现代模具设计信息化发展特点探析论文
现代模具设计信息化发展特点探析论文 摘要：随着经济全球化及市场竞争的日益激烈，模具产品设计正面临严峻考验。模具企业必须利用最新的技术，在最短的时间内开发出高质量、低成本、高附加 值的产品，以最快的速度响应和投放市场。这就需要改变传统模具产品设计方式， 从而做出正确的决策与设计方案。
关键词：现代模具；
设计；
制造；
信息化 现代模具产品制造是典型的单件小批量、离散型生产。传统模具产品开发 从设计、试制到产品上市周期太长，设计过程中难以与用户进行交流，难以及时 听取用户的意见，难以考虑可制造性和可装配性，很难全面考虑安全、维护等方 面的要求，不能综合考虑生产、时间以及费用等相互制约条件的限制，更谈不上 考虑整个模具产品寿命周期的诸多问题。笔者就现代模具产品设计与制造的高科 技信息化及其应用谈点浅见。
一、现代模具设计与制造已步入信息化时代 改革开放30多年来，中国模具生产作为一个产业有了翻天覆地的变化。这 种变化主要体现在三个方面：产能变化、生产方式变化、技术革命。大多数人看 到的是中国模具产业作为一个行业的从无到有、从小到大、从拾漏补缺到成为主 力，以及模具需求和产量的快速增长变化。但更重要的是生产方式转变和技术革 命。后两种变化是一种更加深刻、更加根本性的变化。生产方式的转变主要体现 在，从过去传统的小而全的后方车间、作坊式的生产，转变为高度市场专业协作 的大规模生产方式；
从完全非标生产到相对标准化和准标准化生产。模具生产技 术革命，浓缩到一点就是企业信息化也就是数字化制造和信息化管理。
20世纪80年代前，很多模具是靠钳工用手打磨出来的；
90年代，由于引入 了数控加工机床、edm等较先进的设备，大大地提高了模具的生产工艺水平，生 产周期及模具的品质也有了很大的缩短和改进。高精度加工己经把工人从繁重的 体力劳动中解放出来。另一方面，cad/cam/cae等计算机辅助技术在模具行业也得 到了广泛的应用，模具的设计及数控加工水平有了很大的提高，cad/cam/cae软件 对于模具技术人员的工作效率和设计的可靠性已经有了很大的提高。目前各模具 企业又面临着一个新的课题，如何把企业管理也同样从烦琐的事务中解放出来， 让信息化管理为企业的生产效率提升作出贡献。所以模具企业管理的信息化己经 成为模具行业发展和进步的必然趋势。模具生产是单件订单式生产，在管理信息化中有其强烈的特殊性。设计是 制造的一部分，工艺设计不充分，设计与工艺信息可直接重复利用价值不大。因 此，根据企业生产特点把握全面信息化管理与实用、简化管理的平衡点，是信息 化的关键。这就造成很难照搬成熟的管理软件。例如汽车模具企业没有传统意义 上的原材料，仓库管理等等。购置的都是部件与部件的半成品，不存在入库出库 过程，制造费用的摊销每个企业也是都不一样。又比如成本核算更应该采用项目 管理的办法，而不是采用一般加工制造业的办法，什么pdm、erp等软件不经过彻 底的改造是完全不适应的。
二、现代模具设计的CAD/CAE技术的应用 模具设计是随工业产品零件的形状、尺寸与尺寸精度、表面质量要求以及 其成型工艺条件的变化而变化的，所以每副模具都必须进行创造性的设计。模具 设计的内容包括产品零件(常称为制件)成型工艺优化设计与力学计算和尺寸与 尺寸精度确定与设计等，因此模具设计常分为制件工艺分析与设计、模具总体方 案设计、总体结构设计、施工图设计四个阶段。CAD/CAE，计算机辅助设计和 辅助工程，它包括概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助 绘图和计算机辅助设计过程管理等。应用CAD技术可以设计出产品的大体结构， 再通过CAE技术进行结构分析、可行性评估和优化设计。采用模具CAD/CAE集 成技术后，制件一般不需要再进行原型试验，采用几何造型技术，制件的形状能 精确、逼真地显示在计算机屏幕上，有限元分析程序可以对其力学性能进行检测。
