谈谈模具企业的设计转型升级

谈谈模具企业的设计转型升级

宁海县第一注塑模具有限公司      顾初青

目前模具设计的转型都是回绕3D软件的应用，涉及3D设计应用的目的和要求。我们谈模具智能制造，往往不自觉把设计当作为制造服务的工具。但仔细想一想，要回归设计自身的要求，设计是模具质量、成本的源头，设计转型不能忽视设计自身的任务。

一、模具设计第一次转型升级回顾

    二十世纪九十年代后期，伴随着数控加工技术的推广，模具设计引入了三维设计软件。三维设计主要为数控加工服务，CAD-3D设计的应用层次很低。

1. 3D的主模型功能被忽视；

2. 3D设计不完整；

3. 3D与BOM表、2D不相关联；

二、模具设计第二次转型升级回顾

第二次转型是为了适应模具企业管理模式的转变和模具零件化加工工艺的需求。

    市场背景：2005年前后，模具企业同质化经营严重，部分企业积极转型，模具企业原有的粗放落后的生产模式面临挑战：

1. 客户对模具设计提出要求，钳工包模、自行分散设计的模式需要改变；

2. 客户要求参与过程控制，与钳工主导工艺流程的做法不能适应，需要建立企业集中的工艺管理体系和计划控制体系；

3. 市场对质量、交期有更高要求，企业必须转变生产模式，选择零件化的生产工艺路线；

所有这一切，使得模具企业传统管理模式需要调整，模具生产对设计的要求大大提高，3D与BOM表、2D不相关联产生一系列“后遗症”亟需解决，如：BOM表不完整、数据不一致造成混乱、设计精细化、规范化难以实现、设计变更后版本如何管理等等。因此模具设计转型的目标包括：

1、3D设计要完整并且零件化；

2、改变串式的设计流程，推行并行协同设计，在精细化的同时提高设计效率；

3、解决各种设计数据的一致性和设计变更的版本管理；

4、提高标准零件采用率和结构设计规范化程度。

    这就是目前正在进行的模具设计转型升级。益模的MoldDM较早看到模具行业的发展趋势，基于模具行业普遍应用的NX设计平台，开发了一系列设计工具为设计转型服务。这也是益模的MoldDM对模具企业很大的贡献。

设计装配化

1. 按项目统一制定零件配置文件，保证贯彻客户标准；

2. 保证零件名称编号标准化和唯一性，满足生产管理；

3. BOM表、2D图与3D主模型一体化，保证数据一致性；

4. 2D与3D设计并行，缩短设计周期。

5. BOM表与EMan无缝连接、物料数据库对接。

结构设计规范化

1. 通过标准件调用平台提高设计标准化程度；

2. 预设开腔假体，统一设计装配规范（间隙、倒圆角、导向长度等）；

3. 扩展标准件库，在调用页面设置帮助，指导正确设计。

版本管理同步化

    适应模具企业特点，在完成模具零件设计变更的同时，不离开设计页面就可完成版本更新和旧版维护，自动生成设计更改通知单。

三、下一阶段模具企业的设计转型升级之路

今年是“十三五”规划的开局之年，今后模具行业需要面对经济新常态，国家在大力推动创新驱动，模具行业也需要增强创新意识。

1. “中国制造2025”明确了制造业发展目标及转型升级道路，数字化、网络化、智能化、绿色化将引领模具行业的发展；

2. 大数据、云计算和互联网+将有可能提升和改变模具制造及生产方式；

3. 模具的设计生产要主动适应智能制造的新要求，要向精密、绿色、高性能、高可靠性方向发展。

    现实的模具行业仍然面临产能过剩、同质竞争、行业利润率下滑的问题，可能部分企业在新的背景下会转变业态、或转行歇业，但大部分企业尤其是列入大型骨干企业仍将坚持主业，在第二阶段转型中他们已经领先一步，下一步设计转型升级的方向在哪里？笔者想在这里与大家作一探讨。

当前模具企业装备水平已经与国际基本接轨，发展面临的突出问题是：

1、模具企业技术积淀不够，没有自己的设计标准；

2、国外客户标准存在“水土不服”问题，与企业自身工艺水平和条件不相匹配；

3、企业没有设计标准，整个设计过程受制于人，导致设计周期延长，增加工艺成本 ，影响模具质量，影响交期；

4、企业没有设计标准，限制模具产业模式和设计模式的创新。

（如：建立云设计平台）

    企业没有自己的设计标准，企业的设计流程被人左右，增加企业人才培养和技术管理的成本，不利于构建企业的竞争优势。笔者认为，下一阶段模具企业设计转型升级的核心应该是建立自己的设计标准。

