基于Moldflow的塑料產(chǎn)品設計制造解決方案
| 1 現(xiàn)狀 隨著經(jīng)濟全球化和我國經(jīng)濟的高速增長，塑料工業(yè)以及與塑料相關的產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，2006年預計產(chǎn)量將突破4000萬噸，我國已經(jīng)成為塑料生產(chǎn)和消費大國。同時，我國塑料行業(yè)的競爭也日趨激烈，一方面，原油價格高漲引起原材料價格上漲，另一方面，合同價格不斷下降，而產(chǎn)品的質量、功能要求不斷提高，交貨周期縮短。為適應市場的要求，許多企業(yè)都進行了技術創(chuàng)新，高額引進了高、精、尖的硬件設備，比如高檔的成型機械，解決了很多難題，并創(chuàng)造了相當大的效益，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)化設計。但目前我國絕大多數(shù)企業(yè)的產(chǎn)品設計、模具設計以及產(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，產(chǎn)品設計和模具設計主要靠經(jīng)驗來完成，設計階段也很少考慮制造的問題。這樣沒有經(jīng)過優(yōu)化的設計方案勢必會造成成本的增加和產(chǎn)品上市的周期，因此，急需一個優(yōu)化設計的工具將產(chǎn)品設計、模具設計和產(chǎn)品制造資源進行有效的整合，美國Moldflow公司推出的系列產(chǎn)品就是為產(chǎn)品設計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，是公認的全球塑料行業(yè)工業(yè)標準。Moldflow為產(chǎn)品設計制造優(yōu)化提供了全套解決方案（如圖1），包括設計分析解決方案、產(chǎn)品集成解決方案、材料技術解決方案和產(chǎn)品制造解決方案，這四個解決方案互相配合，對產(chǎn)品從設計到制造整個流程進行優(yōu)化。 2.1 設計分析解決方案（Design Analysis Solutions，DAS） 設計分析解決方案屬于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）和MPI（Moldflow高級成型分析專家）。MPA簡便易用，主要針對注塑產(chǎn)品設計和模具設計，用于產(chǎn)品開發(fā)中的早期快速工藝性驗證分析，主要關注外觀質量（熔接線、氣穴等）、材料選擇、結構優(yōu)化（壁厚等）、澆口位置和流道（冷流道和熱流道）優(yōu)化等問題。MPI用于塑料成型過程的深入分析和優(yōu)化，是全球應用最廣泛的模流分析軟件，財富500強中有超過60％的企業(yè)在用MPI進行產(chǎn)品優(yōu)化和模具設計。MPI不僅可以考慮傳統(tǒng)注塑問題，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）、光學的雙折射分析（Birefringence），對近期興起的熱流道動態(tài)進料系統(tǒng)也可進行分析，還可分析熱固性材料的反應成型以及電子芯片的封裝成型過程，廣泛用于汽車、醫(yī)療、3C、航空航天以及封裝等與塑料相關行業(yè)。 Moldflow公司經(jīng)過近30年的發(fā)展，開發(fā)出最杰出的模擬分析技術，經(jīng)過全球10000多家（在國內(nèi)也有超過1000家）用戶的工程實踐證明，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技術外，Moldflow最偉大的貢獻是開發(fā)出專利的Fusion技術，極大地提高了工作效率和分析的速度和精度。Moldflow的3D技術也是全球最領先的，其分析速度快、精度高，完全滿足工程要求。在模流界最激動人心的是，Moldflow推出獨一無二Super 3D技術，將Fusion和3D技術完美結合起來，從而可以處理任何形狀和類型的產(chǎn)品，在求解速度和精度方面獲得質的飛躍。當然，Moldflow對硬件的平臺也充分兼容，不僅可以支持64位技術，還可支持并行的多CPU技術。 2.2 產(chǎn)品集成解決方案（Product Integration Solutions，PIS） Moldflow之所以能成為業(yè)界的標準，除了其強大的模擬分析技術外，也和其靈活的產(chǎn)品集成策略密不可分。 Moldflow和各種CAD軟件有標準的接口，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文件的破損修補及簡化問題，Moldflow還提供Moldflow CAD Doctor和Moldflow Magics STL Expert工具，可對CAD文件（包括igs文件）進行優(yōu)化，從而提高模擬分析的效率和精度。Moldflow CAD Doctor修補和簡化功能極為強大，同時適合產(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，從而使設計優(yōu)化分析流程更快捷流暢。 Moldflow也支持將分析結果導入ABQUS、ANSYS、LS-DYNA、NASTRAN等結構分析軟件，進行進一步的靜力學或動力學分析，從而保證分析結果的繼承性。 Moldflow提供免費的Moldflow Communicator工具，通過這一工具可以在任何一臺PC機上觀看和研究Moldflow的分析結果，從而使分析結果可以為供應商、客戶及公司內(nèi)部各部門所共享。 2.3 材料技術解決方案（Material Technology Solutions，MTS） 材料的數(shù)據(jù)是否準確直接影響模擬分析結果的精度。Moldflow有豐富的材料數(shù)據(jù)庫，共有8000多種材料數(shù)據(jù)，包括GE、Byer、Dupont、BASF等全球塑料公司，國內(nèi)廣州金發(fā)（Kingfa）的PP材料也榜上有名。