工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式在模具制造加工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用探究

李玉坤

（富聯(lián)科技（晉城）有限公司，山西 晉城 048000）

引言

工業(yè)企業(yè)是對(duì)自然資源開(kāi)采和對(duì)各種原材料加工的社會(huì)物質(zhì)生產(chǎn)部門(mén)。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及其創(chuàng)新應(yīng)用的不斷落地，也帶來(lái)模具制造加工產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化升級(jí)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式在模具制造加工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，需要跳出產(chǎn)業(yè)本身，進(jìn)行創(chuàng)新的應(yīng)用探討。

1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

1.1 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的定義

驅(qū)動(dòng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的原因有很多。首先，新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用提升了工業(yè)生產(chǎn)力，可以極大地提高工業(yè)生產(chǎn)效率。其次，世界各國(guó)工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略出臺(tái)后，帶來(lái)新一輪的工業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展競(jìng)爭(zhēng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)了工業(yè)產(chǎn)業(yè)變革。最后，舊工業(yè)生產(chǎn)力對(duì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力作用不足，高能耗、高污染問(wèn)題亟待解決，需要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)幫助產(chǎn)業(yè)發(fā)展。因而，多原因帶動(dòng)了新的工業(yè)產(chǎn)業(yè)革命。

1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的新模式（見(jiàn)圖1）

圖1 企業(yè)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵要素圖

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以平臺(tái)為中樞，數(shù)據(jù)為要素，安全為保障，形成六大新模式，即：平臺(tái)化設(shè)計(jì)、智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制、服務(wù)化延伸和數(shù)字化管理。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)打破傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)模式，將用戶需求、企業(yè)形態(tài)、供應(yīng)鏈、產(chǎn)業(yè)鏈中的各種工業(yè)生產(chǎn)要素，通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以提高生產(chǎn)效率、提升和創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值、降低能耗和保護(hù)生態(tài)環(huán)境等為目的，重新建構(gòu)起更為系統(tǒng)化和科學(xué)合理的工業(yè)生產(chǎn)要素間的關(guān)聯(lián)?；诠I(yè)互聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)需要?jiǎng)?chuàng)新生產(chǎn)模式、組織形式和商業(yè)范式。企業(yè)需要在力所能及的范圍內(nèi)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，跟隨國(guó)家工業(yè)發(fā)展策略和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，創(chuàng)新建構(gòu)起更高效、更安全、更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值和更加低碳環(huán)保的生產(chǎn)模式、組織形式和商業(yè)范式。

1.3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)工業(yè)發(fā)展提出更高要求

在工業(yè)生產(chǎn)制造中，基于智能化、自動(dòng)化的工業(yè)生產(chǎn)，需要具備更高可靠性、更強(qiáng)安全性和更低延時(shí)性的技術(shù)手段。在企業(yè)利益層級(jí)，需要在復(fù)雜的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系中尋求合作關(guān)聯(lián)，基于企業(yè)需求進(jìn)行個(gè)性化定制、服務(wù)延伸和數(shù)字化管理。在產(chǎn)業(yè)層級(jí)、價(jià)值鏈層級(jí)，需要國(guó)家政策的引導(dǎo)和促進(jìn)，需要產(chǎn)業(yè)層級(jí)、價(jià)值鏈層級(jí)的互通互聯(lián)、平臺(tái)搭建和技術(shù)語(yǔ)言互通。在建設(shè)人才層面，需要了解工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、熟悉企業(yè)、行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綜合型人才，需要具備多元知識(shí)結(jié)構(gòu)的人才來(lái)建構(gòu)全新的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)模式。

2 模具制造加工產(chǎn)業(yè)解析

2.1 模具制造加工

模具通過(guò)生產(chǎn)設(shè)備對(duì)不同坯料的力學(xué)加工完成產(chǎn)品或其零部件的成型處理。從產(chǎn)品成型角度來(lái)講，需要產(chǎn)品形態(tài)、模具、成型設(shè)備和物料的共同作用，進(jìn)而完成產(chǎn)品或其零部件的批量生產(chǎn)。模具根據(jù)材料的不同分為五金模具、塑料模具和特殊模具。模具加工方法工藝特點(diǎn)如下頁(yè)表1所示。

表1 模具加工方法工藝特點(diǎn)

模具的制造加工是根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備要求和產(chǎn)品成型特點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品成型模具的加工。模具加工流程如下：

1）根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備要求和產(chǎn)品成型特點(diǎn)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，選擇模具材料。

