CAE技术塑料模具设计发展必然趋势.doc

2003年，中国模具制造业的产值比2002年增长15%以上，其中广东、江苏、浙江、山东等模具的增长为20%左右。2003年，我国模具产值约为450亿元人民币。按模具产值总量排名，中国名列日本、美国之后，位居世界第三。我国已经成为一个模具大国。但从先进技术应用的深度和广度来看，我国还不是一个模具强国。中国正在从模具大国向模具强国迈进。中国模具初具规模MM:请简要介绍一下我国模具行业发展的基本情况?朴龙翼先生：我国的模具业已颇具规模。2万多家模具企业，450多亿元产值，世界排名第三，已成为模具大国。近十年来迅速发展的包括汽车制造业在内的整个制造业,使我国的模具工业得到了空前的发展。经过市场竞争洗礼,已有的骨干企业实力更强，一般企业的实力也得到增强.有一批经济实力很强的企业成了车身模具行业的新军；有一批国外模具企业在中国建立了独资或合资公司。最引人瞩目的是出现了一大批中小型民营模具企业。各个企业的专业化程度会明显提高，已出现了模具企业产业生态链的雏形。这些企业在制造技术和产品优化方面取得了长足的进步。骨干企业生产的越来越多的模具产品开始走出国门，显示了日益增长的中国模具业的实力李建军先生：近几年，我国模具工业基本上保持了每年15%的高增长率的发展,但发展水平不均，水平较高、规模较大的模具企业主要集中在广东、上海和江浙一带。国内模具企业二维CAD技术已普及，部分企业已开始采用三维CAD/CAM技术，有些规模较大的模具企业还逐步采用了CAE技术。 但在加工设备上，精密加工设备、高速铣削设备等所占比重仍然较小。我国已有部分模具企业,如天津汽车模具厂、东风模具公司、康佳模具公司等，开发出大型、精密、复杂的汽车覆盖件模具和彩电外壳模具。有些企业已能开发出达到或接近国际先进水平的精密多工位级进模，如引线框架级进模、接插件级进模、电机铁芯自动叠铆级进模等。但大多数模具企业，仍只能开发中小型模具。另外，我国的模具标准化程度较低，标准化零件大约只占30%，而国外发达国家已达到80%左右。加强标准化建设工作，是近期我国模具行业发展急待解决的问题。余卫东先生：随着我国加入世贸组织，我国正在成为全球最重要的制造业基地。中国制造业正在迎来历史上最好的、空前蓬勃发展的崭新时期。面对中国制造业大发展的市场需要，我国的模具工业近年来发展也很快。据中国模具工业协会不完全统计，2002年我国约有模具生产厂点2万多家，从业人员约50万人，全年模具产值约360亿元。2003年进口模具12.72亿美元，出口模具2.52亿。 近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命的中高挡模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其能力增加较快；三资及民营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方的发展。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这两个省的模具产值已占全国总量的六成以上。我国的模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上不但要比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，而且也与英国、加拿大、西班牙、韩国、新加坡等国存在许多差距。在管理方面，需要采用现代的科学管理办法，加强设计、生产、制造方面的信息反馈。模具总量供不应求MM:2003年我国模具出口3.368亿美元,进口 13.7亿美元,进口大大多于出口。同世界先进国家相比,我国模具制造行业技术和产品发展的主要差距在哪里？朴龙翼先生：我们对冲压工艺的理解、冲压工序设计、模具型面设计和结构设计、CAE分析的覆盖率和准确性方面都存在不足。高速高精密加工、数字化制造技术和自动化加工、精细化制造、模具材料及铸件、型面强化等方面还存在许多差距。国内模具产品的技术含量低，高档模具比例小,中低档模具所占比例大。轿车外覆盖件模具的80%*进口。国内生产的大型、复杂、精密、长寿命模具少，无法满足市场需求。模具市场的激烈竞争，加快了产品的开发速度，缩短了产品的开发周期。新产品的快速开发试制给模具的快速制造提出了更高的要求。李建军先生：与先进国家相比，我国的模具技术在设计、制造、管理等方面都存在较大的差距。在设计方面,先进国家的模具企业普遍采用了三维设计和计算机模拟技术，使用先进的成形工艺和模具结构，专业化程度和标准化较高，积累了大量的设计经验。而国内，除部分模具企业实现了三维设计和模拟分析外，大部分企业仍是以二维设计为主，且对设计知识和设计经验的积累与整理重视不够。在制造方面,先进国家的模具企业大都拥有先进的加工制造设备，加工工艺先进，标准化程度高达80%，而且可根据需要选用性能优异的模具材料，所加工的零件可直接装配或经少量的修磨即可使用。