全球模具和級進模行業(yè)正在發(fā)生巨變。在全球化的經濟浪潮下，越來越多的業(yè)務和工作被從歐美等國家外包至亞洲，市場競爭日趨激烈，以至于價格在市場競爭中占據越來越大的分量。在這種市場前景下，對于模具和級進模制造廠而言，為了應對挑戰(zhàn)，實現業(yè)務目標，變革勢在必行。

模具行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)

模具行業(yè)一般分為兩大類型：一類是專業(yè)型的模具企業(yè)，這類企業(yè)產品設計不做，最后制造也不做，其最終目標就是以模具去盈利，所以它把模具的成本和質量放在第一位；還有一類是特大型的企業(yè)，本身具有專業(yè)的模具廠，設計來源于自己，模具也是來源于自己，因此模具會結合自己的產品而生產，模具主要是提高產品的最高質量。這兩種類型模具企業(yè)的研發(fā)制造觀念和重點有所不同，所面臨的困難和挑戰(zhàn)也會不同。

（1）目前很多的模具廠，其5％的客戶為這個企業(yè)帶來至少30％的利潤，因此廠家對這些大客戶非常重視，這樣它就會要求提高這些大客戶的報價，提供及時的客戶服務，與這些客戶及時進行信息共享或者和客戶進行聯合開發(fā)。甚至有些大的客戶要求對模具廠有一定的控制，需要知道模具何時能夠交貨，這是在對大客戶方面模具制造企業(yè)面臨的問題。

（2）對內來說，還會面臨一些挑戰(zhàn)。對一些模具加工來說，會有多道工序。同時這些與模具的工藝和原材料供應都有關系，因此協同和同步以及資料的保存保護也非常重要。

（3）不僅能夠保證模具開發(fā)制造的及時，而且還希望這套系統(tǒng)和流程設計進行整合，實現標準化和知識化管理，這是非常重要的。這樣可以加速本地員工的成長，減少人員流動對產品開發(fā)的沖擊，對整個大項目的協同是相當重要的。

（4）一個模具廠每年生產的模具非常多，需要很專業(yè)的管理，對研發(fā)平臺要求非常高。

PTC一體化模具研發(fā)、設計平臺

前面講的模具企業(yè)的挑戰(zhàn)有四方面，因此最終的解決方案也會是四方面：第一，需要非常好的設計模具的工具，提高設計能力；第二，需要流程整合以及生產能力的提高，這是一個自身的關鍵；第三，要提高和一些大客戶之間的親密度，這樣可以讓知識產品設計和模具開發(fā)更加接近客戶或者市場的需求；第四，需要引進包括組織、流程、人員以及企業(yè)文化的改變，需要引進新的管理方案和良好的設計管理流程來改變溝通，包括知識以及豐富的專家以便降低開發(fā)的成本和風險。

作為PTC來說，我們面臨的問題是如何應對這么多客戶的要求和市場的要求。PTC奉行產品至上的理論，從客戶的目標來確定我們執(zhí)行的目標，以及最后確定我們該如何去做，并且根據需要來決定應該提升哪些效率。PTC有一套完整的體系來體現模具該有的價值。

一個企業(yè)在業(yè)務流程上是相當復雜的，我們從一個模具的研發(fā)開始，首先對模具要有一個簡單的理解，包括從最終模具產品的討論、估價、快速報價，做出最后模具整個價值的構思，然后做出模具的詳細設計，實現裝配和修模，最終做出實體。這中間要涉及很多部門，作為模具企業(yè)來說，專門會有一個和客戶聯絡的產品設計部，還有模具設計部等很多部門，會涉及到相當多的不同問題。模具企業(yè)的成本大體分為三個部分：人工、材料和設備。人工基本會占到25％左右，設備成本大約會達到40％～45％左右，材料在模具成本里占的比例是相當大的，大概會占到35％左右。PTC為客戶提供的完整的模具平臺包含這樣幾個目標：資源如何分配，項目怎么去考核及預算如何制定。

在此過程中，我們的重點客戶會有哪些問題呢，它是不是掌控了整個模具項目的變更和技術控制；它是不是有辦法去評估這些績效；它是不是能夠掌握這些項目的預算，還有系統(tǒng)平臺如何控制。我們希望客戶能夠做到這些，如果PTC的系統(tǒng)能讓客戶做到這點，那帶來的價值會是非常大的。一個模具廠應該做到成本控制和快速響應客戶的需求。在成本控制方面，資源、質量、材料很關鍵；快速服務相應包括交貨期以及模具質量保證。

