谈谈如何缩短模具开发周期及开发质量的提高
发布时间:2021-04-02
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在目前激烈的市场竞争中,产品投入市场的迟早往往是成败的关键,快的吃市场,慢的被库存吃垮。模具作为高质量、高效率的产品生产工具,然而在整个产品开发过程中,模具开发周期占整个产品开发周期的主要部分。因此客户对模具开发周期要求越来越短,不少客户把模具的交货期放在第一位,然后才是质量和价格。快,稳,准,廉价的模具制造无时无刻不在考验着整个模具制造业,因此,如何在保证质量、控制成本的前提下缩短模具开发周期是值得认真考虑的问题。

目前模具制造业普遍存在的问题:

(1)设计科学性差,模具的试制周期漫长,从而导致模具的总成本增高。

(2)市场需求分析,模具设计、制造和产品加工独立分化,模具管理没有全局的观念。
对项目往往缺乏可行性和经济效益评估,不能积极关注市场的需求动态。因此,模具开发周期长,质量差,已影响到生产事业部的产品交货期、产品生产质量和生产效率。模具开发周期包括模具设计、制造、装配与试模等阶段。各阶段出现的问题都会对整个开发周期都有直接的影响,但有些因素的作用是根本的、全局性的。人的因素及设计质量就是这样的因素。因此采取项目管理、并行工程及模块化设计等管理上及技术上的措施,以提高员工积极性并改善设计质量,最终目的是在保证质量、成本目标的前提下缩短模具开发周期。

一、模具开发的项目管理实施方法

如何缩短模具开发周期和提高模具开发质量,引进项目管理理念非常重要。提高项目管理是一种为了在确定的时间范围内,完成一个既定的项目,通过一定的方式合理地组织有关人员,并有效地管理项目中所有资源(人员、设备等)与数据,控制项目进度的系统管理方法。

模具之间存在着复杂的约束关系,并且每套模具的开发涉及到模具设计、加工制造、试模等,因此,需要有负责任的各个环节的人保证所需生产资源在模具开发过程中能及时到位。因此需要实施项目负责制,另外项目负责制的实施还便于个人工作考核及团队的整体绩效考核,有利于提高员工的积极性。

每套模具任务下达之后,前端产品开发可由专门负责项目人负责一个产品,设计端由专门设计人员,模具组立由专门负责人组立,在制造加工端要采用ERP系统对其交货期、品质予以全盘管控。产品开发、模具设计、模具制造加工各个项目保持既有分工、又有合作的方式,各项目负责人可通过竞职方式担任,各项目负责人要有三项标准:①了解模具开发所有工序;②熟悉模具开发过程中的常见问题及解决方法;③有较强的判断和决策能力,善于管理应用人.

公司可根据项目分工的不同,制订相应的考核指标来考核项目负责人,再由项目负责人将考核分化到项目组织内人员,使责、权、利落实到每一位员工,有效提高员工积极性。

二、模具开发的并行工程实施方案

目前大多数模具制造业,虽采用了一些先进的CAD/CAE/ CAM等技术, 但在总体管理上, 整个运转过程是串行的而非并行的。

并行工程是缩短产品开发周期、提高质量与降低成本的有效方法。实施并行工程有助于提高产品设计、制造、装配等多个环节的质量。并行工程的核心是面向制造与装配的设计(DFMA)。在模具开发中实施并行工程就是要进行产品及模具的可制造性与可装配性检查。

DFMA工具的开发是并行工程的工作重点之一。DFMA的工作过程可分两个阶段。第一阶段是,DFMA输出概念设计方案到CAD,这个方案具有最少的零件数量;第二阶段是,CAD系统输出设计特征模型,经过特征映射后将制造特征模型输入到DFMA工具进行可制造性与可装配性分析。通过这种途径使DFMA知识库得到尽早利用,为缺乏知识的CAD系统把握方向。

通过对产品与模具的可制造性与可装配性的检查,就从源头消除了后续工序可能遇到的困难,大大减少出现缺陷和返工的可能性。

三,缩短设计周期优化研究

缩短设计周期并提高设计质量是缩短整个模具开发周期的关键之一。模块化设计就是利用产品零部件在结构及功能上的相似性,而实现产品的标准化与组合化。大量实践表明,模块化设计能有效减少产品设计时间并提高设计质量。

自行开发新系统, 需要很大的时间和精力, 且实用化和商品化并不理想;购置一些成熟的软件需要花费较大的前期投资和后期的维护资金。 这些弊端是制约模具发展和繁荣的主要原因, 因此,也就不能适应现代化制造业中要求柔性化、快捷、低成本及高质量的要求。因而, 提出了对模具现实性的要求。模具不仅要在计算机辅助技术上要过关, 而且还要对用户的需求能够做出快速响应,只有显著地缩短整个模具的开发周期, 降低其制造成本,才能快速占领市场。 满足这一要求的方法之一就是利用最优的CAD、CAE或CAM或它们的组合技术来对整体项目提供有力的决策和技术支持, 以实现全局优化,最终赢得市场。