    首先，设计标准与设计标准化是两个完全不同的概念。

    我们建立自己的标准---问题在哪里？难道我们企业没有能力吗？有，也没有。

模具设计的好坏没有绝对的固定的标准，但好的设计一定是在现有工艺水平和使用条件下使模具能够有更好的质量。

    模具企业为什么很难建立自己的设计标准？客观上这与我国产业供应链体系有关。像日本，汽车模具企业都为特定的汽车厂商配套，与汽车厂是协作关系，有利于固化建立标准和传承技术。而我国因为后发优势，模具厂像野草般野蛮而快速繁衍，没有形成与主机厂的协作关系，模具企业的专业化难以稳定，这确实影响到企业的技术积累和标准化。

    在现实基础上，如何建立企业的设计标准？对于企业，不是如何写的问题。必须看到标准的背后是企业的工艺基础和设计验证手段的建立，是模具设计要从“成型”设计向“成性”设计转变，是模具使用全寿命管理和评价系统的形成。

从“成型”设计走向“成性”设计

当前我们模具设计基本处于“成型”设计阶段，这一阶段还需要很多完善深化，要与工艺管理深化相适应，如颜色管理、无纸化等，但模具设计的内涵需要重视，对模具材料选择、结构强度校核、公差设计、设计成本优化以及模具工作寿命等缺乏研究、验证和设计指南，模具设计外部精细、内涵粗放是一个普遍存在的问题。原因分析：

1. 三维设计软件的发展大大降低了设计人员的学历门槛和素质要求，很多设计人员不具备设计的知识内涵，也缺乏长期积累的设计经验；

2. 模具企业数量在近十几年爆发性增加，企业经验积累和人才培养跟不上市场的转型。近几年设计人才流失加剧，需要引起业界共同重视。

3. 目前的模具CAE仅仅停留在对材料成形特性的模拟，没有涉及传统的机械设计计算，模具设计存在很多盲区，存在设计冗余过剩或不够。（认识误区）

4. 对模具设计的验证比较粗糙，验证手段缺乏，也没有建立模具全寿命跟踪管理和相关记录，缺乏积累和总结，所以企业DFMEA的应用流于形式。

模具企业要解决设计标准的问题，需要确立从“成型”设计向“成性”设计转变的理念，要倡导工匠精神，要重视人才培养，要加强模具设计验证和全寿命管理，这些方面有很多工作，这也是模具企业下一步的设计转型。

    这一转型也是一个系统工程，不会一蹴而就，要逐步积累，企业要确立专业化目标，同时需要整个模具配套供应链的转型升级。

    从“成型”设计走向“成性”设计，需要模具设计软件提供支持，设计软件开发需要加强与产业技术的深度融合，解决“成性”设计面临的问题，推动模具设计转型升级。因此笔者先抛出一堆“砖头”，供大家探讨。

1、模流分析与3D设计的集成

目前的充填和保压模拟软件都是采用中性层（Middle-Plane）的有限元/有限差分方法来分析；如果基于3D实体模型的有限元分析计算效率非常低，并且分析结果也不一致，这是模流CAE与CAD集成的难点，创新思路能否找到破解方案。

2、3D造型与力学计算的结合（应力、强度、刚性）、（模板、推杆、斜顶滑块）。

在模具设计过程中，模具的受力分析和强度、刚度校核应该占据重要位置，但传统计算方法比较繁琐并且有难度，往往用经验数据和判断代替，使得设计冗余过剩或不足；能否运用有限元分析方法和其它计算方案实现对模具主要零件的指定部位或截面作出快速的应力分析和计算，这对模具设计有巨大的帮助，可以提高设计的可靠性，优化结构，实现模具质量和成本的平衡。

3、对冷却系统设计的功能校核（流量、压力降、温度场模拟）。

在模具冷却回路设计的同时，可校核一定供水条件下该回路的通过流量和压力，模拟显示产生的冷却效果，为模具冷却系统设计评审提供依据。

4、大数据技术在模具单件定制化生产中的应用。

建立大数据处理平台，自动提取模具表面特征完成零件加工工时和加工成本的快速估算，提高工时核定的准确性；建立模具问题处理专家系统等等 。

四、总结

1. 模具设计转型第一阶段是引进三维设计软件为数控加工服务。

2. 模具设计转型第二阶段：建立以3D为主模型的设计管理平台，为生产模式转型服务。益模的MoldDM提供了较为完整的工具和技术支持。

3. 设计转型的下一步：要从“成型”设计向“成性”设计转变，目标是尽快建立起企业自己的设计标准，为构建企业竞争优势创造条件。

4. 当前模具企业外有同质竞争，内有人才危机，转型发展需要信息化、大数据、云计算等技术支撑。模具设计软件开发要与产业技术深度融合，要为模具设计提供基于工程知识和产业经验的设计验证及模拟分析手段。