模具数字孪生与智能设计

科盛科技 副总经理 简锦昌

前言

对于塑料射出成型产业,在新产品开发的流程中会经过几个阶段,包含产品设计、模具设计、模具制造、现场试模,再到最后的量产;在阶段与阶段的衔接过程中,一般会再加入讨论或审核的机制。

例如在产品设计与模具设计串接时,会召开DFM会议,并讨论最初产品设计上的需求、模具设计拔模的方向与角度、顶针可能的排布,以及模具抛光等诸多讯息,这些信息都会在会议中进行讨论。等到模具设计结束后,则会有一个模具图面审查的流程,以确定模具设计的正确性。待图面审查通过后就开始模具的加工、组立,最后进行试模。

在这一连串流程中,不同阶段会由不同的工程师负责;另外,不同的工程师会使用不同的软硬件或系统,也因此这些信息常被保留在不同的系统,甚至是散落在不同的计算机硬盘上。这样的使用情境普遍存在大部分的工厂中,而在工业4.0信息串流的浪潮下,数字转型的系统整合环境因应而生。

图一 新产品开发包含许多阶段,各阶段由不同工程师负责,故「如何整合各阶段信息」成为现今各家企业的首要目标

人才与技术经验的持续累积

在工厂里面,有经验的CAE人才需要经过多年培养,但常因职务异动或企业间竞争造成人才的流失,连带着把CAE的技术与经验都带走,这不只是人才流失的问题,甚至也可能导致公司的技术能力成长因出现断层而停滞,而这样的问题一直以来都是企业心中的痛。因此,应该怎么做,才能将把人才的技术与经验转变成公司的价值并不断成长呢?

CAE分析项目的管理问题

CAE模流分析项目、分析报告等文件管理也是一个困难点。过去,这些项目或报告的电子文件会储存在个人的计算机中,或是透过备份硬盘或备份磁盘来管理,这样的档案管理方式,间接造成几个问题:

  1. 分享不容易,因为都在个人计算机上,所以必须透过档案复制的方式才可以将项目数据分享给其他人,这并不方便。
  2. 备份不容易,因为档案散落在不同的硬盘上,所以几乎没办法做到备份,只要硬盘发生损毁,可能过去的设计经验就都不见了。
  3. 搜寻不容易,需要查阅历史数据时,没有系统工具可以协助,只能靠记忆力来找寻。以上这几点都是业界普遍存在的问题。

图二 过去,CAE分析项目常被保留在不同的系统,甚至散落在不同的计算机硬盘上,造成管理困难

如何保留设计经验以提升企业价值

塑料射出产业一直以来都被当作是传统制造的产业(当然传统产业中也是有高附加价值/高毛利的公司),传统制造业给大家的印象就是公司是靠生产制造赚钱的,所以公司的资产是射出机与模具,射出机、其他辅具设备与模具的价值决定了公司的价值(当然还有企业的品牌价值)。若有一天,塑料射出产业能把模具开发设计的经验值也转变成公司的价值,好比一间公司若保有成千上万套模具的开发经验及记录,那么这间公司企业的资产价值是否也会因为这些经验与技术的纪录而提高呢?若果真是这样,这些纪录又会是以什么样的方式呈现呢?

透过iSLM提升企业核心竞争力

iSLM是个云端的服务系统平台,其主机一般是建置在公司企业内部的私有云,使用者只需要透过浏览器(例如Chrome或Microsoft Edge)就可以开启云端服务平台的页面,可以把他想象成是一个射出成型模具设计的数据管理平台(DMP, Data Management Platform),这个数据管理平台可以容纳各种不同的模具设计信息,包含模具设计相关的文件档案、使用的材料数据表(material data sheet)、Moldex3D的分析项目、现场试模条件及成型状况等讯息;这些讯息进入系统后,系统就会拥有所有的相关信息,这些信息经过不同的排列组合相互比较之后,可以提供统整后的信息给有需要的模具设计人员、现场制程的人员等,针对不同的需求给出不同的整合信息。

图三 透过iSLM提升企业核心竞争力

透过iSLM完成模具数字孪生

iSLM可以支持一键上传Moldex3D项目,项目上传到iSLM系统后,系统会自动萃取Moldex3D项目数据,包含run的信息/模型/材料/加工条件等信息都可以截取出来,并透过网页的方式呈现出来。所以同仁们只要有浏览器就可以实时检视项目分析数据,达到快速分享的目的。

图四 透过iSLM完成模具数字孪生

此外,iSLM也提供收集试模现场成型参数的工具,用户可以直接透过Web接口,将试模现场的成型参数收集到iSLM的系统上,内容可涵盖完整的制程参数,包含螺杆区域的温度控制、开关模设定、螺杆塑化及前后松退设定、射出/保压/顶出等行程设定;因为包含完整的射出参数设定,所以试模结束后还可自动产生试模报告,其中包含一份试模表。透过这样的方式可以由系统自动产出现场的试模表,减少人为手工抄写试模表可能导致的错误记录及遗漏。

图五 用户可透过Web接口,将试模现场的成型参数收集到iSLM系统上。试模结束后还可自动产生试模报告。

此外,试模后的产品质量检测数据也可以完整的保存在iSLM系统上。一般来说,不同产品有不同的质量需求,所以会有不同的质量检测项目,iSLM系统支持对质量检测项目进行客制,所以可依据不同需求订制出不同质量检测项目字段,满足不同的需求。

图六iSLM系统可依据不同产品之需求,订制出不同的质量检测项目字段

iSLM系统上已经保有虚(virtual)的CAE试模信息,同时也拥有实(physical)的现场试模信息,iSLM进一步提供虚实比对的功能,用户可以轻易的在网页接口上进行短射比对,成型曲线比对等;此外,所有的比对内容都直接记录在系统上以方便下一次的检视。

图七 iSLM提供虚实比对功能,用户可在网页接口上进行如短射比对、成型曲线比对等操作

结语

透过iSLM平台可完整收集射出成型模具设计上的完整数据数据,将过去每一套模具的单点数据串连起来成为完整的网状信息,其中包含有CAE的虚拟分析结果以及现场试模的实际结果,并进一步在系统中提供虚实比对的能力,达到模具数字孪生的数据管理。

透过平台的建立可以逐渐累积企业内部的数据,把过去的设计经验、成型经验等数据转换成公司的数据库,成为公司企业独特的domain know how,透过这样的方式直接提升企业核心竞争力,创造出不同的附加价值。


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