福州佳新创辉机电有限公司（原福州模具厂）是全国模具行业的重点企业，年产值近1000万元。公司的主要产品是汽车、摩托车覆盖件等产品冲压模具、PVC发泡塑料鞋模、标准模架。主要客户有广州五羊-本田摩托有限公司、上海新大洲-本田摩托有限公司、济南轻骑集团、浙江钱江摩托车集团、南京金城-铃木摩托车有限公司、济南轻骑-铃木摩托车有限公司、福州东南汽车公司等。

一、应用CAD/CAM的背景

1989年，CAD/CAM技术尚未推广应用，原厂模具设计主要依赖于手工绘图，一副中等复杂的模具仅设计时间就需要1-2个月，而且经常出差错；模具制造主要依靠普通机床加工，最先进的设备是仿型铣床，钳工看样板整修，效率低，精度差，周期长，一旦遇到精度要求高的三维复杂零件，就无法加工。因此，当时不能设计制造大型、复杂、精密的模具，只能设计制造简单零件的模具，而这些产品民营的小模具企业也能制造，企业毫无竞争优势可言。面临竞相压价、争抢业务的局面，公司陷入极为困难的境地，当时的年产值才150万元。

1990年，工厂通过技术改造，一步到位引进三维模具CAD/CAM/DNC技术软件，建立数控加工中心后，模具的设计和制造手段发生根本性变化，模具的制造工艺也发生了重大改变，从仅仅会制造简单模具发展到目前能大量制造精密、复杂、大型模具，如摩托车油箱（不打腻子）、头盔箱、小轿车铝合金发动机壳体等零件模具。目前公司制造的这些模具完全可以替代进口，公司的主要客户对模具质量都很满意，纷纷将原来需要依赖进口的高档摩托车油箱模具转到公司来制造，使公司在竞争激烈的市场中站稳脚跟。

二、CAD/CAM/DNC应用情况

(一)CAD/CAM/DNC技术简介

CAD/CAM/DNC技术作为计算机科学与工程科学结合的产物，是促进科研开发和成果转化，实现设计自动化，加快国民经济发展和国防现代化的一项关键技术；是提高产品设计水平，缩短新产品开发周期，提高劳动生产率，降低消耗的重要手段；是企业加强自主研究与开发创新能力，提高管理水平，参与国际合作与竞争的重要条件；也是进一步向CIMS发展的重要基础。该项技术的开发与应用水平已成为衡量一个企业甚至是一个国家工业现代化的重要标志之一。

(二)应用CAD/CAM技术的软硬件投入情况

到目前为止，企业投入CAD/CAM技术的资金达300多万元，购置了大量的硬件、软件。公司目前拥有计算机工作站8台、服务器一台、高性能微机80台，建立了内部局域网。采用美国EDS公司高档三维CAD/CAM软件(UGII软件)及PCCAD二维软件等，工厂拥有日本OKK公司的数控加工中心、龙门式数控加工中心、日本产坐标镗床、三坐标测量机、大型油压机、摩擦压力机床等专用设备近百台，技术力量雄厚，制模经验丰富。CAD/CAM/DNC技术、计算机辅助测绘技术逆向工程在工厂制模生产中得到广泛应用，目前绘图、设计、造型、编程、加工全部实现了计算机控制，完全甩掉图板。企业曾先后荣获由国家科委、技术监督局、国家信息办颁发的“CAD应用先进企业”和省科委颁发的“福建省CAD工程示范点”称号。1999年公司被福建省科委确定为省CAD应用示范工程企业。

(三)CAD/CAM的应用引发设计制造的变革

在CAD/CAM应用过程中，工厂采用全新的概念对传统的设计制造方法进行改革：即根据用户提供的二维图纸、数据光盘、三维实物模型这三种数据中的任一种，在计算机上建立产品的三维数学模型、模具零件三维形状，自动生成各种二维视图、NC程序，还可以进行仿真装配和仿真切削。从二维到三维的转变实际上是一种设计观念的革命，它不但将设计人员从简单的重复劳动中解放出来，同时也对设计人员提出了更高的要求，它要求设计人员必须更深刻的认识客观事务，才能进行实实在在的三维创作。在三维设计中，设计人员的创造性和聪明才智得到更加充分的发挥。目前公司技术科的模具设计CAD出图率达100%。

