為效益而設(shè)計(jì)

2016-09-09 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)今商業(yè)環(huán)境對(duì)制造商的挑戰(zhàn)正在不斷加劇,因此我們調(diào)查了一些領(lǐng)先的軟件供應(yīng)商,力圖探尋優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)和仿真流程是如何影響工具制造商及沖壓商的最終生產(chǎn)線的,對(duì)他們的客戶的影響又如何。

您是自己做模具設(shè)計(jì)及成形仿真,還是按照現(xiàn)今時(shí)代趨勢(shì),請(qǐng)一些專門的公司來執(zhí)行這些任務(wù)呢?三十年前,即使只是簡(jiǎn)單的零件和模具設(shè)計(jì),從模具設(shè)計(jì)到完成第一個(gè)零部件這整個(gè)交貨時(shí)間,也要14~20周。而今天,在一個(gè)卓越的模具設(shè)計(jì)及成形模擬軟件的幫助下, 通常只要8周,就算在4周之內(nèi)完成,也不算稀奇。

減少交貨時(shí)間,僅是軟件領(lǐng)域進(jìn)化的一個(gè)表現(xiàn)。還有另一個(gè)表現(xiàn):準(zhǔn)確性,這樣的例子不勝枚舉。這樣的軟件會(huì)成為主流。但怎樣更好地前進(jìn)呢?

現(xiàn)今的商業(yè)環(huán)境對(duì)制造商的挑戰(zhàn)正在不斷加劇,因此我們調(diào)查了一些領(lǐng)先的軟件供應(yīng)商,以探尋優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)和仿真流程是如何影響工具制造商及沖壓商的最終生產(chǎn)線的,對(duì)他們的客戶的影響又如何。

可媲美最有經(jīng)驗(yàn)的員工

在設(shè)計(jì)制造流程軟件方面的巨大投資,對(duì)Ray Proeber而言,是個(gè)很大的壓力。他是位于美國(guó)威斯康星州的精準(zhǔn)模具設(shè)計(jì)公司(Accurate Die Design Inc.)的總裁。這家公司還兼有Logopress Corp.公司Logopress 三維模具設(shè)計(jì)軟件的北美技術(shù)中心及其主要分銷商的任務(wù)。

Proeber說:“我們?nèi)祟惒豢赡芟裼?jì)算機(jī)那樣的準(zhǔn)確、有效。有些經(jīng)驗(yàn)非常豐富的模具制造商,會(huì)根據(jù)自己之前的經(jīng)驗(yàn)以預(yù)測(cè)未來。結(jié)果確實(shí)很棒。但軟件是很多人多年的智慧研究結(jié)果編程而來的,已經(jīng)通過了大量測(cè)試,參數(shù)比任何人的大腦所能處理得都更精確?，F(xiàn)在所有的先進(jìn)軟件,使用的是成熟的科學(xué)?！?

Proeber建議:請(qǐng)各位讀者扮演一次人力資源經(jīng)理,以這樣的身份來解讀下面這些模具設(shè)計(jì)和模擬軟件案例。

他說:“假設(shè)你要面試的這個(gè)人,對(duì)模具制造和成形會(huì)產(chǎn)生的效果無比了解,只要看一下零部件的打印方法,就知道產(chǎn)品的成形效果,甚至還可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)平板毛坯尺寸。假如你雇用這樣的一個(gè)人,會(huì)對(duì)車間的每位員工及流程都產(chǎn)生積極的影響,甚至可以未來每年創(chuàng)造約25000美元的效益(這也恰是一個(gè)強(qiáng)大的模擬/設(shè)計(jì)軟件設(shè)置的大致費(fèi)用)。您會(huì)怎么做呢?當(dāng)然是雇傭他/她!其實(shí),也可以選用一款成本只相當(dāng)于人類員工一半的軟件,使員工和工藝流程更加準(zhǔn)確、高效。”為了更令人信服,Proeber和我們分享了一個(gè)應(yīng)用案例。

他說:“曾有一位金屬?zèng)_壓商用一種模具,在一個(gè)級(jí)進(jìn)模里做一款零部件,在要沖壓這個(gè)零部件的時(shí)候,出了個(gè)大問題——不能在模內(nèi)以既定的加工程序加工這個(gè)零部件。原計(jì)劃是,把材料切斷之后,送入拉伸站。但在現(xiàn)實(shí)中,需要先拉伸材料,再進(jìn)行切斷。所以,制造商就不得不返工,簡(jiǎn)化進(jìn)模流程,再加一個(gè)四臺(tái)二級(jí)模具,以完成零部件的制作。整個(gè)過程中,工模制造商、沖壓商和OEM客戶耗費(fèi)的成本,超過10萬美金。但是,如果在問題產(chǎn)生前就買了這款價(jià)值只有5000美金的模擬軟件包的話,就能使設(shè)計(jì)人員開發(fā)出一款理想的運(yùn)行流程?！?