一個好的研發(fā)系統(tǒng)，應該具備企業(yè)提升模具開發(fā)高質量的指標。應該改善以下幾方面：加工的失誤率、模具的壽命和設計周期。

PTC為企業(yè)提供了兩大產品研發(fā)平臺，一個是以Pro/E為主的模具設計平臺，同時包括模具制造軟件Pro/TOOLMAKER，合起來作為工具產品上的研發(fā)和制造平臺。二是作為模具研發(fā)和項目管理的Windchill平臺，其中包括了PDMLink和模具開發(fā)企業(yè)項目管理和項目技術控制ProjectLink，解決了整個研發(fā)和管理中遇到的問題。節(jié)省設計人員時間、縮短產品上市時間并最終提高產品質量。一個好的研發(fā)平臺要很好地管理模具研發(fā)，必須要解決減少人力、縮短出廠時間以及提高質量這幾個問題。

模具制造重點就是如何做到更快更好，因為模具設計結構緊湊，要做到更快有一個直接方法，就是增加人力，但是人多并不代表真的力量大，會出現很多溝通問題。PTC會讓客戶達到人多真的力量大，保證在一個模具平臺上實現共同工作，提升效率，這是設計效率的提升。另外一方面，如何實現快速制造是個大問題，但是有些制造環(huán)節(jié)是很難成倍提高效率的，這就要考慮到有些要先期制造，而不是全部設計完才去制造，這就是制造極限。當然這樣對設計師的壓力會非常大，PTC有很好的方法達到制造極限。我們把一些典型的制造工藝變成智能化制造體系，做到制造同步，才能真正提高效率。

一個好的模具設計平臺包括設計工序、設計平臺和管理平臺。從設計平臺來說，PTC提供了一個很好的高效科技平臺，同時體現設計與制造并行。其次是良好的管理系統(tǒng)，用來管理所有模具的設計數據，保證可以隨時查看相關信息，這樣最終才能體現模具設計的更快更好。

高速加工的挑戰(zhàn)及解決方案

高速加工（High-Speed Machining, HSM）技術正幫助全球的企業(yè)提高生產力，降低成本。高速加工技術的特點是主軸速度為10 ～40Krpm，進給速度可達到每分鐘10～20m，切割深度相對較小。它經常應用于重要材料去除或者處理硬度極強的金屬，其應用范圍從汽車模具、沖壓刀具和其他大型鋼制構件到硬金屬加工、定制原型部件、臀部和膝關節(jié)類的專用醫(yī)療產品和特殊材料研發(fā)項目。

由于高速加工技術所具備的超凡速度，對流程中使用的每一種設備都有非常高的要求。銑床、刀具、夾具等組件的設計必須達到最佳的平穩(wěn)性和振動的最小化，因為過分的振動會破壞表面加工，縮短刀具和其它工具的使用壽命，甚至會使工具或加工完全報廢。為使控制系統(tǒng)把軟件指令轉化為準確的動作，要求數字驅動和直接測量系統(tǒng)達到最高的精確度和重復的準確度。

高速加工軟件的特征

能否充分利用這些組件，并推動流程從而實現最大化收益，將取決于高速加工軟件的應用。高速加工軟件應在以下四個方面表現優(yōu)異：優(yōu)化制造穩(wěn)定性、提升刀路效率、最大化操作性能和增強易用性。

（1）制造穩(wěn)定性

高速加工通常被認為是“高沖擊”加工。由于速度極快，每一次接觸新表面所造成的沖擊都易造成刀具的損壞。因此該軟件要減少并柔化刀具在所有情況下可能受到的沖擊。在粗加工中進行深度切削時，該軟件應使刀具以螺旋式而不是直接地垂直切入，或者應根據表面輪廓傾斜地切入。在進入拐角處應小心地控制刀具的移動，而不允許在拐角處進入短促的on-off移動。在移動主軸和加工時該軟件應使數控機床保持恒定負載，而且應了解切削刀具的側面和模具的壁面間的布局，以避免意外的接觸產生的振動。

（2）刀路效率

該軟件優(yōu)化刀路設計的功能在提高高速加工效率方面扮演了重要角色。例如，刀路設計應該使刀具盡可能實現最大切削，使時間和刀具變化達到最小化。刀路設計應優(yōu)化刀路路線，從而使刀具盡可能多地接觸材料。“新鮮空氣切削”最小化有助于增加刀具切削時間，將刀具沖擊保持在最低程度從而減少刀具或插入磨損。此外，該軟件還有許多其他方式提高加工效率，其中有些非常奇妙。比如當工具不得不以銳角從一個表面移動到另一個表面時，為了保持進給速度恒定，該軟件應該能夠在空中創(chuàng)建一個曲線軌道，而不會造成突然的“Stop”和“Start”。

（3）操作性能

高速的數據導入以及各種刀路算法滿足了高速加工技術對軟件的性能要求。底層軟件架構必須盡可能高效，以支持“前瞻性”算法，這種算法功能強大，不僅可預測刀具移動和變化情況，而且還能為復雜的大型項目保留充分的空間。該軟件應能支持多線程和并行處理。同時它應能利用有效壓縮技術達到內部文件的最小化。

（4）易用性

高速加工軟件應能提供快捷菜單和連續(xù)工作流，使常規(guī)應用簡單容易，不需要太多培訓即可掌握。但是，它也應使用戶可輕松快速設計刀路，并且應確保該軟件將按照指令正確執(zhí)行，這對于無人值守的加工來說顯得尤為重要。

