模具设计技术提升的探索

　　图1 颜色代码标准

　　北京比亚迪汽车模具有限公司在企业发展的进程中，技术提升与创新贯穿始终。从最初的二维设计到三维实体设计，从单一文件结构设计到装配结构设计，再到无图化加工，模具技术水平不断提高。

　　通过不断地努力，我公司先后实践了单块加工、焊接模口等技术。在发展中，始终坚持结合自身特点自主创新，不断对现有管理流程进行修改完善，创新实现了设计科管理信息系统的解决方案。目前我公司的工装设计采用的Siemens PLM公司的三维实体设计软件，精细化程度较高，形成了较完整的颜色代码等针对加工的指导示意信息（图1）。

　　此外，我们还通过与国内外同行、高等院校进行交流和学习，开展研究并初步具备了运动模拟分析、结构强度分析的能力。现已开始应用于复杂模具的设计、校审环节中，以保证模具设计质量。下面结合我们这些年的工作，探讨既要保证生产，又要实现持续的技术提升之路，以期通过技术进步满足公司各生产部门技术提升的需要。

　　2-8律

　　纵观模具生产过程中的各个环节，我们发现模具生产中，许多地方符合2-8律，即20%的内容具有变数，属于特殊性的，而80%的内容可以找到规律。这里说的80%有两层含义：一是在模具总量中有80%的模具符合一定的规律；二是一套模具里有80%的结构符合一定的规律。如果摸索出这80%的规律性，对这部分的生产流程和操作方法先进行优化，然后再固化，这样对企业来说柔性的技术水准就有了刚性、稳定的成分，这会使质量得以稳定，劳动强度得以降低。对待规律性问题的办法是先对模具类型进行分类，再按类型分解设计步骤，优化设计过程；然后分析模具各部分结构中的共性和特性，对共性部分加以规范，使其相对固定（纳入80%范围），对特性部分（占20%以下）可能出现的情况进行收集归纳，提出设计指导意见或注意事项。这样模具技术脉络会更加清晰明了。规范的结构还有利于企业整体技术水平的提高。

　　以单动拉延模为例，我们可以围绕拉延模基本结构将变化部分分为两类：一类为特殊部分（20%），如气垫布置、与镶块相关的结构等，其变化较为复杂，暂时不易规范；另一类为常规部分（80%），这是可规范部分，如长、宽、高、导向和起重等。我们的目标是将常规部分的结构优化、简化和规范化。依据拉延制件的最大长、宽、高尺寸，分别建立与模具结构相关的尺寸关系，将这些关系在一定范围内固定（可为关系式加圆整，或优选值加调整值等），形成设计规范。还要研究设计过程，将一套模具的设计分为若干部分，经过优化后确定最佳设计步骤、设计方法、使用软件的命令等。将常规结构、尺寸、设计方法加以规范确定后，可使设计者有章可循，大家都按经过优化的规则从事设计，逐渐使占大部分（80%）工作量的常规结构设计成为重复性工作，既可操作熟练、提高效率，使主要精力投入到特殊结构设计中，又可保持质量稳定性。再进一步，可将多人次重复性的工作通过二次开发，编成设计程序，让计算机实现辅助设计，这将进一步提高设计效率和质量。其他类型的模具也可类推。这项工作需要花费很大的精力，应从简单结构入手，逐步扩大覆盖面。

　　图2 自动化模具运动仿真

　　规范先行不断完善

　　模具结构设计需要满足冲压各工序的工艺性要求、车间可加工性要求及客户的使用要求。为现有的工艺思想、生产状态提供最为合理的结构配合是设计实力的体现。这种实力的基础就是要做好对经验的归纳、优化和总结。我们在做好符合本公司加工特点的设计规范后，更需要重视后期的完善。在日常设计工作中，需要注意经验的积累，加强对生产过程中、客户使用中的问题搜集与反馈，然后修正原有的经验认识与设计规范、规定等。国内大部分的模具厂都处在软、硬技术快速提升阶段，模具技术在不断改进、完善、提升和发展，这就需要设计能力不断提高，以适应各方面发展的需要。这种提高的基础仍然是企业固化下来且经过优化的规范性技术，某种程度上它代表着企业的技术实力。综合这些才能使实践结果更加符合设计期望，使虚拟设计到实际产品的转变更加完美。

