撰文/Dassault Systemes 郭健

SolidWorks如何在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)階段控制制造成本

撰文/Dassault Systemes 郭健

三維CAD在制造業(yè)的大力推廣應(yīng)用，使工程設(shè)計(jì)人員的效率及正確性有了顯著的提升，產(chǎn)品的研發(fā)過程直接通過3D數(shù)字化的平臺(tái)建立體現(xiàn)出來，多數(shù)的問題可以在設(shè)計(jì)的早期發(fā)現(xiàn)，很多工作可以以并行的工作方式展開，那么如何在設(shè)計(jì)階段評(píng)估產(chǎn)品的制造成本呢？這是一個(gè)長期困擾工程技術(shù)人員的難題。通常制造業(yè)的研發(fā)流程是這樣的，開發(fā)部門只考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝部門結(jié)合設(shè)計(jì)圖樣制定工藝路線并下發(fā)車間制造，這樣就會(huì)造成設(shè)計(jì)與加工制造的脫節(jié)，設(shè)計(jì)人員沒有充分考慮設(shè)備制造能力，忽視產(chǎn)品的制造成本，工藝人員又沒有辦法及時(shí)告知設(shè)計(jì)人員的制造生產(chǎn)能力條件，這就大大阻礙了研發(fā)進(jìn)度并使產(chǎn)品的制造成本居高不下。那么如何解決這一難題呢，下面我會(huì)向工程師朋友介紹SolidWorks中幾個(gè)在產(chǎn)品研發(fā)階段幫助設(shè)計(jì)人員利用3D模型數(shù)據(jù)評(píng)估制造可行性及制造成本的技術(shù)。

在SolidWorks Premium中包含了Costing這一成本計(jì)算工具通過自動(dòng)進(jìn)行成本估算和報(bào)價(jià)過程幫助客戶在產(chǎn)品的3D設(shè)計(jì)階段計(jì)算制造鈑金零件和機(jī)加工零件的成本。此工具根據(jù)制造成本幫助設(shè)計(jì)人員做出設(shè)計(jì)決定，幫助制造商為客戶創(chuàng)建報(bào)價(jià)。無論您何時(shí)更改設(shè)計(jì)，都可以立即看到更新的成本以及詳細(xì)的成本細(xì)節(jié)。此外，您可以生成自動(dòng)成本報(bào)告。成本計(jì)算工具由模板中確定制造成本的制造信息和材料信息所驅(qū)動(dòng)。在模板中可以指定用于加工零件的材料、制造工藝過程（例如激光切割、折彎或車削加工、銑削加工和鉆孔等），以及這些材料和制造工序的關(guān)聯(lián)成本。評(píng)估模板可以完全由客戶根據(jù)自身企業(yè)的價(jià)格設(shè)備，生產(chǎn)能力等因素創(chuàng)建自定義模板操作，如集成到PDM、ERP等系統(tǒng)。

成本計(jì)算為不同的受眾服務(wù)。

設(shè)計(jì)人員：成本計(jì)算提供“預(yù)計(jì)成本”估算，即制造零件應(yīng)耗費(fèi)多少成本。成本計(jì)算可以進(jìn)行模型對(duì)比，以便您根據(jù)設(shè)計(jì)過程中的早期成本做出決定。您可以嘗試“假設(shè)”情形，例如移除功能、更改材料以及使用不同的制造過程，了解這些方式對(duì)成本產(chǎn)生的影響。可重復(fù)進(jìn)行成本估算，因?yàn)楣浪憬Y(jié)果基于模板中的數(shù)據(jù)，所以可以準(zhǔn)確的使用這些信息來計(jì)算成本。

制造商：成本計(jì)算根據(jù)制造零件所需要的材料、過程以及其它關(guān)聯(lián)成本創(chuàng)建精確的報(bào)價(jià)。與手動(dòng)方法相比，例如使用電子表格、計(jì)數(shù)功能和估算移除的材料，成本計(jì)算可加快報(bào)價(jià)過程。成本計(jì)算有助于消除錯(cuò)誤，提供精確的可重復(fù)報(bào)價(jià)系統(tǒng)，以便在需要修訂新材料或勞務(wù)費(fèi)時(shí)可進(jìn)行更新。Costing成本計(jì)算工具分為鈑金類零件，機(jī)加工零件，焊接，鑄造和裝配等類型功能，其中鈑金件與機(jī)加工最為常見。

鈑金成本計(jì)算工具：要使用此工具，零件必須包含鈑金功能，例如法蘭、折彎和沖壓成形工具?？缀颓懈畹裙δ鼙灰暈榧す?、水力噴射切割和等離子切割等操作的制造切割路徑。

機(jī)加工成本計(jì)算：機(jī)加工零件始于材料塊或材料的板塊配料（例如金屬板或圓柱體）。 機(jī)加工零件在經(jīng)過鉆孔、磨削或車削后，通過水力噴射或等離子切割以生成最終的形狀。

