全球模具和級(jí)進(jìn)模行業(yè)正在發(fā)生巨變。在全球化的經(jīng)濟(jì)浪潮下，越來越多的業(yè)務(wù)和工作被從歐美等國(guó)家外包至亞洲，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，以至于價(jià)格在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)越來越大的分量。在這種市場(chǎng)前景下，對(duì)于模具和級(jí)進(jìn)模制造廠而言，為了應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)目標(biāo)，變革勢(shì)在必行。

模具行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

模具行業(yè)一般分為兩大類型：一類是專業(yè)型的模具企業(yè)，這類企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)不做，最后制造也不做，其最終目標(biāo)就是以模具去盈利，所以它把模具的成本和質(zhì)量放在第一位；還有一類是特大型的企業(yè)，本身具有專業(yè)的模具廠，設(shè)計(jì)來源于自己，模具也是來源于自己，因此模具會(huì)結(jié)合自己的產(chǎn)品而生產(chǎn)，模具主要是提高產(chǎn)品的最高質(zhì)量。這兩種類型模具企業(yè)的研發(fā)制造觀念和重點(diǎn)有所不同，所面臨的困難和挑戰(zhàn)也會(huì)不同。

（1）目前很多的模具廠，其5％的客戶為這個(gè)企業(yè)帶來至少30％的利潤(rùn)，因此廠家對(duì)這些大客戶非常重視，這樣它就會(huì)要求提高這些大客戶的報(bào)價(jià)，提供及時(shí)的客戶服務(wù)，與這些客戶及時(shí)進(jìn)行信息共享或者和客戶進(jìn)行聯(lián)合開發(fā)。甚至有些大的客戶要求對(duì)模具廠有一定的控制，需要知道模具何時(shí)能夠交貨，這是在對(duì)大客戶方面模具制造企業(yè)面臨的問題。

（2）對(duì)內(nèi)來說，還會(huì)面臨一些挑戰(zhàn)。對(duì)一些模具加工來說，會(huì)有多道工序。同時(shí)這些與模具的工藝和原材料供應(yīng)都有關(guān)系，因此協(xié)同和同步以及資料的保存保護(hù)也非常重要。

（3）不僅能夠保證模具開發(fā)制造的及時(shí)，而且還希望這套系統(tǒng)和流程設(shè)計(jì)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和知識(shí)化管理，這是非常重要的。這樣可以加速本地員工的成長(zhǎng)，減少人員流動(dòng)對(duì)產(chǎn)品開發(fā)的沖擊，對(duì)整個(gè)大項(xiàng)目的協(xié)同是相當(dāng)重要的。

（4）一個(gè)模具廠每年生產(chǎn)的模具非常多，需要很專業(yè)的管理，對(duì)研發(fā)平臺(tái)要求非常高。

PTC一體化模具研發(fā)、設(shè)計(jì)平臺(tái)

前面講的模具企業(yè)的挑戰(zhàn)有四方面，因此最終的解決方案也會(huì)是四方面：第一，需要非常好的設(shè)計(jì)模具的工具，提高設(shè)計(jì)能力；第二，需要流程整合以及生產(chǎn)能力的提高，這是一個(gè)自身的關(guān)鍵；第三，要提高和一些大客戶之間的親密度，這樣可以讓知識(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具開發(fā)更加接近客戶或者市場(chǎng)的需求；第四，需要引進(jìn)包括組織、流程、人員以及企業(yè)文化的改變，需要引進(jìn)新的管理方案和良好的設(shè)計(jì)管理流程來改變溝通，包括知識(shí)以及豐富的專家以便降低開發(fā)的成本和風(fēng)險(xiǎn)。

作為PTC來說，我們面臨的問題是如何應(yīng)對(duì)這么多客戶的要求和市場(chǎng)的要求。PTC奉行產(chǎn)品至上的理論，從客戶的目標(biāo)來確定我們執(zhí)行的目標(biāo)，以及最后確定我們?cè)撊绾稳プ觯⑶腋鶕?jù)需要來決定應(yīng)該提升哪些效率。PTC有一套完整的體系來體現(xiàn)模具該有的價(jià)值。

