节约生产成本的无纸化模具制造

真正节约生产成本的无纸化模具制造，其工艺流程简单，操作步骤较少，推向市场的速度较快。

模具行业出现了许多新技术，从绿色环保到无纸化生产。无纸化生产因无需打印图纸以及向机器发出指令而降低了成本，因此，真正节约生产成本的无纸化模具制造，其工艺流程简单，操作步骤较少，推向市场的速度较快。

新科技已将我们从绘图板和纸张打印的时代，带入到计算机工作站的时代，首先利用2D图形，然后是3D图形，现在则使用全实体造型来确定模具的设计和生产工艺。从理论上来说，今天我们甚至可以使用智能、便携式设备，将虚拟工程世界在我们的指尖上呈现出来。无论是在工程设计室还是在生产车间，过去需要以各种形式和工作进度表以及人工记录的大部分数据数，现在都可以输入到计算机中的任何一套系统之中，并进行管理。

图1 采用3D软件设计模具，其速度可以比
采用传统纸质图纸为基础的设计方法快得多

无纸化生产可以被看作是将一些新技术交互编织在一起的一种方法，以满足实现自动化举措的要求。例如，模具设计软件不只是取代在纸面上的手工设计方法。它提供了各种自动化方式，以便更快、更容易和以更好的重复性完成设计任务。

虽然几乎任何计算机系统的使用（从CAD/CAM到ERP）都将会减少对纸面设计方法的需求，但也有一些不太明显的方式，采用无纸化方法可以提供真正的商业价值。

早期的客户协作

今天，许多模具制造商会发现他们自己正在与使用产品数据管理（PDM）系统的大型企业进行合作，利用该系统为当前的项目和新产品项目管理内部和外部的数据流程。他们可能已经建立了一个适当的机构，让供应商登录到该系统的一个专门控制区域中。

通过与这些客户的调整或建立伙伴关系，并授予他们进入该系统的权利，这样模具制造商可能就会有优越的条件做更多的事情，不只是下载电子数据文件一类的工作，也不只是接收传统的图纸或硬拷贝规格。在整个项目中，通过以电子方式的早期合作，模具制造商能够帮助客户对他们产品的设计产生影响，特别是在产品的工艺性方面。当其涉及到模具设计和制造工艺时，这样做可以节省时间和资金。只要成为客户的首选供应商，您的业务就已开始比竞争对手高出一头。

统一工程设计和生产制造平台

一旦在赢得模具加工业务和获得客户数据之后（希望通过电子方式），我们就可以从全面利用无纸化系统着手，寻求另一个获得附加值的机会。大多数模具制造商都将有CAD、CAM，也许还有CAE应用软件，但这些软件往往都是分别在工程设计和生产中使用的独立产品。在这些解决方案的大部分组合中，存在的最大问题是：即使可以认为它是无纸化生产，但与其所形成的整体生产工作流程设计，通常是毫非关联的。

作为一个非关联性的工作流程实例，一个公司可以有一套用于输入客户数据和准备以它作为模具设计（编辑草案条件、材料壁厚、混合情况等）的通用CAD工具，然后是用于设计模具的第二套CAD系统，最后是用于生成NC数控程序来驱动机床的第三套（CAM）系统。

图2 对于模具设计和NC数控编程而言，采用同样的CAD模
型，可以节约大量的数据转换时间，并支持快速的设计更新

如果一个通用的数据格式，例如IGES或STEP，被用于转换这些系统中每个系统之间的数据，其耗费的时间不是唯一的无效时间（即对生产工艺没有创造附加值的时间），这种时间成本可以叠加在一起，速度很快，不发生工程设计或生产制造问题。如果将来自客户的工程设计变化注入到这一工艺之中，其成本将会继续上升。nextpage

在一个能够完成各种设计和制造任务而无需数据转换的全面集成化CAD/CAM解决方案中，通过预先投入更多的资金，模具制造企业就有可能降低其生产成本，而且还有额外的时间来承接更多的加工业务，提高他们的收入和声誉。

生产工艺自动化

使用紧密连接的无纸化生产系统的另一个好处是：今天的技术可以让更多的数据从一个阶段通向另一个阶段，不只是几何图形。在过去，如公差、表面光洁度要求等大部分详细的规格数据，仍然可以在图纸上，作为设计工艺的一部分而进一步细化。参照下游用户的这些要求，例如NC数控编程员或质量检验编程员，通常将使用打印的图纸作为参考。

今天，我们可以将这个数据添加到3D模型定义之中作为PMI（产品制造信息）。这可以根据与尺寸、公差或表面光洁度相关的国家标准进行确定。或者，更正规地可以用公司规定的具体方法，如使用表面颜色，将其添加到与其设计和生产相符合的那种表面颜色的模具上，以表示其对不同水平表面光洁度或公差的需要。