借助于计算机，自动绘图代替了人工绘图，自动检索代替了手册查阅，快速分析 代替了手工计算，使模具设计师能从繁琐的绘图和计算中解放出来，集中精力从 事诸如方案构思和结构优化等创造性的工作。在模具投产之前，CAE软件可以预 测模具结构有关参数的正确性。
当今的概念设计已不仅仅是停留在对外观和结构的设计上，它已经扩展到 对模具结构分析的领域。对于运用CAD技术设计出的模具，可运用先进的CAE 软件(尤其是有限元软件)对其进行强度、刚度、抗冲击实验模拟、跌落实验模拟、 散热能力、疲劳和蠕变等分析。通过这些分析，可以检验前面的概念性结构设计 是否合理，分析出结构不合理的原因和部位，然后再在CAD软件中进行相应的修 改。修改后再在CAE中进行各种性能的检测，最终确定满足要求的模具结构。
当今CAD技术的发展使得概念设计思想体现在相应的模块中。概念设计不 再只是设计师的思维，系统模块也融合了一般的概念设计理念和方法。目前，世界上大型的CAD/CAE软件系统，如Pro/ENGINEER、UG、Solidworke、Alias等， 都提供了有关产品早期设计的系统模块，我们称之为工业设计模块或概念设计模 块。例如，Pro/ENGINEER就包含一个工业设计模块――ProDesign，用于支持自 上而下的投影设计，以及在复杂产品设计中所包含的许多复杂任务的自动设计。
此模块工具包括概念设计的二维非参数化的装配布局编辑器。这些系统模块的应 用大大减少了设计师的工作量，节约了工作时间，提高了工作效率，使设计师把 更多的精力用在新产品的开发及创新上。
三、现代模具制造的CAD/CAE/CAM技术应用 现代经济的飞速发展，推动了我国模具工业的前进。CAD/CAE/CAM技术 的日臻完善和在模具制造上的应用，使其在现代模具的制造中发挥越来越重要的 作用，CAD/CAE/CAM技术已成为现代模具的制造的必然趋势。
(1)CAD/CAE/CAM计算机辅助设计、模拟与制造一体化，CAD/CAE/CAM 一体化集成技术是现代模具制造中最先进、最合理的生产方式。使用计算机辅助 设计、辅助工程与制造系统，按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程 序是从设计到制造的一个必然过程。在具有现代模具设计制造能力的工厂内，该 过程都是在CAD/CAE/CAM系统内进行的，其加工程序直接由联机电缆输入加工 机台，在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能进行细致的模拟，将零件，刀 具、刀柄、夹具，平台及刀具移动速度、路径等显示出来，以便观察整个模具零 件的切削过程和前后的形状，进而检查程序编制的正确性，这对于复杂的多曲面 的模具零件尤为重要。
(2)模具的零部件除了有高精度的几何要求外，其形位精度要求也较高， 一般的量具是很难达到理想的目的的，这时就要依赖精密零件测量系统。这种精 密零件测量系统简称CMM，即CoordinateMeasuringMaching，是数控加工中心的 一种变形。它的测量精度可达0.25μm，其测量工件的方式如下：将经由CAD/CAM 系统或CMM专用软件所产生的零件数据选送至CMM的计算机系统，经过适当的 设置后，即按照所给出的数据去测量工件，将所得结果与原始数据比较，得出工 件加工后的误差。如果原始数据是从设计图纸得来的，则可直接将设计数据送入 CMM专用软件，然后进行测量，将取得的加工误差数据进行质量分析，以判断 工件的加工质量。如果检测的不是单个零件而是若干个零件的组件，则由各零件 的误差积累而导致总偏差被显示出来。
总之，CAD/CAE/CAM集成技术就是在这种情况下应运而生的，它已成为现代模具制造技术发展的必然趋势，并以科学合理的方法给模具制造者提供了一 种行之有效的辅助工具。该技术可使模具制造者在模具制造之前能借助于计算机 对制件、模具结构、加工、成本等进行反复修改和优化，直至获得最佳结果。