3.1模具模块化设计的特点

模具的零部件在结构或功能上具有一定的相似性,因而有采用模块化设计方法的条件,但目前模具设计中应用模块化设计方法的研究报道还很少见。与其它种类的机械产品相比,模具的模块化有几项明显特点。

3.1.1模具零件的空间交错问题

模具零件在三维空间上相互交错,因此难于保证模块组合后没有发生空间干涉;难于清晰地进行模块划分。

采取以下办法来克服这个问题:

(1)利用Pro/E(或UGII等三维软件)的虚拟装配功能检测干涉;

(2)按结构与功能划分相结合。
模块划分就是部件划分并抽取共性过程。结构相对独立的部件按结构进行划分,设计出所谓的结构模块;而在空间上离散或结构变化大的部件则按功能划分,设计出所谓的功能模块。这样划分并进行相应的程序开发后,结构模块的结构可由结构参数为主,功能参数为辅简单求得;而对于功能模块,可由功能参数为主,结构参数为辅出发进行推理,在多种多样的结构形式中做出抉择。

3.1.2 凸凹模及某些零部件外形无法预见

某些模具零件(如凸凹模)的形状和尺寸由产品决定,因而无法在模块设计时预见到,所以只能按常见形状设计模块,适用面窄;某些模具零件虽然互相配合执行某一功能,但它们的空间布置难寻规律与共性,因此即使按功能划分也不能产生模块。

模块化是部件级的标准化,而零件标准化可视为零件级的模块化。两个级别上的标准化是互相配合的。因此,要开发零件库并纳入模块库,以弥补模块覆盖不全的缺憾。当零件必须逐个构造时,一个齐全的便于使用的零件库对提高效率很有帮助。

3.1.3 模具类型与结构变化多

模具可有不同的工序性质;有不同的组合方式,还有不同的结构形式,种类极其繁多。因此,必须找到适当途径,使较少的模块能组合出多种多样模具。

1)在Pro/E(或UGII等三维软件)的参数化设计功能及用户自定义特征功能的基础上进行二次开发,使模块具有较大“可塑性”,能根据不同的输入参数可产生较大的结构变化;

(2)分层次设计模块。用户可调用任一层次上的模块,达到了灵活与效率两个目标。使用小模块有灵活多变的优点,但效率低,使用大模块则相反。

3.2 模具模块化设计的实施

为了实施模块化设计,开发优化模具模块化CAD系统。系统分两大部分:模块库与模块库管理系统。

3.2.1 模块库的建立

模块库的建立有三个步骤:模块划分、构造特征模型和用户自定义特征的生成。标准零件是模块的特例,存在于模块库中。标准零件的定义只需进行后两步骤。

模块划分是模块化设计的第一步。模块划分是否合理,直接影响模块化系统的功能、性能和成本。每一类产品的模块划分都必须经过技术调研并反复论证才能得出划分结果。

对于模具而言,功能模块与结构模块是互相包容的。结构模块的在局部范围内可有较大的结构变化,因而它可以包含功能模块;而功能模块的局部结构可能较固定,因而它可以包含结构模块。

模块设计完成后,在Pro/E的零件/装配(Part/Assembly)空间中手工建构所需模块的特征模型,运用Pro/E的用户自定义特征功能,定义模块的两项可变参数:可变尺寸与装配关系,形成用户自定义特征(User-Defined Features,UDFs)。生成用户自定义特征文件(以gph为后缀的文件)后按分组技术取名存储,即完成模块库的建立。

3.2.2 模块库管理系统开发

系统通过两次推理,结构选择推理与模块的自动建模,实现模块的确定。第一次推理得到模块的大致结构,第二次推理最终确定模块的所有参数。通过这种途径实现模块“可塑性”目标。

在结构选择推理中,系统接受用户输入的模块名称、模块的功能参数和结构参数,进行推理,在模块库中求得适用模块的名称。如果不满意该结果,用户可指定模块名称。在这一步所得到的模块仍是不确定的,它缺少尺寸参数、精度、材料特征及装配关系的定义。

通过模块的调用可迅速完成模具设计,由于在模块设计时要认真考虑模块的质量,因而对模具的质量起基础保证作用。模块库中存放的是相互独立的UDFs文件,因此本系统具有可扩充性。

总结

以上是对缩短模具开发周期,降低模具制造成本,提高经济效益的一点感慨,按目前大部分模具制造企业的运作模式,采用包模制,资源无法共享,谈不上项目管理、无法实施并行工程和建立模块库管理系统,因此,模具质量和成本的改善,大大减低新产品开发的风险, 提高经济效益, 增强企业竞争力只是空口的想法而已,更谈不上模具制造在激烈的市场竞争中立于不败之地。