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一、前言
制造業信息化是促進我國由“制造大國”邁向“制造強國”的關鍵技術。無論從國家發展戰略的高度，還是從企業技術進步和核心競爭力的角度，重視信息化技術的研究與應用都具有重要的意義。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》以及《2006-2020國家信息化發展戰略》中，制造業信息化都作為重要方向和重點任務給予了明確的規劃。因此，采用信息化技術已成為制造業發展的必然趨勢。
模具作為制造業的基礎工藝裝備，其設計制造過程具有獨特性。模具制造企業必須針對這種獨特性，采用合適的信息化技術，才能高質量、低成本地快速響應客戶需求，設計制造出高水平的模具，在激烈的市場競爭中生存并發展。所謂合適的信息化技術，就是要將現代信息化技術（如CAD、CAM、CAE、ERP、MES、CRM等）與模具的設計制造過程緊密結合在一起，通過定制開發或流程再造等方式，形成滿足模具制造業需求的信息化技術。根據信息化技術特點的不同，可將模具制造業信息化技術分為兩類：一是設計制造過程的信息化技術，另一是企業管理信息化技術。設計制造過程信息化技術主要解決模具企業內部技術系統的信息化問題，而管理信息化技術則是解決管理系統的信息化問題。若將這兩類技術從信息、過程兩個方面集成在一起，即可使模具制造企業在整個生產經營活動中，實現集成的全信息化技術應用，從而極大地提高模具制造企業的技術水平和核心競爭力。
二、模具設計制造過程信息化技術現狀
模具企業技術系統信息化的核心內容是模具CAD/CAM/CAE技術的應用，實現模具設計制造過程的信息化或數字化。
（一）模具設計制造過程信息化技術的研究現狀
CAD技術包括兩個方面，一是以幾何形狀和結構設計為主要對象的通用（或稱基礎）技術，該技術可適用于任何行業的設計要求，但由于不具備專業領域知識，其使用效率低，對設計人員要求高。另一是在通用CAD技術基礎上發展起來的面向行業的專業CAD技術。當前，針對模具設計要求，國際上著名的CAD/CAM軟件廠商紛紛推出了功能完善、操作方便的專用模具CAD/CAM系統，如Siemens公司的UG（NX）、法國達索公司的CATIA、美國PTC公司的Pro/E、英國達爾康公司的DelCAM 、法國Missler公司的TopSolid、以色列Cimatron公司的CimatronE、日本UNISYS公司的CADCEUS等常用三維設計軟件，都有對應的沖壓模和注塑模專用設計系統。這些系統為模具設計過程中的每項設計活動，提供了相應的功能模塊，并將模具設計知識融入這些功能模塊，同時還提供了豐富的模具標準件和典型結構庫，可幫助設計人員快速地完成模具設計任務。這些系統在國外的模具企業已獲得廣泛應用，在我國也有部分企業在使用。近年來，模具行業對CAD/CAM技術的強勁需求促使國內不少研究單位和公司針對國內企業的特點，在通用CAD技術（系統）之上，開發了面向模具行業的CAD/CAM集成系統，達到了較高的實用水平。如華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室、上海交通大學國家模具CAD工程研究中心、浙江大學旭日科技開發公司、北航海爾軟件有限公司、北京艾克斯特科技有限公司、山大華天軟件有限公司、武漢益模軟件科技有限公司等。其中，華中科技大學基于UG（NX）研發了覆蓋件模CAD系統、注塑模CAD系統，已在東風汽車、北京比亞迪、青島海信、廣東科龍、深圳康佳、深圳群達行、深圳麥斯優聯（斯洛模具）、美的模具、廣東毅昌等許多公司應用，取得了良好的效益，具備一定的行業影響力。