一個(gè)企業(yè)在業(yè)務(wù)流程上是相當(dāng)復(fù)雜的，我們從一個(gè)模具的研發(fā)開始，首先對(duì)模具要有一個(gè)簡(jiǎn)單的理解，包括從最終模具產(chǎn)品的討論、估價(jià)、快速報(bào)價(jià)，做出最后模具整個(gè)價(jià)值的構(gòu)思，然后做出模具的詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)裝配和修模，最終做出實(shí)體。這中間要涉及很多部門，作為模具企業(yè)來說，專門會(huì)有一個(gè)和客戶聯(lián)絡(luò)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)部，還有模具設(shè)計(jì)部等很多部門，會(huì)涉及到相當(dāng)多的不同問題。模具企業(yè)的成本大體分為三個(gè)部分：人工、材料和設(shè)備。人工基本會(huì)占到25％左右，設(shè)備成本大約會(huì)達(dá)到40％～45％左右，材料在模具成本里占的比例是相當(dāng)大的，大概會(huì)占到35％左右。PTC為客戶提供的完整的模具平臺(tái)包含這樣幾個(gè)目標(biāo)：資源如何分配，項(xiàng)目怎么去考核及預(yù)算如何制定。

在此過程中，我們的重點(diǎn)客戶會(huì)有哪些問題呢，它是不是掌控了整個(gè)模具項(xiàng)目的變更和技術(shù)控制；它是不是有辦法去評(píng)估這些績(jī)效；它是不是能夠掌握這些項(xiàng)目的預(yù)算，還有系統(tǒng)平臺(tái)如何控制。我們希望客戶能夠做到這些，如果PTC的系統(tǒng)能讓客戶做到這點(diǎn)，那帶來的價(jià)值會(huì)是非常大的。一個(gè)模具廠應(yīng)該做到成本控制和快速響應(yīng)客戶的需求。在成本控制方面，資源、質(zhì)量、材料很關(guān)鍵；快速服務(wù)相應(yīng)包括交貨期以及模具質(zhì)量保證。

一個(gè)好的研發(fā)系統(tǒng)，應(yīng)該具備企業(yè)提升模具開發(fā)高質(zhì)量的指標(biāo)。應(yīng)該改善以下幾方面：加工的失誤率、模具的壽命和設(shè)計(jì)周期。

PTC為企業(yè)提供了兩大產(chǎn)品研發(fā)平臺(tái)，一個(gè)是以Pro/E為主的模具設(shè)計(jì)平臺(tái)，同時(shí)包括模具制造軟件Pro/TOOLMAKER，合起來作為工具產(chǎn)品上的研發(fā)和制造平臺(tái)。二是作為模具研發(fā)和項(xiàng)目管理的Windchill平臺(tái)，其中包括了PDMLink和模具開發(fā)企業(yè)項(xiàng)目管理和項(xiàng)目技術(shù)控制ProjectLink，解決了整個(gè)研發(fā)和管理中遇到的問題。節(jié)省設(shè)計(jì)人員時(shí)間、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間并最終提高產(chǎn)品質(zhì)量。一個(gè)好的研發(fā)平臺(tái)要很好地管理模具研發(fā)，必須要解決減少人力、縮短出廠時(shí)間以及提高質(zhì)量這幾個(gè)問題。

