云時代的模具數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)

Delcam中國 翟萬略

“云制造”不時出現(xiàn)在我們眼前，網(wǎng)購=云購、網(wǎng)盤=云盤……。把網(wǎng)絡(luò)作為紐帶，把模具制造的線上與線下、人與物、虛擬與現(xiàn)實(shí)、工藝與知識、客戶與制造單位全部或者部分基于互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行，可以認(rèn)為是模具制造業(yè)“云制造”的雛形。在模具制造行業(yè)，必須承認(rèn)的是制造業(yè)的“云”必須要落地，其本質(zhì)依然是制造。對模具行業(yè)來說，設(shè)計、工廠、數(shù)控機(jī)床、質(zhì)量管控、部件標(biāo)準(zhǔn)化等，制造業(yè)“端”依然是“云制造”的基礎(chǔ)。當(dāng)然，也存在另外一種觀點(diǎn)，云在先還是端在先，在業(yè)界也有較多爭論，筆者認(rèn)為端應(yīng)在云之先，首先必須有大量成熟的“端”，“云制造”才能夠?qū)崿F(xiàn)。

近年來，隨著我國制造業(yè)的發(fā)展，數(shù)控設(shè)備的大量使用、企業(yè)信息化工作的廣泛開展，都具備相應(yīng)的數(shù)字化基礎(chǔ)，“云制造”并非是空中樓閣，企業(yè)也在進(jìn)行“云模式制造”?；诂F(xiàn)代社會對于綠色制造的青睞，模具輕量化也是必然的趨勢。3D打印的興起，也將對模具制造起到不可估量的影響。云制造的發(fā)展大有把制造業(yè)改造為服務(wù)業(yè)的趨勢。業(yè)內(nèi)也有較多采用“云制造”模式完成部分制造作業(yè)的企業(yè)，而企業(yè)或許并不認(rèn)為在使用“云制造”，本文也將從打造成功的“云制造”執(zhí)行端，讓企業(yè)為未來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級鋪平道路。

本文的出發(fā)點(diǎn)，并不希望為現(xiàn)代模具數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)云時代工作模式進(jìn)行定義，而更多的是從數(shù)字化技術(shù)的升級和發(fā)展的角度，探討如何為云制造打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)?！肮I(yè)4.0”也同樣需要在具備堅(jiān)實(shí)的數(shù)字化、自動化、信息化的基礎(chǔ)，才能真正發(fā)力。德國提出的“工業(yè)4.0”并不一定適合中國，也許“一帶一路”會成為盤活中國制造業(yè)的催化劑，工業(yè)進(jìn)入服務(wù)業(yè)才是制造的最高境界和未來發(fā)展的出路。

海爾小微公司與云制造啟發(fā)

海爾小微公司或許可以理解為：海爾在造云。那么，制造業(yè)必須先“造云”才有可能進(jìn)行“云造”。

海爾模具是Delcam的重要客戶，海爾模具線上、線下CAD/CAM使用人員和我們有非常多的交集。小微公司為了自身的良性發(fā)展，采用先進(jìn)制造技術(shù)，正是Delcam所擅長的領(lǐng)域。海爾2013年進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化戰(zhàn)略發(fā)展階段，并加速向互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型，海爾模具在國內(nèi)模具行業(yè)擁有非常高的地位，從已經(jīng)公布的信息顯示，未來的海爾集團(tuán)將全部由這些小微公司組成。中國最大的家電廠商海爾集團(tuán)將變身為一家平臺公司，為海量的小微公司們提供適合創(chuàng)業(yè)的資金、資源、機(jī)制、文化等各種支持。有資料顯示，未來海爾將只有3類人：平臺主、小微主和小微成員，而我們可以認(rèn)為這些“小微”是星系中的云團(tuán)、云團(tuán)中的星。但眾多的廠家對這種變革大多還是在肯定中進(jìn)行觀望。

