基于UG的汽車覆蓋件模具實(shí)型自動(dòng)化制造可行性研究

1、基于UG的汽車覆蓋件模具實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目可行性研究周明勇 （天津汽車模具股份有限公司）摘要：作為汽車模具制造流程中不可缺少的一道工序，實(shí)型制造對(duì)縮短模具的制造周期，消減模具制造成本起著重要作用。模具實(shí)型三維加工技術(shù)與三維實(shí)體設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的應(yīng)用結(jié)合，不但能部分解決模具三維實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用中存在的問題，而且能成功縮短了模具的制造周期，削減了模具制造的成本。基于UG的汽車覆蓋件模具實(shí)型的自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目是結(jié)合天汽模多年工程經(jīng)驗(yàn)，通過UG的二次開發(fā)，開發(fā)出適合汽車模具覆蓋件企業(yè)的實(shí)型制造CAM應(yīng)用系統(tǒng)，從而很好地解決以上問題，提高汽車覆蓋件模具實(shí)型制造的自動(dòng)化、信息化制造水平。關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件；

2、UG；實(shí)型制造；自動(dòng)化一、 項(xiàng)目概況隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)模具生產(chǎn)要求短周期、精度高、成本低。對(duì)模具設(shè)計(jì)的周期、質(zhì)量有了越來(lái)越苛刻的要求。自20世紀(jì)80年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)輔 助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）已得到了廣泛的應(yīng)用，并且得到了快速的發(fā)展，在模具設(shè)計(jì)、制造中也顯示了巨大的優(yōu)越性1。目前，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具企業(yè)應(yīng)用CAD 技術(shù)大都已經(jīng)廣泛應(yīng)用三維設(shè)計(jì)。我國(guó)大部分企業(yè)也已經(jīng)開始具有三維設(shè)計(jì)的水平,如天汽模、一汽模、成飛集成等。三維實(shí)體設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：能夠直觀反映設(shè)計(jì)的真實(shí)狀態(tài)，通過運(yùn)動(dòng)模擬、干涉檢查等數(shù)字化分析手段，在設(shè)計(jì)階段就能避免以往在生產(chǎn)制造中才能發(fā)現(xiàn)的問 題。標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)可為模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供可以

3、直接裝配的參數(shù)化、系列化的零件；沖壓設(shè)備庫(kù)、典型結(jié)構(gòu)庫(kù)為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了可參考的模型；而基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)庫(kù)使模具設(shè)計(jì)更 加靈活、智能。資源庫(kù)與知識(shí)工程的有機(jī)結(jié)合，形成了模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的知識(shí)庫(kù)，成為三維實(shí)體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。與3D-DL圖技術(shù)、實(shí)體泡沫加工技術(shù)的結(jié)合，達(dá)到真 正意義上的三維實(shí)體設(shè)計(jì)。并以此為契機(jī)，帶動(dòng)整個(gè)模具生命周期的技術(shù)提升。實(shí)現(xiàn)模具制造的CAE/CAD/CAM一體化，使模具生產(chǎn)越來(lái)越依賴于高科技手 段，最大限度地降低人工勞動(dòng)的強(qiáng)度，提高模具的制造精度，縮短模具生產(chǎn)周期。泡沫實(shí)型整體加工隨著三維實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。作為汽車模具制造流程中不可缺少的一道工序，實(shí)型制造對(duì)縮短模具的制造周期，消減模具制造

4、成本起著重要作用。模具實(shí)型三維加工技術(shù)與三維實(shí)體設(shè)計(jì)進(jìn)行有效的應(yīng)用結(jié)合，不但能部分解決模具三維實(shí)體設(shè)計(jì)應(yīng)用中存在的問題，而且能成功縮短了模具的制造周期，削減了模具制造的成本。 泡沫實(shí)型整體加工的核心在于數(shù)控編程，程序的好壞很大程度上決定了模具的質(zhì)量和外觀。在模具實(shí)型制造中，市面上流行的CAM系統(tǒng)軟件目前只作為個(gè)人數(shù)據(jù)整理、數(shù)控編程、制造工藝制定的輔助工具，使用水平因人而異，存在操作不規(guī)范、失誤率高、集成性差、效率低等問題，導(dǎo)致工藝制定周期較長(zhǎng)、工藝水平不穩(wěn)定、勞動(dòng)強(qiáng)度較大、制造成本難以控制等問題，從而比較嚴(yán)重的制約和影響后序的機(jī)械加工制造?；赨GCAM的汽車覆蓋件模具實(shí)型的自動(dòng)化制造系統(tǒng)項(xiàng)目