當前，CAM技術主要包括零件數控加工指令生成技術和虛擬加工仿真技術。SIMENS、PTC、達索、Cimatron等軟件開發商在提供CAD技術同時，也提供CAM技術，從而在統一的設計模型下實現CAD/CAM無縫集成。為了提高CAM技術的應用效率，也有些軟件開發商專門研究CAM技術，提供專業的CAM系統，如PowerMill、HyperMILL、WorkNC等。由于專業技術水平較高，這些系統在CAM方面的表現非常突出，零件的加工質量和效率都較高，受到很多企業的青睞。國內也有相關單位如華中科技大學、北航海爾公司等，為了克服CAM編程存在的效率低、易出錯、對編程人員要求高的問題，開展了基于知識的自動CAM編程技術的研究，以提高CAM編程的效率和質量。近幾年隨著柔性加工單元技術的出現，CAM技術也從單純的數控加工編程擴展到數控加工過程控制。德國的思威公司、美國的3R公司等都開發了面向柔性加工單元的CAM技術。
模具CAE技術也即成形過程的數值模擬技術，它為模具設計過程中的成形工藝設計提供決策支持。在模具設計過程中加強前期的分析仿真，可盡早預測出可能的成形缺陷，發現設計存在的問題，從而提高成形工藝和模具結構設計的水平，減少試模的工作量，降低模具制造成本，縮短模具新產品的設計制造周期。當前，國際著名的注塑成型模擬軟件有MOLDFLOW、 Moldex3D，沖壓成形（鍛造成形）模擬軟件有DYNAFORM、 PAM-STAMP、 AUTOFORM、 DEFORM等，鑄造模擬軟件有CastCAE、ProCAST、SIMULOR等。國內在成形過程模擬技術方面的研究工作已達到國際先進水平，開發的成形模擬系統與上述國際著名軟件水平相當。在注塑成型模擬技術方面，有華中科技大學的華塑CAE、鄭州大學的Z—CAE；在鑄造模擬技術方面，有華中科技大學的華鑄CAE、清華大學的FT-STAR；在沖壓成形模擬技術方面，有華中科技大學的FASTAMP、湖南大學的板料CAE分析系統、吉林大學的KMAS等。由于CAE技術是獨立發展的一門技術，它主要通過零件模型的數據交換文件來獲得模具設計信息，需要在不同系統間切換，易出錯。為解決這一問題，華中科技大學、吉林大學（大連理工大學）等將CAE系統直接嵌入CAD系統使設計和分析過程實現了無縫集成。設計人員可直接在CAD系統下完成成形過程的模擬，并將其直接反饋到設計系統；而設計人員對模具的設計修改又可直接反饋到CAE系統進行分析，極大地簡化了設計分析過程，提高了設計分析的效率和質量。
（二）模具設計制造過程信息化技術應用現狀
在我國模具制造業中，企業的模具設計制造信息化技術的應用水平參差不齊。從當前相關模具企業的應用現狀來看，模具設計信息化技術總體可分為以下四個層次：
1.2D設計為主，3D設計為輔
該設計方法主要以2D設計軟件（AUTOCAD）為設計工具，進行模具的總體方案以及結構和零件的詳細設計，僅對復雜的模具型腔進行3D設計。這主要由于型腔形狀較復雜，2D難以表達清楚；另外，型腔采用數控加工，需要3D的模型數據。但這種設計方法易出錯，修改不方便，且審核麻煩。國內有很大一部分模具企業（特別是沖壓模具企業）采用這種方法進行模具設計。
2.3D設計為主，2D設計為輔
該設計方法采用2D的CAD軟件進行方案設計，采用3D的CAD軟件進行模具結構和零件的詳細設計，然后將設計結果轉換到AUTOCAD軟件，出零件圖。這種方法能夠快速地進行方案設計，最終的模具設計結果直觀，能夠較容易地發現設計錯誤。但是，有些設計人員為了提高設計效率，通常采取簡化的方式設計模具結構和零件，這導致一些錯誤結果不易被發現。因此，采用這種方法設計，要盡量避免簡化。當前，有不少覆蓋件模和注塑模企業采用這種方法進行模具設計。
