深度解析中国模具企业40年数字化征途,前瞻未来发展趋势

2024-11-24
原创 数字化伙伴 益模科技
2024年11月22日 19:36

导读

10月29日,中国模具40年奋斗历程经典回顾暨中国模协成立40周年庆典在成都盛大举办。


中国模具工业协会数字化信息化工作委员会主任,武汉益模科技股份有限公司董事长兼总经理易平在会上发表《中国模具企业数字化历程与未来展望》主题演讲,从中国模具企业数字化技术发展历程、数字化技术发展展望及数字化转型规划建议三大方面进行阐述。



易总带领现场嘉宾共同回溯了中国模具数字化技术的发展历程,从最初的技术引进与艰难探索,历经中期的自主研发与持续创新,直至当下智能化、集成化的崭新阶段,详细讲解了40年来数字化技术发展的关键节点与成就,易总还针对未来中国模具企业的发展方向,提出了兼具前瞻性和实用价值的策略建议,为行业的持续繁荣与数字化转型指明了方向。




*以下为部分演讲内容记录:


01


模具企业数字化技术发展历程


模具数字化设计技术发展历程:


二十世纪80年代,随着UG、Pro/E、CATIA等通用CAD集成软件系统以及MOLDFLOW、AUTOFORM等专业CAE软件问世,模具数字化设计技术开始蓬勃发展。


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二十世纪90年代,由于成本较高和技术门槛较大,国外CAD/CAE软件主要被一些大型国有企业和外资企业应用,应用范围相对有限,且设计结果只体现主要零件,其他零件未做设计。


二十一世纪以来,随着国外CAD/CAE软件在我国的广泛应用,二次开发的应用开始盛行,同时,国产CAD软件厂商,如中望、华天等相继推出自研模具设计软件,华中科技大学自主研发了材料成形系列CAE软件:注塑(华塑CAE)、铸造(华铸CAE)、冲压(Fastamp)等。尽管国产CAD/CAE发展迅速,但应用生态构建还处于培育阶段。


模具数字化制造技术发展历程:


二十世纪80年代,模具行业开始引进国外CAM软件及数控设备,用于模具加工和制造,模具制造实现了手工操作到简单的机械化生产的转变。

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二十世纪90年代,大型模具企业广泛应用CAM软件,一些中小型企业也开始尝试使用,CAM软件在模具行业的应用逐渐普及。


二十一世纪以来,制造业降本增效需求迫切,半自动化智能加工逐渐应用,柔性自动化生产线在模具行业的应用越来越广泛,实现CNC/CMM/EDM等工序的自动化;并与CADCAE等软件实现集成应用,实现了模具设计、制造、检测等全过程的数字化和信息化。


具数字化管理技术发展历程:


二十世纪50年代至70年代中期,中国模具制造业尚处于萌芽与初步发展阶段,生产规模普遍微小,通常是以家庭或小作坊为单位进行生产,这一时期技术水平相对初级,生产工具简单粗糙,生产管理依赖个人经验和习惯。


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二十世纪80年代,模具企业开始引入数控设备,生产规模有所扩大,但仍以中小型工厂为主。钳工承包制管理模式成为当时的主流运营模式,部分企业引入ERP系统进行成本计算。


二十一世纪以来,开始出现一些具有一定规模的中型模具企业,专业化和精细化的分科作业成为主流管理模式之一,出现了以益模为代表的模具生产管理软件厂商,实现从接单到交货的全流程信息化管理。


随着企业规模的进一步扩大,一些企业进入统筹集中管理阶段。这一阶段需要更好的整合资源、提效降本,模具企业的生产排产成为瓶颈问题,模具APS(Advanced Planning and Scheduling)高级排产系统被广泛关注,模具生产管理系统和ERP系统也开始进行深度数据集成,异构系统集成实现1+12的应用效果。


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02

模具企业数字化技术应用典型


40年间,数字化技术深入应用于模具设计、制造及生产管理,推动传统模具制造向数字化转型,提升了效率与质量,开启了行业新篇章,并涌现出一批典型企业。


一汽模具

一汽模具是典型的国企代表,前身为一汽冲模、夹具车间,也是中国车身模具和焊装行业中的龙头企业。


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一汽模具是典型的国企代表,前身为一汽冲模、夹具车间,也是中国车身模具和焊装行业中的龙头企业。


一汽模具的数字化技术应用历程与国内模具行业数字化技术的发展趋势紧密相连:1997年,一汽模具开始从手工图板制图转变为使用CAD软件进行二维模具设计模式,初步实现无纸化设计。2005年之后,一汽模具开始采用三维实体模具设计,还进一步探索了关联设计、知识工程、模板设计等新技术,大幅提升了模具设计效率和质量。

在模具数字化制造技术方面,一汽模具同样紧跟时代步伐。2006年,一汽模具引进数控加工设备,实现了手工操作到机械化的转变,提升了模具加工制造的效率和精度。2019年一汽模具与武汉益模合作,于2022年建成国内首条柔性数字化模具小件自动化生产线。

