为效益而设计

2016-09-09 by:CAE仿真在线来源:互联网

现今商业环境对制造商的挑战正在不断加剧,因此我们调查了一些领先的软件供应商,力图探寻优秀的模具设计和仿真流程是如何影响工具制造商及冲压商的最终生产线的,对他们的客户的影响又如何。

您是自己做模具设计及成形仿真,还是按照现今时代趋势,请一些专门的公司来执行这些任务呢?三十年前,即使只是简单的零件和模具设计,从模具设计到完成第一个零部件这整个交货时间,也要14~20周。而今天,在一个卓越的模具设计及成形模拟软件的帮助下, 通常只要8周,就算在4周之内完成,也不算稀奇。

减少交货时间,仅是软件领域进化的一个表现。还有另一个表现:准确性,这样的例子不胜枚举。这样的软件会成为主流。但怎样更好地前进呢?

现今的商业环境对制造商的挑战正在不断加剧,因此我们调查了一些领先的软件供应商,以探寻优秀的模具设计和仿真流程是如何影响工具制造商及冲压商的最终生产线的,对他们的客户的影响又如何。

可媲美最有经验的员工

在设计制造流程软件方面的巨大投资,对Ray Proeber而言,是个很大的压力。他是位于美国威斯康星州的精准模具设计公司(Accurate Die Design Inc.)的总裁。这家公司还兼有Logopress Corp.公司Logopress 三维模具设计软件的北美技术中心及其主要分销商的任务。

Proeber说:“我们人类不可能像计算机那样的准确、有效。有些经验非常丰富的模具制造商,会根据自己之前的经验以预测未来。结果确实很棒。但软件是很多人多年的智慧研究结果编程而来的,已经通过了大量测试,参数比任何人的大脑所能处理得都更精确。现在所有的先进软件,使用的是成熟的科学。”

Proeber建议:请各位读者扮演一次人力资源经理,以这样的身份来解读下面这些模具设计和模拟软件案例。

他说:“假设你要面试的这个人,对模具制造和成形会产生的效果无比了解,只要看一下零部件的打印方法,就知道产品的成形效果,甚至还可以准确地预测平板毛坯尺寸。假如你雇用这样的一个人,会对车间的每位员工及流程都产生积极的影响,甚至可以未来每年创造约25000美元的效益(这也恰是一个强大的模拟/设计软件设置的大致费用)。您会怎么做呢?当然是雇佣他/她!其实,也可以选用一款成本只相当于人类员工一半的软件,使员工和工艺流程更加准确、高效。”为了更令人信服,Proeber和我们分享了一个应用案例。

他说:“曾有一位金属冲压商用一种模具,在一个级进模里做一款零部件,在要冲压这个零部件的时候,出了个大问题——不能在模内以既定的加工程序加工这个零部件。原计划是,把材料切断之后,送入拉伸站。但在现实中,需要先拉伸材料,再进行切断。所以,制造商就不得不返工,简化进模流程,再加一个四台二级模具,以完成零部件的制作。整个过程中,工模制造商、冲压商和OEM客户耗费的成本,超过10万美金。但是,如果在问题产生前就买了这款价值只有5000美金的模拟软件包的话,就能使设计人员开发出一款理想的运行流程。”

“这个软件还不闹脾气,能很好地与其他员工和睦相处呢,”Proeber笑着表示。

可处理所有文档

要提高软件效能,下一步工作是改进文档管理。因为在确定制造方法过程中,文档缺失,或修改、重新创建不同格式的文档,都会耗费大量金钱。

“许多参数产品——使用参数树排列——要求工具制造商根据现在已提供的文件重新设计,根据自己的需要设置参数,”总部位于美国密歇根州的TST工具软件技术有限责任公司销售工程师Jack Thompson说。TST公司可提供VISI软件、工具模具的设计和建造。“重新绘制零部件,是为了实现构建工具端这个非常艰巨的任务。如果具备使用原生文件( VISI功能)的能力,就能节省时间,消除了出错的机会。”

举例来说:假设有位零部件设计师为刀具设计师/制造商提供了一个文档,后者可以重新绘制所需的零部件或重设参数。Thompson说:大多数情况下完成此过程可能需要一两天。这就意味着设计时间需要增加几天。在重绘或重新制定参数过程中,还可能出错,引起整个流程(包括工具设计、构建架构到试用)的许多重要技术挑战。