Delcam在模具行業(yè)具有較高的地位，在較多采用該模式模具小微公司與傳統(tǒng)模具制造企業(yè)，對CAD/CAM的需求也有了相應(yīng)的變化，如大型數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)安全等。一個模具企業(yè)通常不會有上千臺數(shù)控加工設(shè)備、數(shù)千名CAD/CAM人員，而通過小微公司模式，人員包括線上、線下兩類CAD/CAM工程師；如果需要，同時可以有數(shù)百家模具和具備模具加工能力的企業(yè)，通過線上、線下等模式成為小微公司的執(zhí)行端，甚至模具企業(yè)可以購買設(shè)備，放置在具備CAD/CAM能力及具備相應(yīng)模具制造水平的的企業(yè)來為企業(yè)服務(wù)。模具制造企業(yè)成為平臺，似乎和網(wǎng)購平臺類似，也許此類模式會在我們的觀望中變成現(xiàn)實(shí)，正如大多數(shù)股市投資者眼中的南北車，觀望中股價扶搖升入云端。Delcam公司是在變革中成長的高技術(shù)公司，相信也會在未來制造中更好地服務(wù)制造業(yè)。

云時代的CAD/CAM云和端

令人意外的是，筆者最早接觸到的云服務(wù)CAD/CAM相關(guān)軟件是Delcam Exchange，在軟件介紹的結(jié)尾提到了關(guān)于“云端（在線）”的功能描述。Delcam Exchange是一款功能強(qiáng)大、高速、安全的CAD數(shù)據(jù)接口轉(zhuǎn)換軟件，它既可與Delcam的其他軟件模塊集成運(yùn)行，又可獨(dú)立運(yùn)行，還支持在線數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換服務(wù)，是目前業(yè)界最領(lǐng)先、最可靠的在線轉(zhuǎn)換器之一?；蛟S在線只是云服務(wù)的一種模式，相信未來云時代數(shù)據(jù)的兼容性也很難偏離該模式。

大多數(shù)觀點(diǎn)認(rèn)為，云時代的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具備云計算能力、豐富的工藝庫、海量工藝方案、完善的標(biāo)準(zhǔn)資源等平臺。Delcam服務(wù)于模具制造行業(yè)，PowerMILL優(yōu)秀的計算能力和安全性深受企業(yè)的認(rèn)同。對于大型精密模具刀具路徑計算仍然需要花費(fèi)較多時間，例如大型覆蓋件模具、保險杠模具的計算需要耗費(fèi)大量的時間，部分精密計算可以工作日計算，云計算平臺可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成，企業(yè)編程人員可以快速提交不同的計算方案，并迅速獲得計算結(jié)果、優(yōu)化計算數(shù)據(jù)、提高綜合效率。

現(xiàn)在，在大多數(shù)CAD/CAM廠家公開信息中，都提到推出相應(yīng)的CAD/CAM云終端軟件、云平臺等。筆者測試Autodesk公司的360系列，體驗(yàn)云設(shè)計的模式，比如使用到平板電腦（Pad），觸摸和鼠標(biāo)的爭論，我們就不在此進(jìn)行討論，我們能看到大型的觸摸屏為平面設(shè)計師逐步認(rèn)同和使用。早期平面設(shè)計師通常認(rèn)為，在電腦前設(shè)計靈感頓失的言論逐漸在減少。目前，CAD/CAM行業(yè)的從業(yè)人員主要是70、80、90后，很難找到對網(wǎng)游不了解的人員，對于CAD/CAM云平臺的理解，我們可以網(wǎng)游服務(wù)器為參照來進(jìn)行描述，云服務(wù)器或等同于網(wǎng)游的服務(wù)器，上線玩家的數(shù)據(jù)和計算均是通過網(wǎng)絡(luò)連接網(wǎng)游服務(wù)器，玩家裝備和游戲結(jié)果均在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上，或者同時在本地和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。CAD/CAM工程師如游戲玩家，CAD/CAM易用性、更簡潔的操作界面，筆者認(rèn)為向網(wǎng)游靠攏或成趨勢，相應(yīng)的CAD/CAM工具、客戶使用技巧、資源庫、疑難設(shè)計問題和復(fù)雜CAM編程會通過大量云資源迎刃而解。

對于設(shè)計來說，部件裝配體是傳統(tǒng)模式，未來制造的需求將產(chǎn)生巨大的改變，會利用豐富的互聯(lián)網(wǎng)資源、云資源，對設(shè)計進(jìn)行復(fù)雜處理。