在模具数字化管理方面,一汽模具经历了从个人经验管理到全流程信息化管理的转变,生产管理逐渐走向规范化和信息化。2006年,一汽模具与武汉益模合作,应用模具生产管理系统实现了模具制造全流程信息化管理,提升了生产效率和降低了生产成本。


东江模具

东江模具,是典型的港资企业代表,也是领先的一站式注塑解决方案供应商,主要服务于汽车、家电、包装、医疗、个人护理等行业。


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东江模具的数字化技术应用历程紧密跟随,甚至引领了模具数字化设计、制造与管理技术的行业应用:1998年开始,东江模具积极引进Moldflow、UG等专业CAE/CAD软件,应用于注塑模具仿真分析与设计,2019年导入益模模块化设计平台。

在模具数字化制造技术方面,东江模具紧跟并引领时代步伐。1989年,东江模具引进MasterCAM编程软件,引入第一台CNC加工中心;2002年成立精密部门,引入精密高速加工中心,分科作业模式稍具雏形;2011年引入CNC五轴加工中心,探索工序集成加工。2014年开始,东江模具开始探索并逐步导入柔性自动复合线(NC、EDM)、精密CNC及EDM柔性生产线、行业首条5轴柔性钢料生产线,并于2020年引入AGV物流搬运系统。

与此同时,东江模具的生产管理模式也在不断升级和完善,2005年,东江模具启用ERP系统,实现企业资源的有效管理;2015年引入益模模具生产管理系统,并与ERP系统对接实现了数据源统一管理,并逐步引入APS、SRM、PDM/PLM等先进管理系统,实现了从接单到交货的全流程信息化管理。如今,东江模具正深入推行工业4.0,推动模具全流程数字化、信息化建设,向灯塔工厂迈进。



浙江凯华
凯华是典型的民营企业代表,如今也是中国大型注塑模具行业中的龙头企业,下设汽车、医疗、物流、家居家电四大业务板块,模具年产量3200余套,服务客户逾300家。


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凯华对数字化技术应用持续积极探索,自2007年起开始投入数字化技术应用,从模具管理系统到CRM客户关系管理、ERP企业管理系统,再到后续的技术标准化、生产管理、供应链管理及自动化生产线,不断升级和完善数字化体系,同时,各系统间的集成应用,如ERP与生产管理系统的集成,提升了数据共享和业务流程的协同效率。


凯华在数字化快速提升阶段,重点推进了自动化生产线的建设,如石墨无人车间和钢件柔性自动化线,实现了生产过程的自动化和智能化。如今,凯华在探索建设模塑数字化一体化车间和建设未来工厂。


03

模具企业数字化技术发展展望


演讲中,易总提到了中国模具工业协会在持续推动行业信息化/数字化发展中发挥的重要作用,从2008年首次召开模具企业信息化推广大会至今,中国模协持续不断地举办各类行业盛会,致力于为企业提供数字化转型路径、分享前沿技术、搭建交流平台,全力推动企业向数字化与信息化时代迈进。


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易总还指出,当前,数字化技术在各企业中的应用普及程度存在差异。中大型企业因资源较为丰富,数字化技术的应用已较为广泛;相比之下,小型企业则面临着数字化基础相对薄弱的挑战。此外,不同细分行业与区域间的数字化技术应用亦呈现出不平衡的状态。


在数字化转型的目标上,企业普遍追求大幅缩短交付周期、提高生产效率并降低成本、确保产品质量的一致性,以期在激烈的市场竞争中铸就优势。然而,在推进数字化的过程中,企业也面临着技术快速更新迭代、数字化人才短缺等挑战。但同时,政策的支持也为企业的数字化转型提供了难得的机遇。关于未来企业数字化技术的发展展望,易总提出了以下几点:



推动国产CAD/CAM/CAE软件的全面发展与应用

在CAD/CAM/CAE软件技术层面,目前国产CAD软件厂商已实现了自主创新并快速发展,据最新分析报告,国产三维CAD软件市场占有率从2022年的4%跃升至2023年的6%,未来需进一步推动国产模具CAD/CAE/CAM的深度集成及应用。目前国产CAE研发主要集中在高校,核心算法可对标国外软件,但数据积累少,未形成开发-应用-反馈-优化的良性闭环,需要通过政策引导、资本推动、产学研用协作,打造优秀国产CAE软件和商业化企业。


加强AI与模具工业软件的应用与融合

在新兴技术的应用与融合上,应着重加强AI技术与模具工业软件的融合,如目前已实现的AI应用,通过AI多模态搜索引擎,实现2D、3D、草图及图片的高效检索;应用AI智能工艺编制,实现一键匹配工艺;以及应用AI视觉技术,实现工作进度的智能化、无感化报工等。