5、是結(jié)合天汽模多年工程經(jīng)驗(yàn)，通過UG的二次開發(fā)，開發(fā)出適合汽車模具覆蓋件企業(yè)的實(shí)型制造CAM應(yīng)用系統(tǒng)，從而很好地解決以上問題，提高汽車覆蓋件模具實(shí)型制造的自動(dòng)化、信息化制造水平。二、項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容和方法通過結(jié)合對(duì)本公司汽車模具實(shí)型制造技術(shù)以及生產(chǎn)流程的規(guī)范和改進(jìn)，基于UG的二次開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)一系列CAM/CAD 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化工具，其中主要有以下幾個(gè)模塊：1、數(shù)據(jù)整理模塊數(shù)據(jù)整理是在自動(dòng)化編程前將實(shí)型制造的數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化、標(biāo)準(zhǔn)化，為后續(xù)自動(dòng)化制造過程鋪平道路，融合了實(shí)型數(shù)據(jù)規(guī)范和工藝制造標(biāo)準(zhǔn)。在數(shù)據(jù)整理時(shí)，完成自動(dòng)化編程所需相關(guān)信息包括安全高度、刀具模板、加工策略、余量設(shè)置、加工范圍和顏色識(shí)別等的設(shè)定

6、，如圖1所示。在這一模塊，可以手工指定需要加工的幾何體，也可以設(shè)置在加工工藝指示單中顯示的程序名稱前綴。數(shù)據(jù)整理模塊是整個(gè)實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，工作必須詳細(xì)、扎實(shí)。2、自動(dòng)數(shù)控編程模塊自動(dòng)化數(shù)控編程模塊主要涉及實(shí)型制造中CAM 加工環(huán)境的客戶化定制，數(shù)控程序的生成和輸出的自動(dòng)化和集成化，以及數(shù)控生產(chǎn)工藝文件管理的自動(dòng)化和集成化；并且規(guī)范和優(yōu)化了的數(shù)控加工流程和數(shù)控加工工藝人員操作流程融入到軟件使用當(dāng)中，建立完善制造數(shù)據(jù)工程庫(kù)，發(fā)展完善適合本企業(yè)實(shí)型制造的專家系統(tǒng)。自動(dòng)化編程模塊是實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)的核心模塊之一，是基于開放性的UG二次開發(fā)平臺(tái)和Microsoft Visual C+ 6

7、.0開發(fā)平臺(tái)完成的CAM應(yīng)用系統(tǒng)，是基于工藝標(biāo)準(zhǔn)化、編程標(biāo)準(zhǔn)化、制造標(biāo)準(zhǔn)化思想開發(fā)而來(lái)的系統(tǒng)，建立了規(guī)范的數(shù)控加工工藝路線和加工參數(shù)，有利于在公司統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和模式，可以加強(qiáng)實(shí)型生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，從而實(shí)現(xiàn)制造資源的更合理分配及公司整體加工水平的提升，避免以往技術(shù)人員水平不同造成效率和質(zhì)量上的差異。自動(dòng)化編程模塊能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)型自動(dòng)化制造所需的外輪廓、內(nèi)輪廓、平面、斜面、底面倒角、曲面仿型、清根和中心刻線等各種數(shù)控程序，能夠根據(jù)特征和顏色標(biāo)識(shí)自動(dòng)完成數(shù)控程序的編制。圖1 實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)預(yù)設(shè)置3、備料模塊根據(jù)每套汽車覆蓋件模具的尺寸和結(jié)構(gòu)，完成實(shí)型制造中的自動(dòng)分層、標(biāo)識(shí)，在UG軟件中按約定的層存放

8、和用于指導(dǎo)車間排產(chǎn)的備料明細(xì)單自動(dòng)輸出。備料界面如圖2所示。圖2 備料界面4、小尺寸零部件實(shí)型制造模塊小尺寸零件主要是指汽車覆蓋件模具上的各種鑲塊，它們是組成汽車覆蓋件模具不可缺少的部分。但由于尺寸小，且零散分布，形狀不規(guī)格，單件裝夾、加工困難，而且材料浪費(fèi)嚴(yán)重，非常不經(jīng)濟(jì)。因此通常會(huì)將整套模具的鑲塊實(shí)型制造組合在一起，作為一個(gè)整體生產(chǎn)，具體效果如圖3所示。圖3 多個(gè)鑲塊自動(dòng)排料效果小尺寸零部件實(shí)型制造模塊主要包含小尺寸零部件自動(dòng)排料和自動(dòng)編程兩部分，預(yù)留了實(shí)型原材料規(guī)格尺寸、鑲塊間長(zhǎng)寬間距、行數(shù)限制要求等設(shè)置接口，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)排料和編程間的無(wú)縫集成，大大減少了技術(shù)人員的工作量，提高了編程的穩(wěn)定