“在这种情况下,这个工具设计者/制造商可能会重新设计一款不一样的零部件,”汤普森说:“但是,使用客户提供的文档,可以确保您所使用的正是所需的,没有翻译错误,以及由此产生的费用风险。”

使用多个文档,会产生诸多技术挑战

“软件系统可以承担大量的组装和单独文档的管理工作,”Thompson说:“想象一个可能具有1000个特色的模具。在某些系统中,每一个特色都可能生成一个单独的文档,然后在程序集中合在一起。这样做需要复杂的文件管理系统。如果有人移走或删除了一个文件,就无法正常地打开该程序集。有些车间可能会让一个员工花一整天的时间来维护这些文档。一个将文件压缩以方便管理的系统,可以提供理想的解决方案。”

软件系统的另一个优点,是为冲压商和工具制造商提供了底线收益:因为它们具有从设计到制造一整个完全集成的软件套件功能。

“对不同软件包里的工具加工,必须有人翻译,把文件转到另一种格式,”Thompson说:“即使是单个的可以从其他软件读取设计格式的机加工软件,仍必须转换文件格式,保持电流线路的变更。”

“使用一种文件格式的完整系统,”他继续说:“可以让车间人员看到这个零部件,决定采用那些信息处理,不必回头重新做工程设计、询问设计意图、要求剖面图等(因为之前没有给他们发送相关信息),就能直接向前运行,防止浪费时间。

增加盈利机会

研究表明,经济复苏期间,企业在重新盈利上面临重重压力。不同做法将直接决定谁是失败者、谁是赢家。位于美国密歇根州的工程技术联合公司(ETA)的工程技术销售Charles Hayden三世认为:对于模切车间和冲压商而言,模拟可提供理想的答案。ETA公司是Dynaform软件模切系统仿真套件的供应商。

“为了实现盈利,这些企业必须及时生产出优良的产品,同时节约成本,”Hayden说:“要使制造商能够做出高质量、高性价比的产品,在仿真分析工具的研发上,还有很长的路要走。”

Hayden举了一个客户案例:他们近年来的盈利能力改善了2~3倍,原因就是他们对固定资产和直接劳动程度的控制和理解加深了,其工具性能和操作流程的准确性也增强了。“生产力和效率,是盈利能力的决定因素,”他说:“这项技术可以让用户更好地确定每件零部件的价格,让他们提前做成本预算的时候更有信心。”仿真工具的分析能力和准确度,使制造商们更有信心将它扩展应用到新的市场和项目上。

“在模拟系统仿真工具的帮助下,制造商们可以对更加复杂的零件竞标,不再局限于自己之前擅长的市场领域,比如,可以从汽车领域扩大到家电和航空航天领域等,”Hayden说:“模拟系统功能能帮助他们打开通向新工艺的大门,帮助企业涉足新的贸易类型。”

“刀具和模具技术正在不断发展中,”Hayden还表示:“所以,致力于此领域的各家公司,必须意识到新的高强度钢及其他新型合金材质的重要性,以及可以模拟处理这些新材质的特殊工具。”

关于新材料开发,Hayden表示:模拟软件在此领域发挥了很大的助力,便于用户预测材料的反应力。模拟软件从一开始就能提高刀具性能及零件质量。优化是关键。“就在不久前,要在加工大中型冲压件时加入适当的拉伸筋模型,需要测试一周之久,但现在一天之内就能完成。”

为设计师查漏补缺

将模具设计软件放在一个有经验的设计师手中,可以助其达到顶峰,实现优异的成本优势、节省时间。

位于美国密歇根州的思美创(Cimatron)技术公司应用工程师David Lindemann举例说:“两位设计师以两种不同的方式做嵌套零部件,一种方法是尽可能减少多余的废料,尽可能紧密地成形。另一种方法重点考虑加工情况,如果将零部件紧密地放在一起,可能导致切削效果不佳。有些软件能提供一切可能的嵌套配置,降低报废率,设计师们可以将报废率降至最低,同时实现良好的加工目标。”