应深入应用机器人、自动化产线等数字、智能技术,帮助模具企业提高生产效率、降低成本与节能降耗,同时通过搭建行业数据共享与创新能力提升平台,将分散的技术集成共享,使众多中小模具企业更好融入全球产业链和创新链,产业分工更加注重专业化和精细化。


04

模具企业数字化转型规划建议


讲到给模具企业数字化转型的建议时,易总谈到了当前产业转移及要素变化:


2018~2022年,亚洲、东欧市场需求显著增长;此外国家从政策层面正引导资金、技术、劳动密集型产业从东部向中西部、从中心城市向腹地有序转移;大力推进产业数字化、数字产业化,要求做好数字化转型中的岗位挖潜、职业转换等。


未来,模具企业应该规划打造具有全方位、卓越竞争力的全能型智造工厂,从订单到设计,制造加工到物流出货等方面的全方位变革,实现一体化、全局化、垂直整合的全流程数智化发展。


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模具企业数字化转型四部曲:总体规划,分阶段建设


第1阶段:数字化透明工厂

目标:搭建生产管理系统,实现生产透明化。

主要内容:包括订单管理、项目管理、计划管理、设计管理、工艺管理、生产执行、MDC采集、外协管理、可视化看板、质量管理、编程/刀具管理等。

具体措施:建设数字化透明工厂平台,实现关键零件生产进度和过程的追溯,推行车间无纸化管理,以及设备稼动率的准确实时监控。


第2阶段:自动化高效工厂

目标:基于可视化平台实现局部自动化。

主要内容:重点在于设备编程工艺、加工、物流、仓储等方面的自动化提效。

具体措施:设计、编程、工艺的自动化,加工、检测的自动化,以及仓储、物流的自动化,同时强调人机料法的高效协同。


第3阶段:精益化高效工厂

目标:基于APS实现精益化生产运营。

主要内容:包括工具管理、绩效管理、高级自动排产(APS)、供应链协同和精益生产。

具体措施:精益生产以合理安排资源,快速响应以提升交期保障能力,实现工厂内及供应链的协同化制造,从而降低制造成本,提高利润生产。


第4阶段:柔性化智慧工厂

目标:建设智慧工厂。

主要内容:探索工艺优化、数据挖掘、机器学习、数字孪生和AI+大模型等技术的应用。

具体措施:多层次挖掘数据价值,应用数字孪生和AI技术,实现按需、高柔性的生产,以及异常预测和自主决策。这四个阶段逐步推进,以实现生产过程的数字化、自动化、精益化和智能化。

模具企业自动化技术应用路线规划:


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零件自动化优先级确认

确定零件范围的优先级顺序。企业根据自身资源瓶颈工序的实际情况,依次将电极、镶件、模仁以及其他零件列为自动化的重点对象。


制定规范,建立标准

制定包括数据流的规范化、标准化,实现零点定位,设计标准化、CAM标准化,以及电极和镶件的装夹标准化。


半自动化加工与零件身份识别

半自动化加工阶段,完成零件的RFID身份识别。通过CMM智能编程、EDM智能编程等技术手段,包括单件加工、批量加工以及柔性自动化加工等多种形式,实现在人工干涉下的自动化加工。


无人化柔性自动化加工与整厂自动化

柔性自动化加工及整厂自动化建设,包括工序单元、单序轨道线、多序轨道线等。在智能物流方面,企业一般需要从人工操作的单机物流逐步升级为单机无人/多机协同物流、跨产线协同物流、跨车间智能协同物流,直至实现整厂智能仓储物流。


除了规划层面的建议,易总从认知、交付、运维等方面总结了企业数字化转型常见的四大误区和陷阱,预警企业数字化过程中遭遇的共性困境,并为企业数字化提供行业评定标准作为方法指引,帮助企业避坑而行、成功转型。


模具企业数字化转型关键点:


认知导入期:意识转变与组织文化匹配
企业高层:确定转型的目的,践行“一把手”工程。
业务部门与IT部门:目标统一,明确内部业务转型需求
交付期 :明确边界 分阶段进行 协作配合
运维期 :科学选型与经验能力长期陪伴
稳定的系统运营确保系统的稳定运行
高效的响应速度:提供高效的响应速度
可持续的运维服务:提供持续的运维服务
可拓展的业务数据:支持业务数据的扩展


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中国模协数字化、自动化能力评定标准:


为有效推动模具企业数字化、自动化能力建设,中国模具工业协会已发布两项团体标准,即《模具企业数字化能力评定方法》、《模具企业自动化能力评定方法》。


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帮助模具企业找准定位,识别自身生产运营中数字化、自动化短板,发现优势和劣势,为企业进一步的数字化、自动化转型提供方向指引,帮助企业有条理、有层次的实现智能制造目标。


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本文旨在为中国模具企业提供一份全面、深入的数字化发展报告,帮助企业更好地把握历史机遇,迎接未来挑战,实现可持续高质量发展。同时,也为相关行业和领域的研究者、从业者提供有益的参考和借鉴。




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