福州佳新創(chuàng)輝機電有限公司（原福州模具廠）是全國模具行業(yè)的重點企業(yè)，年產(chǎn)值近1000萬元。公司的主要產(chǎn)品是汽車、摩托車覆蓋件等產(chǎn)品沖壓模具、PVC發(fā)泡塑料鞋模、標(biāo)準(zhǔn)模架。主要客戶有廣州五羊-本田摩托有限公司、上海新大洲-本田摩托有限公司、濟南輕騎集團、浙江錢江摩托車集團、南京金城-鈴木摩托車有限公司、濟南輕騎-鈴木摩托車有限公司、福州東南汽車公司等。
一、應(yīng)用CAD/CAM的背景
1989年，CAD/CAM技術(shù)尚未推廣應(yīng)用，原廠模具設(shè)計主要依賴于手工繪圖，一副中等復(fù)雜的模具僅設(shè)計時間就需要1-2個月，而且經(jīng)常出差錯；模具制造主要依靠普通機床加工，最先進的設(shè)備是仿型銑床，鉗工看樣板整修，效率低，精度差，周期長，一旦遇到精度要求高的三維復(fù)雜零件，就無法加工。因此，當(dāng)時不能設(shè)計制造大型、復(fù)雜、精密的模具，只能設(shè)計制造簡單零件的模具，而這些產(chǎn)品民營的小模具企業(yè)也能制造，企業(yè)毫無競爭優(yōu)勢可言。面臨競相壓價、爭搶業(yè)務(wù)的局面，公司陷入極為困難的境地，當(dāng)時的年產(chǎn)值才150萬元。
1990年，工廠通過技術(shù)改造，一步到位引進三維模具CAD/CAM/DNC技術(shù)軟件，建立數(shù)控加工中心后，模具的設(shè)計和制造手段發(fā)生根本性變化，模具的制造工藝也發(fā)生了重大改變，從僅僅會制造簡單模具發(fā)展到目前能大量制造精密、復(fù)雜、大型模具，如摩托車油箱（不打膩子）、頭盔箱、小轎車鋁合金發(fā)動機殼體等零件模具。目前公司制造的這些模具完全可以替代進口，公司的主要客戶對模具質(zhì)量都很滿意，紛紛將原來需要依賴進口的高檔摩托車油箱模具轉(zhuǎn)到公司來制造，使公司在競爭激烈的市場中站穩(wěn)腳跟。
二、CAD/CAM/DNC應(yīng)用情況
(一)CAD/CAM/DNC技術(shù)簡介
CAD/CAM/DNC技術(shù)作為計算機科學(xué)與工程科學(xué)結(jié)合的產(chǎn)物，是促進科研開發(fā)和成果轉(zhuǎn)化，實現(xiàn)設(shè)計自動化，加快國民經(jīng)濟發(fā)展和國防現(xiàn)代化的一項關(guān)鍵技術(shù)；是提高產(chǎn)品設(shè)計水平，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高勞動生產(chǎn)率，降低消耗的重要手段；是企業(yè)加強自主研究與開發(fā)創(chuàng)新能力，提高管理水平，參與國際合作與競爭的重要條件；也是進一步向CIMS發(fā)展的重要基礎(chǔ)。該項技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用水平已成為衡量一個企業(yè)甚至是一個國家工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。
(二)應(yīng)用CAD/CAM技術(shù)的軟硬件投入情況
到目前為止，企業(yè)投入CAD/CAM技術(shù)的資金達300多萬元，購置了大量的硬件、軟件。公司目前擁有計算機工作站8臺、服務(wù)器一臺、高性能微機80臺，建立了內(nèi)部局域網(wǎng)。采用美國EDS公司高檔三維CAD/CAM軟件(UGII軟件)及PCCAD二維軟件等，工廠擁有日本OKK公司的數(shù)控加工中心、龍門式數(shù)控加工中心、日本產(chǎn)坐標(biāo)鏜床、三坐標(biāo)測量機、大型油壓機、摩擦壓力機床等專用設(shè)備近百臺，技術(shù)力量雄厚，制模經(jīng)驗豐富。