3.采用專用的3D設計軟件
當前，CAD/CAM軟件開發商都提供了相應的模具設計專用軟件。國內已有部分用戶使用這類專用的模具CAD系統進行模具設計，如用NX的MoldWizard設計注塑模，用NX的PDW設計連續模等。也有一些企業，如康佳模具公司、北京比亞迪模具公司、上海賽科利模具公司、美的模具公司等，根據其制定的內部設計規范，委托華中科技大學在通用3D CAD軟件基礎上，定制開發相應的設計工具，如塑模的冷卻系統和頂出系統設計，覆蓋件模的工藝和結構設計等，以提高設計效率，減少出錯。這類設計軟件包含了大量的模具設計知識，減少了設計人員繁重的低價值的重復“造型”工作，設計結果的準確性和設計效率都得到大幅度地提高。
4.協同設計
這種設計方法是在3D CAD軟件技術支持下，多人協同完成一副模具的設計工作。它不僅可極大地提高設計效率，且可充分利用設計人員資源。另外，由于設計知識被很好地保存在整個系統中，設計人員的流失對企業的設計活動影響也較小。但這種設計方法對企業的設計規范、標準化水平、設計管理水平要求都較高。國內富士康的模具廠基本實現了協同設計，康佳模具公司也部分實現了這種設計模式。
在CAM技術應用方面，由于數控加工機床已成為模具的基本加工裝備，因此，CAM技術在國內已非常普及。只是多數企業采用人工編程，編程質量和效率依賴編程人員的經驗，很多企業經常會因編程問題，出現加工質量不滿足要求或導致碰刀事故，造成浪費。當前，已有很多企業開始重視應用虛擬仿真技術模擬加工過程，以發現編程可能存在的問題；重視優化編程技術，以提高加工效率和質量。
成形過程模擬技術對提高模具設計質量、減少試模次數的作用已受到模具企業的關注。國內雖有很多企業購置了相應的模擬分析軟件，但模擬分析并沒有作為設計過程中必須的流程加以規范使用，加上成形過程模擬分析需要用到專門的知識，而掌握這方面知識的人才又較缺乏，導致部分模具企業的模擬分析軟件成為擺設。目前，僅有管理規范、人員素質較高的大型覆蓋件模具和注塑模具企業全面采用了CAE技術。在某些模具企業，仍然存在設計人員相信經驗、輕視模擬結果的現象。
三、模具企業管理信息化現狀
所謂企業管理信息化，就是采用計算機技術對企業生產經營過程的人、財、物、活動（設計、制造）等進行管理，包括經營管理、財務管理、物料管理、生產管理、企業資源管理、產品開發管理、辦公管理等，以提高管理水平和效益。針對這些管理發展了一系列技術，如企業資源規劃（ERP）、項目管理（PM）、客戶關系管理（CRM）、供應鏈管理（SCM）、制造執行系統（MES）等。
（一）模具企業管理信息化技術研究現狀
模具企業作為訂單型單件生產企業，其規模一般較小，屬于中小型企業，生產經營活動中所關聯的資源、物料、財務、人員及組織結構等都相對簡單。但是，訂單的隨機性、設計制造過程的不確定性、試修模的動態多變性導致模具企業的生產計劃復雜多變，生產過程難以控制，因此，生產管理信息化成為模具企業管理信息化的關鍵。國內外一些著名的信息化管理系統如SAP、用友、金蝶等是基于MRPII思想開發的，難于處理模具企業生產過程中出現的問題。目前，很少有模具企業能夠利用這些系統來管理生產。為此，國內外一些研究機構和公司，針對模具企業的特點，開發了專用的模具企業信息化管理系統。這些系統通常是以模具生產過程管理為基礎，集成了訂單管理、物料管理、資源管理、人員管理等。