一、前言

        制造业信息化是促进我国由“制造大国”迈向“制造强国”的关键技术。无论从国家发展战略的高度，还是从企业技术进步和核心竞争力的角度，重视信息化技术的研究与应用都具有重要的意义。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要》以及《2006-2020国家信息化发展战略》中，制造业信息化都作为重要方向和重点任务给予了明确的规划。因此，采用信息化技术已成为制造业发展的必然趋势。

模具作为制造业的基础工艺装备，其设计制造过程具有独特性。模具制造企业必须针对这种独特性，采用合适的信息化技术，才能高质量、低成本地快速响应客户需求，设计制造出高水平的模具，在激烈的市场竞争中生存并发展。所谓合适的信息化技术，就是要将现代信息化技术（如CAD、CAM、CAE、ERP、MES、CRM等）与模具的设计制造过程紧密结合在一起，通过定制开发或流程再造等方式，形成满足模具制造业需求的信息化技术。根据信息化技术特点的不同，可将模具制造业信息化技术分为两类：一是设计制造过程的信息化技术，另一是企业管理信息化技术。设计制造过程信息化技术主要解决模具企业内部技术系统的信息化问题，而管理信息化技术则是解决管理系统的信息化问题。若将这两类技术从信息、过程两个方面集成在一起，即可使模具制造企业在整个生产经营活动中，实现集成的全信息化技术应用，从而极大地提高模具制造企业的技术水平和核心竞争力。

        二、模具设计制造过程信息化技术现状

        模具企业技术系统信息化的核心内容是模具CAD/CAM/CAE技术的应用，实现模具设计制造过程的信息化或数字化。

        （一）模具设计制造过程信息化技术的研究现状

       CAD技术包括两个方面，一是以几何形状和结构设计为主要对象的通用（或称基础）技术，该技术可适用于任何行业的设计要求，但由于不具备专业领域知识，其使用效率低，对设计人员要求高。另一是在通用CAD技术基础上发展起来的面向行业的专业CAD技术。当前，针对模具设计要求，国际上著名的CAD/CAM软件厂商纷纷推出了功能完善、操作方便的专用模具CAD/CAM系统，如Siemens公司的UG（NX）、法国达索公司的CATIA、美国PTC公司的Pro/E、英国达尔康公司的DelCAM 、法国Missler公司的TopSolid、以色列Cimatron公司的CimatronE、日本UNISYS公司的CADCEUS等常用三维设计软件，都有对应的冲压模和注塑模专用设计系统。这些系统为模具设计过程中的每项设计活动，提供了相应的功能模块，并将模具设计知识融入这些功能模块，同时还提供了丰富的模具标准件和典型结构库，可帮助设计人员快速地完成模具设计任务。这些系统在国外的模具企业已获得广泛应用，在我国也有部分企业在使用。近年来，模具行业对CAD/CAM技术的强劲需求促使国内不少研究单位和公司针对国内企业的特点，在通用CAD技术（系统）之上，开发了面向模具行业的CAD/CAM集成系统，达到了较高的实用水平。如华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室、上海交通大学国家模具CAD工程研究中心、浙江大学旭日科技开发公司、北航海尔软件有限公司、北京艾克斯特科技有限公司、山大华天软件有限公司、武汉益模软件科技有限公司等。其中，华中科技大学基于UG（NX）研发了覆盖件模CAD系统、注塑模CAD系统，已在东风汽车、北京比亚迪、青岛海信、广东科龙、深圳康佳、深圳群达行、深圳麦斯优联（斯洛模具）、美的模具、广东毅昌等许多公司应用，取得了良好的效益，具备一定的行业影响力。

        当前，CAM技术主要包括零件数控加工指令生成技术和虚拟加工仿真技术。SIMENS、PTC、达索、Cimatron等软件开发商在提供CAD技术同时，也提供CAM技术，从而在统一的设计模型下实现CAD/CAM无缝集成。为了提高CAM技术的应用效率，也有些软件开发商专门研究CAM技术，提供专业的CAM系统，如PowerMill、HyperMILL、WorkNC等。由于专业技术水平较高，这些系统在CAM方面的表现非常突出，零件的加工质量和效率都较高，受到很多企业的青睐。国内也有相关单位如华中科技大学、北航海尔公司等，为了克服CAM编程存在的效率低、易出错、对编程人员要求高的问题，开展了基于知识的自动CAM编程技术的研究，以提高CAM编程的效率和质量。近几年随着柔性加工单元技术的出现，CAM技术也从单纯的数控加工编程扩展到数控加工过程控制。德国的思威公司、美国的3R公司等都开发了面向柔性加工单元的CAM技术。