通過成本計(jì)算工具算出的成本與模板中的數(shù)據(jù)一樣精確。雖然SolidWorks 提供預(yù)填充模板，但是最好根據(jù)客戶的制造商制造能力條件創(chuàng)建自定義模板。建議企業(yè)對(duì)內(nèi)部制造部門和外部制造供應(yīng)商一起創(chuàng)建反映實(shí)際成本的自定義模板。

DFMXpress是一款集成在SolidWorks內(nèi)部的零件制造可行性的分析工具。 使用DFMXpress在設(shè)計(jì)階段識(shí)別可能導(dǎo)致加工無法進(jìn)行的設(shè)計(jì)特征，如銑削零件的凹槽，例如“尖角”是無法加工的，另外增加生產(chǎn)成本的設(shè)計(jì)區(qū)域，如使用鉆床鉆一個(gè)1mm直徑，深達(dá)1000mm的孔，這樣有難度的加工特征，通常會(huì)造成較高的制造成本。在DFMXpress中，設(shè)計(jì)人員可以與制造工藝人員溝通結(jié)合自身企業(yè)的生產(chǎn)制造能力定制檢測模板準(zhǔn)則，對(duì)設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行前期的制造可行性分析，查找出不合理的特征并更改設(shè)計(jì)參數(shù)。與Costing相比較DFMXpress更針對(duì)于3D模型的特征類型及參數(shù)，并結(jié)合制造條件進(jìn)行分析判斷，它的檢查規(guī)則類型主要有以下內(nèi)容。

鉆孔規(guī)則：孔深度到直徑的比率不宜過大，否則較難加工，深孔對(duì)設(shè)備要求很高且清理碎屑更困難

部分孔：當(dāng)孔與特征邊線相交時(shí)，至少75%的孔面積應(yīng)位于材料之內(nèi)。勿使孔軸與零件邊緣斜交，否則鉆頭會(huì)走位。

鏜孔空隙——針對(duì)車削零件：為盲鏜孔的底部提供刀具空隙。

最小邊角半徑——針對(duì)車削零件：避免尖內(nèi)角。提供一個(gè)足夠大的內(nèi)部半徑來容納頂端半徑較大的工具，這樣工具較不容易折斷。垂直于非加工（鑄造）曲面的折轉(zhuǎn)曲面可能引起毛邊。

無法探尋的加工特征：特征應(yīng)該易于接近，以便以所需方向進(jìn)行加工。無法接近的特征要求特殊的加工工具或加工技巧。

深腔體和槽縫：既深又狹窄的槽縫很難加工。加工既深又狹窄的槽縫時(shí)需使用的細(xì)長端銑刀容易振動(dòng)，因此很難達(dá)到嚴(yán)格的公差要求。如果槽縫是給定深度的槽縫，深槽縫還會(huì)使清理碎屑更困難。

加工內(nèi)尖角：尖內(nèi)角無法通過傳統(tǒng)碾磨工藝加工，需要采用如電火花加工 （EDM） 之類的非傳統(tǒng)加工工藝。

線性與角度公差規(guī)則：公差不應(yīng)過緊。過緊公差可能需要超出現(xiàn)有工具的自然加工能力范圍的特殊加工參數(shù)。要想配置公差規(guī)則，請(qǐng)?jiān)O(shè)定最小線性公差帶和最小角度公差帶。

外邊線上的圓角：對(duì)于外部邊角，倒角優(yōu)先于圓角。外部圓角需要使用鏟齒銑刀及精密設(shè)置，兩者均很昂貴。即便是使用滾珠端銑刀，將圓角融合到已有曲面的制造費(fèi)用也很昂貴。

DFMXpress的應(yīng)用主要這對(duì)車削加工和銑削加工兩類特征的模型進(jìn)行分析處理，在設(shè)計(jì)初期找到不符合要求的設(shè)計(jì)特征及參數(shù)，通過更改反復(fù)檢查最終得到易于制造的設(shè)計(jì)方案。

結(jié)合以上的介紹我們可以了解當(dāng)前的三維設(shè)計(jì)軟件的發(fā)展已經(jīng)不止停留在建模能力，裝配性能，出圖標(biāo)準(zhǔn)化等方面，更加傾向于機(jī)械設(shè)計(jì)工程師的實(shí)際應(yīng)用需求，更加關(guān)注制造業(yè)客戶的工作流程，軟件的研發(fā)方向已經(jīng)從2D 到3D過度到3D到3D深層次的發(fā)展階段，基于知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能模式正在廣泛應(yīng)用于三維CAD技術(shù)領(lǐng)域，相信不久的將來機(jī)械工程師真正能夠體驗(yàn)設(shè)計(jì)帶來的快樂。