“這個(gè)軟件還不鬧脾氣,能很好地與其他員工和睦相處呢,”Proeber笑著表示。

可處理所有文檔

要提高軟件效能,下一步工作是改進(jìn)文檔管理。因?yàn)樵诖_定制造方法過程中,文檔缺失,或修改、重新創(chuàng)建不同格式的文檔,都會(huì)耗費(fèi)大量金錢。

“許多參數(shù)產(chǎn)品——使用參數(shù)樹排列——要求工具制造商根據(jù)現(xiàn)在已提供的文件重新設(shè)計(jì),根據(jù)自己的需要設(shè)置參數(shù),”總部位于美國(guó)密歇根州的TST工具軟件技術(shù)有限責(zé)任公司銷售工程師Jack Thompson說。TST公司可提供VISI軟件、工具模具的設(shè)計(jì)和建造。“重新繪制零部件,是為了實(shí)現(xiàn)構(gòu)建工具端這個(gè)非常艱巨的任務(wù)。如果具備使用原生文件( VISI功能)的能力,就能節(jié)省時(shí)間,消除了出錯(cuò)的機(jī)會(huì)。”

舉例來說:假設(shè)有位零部件設(shè)計(jì)師為刀具設(shè)計(jì)師/制造商提供了一個(gè)文檔,后者可以重新繪制所需的零部件或重設(shè)參數(shù)。Thompson說:大多數(shù)情況下完成此過程可能需要一兩天。這就意味著設(shè)計(jì)時(shí)間需要增加幾天。在重繪或重新制定參數(shù)過程中,還可能出錯(cuò),引起整個(gè)流程(包括工具設(shè)計(jì)、構(gòu)建架構(gòu)到試用)的許多重要技術(shù)挑戰(zhàn)。

“在這種情況下,這個(gè)工具設(shè)計(jì)者/制造商可能會(huì)重新設(shè)計(jì)一款不一樣的零部件,”湯普森說:“但是,使用客戶提供的文檔,可以確保您所使用的正是所需的,沒有翻譯錯(cuò)誤,以及由此產(chǎn)生的費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)。”

使用多個(gè)文檔,會(huì)產(chǎn)生諸多技術(shù)挑戰(zhàn)

“軟件系統(tǒng)可以承擔(dān)大量的組裝和單獨(dú)文檔的管理工作,”Thompson說:“想象一個(gè)可能具有1000個(gè)特色的模具。在某些系統(tǒng)中,每一個(gè)特色都可能生成一個(gè)單獨(dú)的文檔,然后在程序集中合在一起。這樣做需要復(fù)雜的文件管理系統(tǒng)。如果有人移走或刪除了一個(gè)文件,就無法正常地打開該程序集。有些車間可能會(huì)讓一個(gè)員工花一整天的時(shí)間來維護(hù)這些文檔。一個(gè)將文件壓縮以方便管理的系統(tǒng),可以提供理想的解決方案。”

軟件系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn),是為沖壓商和工具制造商提供了底線收益:因?yàn)樗鼈兙哂袕脑O(shè)計(jì)到制造一整個(gè)完全集成的軟件套件功能。

“對(duì)不同軟件包里的工具加工,必須有人翻譯,把文件轉(zhuǎn)到另一種格式,”Thompson說:“即使是單個(gè)的可以從其他軟件讀取設(shè)計(jì)格式的機(jī)加工軟件,仍必須轉(zhuǎn)換文件格式,保持電流線路的變更?！?

“使用一種文件格式的完整系統(tǒng),”他繼續(xù)說:“可以讓車間人員看到這個(gè)零部件,決定采用那些信息處理,不必回頭重新做工程設(shè)計(jì)、詢問設(shè)計(jì)意圖、要求剖面圖等(因?yàn)橹皼]有給他們發(fā)送相關(guān)信息),就能直接向前運(yùn)行,防止浪費(fèi)時(shí)間。

增加盈利機(jī)會(huì)

研究表明,經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇期間,企業(yè)在重新盈利上面臨重重壓力。不同做法將直接決定誰是失敗者、誰是贏家。位于美國(guó)密歇根州的工程技術(shù)聯(lián)合公司(ETA)的工程技術(shù)銷售Charles Hayden三世認(rèn)為:對(duì)于模切車間和沖壓商而言,模擬可提供理想的答案。ETA公司是Dynaform軟件模切系統(tǒng)仿真套件的供應(yīng)商。

“為了實(shí)現(xiàn)盈利,這些企業(yè)必須及時(shí)生產(chǎn)出優(yōu)良的產(chǎn)品,同時(shí)節(jié)約成本,”Hayden說:“要使制造商能夠做出高質(zhì)量、高性價(jià)比的產(chǎn)品,在仿真分析工具的研發(fā)上,還有很長(zhǎng)的路要走?！?