CAD/CAM/DNC技術(shù)、計算機輔助測繪技術(shù)逆向工程在工廠制模生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，目前繪圖、設(shè)計、造型、編程、加工全部實現(xiàn)了計算機控制，完全甩掉圖板。企業(yè)曾先后榮獲由國家科委、技術(shù)監(jiān)督局、國家信息辦頒發(fā)的“CAD應(yīng)用先進企業(yè)”和省科委頒發(fā)的“福建省CAD工程示范點”稱號。1999年公司被福建省科委確定為省CAD應(yīng)用示范工程企業(yè)。
(三)CAD/CAM的應(yīng)用引發(fā)設(shè)計制造的變革
在CAD/CAM應(yīng)用過程中，工廠采用全新的概念對傳統(tǒng)的設(shè)計制造方法進行改革：即根據(jù)用戶提供的二維圖紙、數(shù)據(jù)光盤、三維實物模型這三種數(shù)據(jù)中的任一種，在計算機上建立產(chǎn)品的三維數(shù)學(xué)模型、模具零件三維形狀，自動生成各種二維視圖、NC程序，還可以進行仿真裝配和仿真切削。從二維到三維的轉(zhuǎn)變實際上是一種設(shè)計觀念的革命，它不但將設(shè)計人員從簡單的重復(fù)勞動中解放出來，同時也對設(shè)計人員提出了更高的要求，它要求設(shè)計人員必須更深刻的認(rèn)識客觀事務(wù)，才能進行實實在在的三維創(chuàng)作。在三維設(shè)計中，設(shè)計人員的創(chuàng)造性和聰明才智得到更加充分的發(fā)揮。目前公司技術(shù)科的模具設(shè)計CAD出圖率達100%。
(四)CAD應(yīng)用的重點：實用逆向工程技術(shù)
實用逆向工程技術(shù)也是工廠CAD應(yīng)用的重要組成部分，它是一種重要的設(shè)計技術(shù)，在汽車、摩托車及家用電器產(chǎn)品的設(shè)計中得到廣泛的應(yīng)用。同時，它還是三維造型技術(shù)中難度最大的組成部分，是評估三維造型工程師技術(shù)水平的重要內(nèi)容。
對整車來說，沖壓件質(zhì)量尤其是摩托車油箱的表面質(zhì)量、型面、輪廓尺寸都直接影響著整車的外觀，以至影響整個品牌在摩托車市場中的占有份額。
隨著模具制造技術(shù)的發(fā)展，對于摩托車油箱復(fù)雜的空間曲線、曲面的質(zhì)量評定，用傳統(tǒng)的萬能專用量具如：卷尺、長尺、高度尺、千分表、樣板、模型等已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了對產(chǎn)品進行質(zhì)量控制、質(zhì)量評估的檢測手段的需要，同時用戶向模具制造廠家提供的制造依據(jù)也不再是唯一、規(guī)范的設(shè)計圖紙。生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高、模具價格低已成為用戶對模具廠家的三大要求。
在市場經(jīng)濟發(fā)展的今天，模具客戶對模具產(chǎn)品質(zhì)量評估的概念有了新的轉(zhuǎn)變，從實物定性評價到數(shù)據(jù)化定量評價。產(chǎn)品質(zhì)量如何，需要用數(shù)據(jù)來判定。然而，實現(xiàn)復(fù)雜的曲面、不規(guī)則的輪廓空間曲線上的幾何形狀以及用產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型作為檢驗依據(jù)的檢測很不容易。
因此，公司認(rèn)為以往的模具檢測手段已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代模具技術(shù)發(fā)展的需要，決定購置三坐標(biāo)測量機以適應(yīng)用戶各種制造依據(jù)的變化，滿足質(zhì)量檢驗?zāi)嫦蚬こ痰男枰瑢崿F(xiàn)與CAD/CAM的聯(lián)網(wǎng)通訊。
