基于Moldflow的塑料產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造解決方案
| 1 現(xiàn)狀 隨著經(jīng)濟(jì)全球化和我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，塑料工業(yè)以及與塑料相關(guān)的產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，2006年預(yù)計(jì)產(chǎn)量將突破4000萬(wàn)噸，我國(guó)已經(jīng)成為塑料生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。同時(shí)，我國(guó)塑料行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，一方面，原油價(jià)格高漲引起原材料價(jià)格上漲，另一方面，合同價(jià)格不斷下降，而產(chǎn)品的質(zhì)量、功能要求不斷提高，交貨周期縮短。為適應(yīng)市場(chǎng)的要求，許多企業(yè)都進(jìn)行了技術(shù)創(chuàng)新，高額引進(jìn)了高、精、尖的硬件設(shè)備，比如高檔的成型機(jī)械，解決了很多難題，并創(chuàng)造了相當(dāng)大的效益，然而，硬件功效得到充分有效發(fā)揮的前提條件是充分的優(yōu)化設(shè)計(jì)。但目前我國(guó)絕大多數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)以及產(chǎn)品制造等各環(huán)節(jié)，分布在不同公司、不同地域甚至同一公司不同部門(mén)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)主要靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)完成，設(shè)計(jì)階段也很少考慮制造的問(wèn)題。這樣沒(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案勢(shì)必會(huì)造成成本的增加和產(chǎn)品上市的周期，因此，急需一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的工具將產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造資源進(jìn)行有效的整合，美國(guó)Moldflow公司推出的系列產(chǎn)品就是為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造提供完整的解決方案。 2 Moldflow總體解決方案 Moldflow作為在NASDAQ上市的CAE高科技股，在全球享有極高的聲譽(yù)，是公認(rèn)的全球塑料行業(yè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。Moldflow為產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造優(yōu)化提供了全套解決方案（如圖1），包括設(shè)計(jì)分析解決方案、產(chǎn)品集成解決方案、材料技術(shù)解決方案和產(chǎn)品制造解決方案，這四個(gè)解決方案互相配合，對(duì)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造整個(gè)流程進(jìn)行優(yōu)化。 2.1 設(shè)計(jì)分析解決方案（Design Analysis Solutions，DAS） 設(shè)計(jì)分析解決方案屬于Moldflow總體解決方案的核心，包括兩大Moldflow模擬分析軟件：MPA（Moldflow塑件顧問(wèn)）和MPI（Moldflow高級(jí)成型分析專(zhuān)家）。MPA簡(jiǎn)便易用，主要針對(duì)注塑產(chǎn)品設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)，用于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的早期快速工藝性驗(yàn)證分析，主要關(guān)注外觀質(zhì)量（熔接線(xiàn)、氣穴等）、材料選擇、結(jié)構(gòu)優(yōu)化（壁厚等）、澆口位置和流道（冷流道和熱流道）優(yōu)化等問(wèn)題。MPI用于塑料成型過(guò)程的深入分析和優(yōu)化，是全球應(yīng)用最廣泛的模流分析軟件，財(cái)富500強(qiáng)中有超過(guò)60％的企業(yè)在用MPI進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化和模具設(shè)計(jì)。MPI不僅可以考慮傳統(tǒng)注塑問(wèn)題，還可分析雙色注塑（Overmolding）、氣體輔助注射（Gas-assistant molding）、共注成型（Co-Injection）、注壓成型（Injection-compression）、發(fā)泡注射成型（Mucell）、光學(xué)的雙折射分析（Birefringence），對(duì)近期興起的熱流道動(dòng)態(tài)進(jìn)料系統(tǒng)也可進(jìn)行分析，還可分析熱固性材料的反應(yīng)成型以及電子芯片的封裝成型過(guò)程，廣泛用于汽車(chē)、醫(yī)療、3C、航空航天以及封裝等與塑料相關(guān)行業(yè)。 Moldflow公司經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，開(kāi)發(fā)出最杰出的模擬分析技術(shù)，經(jīng)過(guò)全球10000多家（在國(guó)內(nèi)也有超過(guò)1000家）用戶(hù)的工程實(shí)踐證明，是最成熟最可靠的模流分析軟件。Moldflow擁有最完美的求解器，除了傳統(tǒng)的Midplane技術(shù)外，Moldflow最偉大的貢獻(xiàn)是開(kāi)發(fā)出專(zhuān)利的Fusion技術(shù)，極大地提高了工作效率和分析的速度和精度。