9、性，降低了出錯(cuò)率。接口如圖4所示。圖4 自動(dòng)排料5、仿真模擬模塊加工模擬仿真是確保一次性正確制造的關(guān)鍵。隨著制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代制造技術(shù)逐漸向集成化發(fā)展，利用仿真加工，可以消除數(shù)控加工程序中的錯(cuò)誤，如切傷工件、損壞夾具、折斷刀具和碰撞機(jī)床等。如果不能解決這些問題，在無(wú)人化的加工中出現(xiàn)，因無(wú)操作人員立即制止，將會(huì)造成更嚴(yán)重的后果。因此需要加工仿真技術(shù)來(lái)確保加工的安全可靠。仿真模擬主要是利用Vericut模擬軟件，建立高速泡沫銑床的物理模型，規(guī)范刀具選型和刀具參數(shù)，驗(yàn)證自動(dòng)化編程代碼的可靠性并進(jìn)行優(yōu)化，具體思路和效果如圖5和圖6所示。6、加工指示單模塊加工指示單是加工工藝的文字和圖形表述，是技

10、術(shù)人員和車間操作人員溝通的媒介，是確保實(shí)型產(chǎn)品最終質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，如圖7所示。另外實(shí)型制造自動(dòng)化系統(tǒng)還有應(yīng)用權(quán)限管理、工程配置文件的管理、工程圖的自動(dòng)生成、相關(guān)的其他一些CAD/CAM 功能的自動(dòng)化操作或輔助操作實(shí)用工具等。 圖5 軟件仿真過程思路圖6 Vericut軟件仿真效果圖7 加工指示單三、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益分析1.社會(huì)效益分析實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)目前只有韓國(guó)、日本擁有相似功能的軟件系統(tǒng)，而且也都是基于UG或CATIA開發(fā)的，在國(guó)內(nèi)仍屬空白。該項(xiàng)目完成后，將有助于天汽模在國(guó)內(nèi)模具行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)地位得到進(jìn)一步的鞏固，同時(shí)將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在實(shí)型制造領(lǐng)域的一項(xiàng)空白，具有創(chuàng)新性。如能應(yīng)用推廣，則能

11、縮短國(guó)內(nèi)汽車模具行業(yè)的交貨周期和制造成本，為汽車模具行業(yè)實(shí)型的信息化制造方面提供方法和思路。實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)的開發(fā)對(duì)于提高行業(yè)軟件自主研發(fā)應(yīng)用能力，提高機(jī)械制造行業(yè)的整體技術(shù)水平都有積極的影響。2.經(jīng)濟(jì)效益分析提高效率：使用自動(dòng)化制造系統(tǒng)，原來(lái)需要4到5天的工作，將只需要1-2天就可以完成，工時(shí)縮短70%左右。依據(jù)天汽模的計(jì)算方式，每標(biāo)套工時(shí)費(fèi)用縮短2000元左右，天汽模每年產(chǎn)量為2500標(biāo)準(zhǔn)套，每年節(jié)約工時(shí)費(fèi)用為500萬(wàn)元。降低成本：相同的工作量，使用自動(dòng)化制造系統(tǒng)可以節(jié)約60%的人力資源。推廣應(yīng)用后，按目前天汽模從事實(shí)型整理、編程工作為20人計(jì)算，則只需要8個(gè)人即可以滿足工作需求。按天汽