理論上，產(chǎn)品開發(fā)過程是由設(shè)計（圖紙或造型）到實物（模型或產(chǎn)品）。而產(chǎn)品的實際開發(fā)工作常常采用一種“相反”的過程進行，即以某種實物（模型或樣品）為藍本進行設(shè)計，然后再進行制造得到最終產(chǎn)品。所謂逆向工程（Reverse engineering）也稱反求工程，它是通過探測來定義零件的幾何形狀。通常是在缺乏原始數(shù)據(jù)的情況下，用來進行產(chǎn)品的改進或復(fù)制。具體地說，也就是在已經(jīng)有了物理原形的情況下，將物理原形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成設(shè)計數(shù)據(jù)，保證新產(chǎn)品與原物理模型的一致。建立數(shù)模是逆向工程的關(guān)鍵所在。有了數(shù)模零件就有了定義的標(biāo)準(zhǔn)，在計算機中這種用數(shù)學(xué)方法描述零件的幾何圖形，有利于設(shè)計進行CAE(計算機輔助工程)分析，CAM(輔助制造)可對其任意位置的坐標(biāo)、曲率等幾何要素進行分析。同時數(shù)學(xué)模型的精度和數(shù)據(jù)的完整性，不會受時間的影響而發(fā)生變形。
無論是新產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計、備件的復(fù)制，還是整套模具的復(fù)制，均屬逆向工程的范疇。目前公司新模具的設(shè)計基本上都應(yīng)用了逆向工程技術(shù)，同時還為許多企業(yè)提供了產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)采集、計算機三維造型業(yè)務(wù)。
這幾年企業(yè)用新概念設(shè)計制造了多套摩托車油箱、頭盔箱大型冷沖模，優(yōu)化了客戶的初始設(shè)計，提高了模具質(zhì)量，縮短了交貨期，獲得了客戶的高度評價，例如：為廣東大長江摩托車有限公司設(shè)計制造的HJ125-1A、為南京金城-鈴木摩托車有限公司設(shè)計制造的GS125摩托車油箱模具，都被客戶認(rèn)為是“達到國際水平”，參見圖1 ：福模的CAD/CAM/DNC應(yīng)用模式。
圖1 福模CAD/CAM/DNC應(yīng)用模式
三、應(yīng)用CAD/CAM/DNC的效益分析
(一)工作效率和經(jīng)濟效益大大提高
三維CAD/CAM/DNC的應(yīng)用產(chǎn)生了良好的效益。例如一副摩托車油箱模具一般需要七套模具才能完成其沖壓成型的工作。在傳統(tǒng)的模具制造工藝中，每套模具的型腔是通過各自的實物模型仿型加工而成，模具設(shè)計制造的周期大約需要一年時間并且誤差大、成本也高。采用CAD/CAM之后，由于數(shù)學(xué)模型的設(shè)計計算誤差很小，并且不存在數(shù)據(jù)傳遞的誤差，用它作為模具型面的制造依據(jù)，保證了制造依據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性，通過NC加工可以大大降低模具型面的制造誤差，而且設(shè)計、制造周期大為縮短，目前模具設(shè)計制造僅需4個月時間，成本降低了15%，工人的勞動強度及對其本身的技術(shù)要求也降低了，數(shù)控機床能將工件加工到位。以前工廠工人都不愿意做大型復(fù)雜的模具，現(xiàn)在是搶著做，生怕分不到任務(wù)。