Moldflow的3D技術(shù)也是全球最領(lǐng)先的，其分析速度快、精度高，完全滿(mǎn)足工程要求。在模流界最激動(dòng)人心的是，Moldflow推出獨(dú)一無(wú)二Super 3D技術(shù)，將Fusion和3D技術(shù)完美結(jié)合起來(lái)，從而可以處理任何形狀和類(lèi)型的產(chǎn)品，在求解速度和精度方面獲得質(zhì)的飛躍。當(dāng)然，Moldflow對(duì)硬件的平臺(tái)也充分兼容，不僅可以支持64位技術(shù)，還可支持并行的多CPU技術(shù)。 2.2 產(chǎn)品集成解決方案（Product Integration Solutions，PIS） Moldflow之所以能成為業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)，除了其強(qiáng)大的模擬分析技術(shù)外，也和其靈活的產(chǎn)品集成策略密不可分。 Moldflow和各種CAD軟件有標(biāo)準(zhǔn)的接口，不僅可讀取IGES、STEP、Stereo Lithography(STL)等文件，還可直接讀取Parasolids（UG）、Pro/E、I-DEAS、CATIA、Solidworks等原檔文件，還可讀入其他CAE軟件Ansys、Patran、Nastran網(wǎng)格文件。為了解決CAD文件的破損修補(bǔ)及簡(jiǎn)化問(wèn)題，Moldflow還提供Moldflow CAD Doctor和Moldflow Magics STL Expert工具，可對(duì)CAD文件（包括igs文件）進(jìn)行優(yōu)化，從而提高模擬分析的效率和精度。Moldflow CAD Doctor修補(bǔ)和簡(jiǎn)化功能極為強(qiáng)大，同時(shí)適合產(chǎn)品和模具工程師使用，這樣可以提供給Moldflow工程師最優(yōu)化的Model，從而使設(shè)計(jì)優(yōu)化分析流程更快捷流暢。 Moldflow也支持將分析結(jié)果導(dǎo)入ABQUS、ANSYS、LS-DYNA、NASTRAN等結(jié)構(gòu)分析軟件，進(jìn)行進(jìn)一步的靜力學(xué)或動(dòng)力學(xué)分析，從而保證分析結(jié)果的繼承性。 Moldflow提供免費(fèi)的Moldflow Communicator工具，通過(guò)這一工具可以在任何一臺(tái)PC機(jī)上觀看和研究Moldflow的分析結(jié)果，從而使分析結(jié)果可以為供應(yīng)商、客戶(hù)及公司內(nèi)部各部門(mén)所共享。 2.3 材料技術(shù)解決方案（Material Technology Solutions，MTS） 材料的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確直接影響模擬分析結(jié)果的精度。Moldflow有豐富的材料數(shù)據(jù)庫(kù)，共有8000多種材料數(shù)據(jù)，包括GE、Byer、Dupont、BASF等全球塑料公司，國(guó)內(nèi)廣州金發(fā)（Kingfa）的PP材料也榜上有名。Moldflow建有兩個(gè)全球一流的材料測(cè)試實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)在澳大利亞的墨爾本，另一個(gè)在美國(guó)的伊薩卡。Moldflow材料測(cè)試實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出獨(dú)一無(wú)二的測(cè)試技術(shù)，包括注塑成型粘度測(cè)試、PVT測(cè)試、熱傳導(dǎo)系數(shù)測(cè)試、收縮測(cè)試（CRIMS）等，其Datafitting的數(shù)據(jù)擬合技術(shù)可考慮實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)試的不足，為廣大用戶(hù)提供最準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)。 2.4 產(chǎn)品制造解決方案（Moldflow Manufacturing Solutions，MMS） Moldflow繼承產(chǎn)品設(shè)計(jì)分析的數(shù)據(jù)，并提供產(chǎn)品制造解決方案，對(duì)工藝條件和注塑生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)控和優(yōu)化。Moldflow產(chǎn)品制造解決方案包括制造執(zhí)行系統(tǒng)（包括Shotscope和CellTrack?）和生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)（包括MPX和Altanium）。Shotscope主要用于對(duì)工藝條件的監(jiān)控和分析，CellTrack?主要跟蹤和報(bào)告注塑生產(chǎn)的情況和注塑機(jī)的效率，二者均可與企業(yè)的ERP系統(tǒng)集成。MPX是注塑機(jī)工藝條件自動(dòng)優(yōu)化和監(jiān)控系統(tǒng)，Altanium（最早為MSI）是行業(yè)最早的熱流道監(jiān)控系統(tǒng),******可控制384個(gè)區(qū)段。 Moldflow各解決方案相互協(xié)同配合，構(gòu)成系統(tǒng)化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造優(yōu)化的全面解決方案。通過(guò)Moldflow在產(chǎn)品設(shè)計(jì)甚至是概念階段就可考慮產(chǎn)品制造的問(wèn)題，同時(shí)產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)分析的數(shù)據(jù)可以直接延續(xù)到產(chǎn)品制造過(guò)程中，反過(guò)來(lái)產(chǎn)品制造的工藝條件等數(shù)據(jù)也可直接讀入到MPI和MPA中進(jìn)行進(jìn)一步分析優(yōu)化，從而使產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造形成一個(gè)有效的閉環(huán)系統(tǒng)（如圖2）。