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[模具设计] 工业4.0及其对模具制造业的影响

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发表于 2018-5-18 17:45:14 | 显示全部楼层 |阅读模式


1 工业4.0与智能制造
  工业4.0的核心理念是信息系统和物理系统的

深度融合,从而产生具有“人-机”、“机-机”

相互通信能力的信息物理融合系统(CPS)。CPS

将是一个包含计算、网络和物理世界的复杂系统

,通过计算机技术、通信技术和控制技术的有机

融合与深度协作,来实现信息世界与物理世界的

紧密融合。结合制造业的发展,工业4.0提出了智

能制造的概念,它是基于现代传感技术、网络技

术、自动化技术以及人工智能技术,通过感知、

人机交互、决策、执行和反馈的方式,来实现产

品设计过程、制造过程和企业管理及服务过程的

智能化,是信息技术与制造技术的深度融合与集

成。智能制造是一种可持续的制造模式,它有助

于优化产品的设计和制造过程,大幅度减少生产

资料和能源的消耗以及各种废弃物的产生,能够

同时实现循环再生和减少污染。实现智能制造的

智能工厂将由物理系统和虚拟信息系统组成,被

称为信息物理生产系统(CPPS),它是未来制造

业的重要组成单位。 2 工业4.0对模具制造业的

影响
  2.1 3D打印技术的使用
  3D打印制造技术作为工业4.0生产模式的突破

口,具有分布式制造的重要特征。3D打印制造技

术是根据计算机的三维设计和计算,通过软件程

序和数控系统将特定功能材料逐层堆积固化的快

速成型制造技术。
  传统的模具制造技术存在其自身局限,比如

生产成本高,一般适用于与之对应的注塑件或冲

压件的大规模生产。而且模具的开发技术难度大

,特别是对于外观复杂的工业产品或零件而言,

其外观越复杂,模具的研发费用越高,开模周期

越长,加工成本越高。
  3D打印技术可用来加工外观复杂的产品,同

时缩短产品研发周期。对于那些生产成本较高的

新模具,可以先通过3D打印的方式得到少量产品

,待其投放市场后观察动态,再制造更多的模具

来进行大批量生产,这样可以避免模具开发前期

的投入过高对企业造成的潜在风险;3D打印技术

可以精确地制造出零件中的任意结构细节,这些

组成整套模具的零件被3D打印技术制造出来后,

可以有效地知道模具的装配工艺,避免模具在机

构和工艺上的设计失误;在高端精密模具中,随

形冷却水道的设计和应用是很广泛的,然而这里

无法使用传统的机械加工技术来完成,但3D打印

技术能够被用来制造此类复杂的模具,其效果可

使模具在需要的部分快速降温,缩短注塑件的成

型周期,从而提高生产效率。
  2.2 模具的智能制造
  根据工业4.0的特点,模具制造业可以通过运

用人工智能、物联网、大数据、云计算等手段改

造生产流程、管理系统和商业模式,从而缓解该

行业的生产成本高、开发周期短的压力。营造智

能制造的生产环境,可以改变模具制造业的生产

模式,提高产品质量和生产效率。例如日本最大

的模具标准零件供应商――米思米(MISUMI)公

司,通过使用附着在零件上的RFID电子标签来自

动识别相应的作业和制造流程,并通过这些信息

,自动重组、配置最适合的生产单元、生产线及

工厂,从而不断完善多品种、小批量的生产模式

,使得更加灵活机动的多品种、多需求生产和订

单管理成为可能。该公司的独特业务模式,构筑

了其全球迅速交货体制,实现了商业创新和流程

、生产方式的再造;例如某模具制造公司通过对

大规模生产的注塑件或冲压件的产品的三维形态

扫描和具体尺寸的大数据分析,将产品的尺寸缺

陷反馈给模具制造设备,从而发现了用于规模生

产的模具的局部缺陷。然后,该公司便可通过模

具的三维CAD数字模型的改进,指导3D打印设备,

对已使用的模具进行缺陷修复(局部三维再加工

和局部修正)或者设计、制造新的模具来替代。

整个测量、分析系统的数字化以及产品测量设备

与模具制造设备的互联,使得模具开发和改进变

得更加智能化;例如通过分析注塑件或冲压件的

产品订单、库存情况和半成品信息,智能化的模

具制造工厂能够合理地分析出目前生产线的产能

状况,并对是否需要制造更多的模具来支持生产

线的问题作出判断。
  2.3 模具的云制造
  随着制造业逐渐进入大数据时代,智能制造

需要高性能的计算机和网络设备来实现互联,这

样通过上游的计算机安装SCADA数据采集和监控系

统,可以将数据发送给云端进行处理、存储和分

配,并在需要的时候从云端接受指令。如图1所示

的是一群机器人的云端控制模型。同样的,通过

上游计算机将模具制造的任务信息发送到云端,

并将模具各个部分零件的三维制造信息合理地分

配给相互连接的多台3D打印设备,从而分布式地

完成整个模具的3D打印制造任务。这样就更加有

效地实现了模具的快速开发,提高了模具的生产

效率。
  3 结束语
  工业4.0所倡导的信息系统与物流系统正在深

度融合中,而智能制造和智能工厂的概念也必将

导致整个工业机构、经济结构和社会结构从垂直

向扁平的分布式方向转变。模具制造业作为制造

业的重要组成部分,在加入智能制造的概念后,

必然能够实现信息和物质的智能互联,更大程度

地降低产品成本,提高劳动生产率,这需要我们

每一个人的智慧和努力。



















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