到目前為止，公司制造了許多套型腔模和沖裁模，如替重慶紅山壓鑄廠制造奧拓微型轎車后橋齒輪箱壓鑄模，為濟南輕騎集團、廣東大長江摩托車有限公司、廣東五羊-本田摩托有限公司制造了系列油箱、頭盔箱模具，其中一套還出口國外，客戶評價達到日本進口模具水平。由于使用計算機工作站輔助設(shè)計、輔助制造，增強了客戶的信心。每一筆大業(yè)務(wù)，客戶都要作認(rèn)真的比較、詳細(xì)的市場調(diào)研。當(dāng)他們看到公司有這樣先進的設(shè)備條件，在工作站上看到栩栩如生的產(chǎn)品模型，立刻增強了信心，寫出的調(diào)研報告也更有說服力。如：廣東大長江摩托車廠1999年底來企業(yè)考察CAD/CAM的應(yīng)用后，2000年初簽訂了2副GN125和HJ125－1A摩托車油箱以及HJ125-1A摩托車頭盔箱模具制造的合同，其中新開發(fā)的HJ125-1A摩托車油箱模具，僅以制造周期四個月完成，用戶看到我廠的模具制造出來的產(chǎn)品不但可與日本進口類似模具的產(chǎn)品相媲美，而且價格只有進口模具的五分之一時，又于2001年后連續(xù)與我廠簽訂了四套摩托車油箱模具。
根據(jù)我們對摩托車油箱模具設(shè)計制造成本進行的核算，僅產(chǎn)品設(shè)計成本一項就比過去降低14%左右，產(chǎn)品的設(shè)計到投產(chǎn)周期縮短到原來的50%，制造周期縮短60%，設(shè)備利用率提高了2倍，人工成本降低了15%，材料消耗也比原來降低了15%，使應(yīng)用該技術(shù)的經(jīng)濟效益得到了充分的體現(xiàn)。
(二)取得良好的社會效益
在質(zhì)量上，用CAD/CAM制造出來的油箱，外形美觀大方，而且不需打膩子，這意味著油箱噴漆可以上生產(chǎn)線采用靜電噴漆；而打膩子的油箱，由于膩子與鋼板兩種材料不同，相對收縮率不同，經(jīng)風(fēng)吹日曬后容易產(chǎn)生裂紋，最終會剝落，而且還得增加打膩、水磨、拋光等工序，每個油箱成本就得增加10元左右，對模具用戶來說，年產(chǎn)幾十萬個油箱、不打膩節(jié)約的成本就相當(dāng)可觀。
由于我公司是福州市較早引入高檔次CAD/CAM技術(shù)，吸引了多批兄弟企業(yè)來廠參觀學(xué)習(xí)，我們也多次在省、市有關(guān)會議上作技術(shù)交流，為該技術(shù)在福州地區(qū)的推廣應(yīng)用起了不可低估的推動作用。
(三)開拓了更廣闊的市場，增強公司的競爭力
模具企業(yè)之間一直存在激烈競爭。我廠采用CAD/CAM技術(shù)后能夠設(shè)計制造大型、復(fù)雜、精密的模具，替代進口，因此模具價格高，效益好；一些競爭對手由于技術(shù)落后，無法與我廠競爭。自從采用CAD/CAM技術(shù)后，有關(guān)大公司、集團、外商不斷來廠考查，簽訂合同。公司不但能在這幾年國家經(jīng)濟調(diào)整期內(nèi)生存下來，而且獲得了很大的發(fā)展。
四、推廣應(yīng)用CAD/CAM/DNC的經(jīng)驗和體會
（一）領(lǐng)導(dǎo)重視是企業(yè)推廣CAD/CAM/DNC技術(shù)并發(fā)揮效益的重要條件。
（二）因地制宜，根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品制造特點和企業(yè)管理特點，首先找到應(yīng)用切入點，使其立即發(fā)揮經(jīng)濟效益，這是CAD/CAM/DNC應(yīng)用成功和順利發(fā)展的關(guān)鍵，也是企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)最關(guān)心的問題，同時也會得到企業(yè)員工的衷心擁護。
（三）通過不斷技術(shù)創(chuàng)新、開發(fā)新產(chǎn)品、走“產(chǎn)學(xué)研”道路以及爭取政府支持等十分重要。
（四）重視人才。培養(yǎng)、引進人才和留住科技人員是保證CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用成功的重要因素。
本文作者：福州佳新創(chuàng)輝機電有限公司副總經(jīng)理 王上游
