试论虚拟技术在现代模具制造中的组织模式

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　　0.引言

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　　目前,虚拟制造技术还没有形成完整的理论体系,一般认为是在高性能计算机及高速网络的支持下,辅以各类专用设备及仪器,不是事实上的但又是本质上的,在计算机上实现将原材料变成产品的过程。这个课题从提出之日起即充分显示出灵活、高效、经济的优点,吸引了许多不同学科领域的研究者。本文立足现代模具制造,对虚拟技术的组织模式进行探讨。

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　　1.模具制造业的特点与现状

　　模具对于一般产品来说属于工具范畴,精度高、结构复杂、并经常有较高的材质要求,使得模具设计制造相当困难。另外,由于以它为工具的成形过程往往是封闭式的,并涉及材料的微观机理,使得产品成形过程很不直观,加上相应的一些基础理论尚不成熟,更使模具设计制造带有很强的经验性和盲目性。因此,模具设计制造一般需要反复修改试制才能满足需求,无形中延长了生产周期,增加了成本,降低了市场相应能力和竞争能力。

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　　针对这些因素,人们除了从理论上进一步探讨其内在机理外,试图在现有的理论基础上能够通过一定手段直观地再现产品的成形过程,起初以实验为主,通过物理模拟,利用各种实验设备,建立了经验性的模型。自七八十年代以来,逐渐过渡到以仿真技术为主,利用力学、数学、计算机知识,通过数值模拟,基本上能定性地再现产品成形过程,为模具实际设计制造提供有益的参考。

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　　2.技术背景

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　　现代模具制造的提出是以两大技术的应用为标志的。其一是数控加工的技术,其二是计算机应用技术。这些技术大约出现在五十年代初期,近半个世纪来得到了长足的发展,为引入虚拟技术准备了技术条件和奠定了物质基础。

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　　数控加工技术按其能量转换形式不同可分为：

　　1)数控机械加工技术,模具制造中常常用到的如数控车削技术、数控铣削技术,这些技术正在朝着高速切削的方向发展;

　　2)数控电加工技术,如数控电火花加工技术、数控线切割技术;

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　　3)数控特种加工技术,包括新兴的、应用还不太广泛的各种数控加工技术,通常利用光能、声能、超声波等来完成加工的,如快速原型制造技术等。

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　　它们为现代模具制造提供了新的工艺方法和加工途径。

　　现代模具制造中应用的计算机技术主要有:

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　　1) CAD/CAM技术,用于建模和为数控加工提供NC程序;

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　　2) CAE技术,主要是针对不同的模具类型,以相应的基础理论,通过数值模拟方法达到预测产品成形过程的目的,改善模具设计;

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　　3)仿真技术,主要是检测模具数控加工的NC程序,减少实际加工过程中的失误;

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　　4)网络技术,通过局域网和广域网达到异地同步通信、及时解决问题的目的。

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　　3.现代模具制造的组织模式

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　　现代企业的共同特点是及时引进最新的科学技术成果,改进现有的工艺方法,以便能够进一步高效低成本地组织生产。特别是面向市场经济以后,现代企业更加注重以“QCTS”为准则,希望达到进入市场、占有市场、领导市场的目的。根据模具制造业特点及现有的技术背景,应用虚拟技术的出发点是:

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　　1)合理组织计算机技术和数控加工技术,试图通过“模拟仿真→样品试制→成品”的工艺过程,一次达到客户要求;

　　2)组织的目的是建立符合现代企业经营准则的现代模具制造模式;

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　　3)为了适合模具制造内容多样性、结构复杂性、工艺经验性的特点,主张采用虚拟公司形式,提高灵活性,降低组织管理成本。

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　　具体说,这个虚拟公司是以技术单元为独立节点,通过网络技术进行通信,协作组织生产,完成每个项目。技术单元同时具有独立经济实体的性质,面向整个市场。每个技术单元接受订单后,可以从相同类型的合作技术单元清单中选出合适的协作对象组织生产,如图1所示。其特点如下:

　　1)构成体系的计算机软硬件、数控加工设备投资巨大,更新速度快。如果要求一个企业有完整的设备,并且不断更新,显然会对企业造成很大的财政压力;如果一个企业配备不全并放弃更新,则很快就会技术落后。技术单元能化整为零,很好地解决这对矛盾,可望获得更大的收益。

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　　2)这些技术的专业性较强,对使用人员素质要求较高,市场面窄。如果不是面向整个市场而是某个企业,则任务很难饱和,导致资源闲置,无形中增加了模具成本,降低了市场的竞争能力。

　　3)利用CAD/CAE/CAM技术和数控加工技术能够有效地对整个设计制造过程进行预测评估,迅速获得样品,有利于争取订单、赢得客户。同时节省大量的模具试制材料费用,减少模具返修率,缩短生产周期,大大降低了模具成本。

　　4)利用网络技术,可以在国内甚至世界范围内组织最精良的技术队伍来完成每个项目,快速解决各种难题。

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　　5)整个过程具有很强的动态响应能力,整个组织具有很强的灵活性。

　　4.展望

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　　随着信息时代的到来,地域差距正在逐渐缩小,制造全球化是发展的必然趋势。每个技术单元同时面向市场和合作伙伴,必须不断地改善外部环境,灵活地进行重组和集成,协调好各方优势,达到优势互补。并且努力精简内部环境,使结构更加简单,保持自身优势,增强技术质量,提高响应市场的能动性。从而确保在剧烈的竞争中处于有利地位。目前,这种组织模式对模具制造业来说,还只能是在个别环节中基本实现,同时还存在着不同技术单元水平参差不齐,伙伴关系不广泛以及国内外企业结构、运行机制差别等重要问题。要使各个环节都具有特有的优势并灵活地组织生产,我们还要用相当长的时间付出不懈的努力。