SolidWorks如何在產品設計研發階段控制制造成本

撰文/Dassault Systemes 郭健

SolidWorks如何在產品設計研發階段控制制造成本

撰文/Dassault Systemes 郭健

三維CAD在制造業的大力推廣應用，使工程設計人員的效率及正確性有了顯著的提升，產品的研發過程直接通過3D數字化的平臺建立體現出來，多數的問題可以在設計的早期發現，很多工作可以以并行的工作方式展開，那么如何在設計階段評估產品的制造成本呢？這是一個長期困擾工程技術人員的難題。通常制造業的研發流程是這樣的，開發部門只考慮產品設計，工藝部門結合設計圖樣制定工藝路線并下發車間制造，這樣就會造成設計與加工制造的脫節，設計人員沒有充分考慮設備制造能力，忽視產品的制造成本，工藝人員又沒有辦法及時告知設計人員的制造生產能力條件，這就大大阻礙了研發進度并使產品的制造成本居高不下。那么如何解決這一難題呢，下面我會向工程師朋友介紹SolidWorks中幾個在產品研發階段幫助設計人員利用3D模型數據評估制造可行性及制造成本的技術。

在SolidWorks Premium中包含了Costing這一成本計算工具通過自動進行成本估算和報價過程幫助客戶在產品的3D設計階段計算制造鈑金零件和機加工零件的成本。此工具根據制造成本幫助設計人員做出設計決定，幫助制造商為客戶創建報價。無論您何時更改設計，都可以立即看到更新的成本以及詳細的成本細節。此外，您可以生成自動成本報告。成本計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動。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聯成本。評估模板可以完全由客戶根據自身企業的價格設備，生產能力等因素創建自定義模板操作，如集成到PDM、ERP等系統。

成本計算為不同的受眾服務。

設計人員：成本計算提供“預計成本”估算，即制造零件應耗費多少成本。成本計算可以進行模型對比，以便您根據設計過程中的早期成本做出決定。您可以嘗試“假設”情形，例如移除功能、更改材料以及使用不同的制造過程，了解這些方式對成本產生的影響。可重復進行成本估算，因為估算結果基于模板中的數據，所以可以準確的使用這些信息來計算成本。

制造商：成本計算根據制造零件所需要的材料、過程以及其它關聯成本創建精確的報價。與手動方法相比，例如使用電子表格、計數功能和估算移除的材料，成本計算可加快報價過程。成本計算有助于消除錯誤，提供精確的可重復報價系統，以便在需要修訂新材料或勞務費時可進行更新。Costing成本計算工具分為鈑金類零件，機加工零件，焊接，鑄造和裝配等類型功能，其中鈑金件與機加工最為常見。

鈑金成本計算工具：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。孔和切割等功能被視為激光、水力噴射切割和等離子切割等操作的制造切割路徑。

機加工成本計算：機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）。 機加工零件在經過鉆孔、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。

通過成本計算工具算出的成本與模板中的數據一樣精確。雖然SolidWorks 提供預填充模板，但是最好根據客戶的制造商制造能力條件創建自定義模板。建議企業對內部制造部門和外部制造供應商一起創建反映實際成本的自定義模板。

DFMXpress是一款集成在SolidWorks內部的零件制造可行性的分析工具。 使用DFMXpress在設計階段識別可能導致加工無法進行的設計特征，如銑削零件的凹槽，例如“尖角”是無法加工的，另外增加生產成本的設計區域，如使用鉆床鉆一個1mm直徑，深達1000mm的孔，這樣有難度的加工特征，通常會造成較高的制造成本。在DFMXpress中，設計人員可以與制造工藝人員溝通結合自身企業的生產制造能力定制檢測模板準則，對設計的零件進行前期的制造可行性分析，查找出不合理的特征并更改設計參數。與Costing相比較DFMXpress更針對于3D模型的特征類型及參數，并結合制造條件進行分析判斷，它的檢查規則類型主要有以下內容。

鉆孔規則：孔深度到直徑的比率不宜過大，否則較難加工，深孔對設備要求很高且清理碎屑更困難

部分孔：當孔與特征邊線相交時，至少75%的孔面積應位于材料之內。勿使孔軸與零件邊緣斜交，否則鉆頭會走位。

鏜孔空隙——針對車削零件：為盲鏜孔的底部提供刀具空隙。

最小邊角半徑——針對車削零件：避免尖內角。提供一個足夠大的內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）曲面的折轉曲面可能引起毛邊。

無法探尋的加工特征：特征應該易于接近，以便以所需方向進行加工。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需使用的細長端銑刀容易振動，因此很難達到嚴格的公差要求。如果槽縫是給定深度的槽縫，深槽縫還會使清理碎屑更困難。

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

線性與角度公差規則：公差不應過緊。過緊公差可能需要超出現有工具的自然加工能力范圍的特殊加工參數。要想配置公差規則，請設定最小線性公差帶和最小角度公差帶。

外邊線上的圓角：對于外部邊角，倒角優先于圓角。外部圓角需要使用鏟齒銑刀及精密設置，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用也很昂貴。

DFMXpress的應用主要這對車削加工和銑削加工兩類特征的模型進行分析處理，在設計初期找到不符合要求的設計特征及參數，通過更改反復檢查最終得到易于制造的設計方案。

結合以上的介紹我們可以了解當前的三維設計軟件的發展已經不止停留在建模能力，裝配性能，出圖標準化等方面，更加傾向于機械設計工程師的實際應用需求，更加關注制造業客戶的工作流程，軟件的研發方向已經從2D 到3D過度到3D到3D深層次的發展階段，基于知識與經驗的智能模式正在廣泛應用于三維CAD技術領域，相信不久的將來機械工程師真正能夠體驗設計帶來的快樂。