Moldflow建有兩個全球一流的材料測試實驗室，一個在澳大利亞的墨爾本，另一個在美國的伊薩卡。Moldflow材料測試實驗室開發(fā)出獨一無二的測試技術，包括注塑成型粘度測試、PVT測試、熱傳導系數(shù)測試、收縮測試（CRIMS）等，其Datafitting的數(shù)據(jù)擬合技術可考慮實際數(shù)據(jù)測試的不足，為廣大用戶提供最準確的材料數(shù)據(jù)。 2.4 產(chǎn)品制造解決方案（Moldflow Manufacturing Solutions，MMS） Moldflow繼承產(chǎn)品設計分析的數(shù)據(jù)，并提供產(chǎn)品制造解決方案，對工藝條件和注塑生產(chǎn)進行監(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)自動化系統(tǒng)（包括MPX和Altanium）。Shotscope主要用于對工藝條件的監(jiān)控和分析，CellTrack?主要跟蹤和報告注塑生產(chǎn)的情況和注塑機的效率，二者均可與企業(yè)的ERP系統(tǒng)集成。MPX是注塑機工藝條件自動優(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個區(qū)段。 Moldflow各解決方案相互協(xié)同配合，構成系統(tǒng)化的產(chǎn)品設計制造優(yōu)化的全面解決方案。通過Moldflow在產(chǎn)品設計甚至是概念階段就可考慮產(chǎn)品制造的問題，同時產(chǎn)品優(yōu)化設計分析的數(shù)據(jù)可以直接延續(xù)到產(chǎn)品制造過程中，反過來產(chǎn)品制造的工藝條件等數(shù)據(jù)也可直接讀入到MPI和MPA中進行進一步分析優(yōu)化，從而使產(chǎn)品設計和制造形成一個有效的閉環(huán)系統(tǒng)（如圖2）。產(chǎn)品集成解決方案和材料技術解決方案服務于設計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)化設計制造流程 Moldflow提供理想的優(yōu)化設計制造的有效工具，可將優(yōu)化設計貫穿于設計制造全過程，徹底改變了傳統(tǒng)“試錯”的經(jīng)驗性設計模式，使產(chǎn)品的設計和制造盡在掌握之中。下面簡要介紹Moldflow的優(yōu)化設計制造流程。 1）用戶需求階段。用戶需求千變?nèi)f化，要求也在不斷提高。此階段需要評估的是，用戶的需求是否能夠實現(xiàn)，也就是說能不能在現(xiàn)有的條件下將產(chǎn)品有效制造出來。 2）產(chǎn)品研發(fā)階段。這是評估用戶需求最重要的階段。產(chǎn)品研發(fā)人員根據(jù)用戶的概念或產(chǎn)品外觀的設計進行產(chǎn)品設計研發(fā)工作。此階段最關心的是產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品制造工藝性、材料選擇、結構設計等問題，需要采用Moldflow的MPA來進行快速分析驗證。對于早期獲得的CAD模型，可用Moldflow CAD Doctor或Moldflow Magics STL Expert進行優(yōu)化處理。利用MPA的分析結果可以和用戶進行有效的溝通，從而確定用戶認同的產(chǎn)品設計方案。 3）分析優(yōu)化階段。產(chǎn)品的結構設計一旦完成，接下來就是產(chǎn)品實現(xiàn)的問題。此階段需要Moldflow高級成型分析軟件MPI來分析優(yōu)化。利用MPI對注塑的方案進行全面的評估，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，是采用幾點進澆的方案，是采用熱流道抑或冷流道，還是采用多少噸位和等級的注塑機等。Moldflow只需在計算機上進行修模試模，即可直接優(yōu)化流道系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)設計，優(yōu)化******的工藝條件。此階段如果發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計中存在問題，可通過Moldflow Communicator將結果反饋給RD部門，考慮是否通過設計解決潛在的問題，RD部門也可將結果反饋給用戶以征求他們的意見。Moldflow可與結構分析的評估協(xié)同進行，將分析的結果導出至結構分析軟件進行結構問題的評估。 4）模具設計制造階段。Moldflow分析優(yōu)化的結果可通過Moldflow Communicator直接傳送給模具設計和制造人員，他們根據(jù)Moldflow優(yōu)化的結果進行模具設計和制造。由于有Moldflow優(yōu)化的保證，可大大減少試模次數(shù)，縮短模具開發(fā)周期。 5）注塑成型階段。優(yōu)化的產(chǎn)品和模具設計可使產(chǎn)品的注塑成型更穩(wěn)定，質量更可靠，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)對注塑工藝進行優(yōu)化和監(jiān)控，可獲得更理想的效果。 6）裝配和交貨。優(yōu)化的設計和制造保證了良好的產(chǎn)品質量和準確的交貨期，同時也樹立了企業(yè)良好的信譽，從而為企業(yè)在激烈的市場環(huán)境中贏得長足的發(fā)展空間。 4 結語 本文系統(tǒng)闡述了基于Moldflow優(yōu)化產(chǎn)品設計制造解決方案，通過國內(nèi)近千家用戶的實踐表明，Moldflow是一整套成熟的解決方案，為產(chǎn)品設計和制造提供了全方位的優(yōu)化，是企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地的制勝法寶。 |