　　开发推动技术进步

　　我厂是以Siemens PLM公司的软件为主，本身其软件提供了强大的设计建模功能，利用二次开发手段可以将各种灵活、强大的操作功能集中起来，实现更加有效的功能调用，变分散的灵活为特殊功能的专长，而这种专长也就是模具设计中需要的软件设计开发命令。通过近年来在软件开发方面的探索，我厂设计部门形成了适合企业需要的比较完备的设计开发命令，满足了公司单块加工、无图化加工等对设计的需求。单就功能开发促进设计效率提升这方面来说，追求的是如何能够减少操作次数、减少重复劳动的开发。当把一个细微的优化放大到每人操作上百次，有几十人每天忙于此工作时，都将会是非常巨大的劳动强度降低，换来的也自然是可观的时间节省。此外，Siemens PLM公司的软件的参数化功能、模板化功能、宏命令、自定义特征功能也为设计提供了很好的便利手段。2008年，我厂设计部门开始了对软件运动仿真、强度分析等的研究工作，将运动仿真功能引入日常设计中去，开始对部分复杂模具的设计提供模拟支持，不断修正设计参数，提高设计可靠性（图2、图3）。Siemens PLM公司的软件的强度分析模块功能在结构强度分析上具有很好的预判效果，能够为设计者提供非常准确的分析结果。

　　图3 旋转斜楔运动仿真

　　信息化流程与管理

　　与设计相关的流程主要有内部设计流程及外部协调流程。内部设计流程主要是围绕设计任务展开，针对设计任务到达的不同阶段，组织好各角色人群的响应处理及产生数据的记录整理工作。例如：设计人在模具零件明细表方面容易犯错，而这种数据转出到BOM恰是软件的长处，那么像明细表这类包含大量标准信息的数据在导出过程中可以交由开发命令来完成，当然这需要对软件的开发有一定的研究基础。总之在这个内部流程上要考虑给人和软件分派各自合适的任务来达到最优的效果。

　　外部各部门协调流程主要包括设计通知的接收和发送。设计产品的复杂性、工程变更的复杂性，以及后序部门的多样性和特定的需求决定了通知流程处理起来同样复杂。面对工程变更，工装设计需要尽快去应变，为生产提出解决方案。

　　无论是对于设计内部流程，还是外部流程，高效的信息化管理显得尤为重要，它将简化各角色人群对产生数据的维护工作，使人员的精力更多的投入到设计技术中去。

　　模具制造具有种类多样、单件生产、标准化集成等的特点，找到一个非常适合模具公司生产运作的高效管理软件比较困难。从现有的大众化技术来看，网络化的运作平台不失为一个很好的解决方案，它能够利用网页传输解决多点信息交汇、按权限分享信息、数据存储、检索以及报表等一系列模具公司运作中需要的基本功能。因此可以根据公司不同的发展情况定制适用于自身的网络运作平台，理顺设计内部发图流程与外部通知流程，然后再将其固化到网络平台之中，这样设计系统的数据将会有效地汇总、积累下来。然而，搭建好网络平台只是解决了数据的来源问题，我们更需要的是实现强大的分析功能，比如实现人员的工作负荷分析、人员近期产值统计、项目进度汇报等功能。如果在系统中利用数字定义区分日常各种事务，找出其中各种因素的内在规律，那么就可以把分析的过程交给系统来完成。当这种平台系统在组织好了一切工作中的数据之后，又提供了强大可靠的分析功能的话，那么它对管理效能的提升无疑将是巨大的。