產(chǎn)品集成解決方案和材料技術(shù)解決方案服務(wù)于設(shè)計(jì)分析和制造兩大解決方案，確保優(yōu)化的有效性。 3 基于Moldflow的產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計(jì)制造流程 Moldflow提供理想的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造的有效工具，可將優(yōu)化設(shè)計(jì)貫穿于設(shè)計(jì)制造全過(guò)程，徹底改變了傳統(tǒng)“試錯(cuò)”的經(jīng)驗(yàn)性設(shè)計(jì)模式，使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造盡在掌握之中。下面簡(jiǎn)要介紹Moldflow的優(yōu)化設(shè)計(jì)制造流程。 1）用戶(hù)需求階段。用戶(hù)需求千變?nèi)f化，要求也在不斷提高。此階段需要評(píng)估的是，用戶(hù)的需求是否能夠?qū)崿F(xiàn)，也就是說(shuō)能不能在現(xiàn)有的條件下將產(chǎn)品有效制造出來(lái)。 2）產(chǎn)品研發(fā)階段。這是評(píng)估用戶(hù)需求最重要的階段。產(chǎn)品研發(fā)人員根據(jù)用戶(hù)的概念或產(chǎn)品外觀的設(shè)計(jì)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)工作。此階段最關(guān)心的是產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品制造工藝性、材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題，需要采用Moldflow的MPA來(lái)進(jìn)行快速分析驗(yàn)證。對(duì)于早期獲得的CAD模型，可用Moldflow CAD Doctor或Moldflow Magics STL Expert進(jìn)行優(yōu)化處理。利用MPA的分析結(jié)果可以和用戶(hù)進(jìn)行有效的溝通，從而確定用戶(hù)認(rèn)同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案。 3）分析優(yōu)化階段。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一旦完成，接下來(lái)就是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。此階段需要Moldflow高級(jí)成型分析軟件MPI來(lái)分析優(yōu)化。利用MPI對(duì)注塑的方案進(jìn)行全面的評(píng)估，比如，是采用一般的注塑成型方法，還是采用氣輔注塑成型方法，或者其他方法，是采用幾點(diǎn)進(jìn)澆的方案，是采用熱流道抑或冷流道，還是采用多少?lài)嵨缓偷燃?jí)的注塑機(jī)等。Moldflow只需在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行修模試模，即可直接優(yōu)化流道系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化******的工藝條件。此階段如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題，可通過(guò)Moldflow Communicator將結(jié)果反饋給RD部門(mén)，考慮是否通過(guò)設(shè)計(jì)解決潛在的問(wèn)題，RD部門(mén)也可將結(jié)果反饋給用戶(hù)以征求他們的意見(jiàn)。Moldflow可與結(jié)構(gòu)分析的評(píng)估協(xié)同進(jìn)行，將分析的結(jié)果導(dǎo)出至結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)問(wèn)題的評(píng)估。 4）模具設(shè)計(jì)制造階段。Moldflow分析優(yōu)化的結(jié)果可通過(guò)Moldflow Communicator直接傳送給模具設(shè)計(jì)和制造人員，他們根據(jù)Moldflow優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和制造。由于有Moldflow優(yōu)化的保證，可大大減少試模次數(shù)，縮短模具開(kāi)發(fā)周期。 5）注塑成型階段。優(yōu)化的產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)可使產(chǎn)品的注塑成型更穩(wěn)定，質(zhì)量更可靠，由于Cycle Time大大減少，生產(chǎn)成本隨之降低。此階段借助MMS系統(tǒng)對(duì)注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化和監(jiān)控，可獲得更理想的效果。 6）裝配和交貨。優(yōu)化的設(shè)計(jì)和制造保證了良好的產(chǎn)品質(zhì)量和準(zhǔn)確的交貨期，同時(shí)也樹(shù)立了企業(yè)良好的信譽(yù)，從而為企業(yè)在激烈的市場(chǎng)環(huán)境中贏得長(zhǎng)足的發(fā)展空間。 4 結(jié)語(yǔ) 本文系統(tǒng)闡述了基于Moldflow優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造解決方案，通過(guò)國(guó)內(nèi)近千家用戶(hù)的實(shí)踐表明，Moldflow是一整套成熟的解決方案，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造提供了全方位的優(yōu)化，是企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地的制勝法寶。 |