用戶通過電子數據表或其它外部文件來定義工具是簡化設計的一種方式；另一種方式是使用智能默認方式來自動完成復雜的切削，例如在刀具進入拐角時進行加速或減速。還有一種方式是程序員通過創(chuàng)建殘留模型（stock model）來觀察模具在加工過程中任一時刻的可能形態(tài)，從而在粗加工和精加工步驟中進行可能的調整。最后，刀路本身的可靠性和精度應該能夠滿足機床連續(xù)進行夜間無人值守狀況下運轉的要求。

2007年5月，PTC公司收購了總部位于英國的鍛造工業(yè)大型模具制造商謝菲爾德（NC Graphics）模具公司，將高速加工軟件加入到其Pro/ENGINEER產品系列中，推出了Pro/TOOLMAKER，從而為客戶提供優(yōu)化刀具制造和高速精密加工流程的完整解決方案。自2007年8月推出以來，Pro/TOOLMAKER通過提供多重CAD支持，為Pro/ENGINEER以及其他CAD系統(tǒng)提供完全關聯可靠的NC刀具路徑編程，不僅幫助企業(yè)大大減少了廢品消耗，提高了產品質量，而且縮短了產品制造及上市周期。

謝菲爾德模具公司的創(chuàng)始人Andy Farmer認為公司今日的成就與Pro/TOOLMAKER高速加工軟件密不可分。 “我們在該應用軟件中加入了大量智能功能，”他表示，“例如，我們使刀具與材料相接觸的算法具有明顯優(yōu)勢。我們曾經將一款競爭的高速加工應用軟件與我們的軟件做內部比較。測試完成時，我們發(fā)現使用競爭產品造成了555個提刀，而使用Pro/TOOLMAKER軟件產品僅有兩個提刀。

目前，謝菲爾德的數控機床可以進行7×24h的運轉和工作。如果不使用Pro/TOOLMAKER軟件，要生產同樣的產量需要至少增加兩臺數控機床和相應的員工。Pro/TOOLMAKER準確地實現了用戶所期待的生產結果，同時也讓用戶獲得了解放，可以去做想做的事情，尋求新的業(yè)務或進行新的收購。

就當今的高速加工應用軟件而言，Farmer表示一些軟件具備了Pro/TOOLMAKER類似的高效創(chuàng)建刀路功能。不同之處在于Pro/TOOLMAKER可以默認產生這些刀路，而其他軟件要求用戶在創(chuàng)建設計時修改參數。

像謝菲爾德模具公司這類的公司正不斷發(fā)現高速加工以及Pro/TOOLMAKER這樣的高度智能化軟件所帶來的巨大競爭優(yōu)勢。這一軟件擴大了高速硬件的優(yōu)勢，保護其免受損壞，減少磨損并簡化刀路設計，因此即使普通用戶也能從中得益。綜上所述，高速加工技術無論是在設計到部件的產品開發(fā)生命周期中，還是在幫助制造商贏得并保持競爭優(yōu)勢中，都扮演了一個重要角色。

Pro/TOOLMAKER簡介

Pro/TOOLMAKER是一款多線程架構的數控刀路設計應用軟件，擁有高度智能化算法來優(yōu)化高速加工。Pro/TOOLMAKER對高速加工各步驟提供了充分支持，為優(yōu)化粗加工、二次粗加工、精加工和剩余銑削提供了路徑、出口和連接端；完成工具和固定架幾何體的半圓鑿防護；同時擁有一個材料、進給、速度、切削條件的刀具庫。

該軟件提供了實時殘留模型來幫助用戶觀察每一加工步驟后的部件形態(tài)，優(yōu)化后續(xù)刀路；Pro/NC-GPOST用于創(chuàng)建和更新任一類型數控機床的后置處理器；綁定Pro/ENGINEER數據；并且支持非PTC CAD系統(tǒng)和包括IGES、VDA、STL、Parasolid、CATIA V4、CATIA V5和SolidWorks等數據格式。

刀具路徑編程的四個步驟

通過使用Pro/TOOLMAKER，程序員通過執(zhí)行以下四個基本步驟，可以完成一個刀具路徑：

● 選擇策略、刀具并創(chuàng)建軌跡 — Pro/TOOLMAKER提供基于最佳參數的推薦。
● 基于具體任務的詳細資料進行軌道編輯 — 這些可能包括剩余材料、任一特殊表面等。
● 路徑鏈接 — Pro/TOOLMAKER的智能化有助于顯示最有效路徑，并創(chuàng)建優(yōu)化切削刀具的路線、提刀和插入。
● 結果可視化 — Pro/TOOLMAKER建立了一個實時模型，因此程序員可以瀏覽部件未來外觀。若用戶需要，Pro/TOOLMAKER能在加工過程中隨時創(chuàng)建庫存模型。