為效益而設計

2016-09-09 by:CAE仿真在線來源:互聯網

現今商業環境對制造商的挑戰正在不斷加劇,因此我們調查了一些領先的軟件供應商,力圖探尋優秀的模具設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線的,對他們的客戶的影響又如何。

您是自己做模具設計及成形仿真,還是按照現今時代趨勢,請一些專門的公司來執行這些任務呢?三十年前,即使只是簡單的零件和模具設計,從模具設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周之內完成,也不算稀奇。

減少交貨時間,僅是軟件領域進化的一個表現。還有另一個表現: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?

現今的商業環境對制造商的挑戰正在不斷加劇,因此我們調查了一些領先的軟件供應商,以探尋優秀的模具設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線的,對他們的客戶的影響又如何。

可媲美最有經驗的員工

在設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 三維模具設計軟件的北美技術中心及其主要分銷商的任務。

Proeber說:“我們人類不可能像計算機那樣的準確、有效。有些經驗非常豐富的模具制造商,會根據自己之前的經驗以預測未來。結果確實很棒。但軟件是很多人多年的智慧研究結果編程而來的,已經通過了大量測試,參數比任何人的大腦所能處理得都更精確?，F在所有的先進軟件,使用的是成熟的科學。”

Proeber建議:請各位讀者扮演一次人力資源經理,以這樣的身份來解讀下面這些模具設計和模擬軟件案例。

他說:“假設你要面試的這個人,對模具制造和成形會產生的效果無比了解,只要看一下零部件的打印方法,就知道產品的成形效果,甚至還可以準確地預測平板毛坯尺寸。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生積極的影響,甚至可以未來每年創造約25000美元的效益(這也恰是一個強大的模擬/設計軟件設置的大致費用)。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?！睘榱烁钊诵欧?Proeber和我們分享了一個應用案例。

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,就能使設計人員開發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、重新創建不同格式的文檔,都會耗費大量金錢。

“許多參數產品——使用參數樹排列——要求工具制造商根據現在已提供的文件重新設計,根據自己的需要設置參數,”總部位于美國密歇根州的TST工具軟件技術有限責任公司銷售工程師Jack Thompson說。TST公司可提供VISI軟件、工具模具的設計和建造。“重新繪制零部件,是為了實現構建工具端這個非常艱巨的任務。如果具備使用原生文件( VISI功能)的能力,就能節省時間,消除了出錯的機會?！?

舉例來說:假設有位零部件設計師為刀具設計師/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參數。Thompson說:大多數情況下完成此過程可能需要一兩天。這就意味著設計時間需要增加幾天。在重繪或重新制定參數過程中,還可能出錯,引起整個流程(包括工具設計、構建架構到試用)的許多重要技術挑戰。

“在這種情況下,這個工具設計者/制造商可能會重新設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,以及由此產生的費用風險?！?

使用多個文檔,會產生諸多技術挑戰

“軟件系統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。這樣做需要復雜的文件管理系統。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,可以提供理想的解決方案?！?

軟件系統的另一個優點,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,把文件轉到另一種格式,”Thompson說:“即使是單個的可以從其他軟件讀取設計格式的機加工軟件,仍必須轉換文件格式,保持電流線路的變更?！?

“使用一種文件格式的完整系統,”他繼續說:“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計、詢問設計意圖、要求剖面圖等(因為之前沒有給他們發送相關信息),就能直接向前運行,防止浪費時間。

增加盈利機會

研究表明,經濟復蘇期間,企業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聯合公司(ETA)的工程技術銷售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軟件模切系統仿真套件的供應商。

“為了實現盈利,這些企業必須及時生產出優良的產品,同時節約成本,”Hayden說:“要使制造商能夠做出高質量、高性價比的產品,在仿真分析工具的研發上,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力和效率,是盈利能力的決定因素,”他說:“這項技術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算的時候更有信心。”仿真工具的分析能力和準確度,使制造商們更有信心將它擴展應用到新的市場和項目上。

“在模擬系統仿真工具的幫助下,制造商們可以對更加復雜的零件競標,不再局限于自己之前擅長的市場領域,比如,可以從汽車領域擴大到家電和航空航天領域等,”Hayden說:“模擬系統功能能幫助他們打開通向新工藝的大門,幫助企業涉足新的貿易類型?！?

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

關于新材料開發,Hayden表示:模擬軟件在此領域發揮了很大的助力,便于用戶預測材料的反應力。模擬軟件從一開始就能提高刀具性能及零件質量。優化是關鍵?！熬驮诓痪们?要在加工大中型沖壓件時加入適當的拉伸筋模型,需要測試一周之久,但現在一天之內就能完成?！?

為設計師查漏補缺

將模具設計軟件放在一個有經驗的設計師手中,可以助其達到頂峰,實現優異的成本優勢、節省時間。

位于美國密歇根州的思美創(Cimatron)技術公司應用工程師David Lindemann舉例說:“兩位設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,設計師們可以將報廢率降至最低,同時實現良好的加工目標?！?

“但是一個有經驗的設計師,有足夠的基礎知識和經驗,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做出最穩定的加工,”Lindemann繼續說:“比如,他知道大塊工具鋼不應小于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,所以他會設置一個條件。綜上,在軟件自動計算的同時,一個經驗豐富的設計師可以在屏幕上看出廢料比例系數的變化?！?

設計人員和軟件之間專業知識的碰撞,可以優化加工進程,在廢料的產生及刀具耐用性之間達到理想的平衡。

“設計人員用他們的經驗,通過軟件幫助他們實現最好的解決方案,”林德曼說。

優秀的模具設計軟件,能像設計師那樣思考,所以可以協助有經驗的模具設計師增加效率。

“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。這些軟件設計存儲在工作程序中,所以是可重復的,能確保適當的設計,同時節省重新建構的時間。”

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

“優秀的設計師深知不同的軟件特點及操作模式的成本,”Lindemann總結說:“而且可以在報價系統內建立信息數據庫。這樣,經驗不足的人員可以從中借鑒,產生更多的準確報價。”

縱觀大局

仿真軟件已經贏得了業內的普遍認可,可以減少對交貨時間的爭執。AutoForm Engineering美國公司產品經理Eric Kam強調說:展望未來,仿真軟件的用戶能夠使自己的產品差異化,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操作中翻邊這兩個不同操作,設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,來預測一下它們各自的成本。粗略的模擬結果顯示:采用凸輪修整操作,可以使整體生產的重復性得到更好地體現,廢品率0.1%,而如果不用凸輪,廢品率很可能達到0.5%。通過增加可重復性而導致停機時間的減少,也可以間接節省超過數萬數十萬美元的費用。前期節省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:“光看模擬結果,很可能是:‘行’ 接下來做了回彈分析及其他檢測后,設計師們卻發現為了適合工藝要求,允許有一定量的零部件變化,必須修改零部件的設計。因為只做三次。

通過模擬一種替代方法、模擬技術的進步,設計師可能會發現零部件的質量大大提高了,甚至無需凸輪對四擊過程的修正。不修改產品設計,可以簡化流程,為前期費用節省數萬美元。

Kam繼續說,“所以現在一些設計師用仿真來建議客戶是否需要更改產品設計。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。’但后來可能發現:產品設計改變了,可能需要花費數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,就必須重新設計整個組件。”

結論

“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約成本的方法。計算工具、坯料和生產的潛在成本,然后考慮潛在的可重復性因素,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。”