為效益而設(shè)計

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,對他們的客戶的影響又如何。

您是自己做模具設(shè)計及成形仿真,還是按照現(xiàn)今時代趨勢,請一些專門的公司來執(zhí)行這些任務(wù)呢?三十年前,即使只是簡單的零件和模具設(shè)計,從模具設(shè)計到完成第一個零部件這整個交貨時間,也要14~20周。而今天,在一個卓越的模具設(shè)計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。

減少交貨時間,僅是軟件領(lǐng)域進化的一個表現(xiàn)。還有另一個表現(xiàn):準確性,這樣的例子不勝枚舉。這樣的軟件會成為主流。但怎樣更好地前進呢?

現(xiàn)今的商業(yè)環(huán)境對制造商的挑戰(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,對他們的客戶的影響又如何。

可媲美最有經(jīng)驗的員工

在設(shè)計制造流程軟件方面的巨大投資,對Ray Proeber而言,是個很大的壓力。他是位于美國威斯康星州的精準模具設(shè)計公司(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)祟惒豢赡芟裼嬎銠C那樣的準確、有效。有些經(jīng)驗非常豐富的模具制造商,會根據(jù)自己之前的經(jīng)驗以預(yù)測未來。結(jié)果確實很棒。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)在所有的先進軟件,使用的是成熟的科學(xué)?！?

Proeber建議:請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)計和模擬軟件案例。

他說:“假設(shè)你要面試的這個人,對模具制造和成形會產(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,甚至還可以準確地預(yù)測平板毛坯尺寸。假如你雇用這樣的一個人,會對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(這也恰是一個強大的模擬/設(shè)計軟件設(shè)置的大致費用)。您會怎么做呢?當然是雇傭他/她!其實,也可以選用一款成本只相當于人類員工一半的軟件,使員工和工藝流程更加準確、高效。”為了更令人信服,Proeber和我們分享了一個應(yīng)用案例。

他說:“曾有一位金屬沖壓商用一種模具,在一個級進模里做一款零部件,在要沖壓這個零部件的時候,出了個大問題——不能在模內(nèi)以既定的加工程序加工這個零部件。原計劃是,把材料切斷之后,送入拉伸站。但在現(xiàn)實中,需要先拉伸材料,再進行切斷。所以,制造商就不得不返工,簡化進模流程,再加一個四臺二級模具,以完成零部件的制作。整個過程中,工模制造商、沖壓商和OEM客戶耗費的成本,超過10萬美金。但是,如果在問題產(chǎn)生前就買了這款價值只有5000美金的模擬軟件包的話,就能使設(shè)計人員開發(fā)出一款理想的運行流程?！?

“這個軟件還不鬧脾氣,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,下一步工作是改進文檔管理。因為在確定制造方法過程中,文檔缺失,或修改、重新創(chuàng)建不同格式的文檔,都會耗費大量金錢。

“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,根據(jù)自己的需要設(shè)置參數(shù),”總部位于美國密歇根州的TST工具軟件技術(shù)有限責任公司銷售工程師Jack Thompson說。TST公司可提供VISI軟件、工具模具的設(shè)計和建造?！爸匦吕L制零部件,是為了實現(xiàn)構(gòu)建工具端這個非常艱巨的任務(wù)。如果具備使用原生文件( VISI功能)的能力,就能節(jié)省時間,消除了出錯的機會。”

舉例來說:假設(shè)有位零部件設(shè)計師為刀具設(shè)計師/制造商提供了一個文檔,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)計時間需要增加幾天。在重繪或重新制定參數(shù)過程中,還可能出錯,引起整個流程(包括工具設(shè)計、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,這個工具設(shè)計者/制造商可能會重新設(shè)計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,沒有翻譯錯誤,以及由此產(chǎn)生的費用風險。”

使用多個文檔,會產(chǎn)生諸多技術(shù)挑戰(zhàn)

“軟件系統(tǒng)可以承擔大量的組裝和單獨文檔的管理工作,”Thompson說:“想象一個可能具有1000個特色的模具。在某些系統(tǒng)中,每一個特色都可能生成一個單獨的文檔,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文件,就無法正常地打開該程序集。有些車間可能會讓一個員工花一整天的時間來維護這些文檔。一個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)的另一個優(yōu)點,是為沖壓商和工具制造商提供了底線收益:因為它們具有從設(shè)計到制造一整個完全集成的軟件套件功能。

“對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:“即使是單個的可以從其他軟件讀取設(shè)計格式的機加工軟件,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、詢問設(shè)計意圖、要求剖面圖等(因為之前沒有給他們發(fā)送相關(guān)信息),就能直接向前運行,防止浪費時間。

增加盈利機會

研究表明,經(jīng)濟復(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三世認為:對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。