另外，數(shù)據(jù)安全或許是模具制造業(yè)企業(yè)不敢試水的原因之一。正如我們討論的是把錢放在銀行安全還是放在家里安全。那么未來的云服務(wù)器不但是企業(yè)數(shù)據(jù)安全問題，而是更為深遠(yuǎn)的安全問題。我們可以肯定，企業(yè)的數(shù)據(jù)在企業(yè)工程師電腦上和服務(wù)器，一定程度上不會比在成熟的云服務(wù)器上更安全?，F(xiàn)實(shí)社會存在罪犯與警察，同樣云時代、網(wǎng)絡(luò)時代也存在黑客和網(wǎng)警。企業(yè)數(shù)據(jù)的安全保障一定不在董事長手里，而是依靠可靠的制度和認(rèn)為可靠的人。所以筆者認(rèn)為，云平臺安全鑰匙需要更可靠，確保未來在云世界的數(shù)據(jù)安全。

對于模具設(shè)計，設(shè)計人員可以使用云空間海量標(biāo)準(zhǔn)件庫，選用標(biāo)準(zhǔn)件的同時甚至可以同時生成訂單；同時標(biāo)準(zhǔn)件的3D數(shù)據(jù)也會快速融入設(shè)計者的裝配方案。Delcam公司在過去CAD/CAM行業(yè)服務(wù)中積累的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，可以作為公共資源進(jìn)行使用。企業(yè)在使用Delcam PowerMILL的過程中積累的刀具庫、工藝庫、機(jī)床庫、材料庫可以在未來的云空間內(nèi)作為企業(yè)KnowHow繼續(xù)存在，而這些KnowHow在云平臺上通過權(quán)限進(jìn)行控制和管理，真正服務(wù)于企業(yè)。每每和模具制造談?wù)摰皆浦圃斓膯栴}，首先都會談到數(shù)據(jù)安全，且超過60%的人員會否定企業(yè)使用云工作模式，數(shù)據(jù)安全性問題在CAM使用者中也同樣在意。筆者仍以網(wǎng)游的模式為例進(jìn)行討論，大型網(wǎng)游服務(wù)器同時在線數(shù)十萬人，每個人有不同的裝備，玩家不能隨意把別人的裝備據(jù)為己有，正如CAD/CAM工作人員的工作結(jié)果數(shù)據(jù)不經(jīng)許可，非相關(guān)人員不可獲取一樣。另外，也有觀點(diǎn)認(rèn)為，無論如何不能把數(shù)據(jù)放在公共平臺，那么仍以網(wǎng)游為例，類似網(wǎng)游中的“私服”，對云制造模具企業(yè)來說，企業(yè)云應(yīng)該是經(jīng)過云廠商授權(quán)的、在企業(yè)能獨(dú)立工作的云服務(wù)，企業(yè)可以有自己的“企業(yè)云”，相信CAD/CAM平臺提供者也許一定時期內(nèi)可以擁有企業(yè)的“私有云”?？傊?，云作為新生事物，風(fēng)雨欲來風(fēng)滿樓，不由得我們不重視。

云時代3D打印技術(shù)改變模具制造

個性化需求對制造的快速響應(yīng)提出了非常高的要求，需要快速的設(shè)計確認(rèn)、樣件獲得、快速制造，我們這里以3D打印在快消領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行討論，這里以關(guān)于我們要定制個性化的戒指或者紀(jì)念幣為例來進(jìn)行闡述。