2）通過(guò)銑削等工藝對(duì)模具原材料進(jìn)行打孔、絲板攻牙等模具匹配上的粗加工，通過(guò)CNC加工、電火花加工等完成模具在產(chǎn)品形態(tài)上的精加工，通過(guò)慢走絲加工完成模具鉆孔、頂針和行位等的精細(xì)加工。

3）通過(guò)配模、模具阻力測(cè)試、試模和模具表面處理，實(shí)現(xiàn)模具在產(chǎn)品生產(chǎn)上的使用功能。

2.2 模具制造加工產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)

2.2.1 模具需要根據(jù)產(chǎn)品制件需求進(jìn)行制造加工

模具是產(chǎn)品成型的工具，是產(chǎn)品批量生產(chǎn)的固定設(shè)備。因而，模具是單件、多品種的產(chǎn)品生產(chǎn)工具，需要根據(jù)產(chǎn)品尺寸、形態(tài)、表面特質(zhì)和精度要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造加工。同時(shí)，需要保證模具的生產(chǎn)使用壽命。產(chǎn)品零部件形態(tài)各異、尺寸大小不等，會(huì)面臨加工精度、裝配精度、材料成型限制等各種生產(chǎn)加工問(wèn)題。

2.2.2 模具質(zhì)量有多種影響因素

為保證模具制品的數(shù)量和質(zhì)量，模具的制造加工需要達(dá)到一定的精度、剛度和使用壽命。影響模具加工精度的原因有模具加工設(shè)備的加工精度、自動(dòng)化水平、模具制造生產(chǎn)方式、管理水平以及裝配鉗工的技術(shù)等。影響模具使用壽命的因素主要有模具的機(jī)構(gòu)、材料、加工質(zhì)量、工作狀態(tài)以及產(chǎn)品零部件要求等。

2.2.3 模具制造加工產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升

模具的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期決定了模具制造加工的經(jīng)濟(jì)效益。為保證模具制造加工的質(zhì)量和加工周期，提升模具制造加工的經(jīng)濟(jì)效益，需要建立明確的模具設(shè)計(jì)、加工、驗(yàn)收等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提升模具企業(yè)的專門(mén)化程度、模具制造的加工技術(shù)手段以及模具生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理水平，平衡制品需求在模具尺寸、材料、精度、剛度上的經(jīng)濟(jì)利益，降低模具的復(fù)雜程度。

3 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式在模具加工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用探討

3.1 利用數(shù)控加工技術(shù)提升模具加工精細(xì)能力

產(chǎn)品工藝質(zhì)量很大程度上由模具的加工精度決定。模具加工設(shè)備是影響模具精度和可加工程度的重要因素。傳統(tǒng)的模具加工設(shè)備自動(dòng)化程度低，很難實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)的精細(xì)加工。見(jiàn)圖2。

圖2 數(shù)控加工過(guò)程

模具的數(shù)控加工技術(shù)[1]可以實(shí)現(xiàn)高精度、高速度、高柔性化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的模具加工工藝。采用先進(jìn)數(shù)控加工技術(shù)的模具加工設(shè)備，可以完成單件、小批量、高精度和復(fù)雜表面的零件加工。

目前，數(shù)控加工技術(shù)的精度已經(jīng)可以達(dá)到亞微米級(jí)，可以很好地保證模具精度。高速切削可以提高加工的切削力，減小加工中的熱變形，提升加工速度。柔性化的加工可以實(shí)現(xiàn)多尺寸、多形變、更大范圍的模具形態(tài)加工?；贔MS、CIMS的網(wǎng)絡(luò)化加工，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的加工監(jiān)視、控制、檢測(cè)和診斷。智能化的加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備的自檢測(cè)、自動(dòng)處理、自動(dòng)化編程和專家系統(tǒng)等，為處理模具加工加工設(shè)計(jì)、復(fù)雜表面處理和精密模具制造提供便利[2]。

3.2 無(wú)人化操作提升模具制造加工的生產(chǎn)安全

模具制造加工生產(chǎn)中，需要多種數(shù)控設(shè)備進(jìn)行金屬切削、打磨等加工處理，隱藏生產(chǎn)安全隱患。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，模具制造加工設(shè)備將更加自動(dòng)化和無(wú)人化，減少了人為操作，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制加工，極大地保證了模具的生產(chǎn)安全。