模具制造重點(diǎn)就是如何做到更快更好，因?yàn)槟＞咴O(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，要做到更快有一個(gè)直接方法，就是增加人力，但是人多并不代表真的力量大，會(huì)出現(xiàn)很多溝通問題。PTC會(huì)讓客戶達(dá)到人多真的力量大，保證在一個(gè)模具平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)共同工作，提升效率，這是設(shè)計(jì)效率的提升。另外一方面，如何實(shí)現(xiàn)快速制造是個(gè)大問題，但是有些制造環(huán)節(jié)是很難成倍提高效率的，這就要考慮到有些要先期制造，而不是全部設(shè)計(jì)完才去制造，這就是制造極限。當(dāng)然這樣對(duì)設(shè)計(jì)師的壓力會(huì)非常大，PTC有很好的方法達(dá)到制造極限。我們把一些典型的制造工藝變成智能化制造體系，做到制造同步，才能真正提高效率。

一個(gè)好的模具設(shè)計(jì)平臺(tái)包括設(shè)計(jì)工序、設(shè)計(jì)平臺(tái)和管理平臺(tái)。從設(shè)計(jì)平臺(tái)來說，PTC提供了一個(gè)很好的高效科技平臺(tái)，同時(shí)體現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造并行。其次是良好的管理系統(tǒng)，用來管理所有模具的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，保證可以隨時(shí)查看相關(guān)信息，這樣最終才能體現(xiàn)模具設(shè)計(jì)的更快更好。

高速加工的挑戰(zhàn)及解決方案

高速加工（High-Speed Machining, HSM）技術(shù)正幫助全球的企業(yè)提高生產(chǎn)力，降低成本。高速加工技術(shù)的特點(diǎn)是主軸速度為10 ～40Krpm，進(jìn)給速度可達(dá)到每分鐘10～20m，切割深度相對(duì)較小。它經(jīng)常應(yīng)用于重要材料去除或者處理硬度極強(qiáng)的金屬，其應(yīng)用范圍從汽車模具、沖壓刀具和其他大型鋼制構(gòu)件到硬金屬加工、定制原型部件、臀部和膝關(guān)節(jié)類的專用醫(yī)療產(chǎn)品和特殊材料研發(fā)項(xiàng)目。

由于高速加工技術(shù)所具備的超凡速度，對(duì)流程中使用的每一種設(shè)備都有非常高的要求。銑床、刀具、夾具等組件的設(shè)計(jì)必須達(dá)到最佳的平穩(wěn)性和振動(dòng)的最小化，因?yàn)檫^分的振動(dòng)會(huì)破壞表面加工，縮短刀具和其它工具的使用壽命，甚至?xí)构ぞ呋蚣庸ね耆珗?bào)廢。為使控制系統(tǒng)把軟件指令轉(zhuǎn)化為準(zhǔn)確的動(dòng)作，要求數(shù)字驅(qū)動(dòng)和直接測(cè)量系統(tǒng)達(dá)到最高的精確度和重復(fù)的準(zhǔn)確度。

高速加工軟件的特征

能否充分利用這些組件，并推動(dòng)流程從而實(shí)現(xiàn)最大化收益，將取決于高速加工軟件的應(yīng)用。高速加工軟件應(yīng)在以下四個(gè)方面表現(xiàn)優(yōu)異：優(yōu)化制造穩(wěn)定性、提升刀路效率、最大化操作性能和增強(qiáng)易用性。

（1）制造穩(wěn)定性

高速加工通常被認(rèn)為是“高沖擊”加工。由于速度極快，每一次接觸新表面所造成的沖擊都易造成刀具的損壞。因此該軟件要減少并柔化刀具在所有情況下可能受到的沖擊。在粗加工中進(jìn)行深度切削時(shí)，該軟件應(yīng)使刀具以螺旋式而不是直接地垂直切入，或者應(yīng)根據(jù)表面輪廓傾斜地切入。在進(jìn)入拐角處應(yīng)小心地控制刀具的移動(dòng)，而不允許在拐角處進(jìn)入短促的on-off移動(dòng)。在移動(dòng)主軸和加工時(shí)該軟件應(yīng)使數(shù)控機(jī)床保持恒定負(fù)載，而且應(yīng)了解切削刀具的側(cè)面和模具的壁面間的布局，以避免意外的接觸產(chǎn)生的振動(dòng)。