        模具CAE技术也即成形过程的数值模拟技术，它为模具设计过程中的成形工艺设计提供决策支持。在模具设计过程中加强前期的分析仿真，可尽早预测出可能的成形缺陷，发现设计存在的问题，从而提高成形工艺和模具结构设计的水平，减少试模的工作量，降低模具制造成本，缩短模具新产品的设计制造周期。当前，国际著名的注塑成型模拟软件有MOLDFLOW、 Moldex3D，冲压成形（锻造成形）模拟软件有DYNAFORM、 PAM-STAMP、 AUTOFORM、 DEFORM等，铸造模拟软件有CastCAE、ProCAST、SIMULOR等。国内在成形过程模拟技术方面的研究工作已达到国际先进水平，开发的成形模拟系统与上述国际著名软件水平相当。在注塑成型模拟技术方面，有华中科技大学的华塑CAE、郑州大学的Z—CAE；在铸造模拟技术方面，有华中科技大学的华铸CAE、清华大学的FT-STAR；在冲压成形模拟技术方面，有华中科技大学的FASTAMP、湖南大学的板料CAE分析系统、吉林大学的KMAS等。由于CAE技术是独立发展的一门技术，它主要通过零件模型的数据交换文件来获得模具设计信息，需要在不同系统间切换，易出错。为解决这一问题，华中科技大学、吉林大学（大连理工大学）等将CAE系统直接嵌入CAD系统使设计和分析过程实现了无缝集成。设计人员可直接在CAD系统下完成成形过程的模拟，并将其直接反馈到设计系统；而设计人员对模具的设计修改又可直接反馈到CAE系统进行分析，极大地简化了设计分析过程，提高了设计分析的效率和质量。

       （二）模具设计制造过程信息化技术应用现状

       在我国模具制造业中，企业的模具设计制造信息化技术的应用水平参差不齐。从当前相关模具企业的应用现状来看，模具设计信息化技术总体可分为以下四个层次：

       1.2D设计为主，3D设计为辅

       该设计方法主要以2D设计软件（AUTOCAD）为设计工具，进行模具的总体方案以及结构和零件的详细设计，仅对复杂的模具型腔进行3D设计。这主要由于型腔形状较复杂，2D难以表达清楚；另外，型腔采用数控加工，需要3D的模型数据。但这种设计方法易出错，修改不方便，且审核麻烦。国内有很大一部分模具企业（特别是冲压模具企业）采用这种方法进行模具设计。

       2.3D设计为主，2D设计为辅

       该设计方法采用2D的CAD软件进行方案设计，采用3D的CAD软件进行模具结构和零件的详细设计，然后将设计结果转换到AUTOCAD软件，出零件图。这种方法能够快速地进行方案设计，最终的模具设计结果直观，能够较容易地发现设计错误。但是，有些设计人员为了提高设计效率，通常采取简化的方式设计模具结构和零件，这导致一些错误结果不易被发现。因此，采用这种方法设计，要尽量避免简化。当前，有不少覆盖件模和注塑模企业采用这种方法进行模具设计。

       3.采用专用的3D设计软件

        当前，CAD/CAM软件开发商都提供了相应的模具设计专用软件。国内已有部分用户使用这类专用的模具CAD系统进行模具设计，如用NX的MoldWizard设计注塑模，用NX的PDW设计连续模等。也有一些企业，如康佳模具公司、北京比亚迪模具公司、上海赛科利模具公司、美的模具公司等，根据其制定的内部设计规范，委托华中科技大学在通用3D CAD软件基础上，定制开发相应的设计工具，如塑模的冷却系统和顶出系统设计，覆盖件模的工艺和结构设计等，以提高设计效率，减少出错。这类设计软件包含了大量的模具设计知识，减少了设计人员繁重的低价值的重复“造型”工作，设计结果的准确性和设计效率都得到大幅度地提高。

        4.协同设计

       这种设计方法是在3D CAD软件技术支持下，多人协同完成一副模具的设计工作。它不仅可极大地提高设计效率，且可充分利用设计人员资源。另外，由于设计知识被很好地保存在整个系统中，设计人员的流失对企业的设计活动影响也较小。但这种设计方法对企业的设计规范、标准化水平、设计管理水平要求都较高。国内富士康的模具厂基本实现了协同设计，康佳模具公司也部分实现了这种设计模式。

在CAM技术应用方面，由于数控加工机床已成为模具的基本加工装备，因此，CAM技术在国内已非常普及。只是多数企业采用人工编程，编程质量和效率依赖编程人员的经验，很多企业经常会因编程问题，出现加工质量不满足要求或导致碰刀事故，造成浪费。当前，已有很多企业开始重视应用虚拟仿真技术模拟加工过程，以发现编程可能存在的问题；重视优化编程技术，以提高加工效率和质量。