在国内，模具企业先进的加工设备较少，工艺技术落后，标准化程度低，模具零件加工完后，还需花费大量的人力和时间进行研磨，质量难以得到有效的控制和保证。在管理方面,国内模具生产管理主要采用以管理人员经验为主的粗放型管理模式。设计数据、生产数据等都没有被很好的收集、分析和应用。而且生产现场的信息反馈不及时，导致不能有效地了解并控制生产进度，不能灵活地调整生产计划，一旦模具的生产量较大时，经常会顾此失彼，延误工期。而国外具有一定规模的模具企业，基本上都采用了信息化的管理手段，能灵活地根据需要调整生产计划，保证按客户要求准时交付模具。由于上述技术上的差距，使得我国大多数模具企业无能力开发大型、精密、复杂模具，只能承接一些技术含量不高的模具。余卫东先生：我国模具制造行业与国外相比，落后和差距主要表现在下列几方面。（1） 我国模具总量供不应求，国内自配率只有70%左右。其中，中低挡模具供过于求，中高挡模具自配率只有50%左右。（2） 我国模具的企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不合理。我国模具生产厂点中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右。国外70%以上都是商品模具。国内专业模具厂大多数是大而全、小而全的组织形式，而国外大多是小而专、小而精。国内模具总量中属大型、精密、复杂、长寿命模具的比例不足30%，国外在50%以上。我国模具进出口之比2002年为5：1，进出口相抵后的净进口已超过10亿美元，为净进口量最大的国家。（3） 我国模具产品水平比国际水平低许多，而模具生产周期却要比国际水平长许多。产品水平低主要表现在精度、型腔表面粗糙度、寿命及模具的复杂程度等。（4） 模具开发能力较差，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例低，水平也较低，不重视产品开发，在市场经济中常处于被动地位。与国际水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。技术落后易被发现，管理落后易被忽视。国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。另外，国家对模具工业的政策支持力度不够；人才严重不足，科研开发及技术攻关方面投入太少；模具企业工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低；模具材料及模具相关技术落后等都阻碍了我国模具制造业的发展。模具工业需要信息化MM: 技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档和精密、复杂模具还远远不能适应国民经济发展的需要。请您谈谈如何采用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，推动模具工业技术的进步？朴龙翼先生:首先我们应该有一个整体规划。行业要有指导性规划，每个企业都要有操作性很强的计划。在整体规划和计划的指导下，我们应该着重抓好CAD/CAE/CAPP/CAM一体化，并不断提升单元技术和合成技术水平；实现PDM(产品数据管理)系统的开发与应用，提高产品设计能力；实现ERP（企业资源规划）系统的开发与应用。将公司的所有资源统一管理起来，包括物流、资金流和信息流。目前。国内的骨干企业在这方面都做了不少工作，取得了阶段性的成果，但是发展很不平衡，为了避免走弯路，有必要加强交流，取长补短。我国技术含量低的模具已供过于求，市场利润空间狭小，而技术含量较高的中、高档和精密、复杂模具还远远不能适应国民经济发展的需要。李建军先生：采用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是一个复杂的工程。就我国目前信息技术发展水平以及模具企业的现状，可先从以下几方面开展工作。（1） 以高校和相关研究机构为技术支撑，通过企业示范，推广三维设计技术和计算机模拟技术的应用，提高企业的设计能力和创新能力。同时，高校和相关研究机构还应与企业合作，进行知识的积累和整理工作，使其成为可为企业服务的知识库、数据库。（2） 注意开发或应用先进的数字化快速模具制造技术，如高速数控铣削加工、基于快速原型的快速制模、特种加工技术、自动化模具表面抛光技术、模具表面处理技术等，为模具企业快速地制造出高精尖模具提供必要的设备或技术手段。（3） 加强面向模具企业的生产过程信息化管理与控制技术的研究，以满足模具企业生产的随机性、动态性和快速性的要求，为模具企业优质高效地组织生产，按时完成模具的生产任务提供必要的信息化支撑手段。（4） 以中国模协为牵头单位，建立以网络为基础平台的、面向模具企业的技术服务咨询中心和信息交流中心，为模具企业提供下列服务：引进和介绍国外先进技术、先进工艺，为模具企业提供技术交流的论坛。搭建供应链信息平台（包括模具材料、标准件等），为模具企业提供快速采购的在线服务。建立企业资源信息数据库，为企业间建立利益共享的合作关系提供信息化平台。