（2）刀路效率

該軟件優(yōu)化刀路設(shè)計(jì)的功能在提高高速加工效率方面扮演了重要角色。例如，刀路設(shè)計(jì)應(yīng)該使刀具盡可能實(shí)現(xiàn)最大切削，使時(shí)間和刀具變化達(dá)到最小化。刀路設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)化刀路路線，從而使刀具盡可能多地接觸材料。“新鮮空氣切削”最小化有助于增加刀具切削時(shí)間，將刀具沖擊保持在最低程度從而減少刀具或插入磨損。此外，該軟件還有許多其他方式提高加工效率，其中有些非常奇妙。比如當(dāng)工具不得不以銳角從一個(gè)表面移動(dòng)到另一個(gè)表面時(shí)，為了保持進(jìn)給速度恒定，該軟件應(yīng)該能夠在空中創(chuàng)建一個(gè)曲線軌道，而不會(huì)造成突然的“Stop”和“Start”。

（3）操作性能

高速的數(shù)據(jù)導(dǎo)入以及各種刀路算法滿足了高速加工技術(shù)對(duì)軟件的性能要求。底層軟件架構(gòu)必須盡可能高效，以支持“前瞻性”算法，這種算法功能強(qiáng)大，不僅可預(yù)測(cè)刀具移動(dòng)和變化情況，而且還能為復(fù)雜的大型項(xiàng)目保留充分的空間。該軟件應(yīng)能支持多線程和并行處理。同時(shí)它應(yīng)能利用有效壓縮技術(shù)達(dá)到內(nèi)部文件的最小化。

（4）易用性

高速加工軟件應(yīng)能提供快捷菜單和連續(xù)工作流，使常規(guī)應(yīng)用簡(jiǎn)單容易，不需要太多培訓(xùn)即可掌握。但是，它也應(yīng)使用戶可輕松快速設(shè)計(jì)刀路，并且應(yīng)確保該軟件將按照指令正確執(zhí)行，這對(duì)于無人值守的加工來說顯得尤為重要。

用戶通過電子數(shù)據(jù)表或其它外部文件來定義工具是簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的一種方式；另一種方式是使用智能默認(rèn)方式來自動(dòng)完成復(fù)雜的切削，例如在刀具進(jìn)入拐角時(shí)進(jìn)行加速或減速。還有一種方式是程序員通過創(chuàng)建殘留模型（stock model）來觀察模具在加工過程中任一時(shí)刻的可能形態(tài)，從而在粗加工和精加工步驟中進(jìn)行可能的調(diào)整。最后，刀路本身的可靠性和精度應(yīng)該能夠滿足機(jī)床連續(xù)進(jìn)行夜間無人值守狀況下運(yùn)轉(zhuǎn)的要求。

2007年5月，PTC公司收購(gòu)了總部位于英國(guó)的鍛造工業(yè)大型模具制造商謝菲爾德（NC Graphics）模具公司，將高速加工軟件加入到其Pro/ENGINEER產(chǎn)品系列中，推出了Pro/TOOLMAKER，從而為客戶提供優(yōu)化刀具制造和高速精密加工流程的完整解決方案。自2007年8月推出以來，Pro/TOOLMAKER通過提供多重CAD支持，為Pro/ENGINEER以及其他CAD系統(tǒng)提供完全關(guān)聯(lián)可靠的NC刀具路徑編程，不僅幫助企業(yè)大大減少了廢品消耗，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，而且縮短了產(chǎn)品制造及上市周期。

謝菲爾德模具公司的創(chuàng)始人Andy Farmer認(rèn)為公司今日的成就與Pro/TOOLMAKER高速加工軟件密不可分。 “我們?cè)谠搼?yīng)用軟件中加入了大量智能功能，”他表示，“例如，我們使刀具與材料相接觸的算法具有明顯優(yōu)勢(shì)。我們?cè)?jīng)將一款競(jìng)爭(zhēng)的高速加工應(yīng)用軟件與我們的軟件做內(nèi)部比較。測(cè)試完成時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)使用競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品造成了555個(gè)提刀，而使用Pro/TOOLMAKER軟件產(chǎn)品僅有兩個(gè)提刀。

