息技術的廣泛集成是以產品數據管理
(PDM) 和過程管理( PM) 為基礎, 實現CADPCAM
和ERP 的有機集成, 在並行工程中PDM 也是重要
的基礎。而我國在這方面的研究剛剛開始, 至今也
沒有壹個在國內市場上成熟的PDM 系統。因此,
這類基礎性軟件也被國外的系統占領了市場。
( 5) CADPCAEPCAM 缺乏知識的集成
由於缺乏對設計知識的集成, 模具設計方案的
選擇、工藝參數與模具結構的優化、成形性能的評價
等依然依賴著模具設計者的經驗。設計知識是企業
最有價值的智力資產, 是企業競爭力的保障。在目
前的註射模設計行業, 這些知識主要以經驗的形式
由資深設計工程師所掌握, 隨著他們的退休與流失
必將造成企業核心技術的流失, 將直接導致企業競
爭力下降。在國外已廣泛應用知識型CADPCAM 系
統, 如美國UGS 公司的多工位級進模設計向導
CAD 系統( Progressive Die Wizard) 和註塑模設計向
導CAD 系統(Mold Wizard) , 兩系統均無縫地集成
於該公司的三維機械CADPCAM 系統UG 中, 為用
戶提供了級進模和註塑模設計環境與工具, 封裝了
模具設計的專家知識, 提供了豐富的標準化的模架
庫、零件庫和鑲件庫。
造成上述差距的原因很多, 除了歷史上長期以
來未將模具作為產品得到應有的重視之外, 還有下
列幾個主要原因:
( 1) 科研開發及技術攻關投入太少。由於模具
企業效益欠佳及對科研開發和技術攻關不夠重視,
投入太少, 科研單位和大專院校又將主要精力放在
創收上, 致使模具行業科技進步的步伐不大, 進展緩
慢。
( 2) 人才嚴重不足。模具行業是技術密集、資
金密集、勞動密集的產業, 隨著時代的進步和技術的
發展, 掌握和運用新技術的人才異常短缺, 技術素質
較高的模具設計、制造工藝技術人員、技術工人及企
業管理人才也非常緊缺。尤其缺乏知識面寬、知識
結構層次高的復合型人才。
( 3) 缺少先進的技術設備力量。我國大部分模
具廠、車間的模具加工設備陳舊, 在役期長、精度差、
效率低。近年來也引進了不少先進的模具加工設
備, 但過於分散, 或不配套, 利用率壹般僅有25% 左
右, 設備的壹些先進功能也未能得到充分發揮。
( 4) 管理落後更甚於技術落後。技術落後往往
容易看到, 管理落後有時卻難以意識到。國內外模
具企業管理上的差距十分明顯, 管理的差距所帶來
的問題往往比技術上的差距更為嚴重。
3 我國模具CADPCAEPCAMPPDM 發展目
標和主要任務
/ 十二五0期間, 我國模具行業的主要目標是全
面推廣CADPCAEPCAMPPDMPPDM 技術, 主要任務
是:
( 1) 開發擁有自主知識產權、適合於我國國情,
具有較高水平的模具設計、加工及模具企業管理軟
件, 不斷提高軟件的智能化、集成化程度, 並推廣應
用。
( 2) 研究模具的分類學及模具結構的參數規
範, 實現模具零部件的標準化、參數化, 並形成模具
CADPCAM 系統軟件的支持軟件;
( 3) 實現3D 壹體化設計。目前的模具設計主
要采用3D 設計和2D 設計相結合的方法, 在開發中
存在易出錯、效率低、質量不易控制等問題, 因此需
要實現設計過程的全三維化。通過數據***享技術實
現各階段各種應用軟件的有效集成, 達到模具設計
的壹體化。
) 43 )
專 稿 5 電加工與模具62010 年增刊
(4) 深入研究模具的整體優化技術, 包括模具
成本估算、模具的可裝配性、模具的成形性及可靠
性, 集成到模具行業普遍采用的通用造型設計系統
上, 完成面向制造的模具CADPCAEPCAM 系統的開
發。
( 5) 研究模具設計、制造參數, 通用、標準、參數
化構件及由經驗構成的專家系統, 並使之形成模具
CADPCAEPCAM 數據庫。
( 6) 加快PDM 技術的發展, 由單壹的計算機信
息管理擴展到/ 管理所有與產品相關的信息和所有
與產品相關的過程的技術0, 實現產品數據的高度集
成和***享。
( 7) 促進我國模具骨幹企業全面采用模具
CADPCAMPCAEPPDM 生產技術。
4 產品和技術等方面的發展重點和重大課題
4. 1 發展重點
( 1) 三維CADPCAM 技術的研發。開發具有自
主知識產權的模具CADPCAE 軟件, 達到國際先進
水平。
( 2) 國產模具CAE 軟件的功能升級, 形成國際
知名的自主品牌。
( 3) 國產PDM 系統的研發。完善功能, 提高性
能穩定性, 加強推廣應用。
( 4) 模具數字化設計制造系統的研發。
(5) 模具CADPCAEPCAM 壹體化技術推廣應
用。
( 6) 逆向工程、並行工程、敏捷制造技術的研發
及推廣應用。
(7) 模具的集成、柔性及自動加工技術和網絡
虛擬技術的研發與推廣應用。
4. 2 重大課題
( 1) 關鍵產品模具數字化設計制造系統研發,
如沖壓工藝設計系統、模具型面設計系統、成形分析
系統、模具結構設計系統、模具CAM 系統和沖壓專
家咨詢系統的車身模具數字化設計制造系統。
( 2) 適應於超級並行計算機和機群的高性能模
具CAE 求解技術。
( 3) 模具CAE 分析結果的數據挖掘及智能評
估。
( 4) 模具CAE 與模具CADPCAM 的無縫集成。
( 5) 面向模具制造的PDM 系統研發與應用。
( 6) PDM 與模具CADPCAMPCAE 的集成。
( 7) 基於網絡環境CADPCAEPCAM 技術的模
具異地協同設計與分析。
( 8) 模具設計知識庫系統研發。
5 我國模具CADPCAEPCAMPPDM 的發展
建議
( 1) 建議政府有關部門建立模具發展基金, 用
於模具行業***性技術的開發、研究和創新項目, 並對
/ 龍頭企業0作重點支持。要在國家有關部門大力支
持下, 加強產學研合作, 推進模具行業科技開發和技
術攻關工作, 組織行業內產學研重點單位分工合作、
聯合工作、爭取早出成果, 多出成果, ***同享受成果,
並使成果產業化, 以迅速提高行業的技術水平。用
電子信息工程等高新技術和先進適用技術來改造企
業傳統的生產模式, 將先進技術轉化為生產力。
( 2) 建立服務體系, 使中小企業廣泛受益。模
具行業除個別企業外都是中小企業, 力量有限, 特別
是信息和技術開發方面更顯力不從心, 他們難以完
全依靠自己的力量去獨闖市場。如能建立針對廣大
中小企業的行業服務體系, 特別是信息和技術服務
體系, 使廣大中小企業從中受益, 必將有利於行業的
振興與發展。
( 3) 以企業為主體, 發揮院校和科研單位作用,
搞好產學研結合, 盡快使成果產業化, 並大力提高模
具生產技術水平。
( 4) 自主開發和引進。所謂引進, 主要是引進
已商品化了的CADPCAEPCAM 軟件和設備, 並對引
進的軟件加強二次開發工作。引進軟件和設備的同
時, 相應的人員培訓相當重要。
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