余卫东先生: 塑料模具的设计、制造水平与塑料制品的质量、成本及生产周期息息相关。随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶、汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求愈来愈高，传统的人工设计、单件生产的模具设计与制造方式已无法适应产品及时更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程（CAE）技术已成为解决模具设计与制造中这些薄弱环节的最有效的途径。塑料注射成型过程的分析仿真属于机械、力学、材料和计算机相交*的新兴学科，由于塑料熔体的非牛顿性以及注射流动过程的非稳定性、非等温性，采用计算机模拟熔体成型过程具有很大难度，早在20世纪70年代，世界各国的研究机构就开始了此项研究，但最终商品化的软件系统寥寥数家，其中创建于澳大利亚墨尔本的Moldflow公司由于技术和产品的先进性，在国际市场上处于绝对的领导地位，Moldflow的注塑分析系列软件在国际塑料模具行业享有很高的声誉。 模具CAE技术可以提高模具的设计与制造水平和质量。在计算机上进行流动模拟和冷却分析为模具设计与制造提供了更科学更合理的依据，而计算机与设计者的交互作用，又有利于发挥人的经验和直觉分析的能力，使模具设计与制造水平大大提高。模具CAE技术不仅减轻了劳动强度，还可使其从事更多的创造性劳动。模具CAE技术还可以减少试模、修模次数，在提高生产率的同时，CAE技术的优化设计往往还带来了原材料的节省，生产准备时间缩短，产品更新换代加快，产品在市场上竞争能力增强，因此可大幅度降低产品成本。试模是模具制造过程中一个十分重要的工序，每进行一次试模，都会发生试模运输费、差旅费和设备使用费。如果采用Moldflow技术，可以帮助我们在模具制造之前，在计算机进行试模、修模，提高一次试模成功率，避免了反复试模、修模所引起的成本上升。模具CAE技术的优越性赋予它无限的生命力，使其得以迅速发展和广泛应用。实践证明，应用塑料模CAE技术，不仅能大幅度节省模具设计与制造的时间和成本，而且在模具制造之前，可以预测熔体的充填过程、保压和冷却情况，制品中的应力分布、分子和纤维取向分布，以及制品的收缩和翘曲变形等情况，以便尽早发现问题，及时修改制品或模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计制造方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量、降低成本等，都有着重大的技术经济意义。当前，随着CAE技术的迅速发展，国内许多企业都已经知道在塑料产品设计、模具的设计及制造中如运用Moldflow可以提高效益，以最短的周期、最低的成本，生产出高质量的模具及塑件制品，并有众多国内企业已将Moldflow应用于实际生产。大型、复杂、精密模具亟待开发MM: 面对激烈的市场竞争，中国要从模具大国迈向模具强国，应如何调整产品的结构，增强精密、大型复杂模具的自主开发能力，以提高产品的市场竞争能力？朴龙翼先生: 产品结构调整方面，我认为应该抓好如下4件事：（1） 大力开发市场急需的大型复杂精密模具，如中高档轿车外覆盖件模具，要满足国内汽车业对这类模具的需求，进而扩大出口量。（2） 开发快速成型模具，适应产品生命周期短、向多品种小批量生产发展的需要。值得我们关注的是， RP技术已发展到通过金属粉末直接烧结或熔射沉积直接制造模具的研究阶段。迅速发展的RP技术将对传统的模具制造技术产生深远的影响。（3） 为未来的模具产品作技术储备。随着石油能源的紧缺和环保要求的提高，汽车厂家会加快对低油燃油汽车、电动汽车、混合动力汽车、太阳能汽车的开发。那么汽车车身和模具的材料、结构、形状、制造工艺会发生变化。因此，我们必须尽早作好准备。（4） 作好产品市场定位。要做到有所为，有所不为，突出抓好核心业务，作好技术平台建设、优化产品、研发新产品的同时相应地增加新的设备，整合流程，使软硬件水平始终处于先进水平上。李建军先生：目前，我国模具企业的自主开发能力还相对较弱，而研究机构所开发的成果或停留在实验室阶段、或没有结合企业的实际需求，因而难以在企业中获得应用。企业和研究机构必须建立更加紧密的合作关系，如建立联合研究中心或开发中心，专攻大型、精密、复杂模具设计制造中的关键技术问题，从而为模具企业开发这类模具提供技术保证。因此，提升模具企业的专业化水平，加速标准化的实施与推广工作，是提高我国模具企业大型、精密、复杂模具的自主开发能力的一个主要途径。结合我国汽车工业的发展，模具企业应围绕汽车零部件的制造，开发新型成型工艺及其模具的设计制造技术，这是增强我国模具企业开发大型、精密、复杂模具自主开发能力的一个突破口。应该建立一种机制，使企业间能够实现双赢的合作，从而能充分利用现有资源开展大型、精密、复杂模具的开发工作。企业与社会要密切合作，建立良好的人才培养机制，为开发大型、复杂、精密模具作好人才储备。余卫东先生：为了使中国的注塑模具工