Hayden舉了一個(gè)客戶案例:他們近年來的盈利能力改善了2~3倍,原因就是他們對(duì)固定資產(chǎn)和直接勞動(dòng)程度的控制和理解加深了,其工具性能和操作流程的準(zhǔn)確性也增強(qiáng)了。“生產(chǎn)力和效率,是盈利能力的決定因素,”他說:“這項(xiàng)技術(shù)可以讓用戶更好地確定每件零部件的價(jià)格,讓他們提前做成本預(yù)算的時(shí)候更有信心。”仿真工具的分析能力和準(zhǔn)確度,使制造商們更有信心將它擴(kuò)展應(yīng)用到新的市場(chǎng)和項(xiàng)目上。

“在模擬系統(tǒng)仿真工具的幫助下,制造商們可以對(duì)更加復(fù)雜的零件競(jìng)標(biāo),不再局限于自己之前擅長(zhǎng)的市場(chǎng)領(lǐng)域,比如,可以從汽車領(lǐng)域擴(kuò)大到家電和航空航天領(lǐng)域等,”Hayden說:“模擬系統(tǒng)功能能幫助他們打開通向新工藝的大門,幫助企業(yè)涉足新的貿(mào)易類型?！?

“刀具和模具技術(shù)正在不斷發(fā)展中,”Hayden還表示:“所以,致力于此領(lǐng)域的各家公司,必須意識(shí)到新的高強(qiáng)度鋼及其他新型合金材質(zhì)的重要性,以及可以模擬處理這些新材質(zhì)的特殊工具?！?

關(guān)于新材料開發(fā),Hayden表示:模擬軟件在此領(lǐng)域發(fā)揮了很大的助力,便于用戶預(yù)測(cè)材料的反應(yīng)力。模擬軟件從一開始就能提高刀具性能及零件質(zhì)量。優(yōu)化是關(guān)鍵。“就在不久前,要在加工大中型沖壓件時(shí)加入適當(dāng)?shù)睦旖钅Ｐ?需要測(cè)試一周之久,但現(xiàn)在一天之內(nèi)就能完成。”

為設(shè)計(jì)師查漏補(bǔ)缺

將模具設(shè)計(jì)軟件放在一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師手中,可以助其達(dá)到頂峰,實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的成本優(yōu)勢(shì)、節(jié)省時(shí)間。

位于美國(guó)密歇根州的思美創(chuàng)(Cimatron)技術(shù)公司應(yīng)用工程師David Lindemann舉例說:“兩位設(shè)計(jì)師以兩種不同的方式做嵌套零部件,一種方法是盡可能減少多余的廢料,盡可能緊密地成形。另一種方法重點(diǎn)考慮加工情況,如果將零部件緊密地放在一起,可能導(dǎo)致切削效果不佳。有些軟件能提供一切可能的嵌套配置,降低報(bào)廢率,設(shè)計(jì)師們可以將報(bào)廢率降至最低,同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的加工目標(biāo)。”

“但是一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師,有足夠的基礎(chǔ)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),就能知道什么樣的進(jìn)程安排合適,以及如何在最短的時(shí)間內(nèi)做出最穩(wěn)定的加工,”Lindemann繼續(xù)說:“比如,他知道大塊工具鋼不應(yīng)小于1英寸厚,知道材料的沖壓等級(jí)這些最起碼的因素。在某個(gè)既定位置需要某個(gè)角度,所以他會(huì)設(shè)置一個(gè)條件。綜上,在軟件自動(dòng)計(jì)算的同時(shí),一個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)師可以在屏幕上看出廢料比例系數(shù)的變化?！?

設(shè)計(jì)人員和軟件之間專業(yè)知識(shí)的碰撞,可以優(yōu)化加工進(jìn)程,在廢料的產(chǎn)生及刀具耐用性之間達(dá)到理想的平衡。

“設(shè)計(jì)人員用他們的經(jīng)驗(yàn),通過軟件幫助他們實(shí)現(xiàn)最好的解決方案,”林德曼說。

優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)軟件,能像設(shè)計(jì)師那樣思考,所以可以協(xié)助有經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)師增加效率。

“軟件知道必須在成形前在鋼板上打孔,”Lindemann補(bǔ)充說:“知道沖拉時(shí)必須經(jīng)過一個(gè)特殊的鋼件來減小間隙,然后再通過另一塊鋼,進(jìn)一步減小間隙。這些軟件設(shè)計(jì)存儲(chǔ)在工作程序中,所以是可重復(fù)的,能確保適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì),同時(shí)節(jié)省重新建構(gòu)的時(shí)間。”