目前，謝菲爾德的數(shù)控機(jī)床可以進(jìn)行7×24h的運(yùn)轉(zhuǎn)和工作。如果不使用Pro/TOOLMAKER軟件，要生產(chǎn)同樣的產(chǎn)量需要至少增加兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床和相應(yīng)的員工。Pro/TOOLMAKER準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了用戶所期待的生產(chǎn)結(jié)果，同時(shí)也讓用戶獲得了解放，可以去做想做的事情，尋求新的業(yè)務(wù)或進(jìn)行新的收購(gòu)。

就當(dāng)今的高速加工應(yīng)用軟件而言，F(xiàn)armer表示一些軟件具備了Pro/TOOLMAKER類似的高效創(chuàng)建刀路功能。不同之處在于Pro/TOOLMAKER可以默認(rèn)產(chǎn)生這些刀路，而其他軟件要求用戶在創(chuàng)建設(shè)計(jì)時(shí)修改參數(shù)。

像謝菲爾德模具公司這類的公司正不斷發(fā)現(xiàn)高速加工以及Pro/TOOLMAKER這樣的高度智能化軟件所帶來的巨大競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。這一軟件擴(kuò)大了高速硬件的優(yōu)勢(shì)，保護(hù)其免受損壞，減少磨損并簡(jiǎn)化刀路設(shè)計(jì)，因此即使普通用戶也能從中得益。綜上所述，高速加工技術(shù)無論是在設(shè)計(jì)到部件的產(chǎn)品開發(fā)生命周期中，還是在幫助制造商贏得并保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)中，都扮演了一個(gè)重要角色。

Pro/TOOLMAKER簡(jiǎn)介

Pro/TOOLMAKER是一款多線程架構(gòu)的數(shù)控刀路設(shè)計(jì)應(yīng)用軟件，擁有高度智能化算法來優(yōu)化高速加工。Pro/TOOLMAKER對(duì)高速加工各步驟提供了充分支持，為優(yōu)化粗加工、二次粗加工、精加工和剩余銑削提供了路徑、出口和連接端；完成工具和固定架幾何體的半圓鑿防護(hù)；同時(shí)擁有一個(gè)材料、進(jìn)給、速度、切削條件的刀具庫。

該軟件提供了實(shí)時(shí)殘留模型來幫助用戶觀察每一加工步驟后的部件形態(tài)，優(yōu)化后續(xù)刀路；Pro/NC-GPOST用于創(chuàng)建和更新任一類型數(shù)控機(jī)床的后置處理器；綁定Pro/ENGINEER數(shù)據(jù)；并且支持非PTC CAD系統(tǒng)和包括IGES、VDA、STL、Parasolid、CATIA V4、CATIA V5和SolidWorks等數(shù)據(jù)格式。

刀具路徑編程的四個(gè)步驟

通過使用Pro/TOOLMAKER，程序員通過執(zhí)行以下四個(gè)基本步驟，可以完成一個(gè)刀具路徑：

● 選擇策略、刀具并創(chuàng)建軌跡 — Pro/TOOLMAKER提供基于最佳參數(shù)的推薦。
● 基于具體任務(wù)的詳細(xì)資料進(jìn)行軌道編輯 — 這些可能包括剩余材料、任一特殊表面等。
● 路徑鏈接 — Pro/TOOLMAKER的智能化有助于顯示最有效路徑，并創(chuàng)建優(yōu)化切削刀具的路線、提刀和插入。
● 結(jié)果可視化 — Pro/TOOLMAKER建立了一個(gè)實(shí)時(shí)模型，因此程序員可以瀏覽部件未來外觀。若用戶需要，Pro/TOOLMAKER能在加工過程中隨時(shí)創(chuàng)建庫存模型。