12、模人工工資性費(fèi)用5萬(wàn)/年計(jì)算，每年將減少人工費(fèi)用60萬(wàn)元。由于減少手工參與，也降低了出現(xiàn)異常的幾率，降低了生產(chǎn)制造成本。按照天汽模目前的異常率，假設(shè)每標(biāo)套減少實(shí)型異常為1項(xiàng)，每項(xiàng)異常費(fèi)用為200元計(jì)算，每年節(jié)省異常費(fèi)用50萬(wàn)元。系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化和合理參數(shù)選擇，能夠保證機(jī)床正常運(yùn)行和延長(zhǎng)刀具壽命?？s短周期：由于工藝處理和編程的工時(shí)減少，可以縮短20%的產(chǎn)品生產(chǎn)周期。同時(shí)由于減少手工參與，也降低了出現(xiàn)異常次數(shù)，相應(yīng)的減少了生產(chǎn)周期。提高管理水平：由于生產(chǎn)更加規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化，使管理更加輕松。同時(shí)減少工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。使用以及對(duì)人員要求：由于軟件功能和操作的高度集成，很容易學(xué)習(xí)和掌握。預(yù)留配置文件接

13、口，方便默認(rèn)參數(shù)的修改，具有很強(qiáng)的靈活性和開放性，有利于較快投入使用和廣泛推廣?？梢越档蛯?duì)從事該項(xiàng)工作人員的要求，進(jìn)而降低人工費(fèi)用。長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)效益可以增加企業(yè)利潤(rùn)，提高競(jìng)爭(zhēng)能力和持久發(fā)展能力。四、承擔(dān)單位及人員的基本情況天津汽車模具股份有限公司是一個(gè)專業(yè)從事車身開發(fā)服務(wù)，具備完整車身裝備設(shè)計(jì)、制造綜合能力的民營(yíng)企業(yè)集團(tuán)，是中國(guó)汽車模具研發(fā)、生產(chǎn)的龍頭企業(yè)。公司的核心技術(shù)完全是自主研發(fā)的，具有國(guó)際先進(jìn)水平，技術(shù)創(chuàng)新不斷取得重大突破，先后完成國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家及天津市重大科技攻關(guān)等項(xiàng)目。公司總部坐落在天津空港經(jīng)濟(jì)區(qū), 廠區(qū)占地面積16萬(wàn)平方米，建筑面積11萬(wàn)平方米，集團(tuán)化的天汽模擁有汽車模具研

14、究院、汽車模具技術(shù)中心、6個(gè)模具制造公司，車身裝備公司，2個(gè)沖壓件公司和一系列為汽車模具業(yè)服務(wù)的信息、設(shè)備、實(shí)型等專業(yè)公司。擁有70多臺(tái)大型龍門數(shù)控加工中心，具備2700標(biāo)準(zhǔn)套/年設(shè)計(jì)制造能力，可每年完成6個(gè)車型主要覆蓋件模具、檢具、夾具的設(shè)計(jì)制造。根據(jù)中國(guó)模具工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2009年我國(guó)汽車覆蓋件模具收入超千萬(wàn)元的企業(yè)29家，收入總計(jì)27.37億元，其中本公司模具收入4.54億元，所占比例為16.59%，穩(wěn)居行業(yè)首位。截至2010年6月末，公司在職員工1,599人，其中具有大學(xué)本科學(xué)歷357人，碩士研究生學(xué)歷40人。技術(shù)研發(fā)人員389人，研發(fā)人員中特殊津貼專家、授銜專家、碩士、高級(jí)工程師和高

15、級(jí)技師以上高級(jí)人才近70名，其中10名入選天津市“131”人才工程。汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)裝備、技術(shù)水平要求較高，公司在行業(yè)內(nèi)擁有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)技術(shù)方面，公司居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，集多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，公司建成了囊括車身所有沖壓件的工藝分析和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，為模具開發(fā)提供了有力的技術(shù)支持；在計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用方面，公司達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，實(shí)現(xiàn)了100%的制件CAE分析、100%的模具全三維實(shí)體設(shè)計(jì)、100%的模具設(shè)計(jì)防干涉檢查、100%的實(shí)型數(shù)控加工等；在研發(fā)裝備方面，公司擁有多種先進(jìn)的測(cè)量手段，所采用的數(shù)碼照相、光學(xué)投影、機(jī)械觸指等各種原理的大型測(cè)量設(shè)備和技術(shù)都達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平