       成形过程模拟技术对提高模具设计质量、减少试模次数的作用已受到模具企业的关注。国内虽有很多企业购置了相应的模拟分析软件，但模拟分析并没有作为设计过程中必须的流程加以规范使用，加上成形过程模拟分析需要用到专门的知识，而掌握这方面知识的人才又较缺乏，导致部分模具企业的模拟分析软件成为摆设。目前，仅有管理规范、人员素质较高的大型覆盖件模具和注塑模具企业全面采用了CAE技术。在某些模具企业，仍然存在设计人员相信经验、轻视模拟结果的现象。

        三、模具企业管理信息化现状

       所谓企业管理信息化，就是采用计算机技术对企业生产经营过程的人、财、物、活动（设计、制造）等进行管理，包括经营管理、财务管理、物料管理、生产管理、企业资源管理、产品开发管理、办公管理等，以提高管理水平和效益。针对这些管理发展了一系列技术，如企业资源规划（ERP）、项目管理（PM）、客户关系管理（CRM）、供应链管理（SCM）、制造执行系统（MES）等。

       （一）模具企业管理信息化技术研究现状

       模具企业作为订单型单件生产企业，其规模一般较小，属于中小型企业，生产经营活动中所关联的资源、物料、财务、人员及组织结构等都相对简单。但是，订单的随机性、设计制造过程的不确定性、试修模的动态多变性导致模具企业的生产计划复杂多变，生产过程难以控制，因此，生产管理信息化成为模具企业管理信息化的关键。国内外一些著名的信息化管理系统如SAP、用友、金蝶等是基于MRPII思想开发的，难于处理模具企业生产过程中出现的问题。目前，很少有模具企业能够利用这些系统来管理生产。为此，国内外一些研究机构和公司，针对模具企业的特点，开发了专用的模具企业信息化管理系统。这些系统通常是以模具生产过程管理为基础，集成了订单管理、物料管理、资源管理、人员管理等。如日本不二精机开发的模具企业管理系统，主要是以其模具企业的模具生产管理模式为基础开发的，可对模具企业从接订单到交付模具的整个过程进行管理，并可实时查看生产过程中的各种相关信息，从而对生产过程进行控制。目前，该系统在国内主要通过代理进行销售和服务。法国Sescoi公司开发的workplan是针对订单型制造企业研发的管理系统，主要解决订单型生产企业的生产计划管理问题，也适用于模具企业，已开始在国内销售。在国内，尽管围绕模具企业管理特点开展管理信息化技术研究工作的单位较多，如华中科技大学、山东大学、广东工业大学、大连理工大学、郑州大学等，但已推出商业化系统并在行业获得应用的主要有武汉益模软件科技公司、深圳伟博思公司、宁波海迪公司等。武汉益模软件科技公司是专业开发模具企业管理信息化系统的公司，针对模具生产特点开发了Eman模具生产管理系统，可管理从企业接订单到最后交付模具的整个过程，包括订单管理、资源管理、设计管理、制造工艺管理（CAPP）、物料管理、生产管理、动态优化调度管理等，并可根据生产进展情况优化生产调度，以控制模具交付期。Eman系统已在国内近100家模具企业获得应用，取得了良好的效果。深圳伟博思公司是我国较早开展模具企业管理系统研究与开发的单位之一，其推出的I-M3系统，可对模具企业的整个生产过程，包括订单管理、物料管理、资源管理、生产管理、财务管理等进行管理，在国内也有不少的用户。

        （二）模具企业管理信息化技术应用情况

        模具生产过程难以控制、模具交付期难以保证是一直困扰模具企业的管理瓶颈。随着模具市场竞争的日趋激烈，我国大多数模具企业已深刻认识到采用信息化技术提升企业管理水平的重要性。但是，由于企业的管理水平、人员素质以及对管理信息化认知程度的差异，企业管理信息化的应用水平也存在很大的差异，主要可分为以下三类。

       1.单元管理技术的应用

        国内大多数模具企业的管理信息化停留在单元管理技术的应用上，主要包括办公管理、订单管理、财务管理、物料管理、人员管理等。这些管理信息化技术不需要全员参与，因而实施应用相对简单。但仅使用这些管理信息化技术并不能解决企业面临的生产管理的核心问题。

       2.实施了全过程管理信息化，但效果不明显

       当前，国内有部分企业为了提高企业的管理水平，对整个过程实施了信息化管理，却没有起到应有的效果，管理信息化系统处于半瘫痪或瘫痪状态。造成这一结果有企业自身原因，如企业本身的管理基础较差，采用作坊式生产模式，无规范的工艺管理，管理执行力不够，缺乏掌握信息化技术的人才等；也有提供管理信息化技术服务商的原因，如在信息化技术实施过程中未能很好地了解企业需求，不能针对企业特点进行定制开发，不能对企业实施应用过程中遇到的问题给出对应的解决方案，未能为企业实施流程再造提供咨询服务等。