如日本不二精機開發的模具企業管理系統，主要是以其模具企業的模具生產管理模式為基礎開發的，可對模具企業從接訂單到交付模具的整個過程進行管理，并可實時查看生產過程中的各種相關信息，從而對生產過程進行控制。目前，該系統在國內主要通過代理進行銷售和服務。法國Sescoi公司開發的workplan是針對訂單型制造企業研發的管理系統，主要解決訂單型生產企業的生產計劃管理問題，也適用于模具企業，已開始在國內銷售。在國內，盡管圍繞模具企業管理特點開展管理信息化技術研究工作的單位較多，如華中科技大學、山東大學、廣東工業大學、大連理工大學、鄭州大學等，但已推出商業化系統并在行業獲得應用的主要有武漢益模軟件科技公司、深圳偉博思公司、寧波海迪公司等。武漢益模軟件科技公司是專業開發模具企業管理信息化系統的公司，針對模具生產特點開發了Eman模具生產管理系統，可管理從企業接訂單到最后交付模具的整個過程，包括訂單管理、資源管理、設計管理、制造工藝管理（CAPP）、物料管理、生產管理、動態優化調度管理等，并可根據生產進展情況優化生產調度，以控制模具交付期。Eman系統已在國內近100家模具企業獲得應用，取得了良好的效果。深圳偉博思公司是我國較早開展模具企業管理系統研究與開發的單位之一，其推出的I-M3系統，可對模具企業的整個生產過程，包括訂單管理、物料管理、資源管理、生產管理、財務管理等進行管理，在國內也有不少的用戶。
（二）模具企業管理信息化技術應用情況
模具生產過程難以控制、模具交付期難以保證是一直困擾模具企業的管理瓶頸。隨著模具市場競爭的日趨激烈，我國大多數模具企業已深刻認識到采用信息化技術提升企業管理水平的重要性。但是，由于企業的管理水平、人員素質以及對管理信息化認知程度的差異，企業管理信息化的應用水平也存在很大的差異，主要可分為以下三類。
1.單元管理技術的應用
國內大多數模具企業的管理信息化停留在單元管理技術的應用上，主要包括辦公管理、訂單管理、財務管理、物料管理、人員管理等。這些管理信息化技術不需要全員參與，因而實施應用相對簡單。但僅使用這些管理信息化技術并不能解決企業面臨的生產管理的核心問題。
2.實施了全過程管理信息化，但效果不明顯
當前，國內有部分企業為了提高企業的管理水平，對整個過程實施了信息化管理，卻沒有起到應有的效果，管理信息化系統處于半癱瘓或癱瘓狀態。造成這一結果有企業自身原因，如企業本身的管理基礎較差，采用作坊式生產模式，無規范的工藝管理，管理執行力不夠，缺乏掌握信息化技術的人才等；也有提供管理信息化技術服務商的原因，如在信息化技術實施過程中未能很好地了解企業需求，不能針對企業特點進行定制開發，不能對企業實施應用過程中遇到的問題給出對應的解決方案，未能為企業實施流程再造提供咨詢服務等。
3.實施了全過程管理信息化，取得顯著效果
國內一些管理基礎良好、人員素質較高、對管理信息化具有較深刻理解的模具企業，如一汽模具、天汽模具、國盛精密模具、海爾模具、格力大金模具、上海賽科利、美的百年科技、寧波雙林模具等實施了全過程的信息化管理，包括訂單管理、物料管理、制造工藝管理、生產管理、資源管理、計劃管理等，極大地提高了企業的模具制造質量和模具的準時交付率，模具制造成本也得到有效的控制。這些企業之所以能夠成功實施全過程的管理信息化技術，關鍵是其本身的管理基礎好，人員素質普遍較高。在實施管理信息化之前，模具的整個制造過程實現了零件化生產，具有規范的工藝管理和良好的流程管理模式，且企業的執行力強，高層領導足夠重視，并有專門的隊伍負責與服務商對接，以維護整個系統的正常運行和完善。