3.3 利用數(shù)字軟件平臺(tái)優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具加工間的關(guān)聯(lián)，提升模具設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)大都是根據(jù)產(chǎn)品制件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。需要產(chǎn)品設(shè)計(jì)師、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師了解模具分型、脫模等模具知識(shí)，模具設(shè)計(jì)師要理解產(chǎn)品結(jié)構(gòu)功能特點(diǎn)和模具加工流程，不同加工階段的模具加工師傅要保證模具的加工精度。因而，產(chǎn)品制件從設(shè)計(jì)到批量化生產(chǎn)間，存在諸多溝通環(huán)節(jié)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件與模具加工軟件的數(shù)字化互通，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的產(chǎn)品形態(tài)概念到模具實(shí)體化過(guò)程。更重要的是，在具體的產(chǎn)品研發(fā)中，圍繞產(chǎn)品創(chuàng)新，需要視覺(jué)化、動(dòng)態(tài)化的模擬技術(shù)，提供一個(gè)在產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)以及數(shù)字加工間的實(shí)時(shí)溝通通路，建立產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)到模具數(shù)字化加工間的可行性模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而降低產(chǎn)品概念在模具加工中的試錯(cuò)成本，提高產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)和模具創(chuàng)新設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)，提升產(chǎn)品的綜合創(chuàng)新能力。

3.4 基于MES實(shí)現(xiàn)智能化的模具制造加工管理，提升模具制造加工的經(jīng)濟(jì)效益

基于MES的模具制造加工管理，可以實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)層面的制造加工管理、提升效率和管控成本。在具體的應(yīng)用中，需要搭建系統(tǒng)的軟件管理平臺(tái)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將生產(chǎn)設(shè)備接入信息化系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)控加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)模具的精細(xì)化、智能化加工，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動(dòng)化和智能化。通過(guò)應(yīng)用軟件建立產(chǎn)品制件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)間的交流與溝通。通過(guò)計(jì)算機(jī)孿生技術(shù)，建立模具設(shè)計(jì)與模具生產(chǎn)加工間的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)數(shù)字化的信息管理，建立生產(chǎn)計(jì)劃、進(jìn)度、資源、質(zhì)量信息的平臺(tái)層級(jí)信息，并根據(jù)生產(chǎn)需求進(jìn)行有序流動(dòng)。

3.5 將模具制造加工產(chǎn)業(yè)融入更高層面的工業(yè)生產(chǎn)制造體系

模具制造加工是工業(yè)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)研發(fā)到批量生產(chǎn)的中間部分，也是產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到具體產(chǎn)品實(shí)物實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)。

從產(chǎn)品生產(chǎn)制造角度來(lái)看，模具制造加工上游承接產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)，模具需求由產(chǎn)品需求變化決定。中游通過(guò)模具設(shè)計(jì)、加工和生產(chǎn)管理實(shí)現(xiàn)模具的加工制造。下游需要保證產(chǎn)品制件的批量生產(chǎn)質(zhì)量和數(shù)量以及廢舊模具的回收和再利用處理。

從模具制造加工產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，上游關(guān)聯(lián)模具加工材料、模具表面處理材料、模具加工設(shè)備的約束。中游面臨模具制造企業(yè)在技術(shù)、客戶、資源等方面的激烈競(jìng)爭(zhēng)。下游服務(wù)不同的產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)，需要不同的模具制造類型和模具加工制造服務(wù)。

未來(lái)，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式在模具制造加工產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用創(chuàng)新，或許更多需要基于產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈層面的思考與創(chuàng)新建構(gòu)[3]。比如，通過(guò)企業(yè)在資本層面的重組、合作或并購(gòu)等，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)橫向和縱向的利益最大化。通過(guò)對(duì)數(shù)字化、智能化、精密度更高的模具加工技術(shù)的應(yīng)用，帶動(dòng)產(chǎn)品研發(fā)層面的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，進(jìn)而增加企業(yè)自身的競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)數(shù)字化的統(tǒng)籌管理，建立模具制造加工在企業(yè)內(nèi)部、產(chǎn)業(yè)鏈、價(jià)值鏈上的系統(tǒng)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化或是經(jīng)營(yíng)模式創(chuàng)新等等。

4 結(jié)語(yǔ)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)模式在模具制造業(yè)中的應(yīng)用，需要結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)和模具制造加工產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行綜合創(chuàng)新。其應(yīng)用不能只是為了迎合技術(shù)發(fā)展而盲目地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)升級(jí)，需要基于企業(yè)自身的效率優(yōu)化和利益最大化，建立可行的模式應(yīng)用。要立足行業(yè)未來(lái)發(fā)展的可能進(jìn)行應(yīng)用創(chuàng)新，將低碳化、綠色等符合人類長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的思考納入其中。