(四)CAD应用的重点：实用逆向工程技术

实用逆向工程技术也是工厂CAD应用的重要组成部分，它是一种重要的设计技术，在汽车、摩托车及家用电器产品的设计中得到广泛的应用。同时，它还是三维造型技术中难度最大的组成部分，是评估三维造型工程师技术水平的重要内容。

对整车来说，冲压件质量尤其是摩托车油箱的表面质量、型面、轮廓尺寸都直接影响着整车的外观，以至影响整个品牌在摩托车市场中的占有份额。

随着模具制造技术的发展，对于摩托车油箱复杂的空间曲线、曲面的质量评定，用传统的万能专用量具如：卷尺、长尺、高度尺、千分表、样板、模型等已远远满足不了对产品进行质量控制、质量评估的检测手段的需要，同时用户向模具制造厂家提供的制造依据也不再是唯一、规范的设计图纸。生产周期短、产品质量高、模具价格低已成为用户对模具厂家的三大要求。

在市场经济发展的今天，模具客户对模具产品质量评估的概念有了新的转变，从实物定性评价到数据化定量评价。产品质量如何，需要用数据来判定。然而，实现复杂的曲面、不规则的轮廓空间曲线上的几何形状以及用产品数学模型作为检验依据的检测很不容易。

因此，公司认为以往的模具检测手段已经不能适应现代模具技术发展的需要，决定购置三坐标测量机以适应用户各种制造依据的变化，满足质量检验逆向工程的需要，实现与CAD/CAM的联网通讯。

理论上，产品开发过程是由设计（图纸或造型）到实物（模型或产品）。而产品的实际开发工作常常采用一种“相反”的过程进行，即以某种实物（模型或样品）为蓝本进行设计，然后再进行制造得到最终产品。所谓逆向工程（Reverse engineering）也称反求工程，它是通过探测来定义零件的几何形状。通常是在缺乏原始数据的情况下，用来进行产品的改进或复制。具体地说，也就是在已经有了物理原形的情况下，将物理原形数据转换成设计数据，保证新产品与原物理模型的一致。建立数模是逆向工程的关键所在。有了数模零件就有了定义的标准，在计算机中这种用数学方法描述零件的几何图形，有利于设计进行CAE(计算机辅助工程)分析，CAM(辅助制造)可对其任意位置的坐标、曲率等几何要素进行分析。同时数学模型的精度和数据的完整性，不会受时间的影响而发生变形。

无论是新产品的开发设计、备件的复制，还是整套模具的复制，均属逆向工程的范畴。目前公司新模具的设计基本上都应用了逆向工程技术，同时还为许多企业提供了产品三维数据采集、计算机三维造型业务。

这几年企业用新概念设计制造了多套摩托车油箱、头盔箱大型冷冲模，优化了客户的初始设计，提高了模具质量，缩短了交货期，获得了客户的高度评价，例如：为广东大长江摩托车有限公司设计制造的HJ125-1A、为南京金城-铃木摩托车有限公司设计制造的GS125摩托车油箱模具，都被客户认为是“达到国际水平”，参见图1 ：福模的CAD/CAM/DNC应用模式。