“但是一个有经验的设计师,有足够的基础知识和经验,就能知道什么样的进程安排合适,以及如何在最短的时间内做出最稳定的加工,”Lindemann继续说:“比如,他知道大块工具钢不应小于1英寸厚,知道材料的冲压等级这些最起码的因素。在某个既定位置需要某个角度,所以他会设置一个条件。综上,在软件自动计算的同时,一个经验丰富的设计师可以在屏幕上看出废料比例系数的变化。”

设计人员和软件之间专业知识的碰撞,可以优化加工进程,在废料的产生及刀具耐用性之间达到理想的平衡。

“设计人员用他们的经验,通过软件帮助他们实现最好的解决方案,”林德曼说。

优秀的模具设计软件,能像设计师那样思考,所以可以协助有经验的模具设计师增加效率。

“软件知道必须在成形前在钢板上打孔,”Lindemann补充说:“知道冲拉时必须经过一个特殊的钢件来减小间隙,然后再通过另一块钢,进一步减小间隙。这些软件设计存储在工作程序中,所以是可重复的,能确保适当的设计,同时节省重新建构的时间。”

通过这些互动,有经验的设计师可以在软件系统增加信息累积,并通过该系统,将这些知识分享给那些缺乏经验的初级设计师,甚至负责报价的人员。

“优秀的设计师深知不同的软件特点及操作模式的成本,”Lindemann总结说:“而且可以在报价系统内建立信息数据库。这样,经验不足的人员可以从中借鉴,产生更多的准确报价。”

纵观大局

仿真软件已经赢得了业内的普遍认可,可以减少对交货时间的争执。AutoForm Engineering美国公司产品经理Eric Kam强调说:展望未来,仿真软件的用户能够使自己的产品差异化,如果他们利用软件性能来放宽视野、纵观大局的话。

“这给人类提出了这样一个问题:在当前这个电脑运算如此之快、仿真工具的自动化已达到新高度的时代,如果我们不采取模拟之路,是不是亏待了自己?”Kam问:“例如,对比凸轮修整与直接修整再在后续操作中翻边这两个不同操作,设计师们可以选择采用第二种方案,不用凸轮,在初始投资上省钱。但真正省了多少钱呢?让我们测算一下:不用凸轮,可以节省2万美元,所以就该这么做?”

“下面我们模拟一下使用和不使用凸轮这两种方案,来预测一下它们各自的成本。粗略的模拟结果显示:采用凸轮修整操作,可以使整体生产的重复性得到更好地体现,废品率0.1%,而如果不用凸轮,废品率很可能达到0.5%。通过增加可重复性而导致停机时间的减少,也可以间接节省超过数万数十万美元的费用。前期节省20000美元的凸轮花费,后期却要多花10万美元。该怎么选择,是非常明了的。”

“可行性模拟的未来不可限量,”Kam继续说:“考虑到整体综合成本,使用模拟软件必将对加工过程起到积极效果。”

“虽然似乎只使用模拟软件是可行的,但在没有足够的合理理由情况下,最好不要随意取消某个加工处理步骤,因为这很可能很危险,”Kam警告:“举例来说,设计一个三模加工工艺,整合了绘图、修整、安装凸缘这三个部分,”他说:“光看模拟结果,很可能是:‘行’ 接下来做了回弹分析及其他检测后,设计师们却发现为了适合工艺要求,允许有一定量的零部件变化,必须修改零部件的设计。因为只做三次。

通过模拟一种替代方法、模拟技术的进步,设计师可能会发现零部件的质量大大提高了,甚至无需凸轮对四击过程的修正。不修改产品设计,可以简化流程,为前期费用节省数万美元。

Kam继续说,“所以现在一些设计师用仿真来建议客户是否需要更改产品设计。他们可能会对客户说,‘您想要做的零件,是可行的 ,我可以用模拟来证明这一点。’但后来可能发现:产品设计改变了,可能需要花费数十万美元的组装成本。比如,如果其中一个组件不适合新的零部件组装,就必须重新设计整个组件。”

结论

“人们必须以更大、更全面的视角来思考,”Kam说:“这就像梯子上的下一个梯级,可以通过模拟找到节约成本的方法。计算工具、坯料和生产的潜在成本,然后考虑潜在的可重复性因素,不仅要考虑“主要流程”,还需要在我们惯常会省掉的步骤上多加思考。很多重要要素,没有得到足够的重视。”