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

Hayden舉了一個客戶案例:他們近年來的盈利能力改善了2~3倍,原因就是他們對固定資產(chǎn)和直接勞動程度的控制和理解加深了,其工具性能和操作流程的準確性也增強了?！吧a(chǎn)力和效率,是盈利能力的決定因素,”他說:“這項技術(shù)可以讓用戶更好地確定每件零部件的價格,讓他們提前做成本預(yù)算的時候更有信心?！狈抡婀ぞ叩姆治瞿芰蜏蚀_度,使制造商們更有信心將它擴展應(yīng)用到新的市場和項目上。

“在模擬系統(tǒng)仿真工具的幫助下,制造商們可以對更加復(fù)雜的零件競標,不再局限于自己之前擅長的市場領(lǐng)域,比如,可以從汽車領(lǐng)域擴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,必須意識到新的高強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?！熬驮诓痪们?要在加工大中型沖壓件時加入適當?shù)睦旖钅Ｐ?需要測試一周之久,但現(xiàn)在一天之內(nèi)就能完成?！?

為設(shè)計師查漏補缺

將模具設(shè)計軟件放在一個有經(jīng)驗的設(shè)計師手中,可以助其達到頂峰,實現(xiàn)優(yōu)異的成本優(yōu)勢、節(jié)省時間。

位于美國密歇根州的思美創(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,降低報廢率,設(shè)計師們可以將報廢率降至最低,同時實現(xiàn)良好的加工目標?！?

“但是一個有經(jīng)驗的設(shè)計師,有足夠的基礎(chǔ)知識和經(jīng)驗,就能知道什么樣的進程安排合適,以及如何在最短的時間內(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這些最起碼的因素。在某個既定位置需要某個角度,所以他會設(shè)置一個條件。綜上,在軟件自動計算的同時,一個經(jīng)驗豐富的設(shè)計師可以在屏幕上看出廢料比例系數(shù)的變化?！?

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

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

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

“軟件知道必須在成形前在鋼板上打孔,”Lindemann補充說:“知道沖拉時必須經(jīng)過一個特殊的鋼件來減小間隙,然后再通過另一塊鋼,進一步減小間隙。這些軟件設(shè)計存儲在工作程序中,所以是可重復(fù)的,能確保適當?shù)脑O(shè)計,同時節(jié)省重新建構(gòu)的時間?！?

通過這些互動,有經(jīng)驗的設(shè)計師可以在軟件系統(tǒng)增加信息累積,并通過該系統(tǒng),將這些知識分享給那些缺乏經(jīng)驗的初級設(shè)計師,甚至負責報價的人員。

“優(yōu)秀的設(shè)計師深知不同的軟件特點及操作模式的成本,”Lindemann總結(jié)說:“而且可以在報價系統(tǒng)內(nèi)建立信息數(shù)據(jù)庫。這樣,經(jīng)驗不足的人員可以從中借鑒,產(chǎn)生更多的準確報價?！?

縱觀大局

仿真軟件已經(jīng)贏得了業(yè)內(nèi)的普遍認可,可以減少對交貨時間的爭執(zhí)。AutoForm Engineering美國公司產(chǎn)品經(jīng)理Eric Kam強調(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問題:在當前這個電腦運算如此之快、仿真工具的自動化已達到新高度的時代,如果我們不采取模擬之路,是不是虧待了自己?”Kam問:“例如,對比凸輪修整與直接修整再在后續(xù)操作中翻邊這兩個不同操作,設(shè)計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,廢品率很可能達到0.5%。通過增加可重復(fù)性而導(dǎo)致停機時間的減少,也可以間接節(jié)省超過數(shù)萬數(shù)十萬美元的費用。前期節(jié)省20000美元的凸輪花費,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加工處理步驟,因為這很可能很危險,”Kam警告:“舉例來說,設(shè)計一個三模加工工藝,整合了繪圖、修整、安裝凸緣這三個部分,”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后,設(shè)計師們卻發(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。因為只做三次。

通過模擬一種替代方法、模擬技術(shù)的進步,設(shè)計師可能會發(fā)現(xiàn)零部件的質(zhì)量大大提高了,甚至無需凸輪對四擊過程的修正。不修改產(chǎn)品設(shè)計,可以簡化流程,為前期費用節(jié)省數(shù)萬美元。

Kam繼續(xù)說,“所以現(xiàn)在一些設(shè)計師用仿真來建議客戶是否需要更改產(chǎn)品設(shè)計。他們可能會對客戶說,‘您想要做的零件,是可行的 ,我可以用模擬來證明這一點。’但后來可能發(fā)現(xiàn):產(chǎn)品設(shè)計改變了,可能需要花費數(shù)十萬美元的組裝成本。比如,如果其中一個組件不適合新的零部件組裝,就必須重新設(shè)計整個組件?！?

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梯級,可以通過模擬找到節(jié)約成本的方法。計算工具、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>