图1 福模CAD/CAM/DNC应用模式

三、应用CAD/CAM/DNC的效益分析

(一)工作效率和经济效益大大提高

三维CAD/CAM/DNC的应用产生了良好的效益。例如一副摩托车油箱模具一般需要七套模具才能完成其冲压成型的工作。在传统的模具制造工艺中，每套模具的型腔是通过各自的实物模型仿型加工而成，模具设计制造的周期大约需要一年时间并且误差大、成本也高。采用CAD/CAM之后，由于数学模型的设计计算误差很小，并且不存在数据传递的误差，用它作为模具型面的制造依据，保证了制造依据的准确性和一致性，通过NC加工可以大大降低模具型面的制造误差，而且设计、制造周期大为缩短，目前模具设计制造仅需4个月时间，成本降低了15%，工人的劳动强度及对其本身的技术要求也降低了，数控机床能将工件加工到位。以前工厂工人都不愿意做大型复杂的模具，现在是抢着做，生怕分不到任务。

到目前为止，公司制造了许多套型腔模和冲裁模，如替重庆红山压铸厂制造奥拓微型轿车后桥齿轮箱压铸模，为济南轻骑集团、广东大长江摩托车有限公司、广东五羊-本田摩托有限公司制造了系列油箱、头盔箱模具，其中一套还出口国外，客户评价达到日本进口模具水平。由于使用计算机工作站辅助设计、辅助制造，增强了客户的信心。每一笔大业务，客户都要作认真的比较、详细的市场调研。当他们看到公司有这样先进的设备条件，在工作站上看到栩栩如生的产品模型，立刻增强了信心，写出的调研报告也更有说服力。如：广东大长江摩托车厂1999年底来企业考察CAD/CAM的应用后，2000年初签订了2副GN125和HJ125－1A摩托车油箱以及HJ125-1A摩托车头盔箱模具制造的合同，其中新开发的HJ125-1A摩托车油箱模具，仅以制造周期四个月完成，用户看到我厂的模具制造出来的产品不但可与日本进口类似模具的产品相媲美，而且价格只有进口模具的五分之一时，又于2001年后连续与我厂签订了四套摩托车油箱模具。

根据我们对摩托车油箱模具设计制造成本进行的核算，仅产品设计成本一项就比过去降低14%左右，产品的设计到投产周期缩短到原来的50%，制造周期缩短60%，设备利用率提高了2倍，人工成本降低了15%，材料消耗也比原来降低了15%，使应用该技术的经济效益得到了充分的体现。

(二)取得良好的社会效益

在质量上，用CAD/CAM制造出来的油箱，外形美观大方，而且不需打腻子，这意味着油箱喷漆可以上生产线采用静电喷漆；而打腻子的油箱，由于腻子与钢板两种材料不同，相对收缩率不同，经风吹日晒后容易产生裂纹，最终会剥落，而且还得增加打腻、水磨、抛光等工序，每个油箱成本就得增加10元左右，对模具用户来说，年产几十万个油箱、不打腻节约的成本就相当可观。

由于我公司是福州市较早引入高档次CAD/CAM技术，吸引了多批兄弟企业来厂参观学习，我们也多次在省、市有关会议上作技术交流，为该技术在福州地区的推广应用起了不可低估的推动作用。

(三)开拓了更广阔的市场，增强公司的竞争力

模具企业之间一直存在激烈竞争。我厂采用CAD/CAM技术后能够设计制造大型、复杂、精密的模具，替代进口，因此模具价格高，效益好；一些竞争对手由于技术落后，无法与我厂竞争。自从采用CAD/CAM技术后，有关大公司、集团、外商不断来厂考查，签订合同。公司不但能在这几年国家经济调整期内生存下来，而且获得了很大的发展。

四、推广应用CAD/CAM/DNC的经验和体会

（一）领导重视是企业推广CAD/CAM/DNC技术并发挥效益的重要条件。

（二）因地制宜，根据企业产品制造特点和企业管理特点，首先找到应用切入点，使其立即发挥经济效益，这是CAD/CAM/DNC应用成功和顺利发展的关键，也是企业领导最关心的问题，同时也会得到企业员工的衷心拥护。

（三）通过不断技术创新、开发新产品、走“产学研”道路以及争取政府支持等十分重要。

（四）重视人才。培养、引进人才和留住科技人员是保证CAD/CAM技术应用成功的重要因素。

本文作者：福州佳新创辉机电有限公司副总经理 王上游