在任何一种情况下，最新的CAM和CMM（三坐标测量机）编程软件可进行设置，使其能够阅读这种非几何数据，并用它来自动驱动NC数控编程或创建质量检验程序。在CAM区域中，这常常与使用以特性为基础的加工技术（FBM）联系在一起。其结果不只是进一步减少了纸张的使用，因为它不需要通过打印图来读取数据，而且CAM或CMM编程效率也大大提高。这种无纸化自动生产的另一个重要优点是减少错误。与正常的交互编程方法相比，由PMI产品制造信息类数据驱动的自动化编程，不但快得惊人，而且一旦当该系统配置完成以后，实际上不会出现任何错误。

车间内的交付使用

通过车间内的计算机，获取现有的2D和3D模型设计信息，实际上就可以不需要打印图纸了。模具设计人员将继续通过电子方式，创建零件图及组装图，但实际上并不打印这些图纸，这样该车间自然就可以节约纸张、油墨和复印等费用。但再一次体现其真正价值的还来自于其他各个方面。

首先，数据的存取和在显示屏幕上审核，可以根据用户的身份或其登录情况进行控制。按照该系统对数据控制的不同情况，只允许车间内的用户存取最近的工作数据，以减少因错误修改或按照老打印图纸加工所造成的风险。因使用错误图纸，那怕只造成一次失误，也将会对刀具的加工利润造成很大的损失。

图3 采用先进的3D CAD模型数据显示器，
可支持供应商与客户之间的快速合作

这同样适用于交付给机床使用的CNC数控文件。虽然采用纸带传送NC数控程序的方法，早在多年前已经消亡，并被今天的电子数据文件所取代，但仍然有一些刀具清单、设置数据表和图纸，需要作为完整工作包的一部分进行传输。虽然采用电子系统与机床连接的DNC（直接数控）是机床的一种标准功能，但在使用点上，例如工作单元上以及刀具预调仪等地方，以电子格式制作工作包其余部分的情况并不常见。现在市场上可提供的大屏幕平板显示器可达24in（1in=25.4mm），甚至更大，与过去老设备上的显示器相比，其观察复杂数据和图纸的效果要更加清楚。

所有这一切都可以被认为是无纸化环境的一个部分，而且观察技术也相对比较简单。可显著提高附加值的关键一步在于对这个无纸世界中所存取的数据源进行管理。

数据和工艺管理

无纸化环境意味着普遍地，也许是完全地转换到电子数据世界之中。这为其带来了机会，表明其只属于OK级的水平，还是属于世界级的水平。OK级的水平意味着只使用基本的、以PC个人计算机为基础的文件管理器、浏览器、文件夹和内部设计的文件管理；而世界级水平则是使用最新的工程数据管理系统来管理每一个工艺阶段所创建的或需要的所有信息。

这些系统的设计用来管理所有各类工程信息，了解每个数据文件代表什么，并管理其修改和发布的状况，以及控制谁可以看这些文件，谁可以编辑每个项目。例如，当选择了CAM软件中的“保存”按钮时，正在加工处理的全套数据，包括NC数控输出文件、设置数据表、工具清单及更多的信息，可以储存到正确的程序和工作参考项下。所确定的数据附加到全面修改控制项下的生产工艺参考项目中。所有这一切都意味着任何人都可以返回并找到有关那项工作及修改情况等一组确切的数据。这大大降低了数据出现错误的风险，减少了因寻找确切数据而花费的时间，而且更容易返回原处，捡取最好的样品实例，以开始下一个类似的加工项目。

最后的回报

为了能够满足在车间中存取数据的需要，当我们将这种管理数据的方法，作为提供一个工作包的基础时，它开始真正得到了回报。我们可以将得到批准的数据组设置为X加工件，输入到车间系统中可存取的部分，使其处于全面的开放状态。使用网址样式的浏览技术，我们可以让车间中的用户存取开放工作包中的任何一个部分，甚至允许他们直接与一台机床连接。我们可以做这项工作，但不向控制或复制较少的一台车间中独立的PC机发送数据。对于能够演示数据控制的车间而言，这确实是非常有用的，安全性是客户强调的一个关键要求。

上述一切都是构成无纸化环境的主要元素。实现无纸化生产的真正价值体现在您所选择的电子数据处理方法所衍生的生产率和生产效益，以及体现在使用创建、传输和管理那些数据的系统类型。当数据在正确的框架范围内管理和使用时，才能成为有价值的信息。

计算实例

对于一个典型的车间而言，单就两个CAD系统之间的数据传输进行这项计算，每年可能就得花费20000美元。对于传送到独立CAM系统的数据而言，其费用甚至可能会更高。假定在需要NC数控编程的模具设计中，有120个元件，每一个元件都需要有一个数据输出、输入、数据审核过程。那么在一个典型的速度条件下，非附加值数据传送的每套模具，将可能会产生10h或1000美元的费用。