通過這些互動(dòng),有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師可以在軟件系統(tǒng)增加信息累積,并通過該系統(tǒng),將這些知識(shí)分享給那些缺乏經(jīng)驗(yàn)的初級(jí)設(shè)計(jì)師,甚至負(fù)責(zé)報(bào)價(jià)的人員。

“優(yōu)秀的設(shè)計(jì)師深知不同的軟件特點(diǎn)及操作模式的成本,”Lindemann總結(jié)說:“而且可以在報(bào)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)建立信息數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣,經(jīng)驗(yàn)不足的人員可以從中借鑒,產(chǎn)生更多的準(zhǔn)確報(bào)價(jià)。”

縱觀大局

仿真軟件已經(jīng)贏得了業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可,可以減少對(duì)交貨時(shí)間的爭(zhēng)執(zhí)。AutoForm Engineering美國(guó)公司產(chǎn)品經(jīng)理Eric Kam強(qiáng)調(diào)說:展望未來,仿真軟件的用戶能夠使自己的產(chǎn)品差異化,如果他們利用軟件性能來放寬視野、縱觀大局的話。

“這給人類提出了這樣一個(gè)問題:在當(dāng)前這個(gè)電腦運(yùn)算如此之快、仿真工具的自動(dòng)化已達(dá)到新高度的時(shí)代,如果我們不采取模擬之路,是不是虧待了自己?”Kam問:“例如,對(duì)比凸輪修整與直接修整再在后續(xù)操作中翻邊這兩個(gè)不同操作,設(shè)計(jì)師們可以選擇采用第二種方案,不用凸輪,在初始投資上省錢。但真正省了多少錢呢?讓我們測(cè)算一下:不用凸輪,可以節(jié)省2萬美元,所以就該這么做?”

“下面我們模擬一下使用和不使用凸輪這兩種方案,來預(yù)測(cè)一下它們各自的成本。粗略的模擬結(jié)果顯示:采用凸輪修整操作,可以使整體生產(chǎn)的重復(fù)性得到更好地體現(xiàn),廢品率0.1%,而如果不用凸輪,廢品率很可能達(dá)到0.5%。通過增加可重復(fù)性而導(dǎo)致停機(jī)時(shí)間的減少,也可以間接節(jié)省超過數(shù)萬數(shù)十萬美元的費(fèi)用。前期節(jié)省20000美元的凸輪花費(fèi),后期卻要多花10萬美元。該怎么選擇,是非常明了的?！?

“可行性模擬的未來不可限量,”Kam繼續(xù)說:“考慮到整體綜合成本,使用模擬軟件必將對(duì)加工過程起到積極效果?！?

“雖然似乎只使用模擬軟件是可行的,但在沒有足夠的合理理由情況下,最好不要隨意取消某個(gè)加工處理步驟,因?yàn)檫@很可能很危險(xiǎn),”Kam警告:“舉例來說,設(shè)計(jì)一個(gè)三模加工工藝,整合了繪圖、修整、安裝凸緣這三個(gè)部分,”他說:“光看模擬結(jié)果,很可能是:‘行’ 接下來做了回彈分析及其他檢測(cè)后,設(shè)計(jì)師們卻發(fā)現(xiàn)為了適合工藝要求,允許有一定量的零部件變化,必須修改零部件的設(shè)計(jì)。因?yàn)橹蛔鋈巍?

通過模擬一種替代方法、模擬技術(shù)的進(jìn)步,設(shè)計(jì)師可能會(huì)發(fā)現(xiàn)零部件的質(zhì)量大大提高了,甚至無需凸輪對(duì)四擊過程的修正。不修改產(chǎn)品設(shè)計(jì),可以簡(jiǎn)化流程,為前期費(fèi)用節(jié)省數(shù)萬美元。

Kam繼續(xù)說,“所以現(xiàn)在一些設(shè)計(jì)師用仿真來建議客戶是否需要更改產(chǎn)品設(shè)計(jì)。他們可能會(huì)對(duì)客戶說,‘您想要做的零件,是可行的 ,我可以用模擬來證明這一點(diǎn)?！髞砜赡馨l(fā)現(xiàn):產(chǎn)品設(shè)計(jì)改變了,可能需要花費(fèi)數(shù)十萬美元的組裝成本。比如,如果其中一個(gè)組件不適合新的零部件組裝,就必須重新設(shè)計(jì)整個(gè)組件?！?

結(jié)論

“人們必須以更大、更全面的視角來思考,”Kam說:“這就像梯子上的下一個(gè)梯級(jí),可以通過模擬找到節(jié)約成本的方法。計(jì)算工具、坯料和生產(chǎn)的潛在成本,然后考慮潛在的可重復(fù)性因素,不僅要考慮“主要流程”,還需要在我們慣常會(huì)省掉的步驟上多加思考。很多重要要素,沒有得到足夠的重視?！?/span>