16、。此外，公司通過承接并主導(dǎo)“國(guó)家863”計(jì)劃、“國(guó)家十一五”科技支撐計(jì)劃等高層次科技研發(fā)項(xiàng)目，掌握了汽車模具開發(fā)的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，提升了公司的整體技術(shù)水平。目前公司擁有軟件著作權(quán)12項(xiàng)，專利18項(xiàng)，另有7項(xiàng)專利正在受理中。領(lǐng)先的技術(shù)為提升公司核心競(jìng)爭(zhēng)力和保持行業(yè)領(lǐng)先地位奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本公司是中國(guó)模具行業(yè)重點(diǎn)骨干企業(yè)、中國(guó)汽車覆蓋件模具重點(diǎn)骨干企業(yè)，擁有汽車模具行業(yè)唯一的博士后科研工作站，并被認(rèn)定為天津市高新技術(shù)企業(yè)、天津市企業(yè)技術(shù)中心。另外，公司還曾獲得 “全國(guó)CAD技術(shù)應(yīng)用示范企業(yè)”、“天津市十一五制造業(yè)信息化示范企業(yè)”、“天津市優(yōu)秀企業(yè)”、“天津市重點(diǎn)培育和發(fā)展的出口品牌”、“天津市AA

17、A級(jí)勞動(dòng)關(guān)系和諧企業(yè)”、“天津港保稅區(qū)百?gòu)?qiáng)企業(yè)”、“天津港保稅區(qū)安全生產(chǎn)先進(jìn)單位”等榮譽(yù)稱號(hào)。公司商標(biāo)獲“天津市著名商標(biāo)”稱號(hào)。該項(xiàng)目將由高級(jí)工程師、有現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的研究生、專職開發(fā)人員和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富的現(xiàn)場(chǎng)工程師組成專職項(xiàng)目組，由天汽模實(shí)型制造公司提供設(shè)備支持，天汽模模具研究院根據(jù)實(shí)型制造流程在自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)實(shí)型制造的虛擬實(shí)現(xiàn)。五、研究開發(fā)經(jīng)費(fèi)概算該項(xiàng)目開發(fā)周期預(yù)計(jì)為兩年，開發(fā)經(jīng)費(fèi)的總體預(yù)算為381萬(wàn)元。經(jīng)費(fèi)主要構(gòu)成如下：硬件環(huán)境：高性能pc機(jī)4臺(tái)，10000元/臺(tái)，共4萬(wàn)元。加工、測(cè)試費(fèi)用：1500鑄件噸*1700元/鑄噸，共255萬(wàn)元。刀具費(fèi)用：2年*10萬(wàn)/年，共20萬(wàn)元。掃描測(cè)量費(fèi)用：2

18、年*10萬(wàn)/年，共20萬(wàn)元。專職開發(fā)人員：4人，60000元/人年，2年共48萬(wàn)元?，F(xiàn)場(chǎng)工程人員：3人，40000元/人年，2年共24萬(wàn)元。其他（咨詢費(fèi)、會(huì)議費(fèi)、差旅費(fèi)、項(xiàng)目管理費(fèi)、專利費(fèi)等）：10萬(wàn)元。六、項(xiàng)目進(jìn)度2015年1月2015年6月：實(shí)型生產(chǎn)規(guī)范整理、加工工藝整理、生產(chǎn)管理流程整理等；軟件開發(fā)前期準(zhǔn)備，對(duì)CAM軟件功能性、擴(kuò)展性、效率等進(jìn)行調(diào)研；對(duì)企業(yè)內(nèi)部加工資源和積累的無(wú)人化加工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析；2015年5月2015年10月：通過與建立的企業(yè)數(shù)控加工工藝知識(shí)庫(kù)的結(jié)合，開發(fā)UG平臺(tái)下高效安全的實(shí)型自動(dòng)化制造軟件，進(jìn)行調(diào)試和優(yōu)化；2015年7月2015年12月：通過總結(jié)并建立刀具與機(jī)床結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，利用Vericut軟件建立企業(yè)現(xiàn)有條件下的泡沫型數(shù)控加工中心的模擬仿真平臺(tái)；使用照相測(cè)量系統(tǒng)和在線檢測(cè)系統(tǒng)以確定實(shí)型加工后的實(shí)際狀態(tài)，驗(yàn)證和理論數(shù)模的吻合性；2016年1月2016年6月：繼續(xù)完成實(shí)型自動(dòng)化制造流程和技術(shù)細(xì)節(jié)；項(xiàng)目成果和體系在部分車間進(jìn)行完全或部分的推廣應(yīng)用；2016年7月2016年11月： 集團(tuán)內(nèi)部全面推廣實(shí)型自動(dòng)化制造系統(tǒng)；2016年12月：項(xiàng)目驗(yàn)收。七、結(jié)論 綜上所述，天汽模的