        3.实施了全过程管理信息化，取得显著效果

       国内一些管理基础良好、人员素质较高、对管理信息化具有较深刻理解的模具企业，如一汽模具、天汽模具、国盛精密模具、海尔模具、格力大金模具、上海赛科利、美的百年科技、宁波双林模具等实施了全过程的信息化管理，包括订单管理、物料管理、制造工艺管理、生产管理、资源管理、计划管理等，极大地提高了企业的模具制造质量和模具的准时交付率，模具制造成本也得到有效的控制。这些企业之所以能够成功实施全过程的管理信息化技术，关键是其本身的管理基础好，人员素质普遍较高。在实施管理信息化之前，模具的整个制造过程实现了零件化生产，具有规范的工艺管理和良好的流程管理模式，且企业的执行力强，高层领导足够重视，并有专门的队伍负责与服务商对接，以维护整个系统的正常运行和完善。

        总体上，我国模具企业管理信息化技术应用水平还相对较低，需要进一步加强面向模具行业管理信息化技术的研究开发工作、人才培养工作以及推广应用的工作。

        四、模具行业信息化技术发展趋势

        随着网络技术、计算机技术、制造技术的快速发展，制造业信息化技术的内涵也在不断丰富，新的技术不断涌现。模具制造业信息化技术将主要朝以下几个方向发展：

1.设计制造过程的全三维无纸化

       受现有制造管理模式的制约，多数模具企业都是通过图样对模具零件的加工过程进行管理。这就使得模具企业在完成模具的三维设计后，还需要花费50%的设计时间进行二维工程图的绘制。实际上采用二维工程图的方式管理模具零件的制造过程，主要是为了标注加工要求，这是传统的二维设计方法遗留下来的。如果直接在三维设计模型上标注设计和加工要求，并通过PDM系统对设计模型进行管理与维护，制造部门就可通过PDM系统直接获取设计模型进行加工工艺的编制与工件的加工，实现设计制造过程的全三维无纸化，提高设计制造效率和质量。

       2.设计制造过程的智能化

      当前，模具的设计制造过程主要依赖设计制造人员的经验，设计制造的质量和可靠性因人而异。实现设计制造过程的智能化，就是要减少对人的依赖，以提高模具设计制造的可靠性和质量，缩短设计制造时间。而实现设计制造过程智能化的关键，是要基于知识工程的方法，研制开发出基于知识的模具设计制造系统。该系统不仅可在设计制造人员的指导下完成模具设计制造过程中的主要任务，还可在这一过程中，通过自学习完善并丰富所拥有的知识，使系统的能力不断增强；同时该系统还能将模拟仿真技术无缝地集成在一起，预测设计制造存在的缺陷，优化模具的设计与制造，从而提高模具设计制造的可靠性。

       3.全流程信息系统的协同化

      模具企业从接订单到最后的模具交付，各项活动间存在着互相制约。如果各系统以“孤岛”的形式互相独立使用，必将导致各部门间条块分割，各活动间不连续，降低效率。只有整个过程中的相关活动所使用的信息化应用系统协同工作，才能取得良好的效果。这就必须从全流程的角度实现这些系统的信息集成和共享，并通过流程管理技术实现整个过程的控制与优化，从而使企业的各个部门能够并行协同地完成模具设计制造任务，达到效益最大化。

       4.生产过程的自动化

       过去，自动化生产技术主要是针对批量生产型或流程生产型企业而言的。但是随着数控加工技术的发展，特别是柔性加工单元技术的逐渐普及应用以及控制和信息采集技术的发展，单件小批量、多品种生产型企业采用自动化生产技术也成为可能。只要在模具设计标准化、模具制造工艺标准化等方面建立良好的标准体系，并采用大规模客户化定制设计制造技术、物料的自动化传输技术、柔性加工单元技术、加工现场数据实时采集技术、工件自动装夹技术等，模具制造企业就有可能实现自动化生产（或者部分的自动化生产）。从模具制造业的特点来看，专业化程度较高的模具企业特别适合实施自动化生产技术，国外已有专业生产手机模具的企业实现了自动化生产，取得了良好的效果。采用自动化生产技术将极大地提高模具制造质量和效率，能够快速地响应客户需求并取得规模经济效益。它改变了传统的模具制造模式，是模具制造业的一场革命。

        5.模具企业的数字化

       数字化模具企业的基本特征就是从企业接单到交付模具的整个过程都实现了全数字化的设计、制造与管理，且制造过程具有自动化的特征。它将引领模具制造业的发展，成为高质量、高效率的代表。实现上述“四化”的模具企业，将为最终成为数字化的模具企业奠定良好的基础。

    〔撰稿人：华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室李建军、王华昌〕