總體上，我國模具企業管理信息化技術應用水平還相對較低，需要進一步加強面向模具行業管理信息化技術的研究開發工作、人才培養工作以及推廣應用的工作。
四、模具行業信息化技術發展趨勢
隨著網絡技術、計算機技術、制造技術的快速發展，制造業信息化技術的內涵也在不斷豐富，新的技術不斷涌現。模具制造業信息化技術將主要朝以下幾個方向發展：
1.設計制造過程的全三維無紙化
受現有制造管理模式的制約，多數模具企業都是通過圖樣對模具零件的加工過程進行管理。這就使得模具企業在完成模具的三維設計后，還需要花費50%的設計時間進行二維工程圖的繪制。實際上采用二維工程圖的方式管理模具零件的制造過程，主要是為了標注加工要求，這是傳統的二維設計方法遺留下來的。如果直接在三維設計模型上標注設計和加工要求，并通過PDM系統對設計模型進行管理與維護，制造部門就可通過PDM系統直接獲取設計模型進行加工工藝的編制與工件的加工，實現設計制造過程的全三維無紙化，提高設計制造效率和質量。
2.設計制造過程的智能化
當前，模具的設計制造過程主要依賴設計制造人員的經驗，設計制造的質量和可靠性因人而異。實現設計制造過程的智能化，就是要減少對人的依賴，以提高模具設計制造的可靠性和質量，縮短設計制造時間。而實現設計制造過程智能化的關鍵，是要基于知識工程的方法，研制開發出基于知識的模具設計制造系統。該系統不僅可在設計制造人員的指導下完成模具設計制造過程中的主要任務，還可在這一過程中，通過自學習完善并豐富所擁有的知識，使系統的能力不斷增強；同時該系統還能將模擬仿真技術無縫地集成在一起，預測設計制造存在的缺陷，優化模具的設計與制造，從而提高模具設計制造的可靠性。
3.全流程信息系統的協同化
模具企業從接訂單到最后的模具交付，各項活動間存在著互相制約。如果各系統以“孤島”的形式互相獨立使用，必將導致各部門間條塊分割，各活動間不連續，降低效率。只有整個過程中的相關活動所使用的信息化應用系統協同工作，才能取得良好的效果。這就必須從全流程的角度實現這些系統的信息集成和共享，并通過流程管理技術實現整個過程的控制與優化，從而使企業的各個部門能夠并行協同地完成模具設計制造任務，達到效益最大化。
4.生產過程的自動化
過去，自動化生產技術主要是針對批量生產型或流程生產型企業而言的。但是隨著數控加工技術的發展，特別是柔性加工單元技術的逐漸普及應用以及控制和信息采集技術的發展，單件小批量、多品種生產型企業采用自動化生產技術也成為可能。只要在模具設計標準化、模具制造工藝標準化等方面建立良好的標準體系，并采用大規模客戶化定制設計制造技術、物料的自動化傳輸技術、柔性加工單元技術、加工現場數據實時采集技術、工件自動裝夾技術等，模具制造企業就有可能實現自動化生產（或者部分的自動化生產）。從模具制造業的特點來看，專業化程度較高的模具企業特別適合實施自動化生產技術，國外已有專業生產手機模具的企業實現了自動化生產，取得了良好的效果。采用自動化生產技術將極大地提高模具制造質量和效率，能夠快速地響應客戶需求并取得規模經濟效益。它改變了傳統的模具制造模式，是模具制造業的一場革命。
5.模具企業的數字化
數字化模具企業的基本特征就是從企業接單到交付模具的整個過程都實現了全數字化的設計、制造與管理，且制造過程具有自動化的特征。它將引領模具制造業的發展，成為高質量、高效率的代表。實現上述“四化”的模具企業，將為最終成為數字化的模具企業奠定良好的基礎。
〔撰稿人：華中科技大學材料成形與模具技術國家重點實驗室李建軍、王華昌〕
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