飛機(jī)復(fù)合材料模具

設(shè)計者、用戶、3D打印企業(yè)（或小微）通過同樣的云平臺，完成個性化產(chǎn)品的制造成為現(xiàn)實(shí)。激進(jìn)的“工業(yè)4.0”支持人士拋出，10年消滅淘寶。淘寶目前的確沒有制造環(huán)節(jié)，但未來或許會出現(xiàn)新的模式，基于工業(yè)4.0的消費(fèi)平臺，一個將生產(chǎn)原料、智能工廠、物流配送、消費(fèi)者全部編織在一起的大網(wǎng)，消費(fèi)者只需用手機(jī)下單，網(wǎng)絡(luò)就會自動將訂單和個性化要求發(fā)送給智能工廠，由其采購原料、設(shè)計并生產(chǎn)，再通過網(wǎng)絡(luò)配送直接交付給消費(fèi)者。Delcam的全新ArtCAM JewelSmith軟件具備如此潛質(zhì)，該軟件Ember是3D打印首飾的理想之選。ArtCAM JewelSmith軟件能提供多種設(shè)計選項(xiàng)，對于首飾、錢幣等精密部件快速加工制造。過去生產(chǎn)制造同樣需要模具的存在，新的制造模式，是通過3D打印的方式打印光固化樹脂，進(jìn)行消失模鑄造。數(shù)據(jù)流完全可以在網(wǎng)絡(luò)平臺上進(jìn)行，假設(shè)您想擁有一款自己特別定制的戒指，并希望加入自己的元素、創(chuàng)意等個性化的內(nèi)容，可以通過云平臺設(shè)計軟件快速設(shè)計完成，并通過渲染系統(tǒng)可產(chǎn)生逼真的珠寶圖像，供您審閱確定（線上），確定設(shè)計方案后，不是去制作模具，而是通過3D打印快速制作樹脂消失模。如果必要，你可以要求供貨方先提供一個3D打印的樣件進(jìn)行確認(rèn)（線下），5分鐘的3D打印，然后鑄造、拋光、修飾即可完成。

云時代模具自動化制造

對于云制造，更多的觀點(diǎn)是把智能化放在了非常重要的位置，工業(yè)4.0也以智慧制造為關(guān)鍵詞?；跀?shù)字化的模具設(shè)計與制造技術(shù)，與現(xiàn)代自動化裝備也會必然聯(lián)系在一起，前端的設(shè)計、加工完全基于CAD/CAM系統(tǒng)完成。在勞動力成本急劇增加的情況下，機(jī)器替代人也作為一種必然被大家接受。對于模具制造企業(yè)，可以設(shè)計為模具加工件從物料到數(shù)控機(jī)床自動上料、自動下料。Delcam公司在機(jī)器人參與模具制造方面，參與較多的是機(jī)器人拋光系統(tǒng)，為機(jī)器人提供離線編程。我們都很清楚，所謂的機(jī)器人并不是人，屬于人工智能，機(jī)器人執(zhí)行的程序指令才是智慧所在。

復(fù)合材料模具加工和在機(jī)檢測

機(jī)器人編程可以通過效率極低的逐點(diǎn)示教模式來生成程序，但在復(fù)雜的應(yīng)用中就很難做到，在模具拋光方面有部分模具企業(yè)在嘗試，并和Delcam合作完成。金屬粉塵對人的呼吸道傷害是不可逆的，對于模具及其他產(chǎn)品拋光中，機(jī)器人也會被認(rèn)可和采用。后來查明曾經(jīng)發(fā)生的蘇州輪轂拋光車間爆炸，是屬于金屬粉塵大量聚集遇到明火產(chǎn)生的。隨著安全生產(chǎn)監(jiān)管的嚴(yán)厲以及人們對從事危險、有害工種認(rèn)識的加深，很少有人愿意從事該工作，這里提到的是機(jī)器人在云制造環(huán)節(jié)中應(yīng)用的一個方面。

國內(nèi)外機(jī)器人廠商的銷售大多是通過生產(chǎn)線集成商進(jìn)行。目前較多的負(fù)責(zé)人的機(jī)器人集成商選擇和Delcam合作，采購Delcam機(jī)器人離線編程系統(tǒng)，讓機(jī)器擁有智能，而放棄過去效率低下逐點(diǎn)示教模式。

結(jié)束語

綜上所述，云制造必須先造云才有可能形成云團(tuán)，從而實(shí)現(xiàn)“云造”。小微公司屬于造云的一種模式，淘寶上的商家有不少都是被網(wǎng)購從線下逼到了線上，模具制造業(yè)也必將有一天會被新的制造模式“云制造”逼上云端。CAD/CAM作為模具數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的基礎(chǔ)，在云制造中也將繼續(xù)發(fā)揮作用。3D打印的出現(xiàn)能夠替代10%的數(shù)控加工機(jī)床，對機(jī)床行業(yè)也將造成巨大的沖擊。或許我們?nèi)匀荒芑叵肫鹜馆喗Y(jié)構(gòu)的自動車床、設(shè)計復(fù)雜的六角車床，數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，使這些設(shè)備進(jìn)了煉鋼爐。雖然我們現(xiàn)在還不能相信在模具制造中3D打印能完全完成模具制造，但是在云時代或許會有更多的現(xiàn)實(shí)讓我們不得不接受。