李玉坤

（富联科技（晋城）有限公司，山西 晋城 048000）

工业企业是对自然资源开采和对各种原材料加工的社会物质生产部门。随着工业互联网相关技术的发展以及其创新应用的不断落地，也带来模具制造加工产业的数字化升级。工业互联网模式在模具制造加工产业中的应用，需要跳出产业本身，进行创新的应用探讨。

1.1 工业互联网的定义

驱动工业互联网发展的原因有很多。首先，新一代网络技术的发展和应用提升了工业生产力，可以极大地提高工业生产效率。其次，世界各国工业发展战略出台后，带来新一轮的工业产业发展竞争，进而驱动了工业产业变革。最后，旧工业生产力对经济驱动力作用不足，高能耗、高污染问题亟待解决，需要工业互联网帮助产业发展。因而，多原因带动了新的工业产业革命。

1.2 工业互联网的新模式（见图1）

图1 企业转型的关键要素图

工业互联网的发展，以网络为基础，以平台为中枢，数据为要素，安全为保障，形成六大新模式，即：平台化设计、智能化制造、网络化协同、个性化定制、服务化延伸和数字化管理。

工业互联网打破传统的工业生产模式，将用户需求、企业形态、供应链、产业链中的各种工业生产要素，通过信息网络技术，以提高生产效率、提升和创造经济价值、降低能耗和保护生态环境等为目的，重新建构起更为系统化和科学合理的工业生产要素间的关联。基于工业互联网的企业需要创新生产模式、组织形式和商业范式。企业需要在力所能及的范围内，通过网络信息技术，跟随国家工业发展策略和产业发展需求，创新建构起更高效、更安全、更具经济价值和更加低碳环保的生产模式、组织形式和商业范式。

1.3 工业互联网对工业发展提出更高要求

在工业生产制造中，基于智能化、自动化的工业生产，需要具备更高可靠性、更强安全性和更低延时性的技术手段。在企业利益层级，需要在复杂的竞争关系中寻求合作关联，基于企业需求进行个性化定制、服务延伸和数字化管理。在产业层级、价值链层级，需要国家政策的引导和促进，需要产业层级、价值链层级的互通互联、平台搭建和技术语言互通。在建设人才层面，需要了解工业互联网技术、熟悉企业、行业和产业发展的综合型人才，需要具备多元知识结构的人才来建构全新的工业互联网产业模式。

2.1 模具制造加工

模具通过生产设备对不同坯料的力学加工完成产品或其零部件的成型处理。从产品成型角度来讲，需要产品形态、模具、成型设备和物料的共同作用，进而完成产品或其零部件的批量生产。模具根据材料的不同分为五金模具、塑料模具和特殊模具。模具加工方法工艺特点如下页表1所示。

表1 模具加工方法工艺特点

模具的制造加工是根据产品生产设备要求和产品成型特点对产品成型模具的加工。模具加工流程如下：

1）根据生产设备要求和产品成型特点进行模具设计，选择模具材料。

2）通过铣削等工艺对模具原材料进行打孔、丝板攻牙等模具匹配上的粗加工，通过CNC加工、电火花加工等完成模具在产品形态上的精加工，通过慢走丝加工完成模具钻孔、顶针和行位等的精细加工。

3）通过配模、模具阻力测试、试模和模具表面处理，实现模具在产品生产上的使用功能。

2.2 模具制造加工产业特点

2.2.1 模具需要根据产品制件需求进行制造加工

模具是产品成型的工具，是产品批量生产的固定设备。因而，模具是单件、多品种的产品生产工具，需要根据产品尺寸、形态、表面特质和精度要求进行设计和制造加工。同时，需要保证模具的生产使用寿命。产品零部件形态各异、尺寸大小不等，会面临加工精度、装配精度、材料成型限制等各种生产加工问题。

2.2.2 模具质量有多种影响因素

为保证模具制品的数量和质量，模具的制造加工需要达到一定的精度、刚度和使用寿命。影响模具加工精度的原因有模具加工设备的加工精度、自动化水平、模具制造生产方式、管理水平以及装配钳工的技术等。影响模具使用寿命的因素主要有模具的机构、材料、加工质量、工作状态以及产品零部件要求等。

2.2.3 模具制造加工产业的经济效益提升

模具的生产成本和生产周期决定了模具制造加工的经济效益。为保证模具制造加工的质量和加工周期，提升模具制造加工的经济效益，需要建立明确的模具设计、加工、验收等技术标准，提升模具企业的专门化程度、模具制造的加工技术手段以及模具生产企业的经营管理水平，平衡制品需求在模具尺寸、材料、精度、刚度上的经济利益，降低模具的复杂程度。

3.1 利用数控加工技术提升模具加工精细能力

产品工艺质量很大程度上由模具的加工精度决定。模具加工设备是影响模具精度和可加工程度的重要因素。传统的模具加工设备自动化程度低，很难实现高标准的精细加工。见图2。

图2 数控加工过程

模具的数控加工技术[1]可以实现高精度、高速度、高柔性化、网络化和智能化的模具加工工艺。采用先进数控加工技术的模具加工设备，可以完成单件、小批量、高精度和复杂表面的零件加工。

目前，数控加工技术的精度已经可以达到亚微米级，可以很好地保证模具精度。高速切削可以提高加工的切削力，减小加工中的热变形，提升加工速度。柔性化的加工可以实现多尺寸、多形变、更大范围的模具形态加工。基于FMS、CIMS的网络化加工，可以实现远程的加工监视、控制、检测和诊断。智能化的加工技术可以实现加工设备的自检测、自动处理、自动化编程和专家系统等，为处理模具加工加工设计、复杂表面处理和精密模具制造提供便利[2]。

3.2 无人化操作提升模具制造加工的生产安全

模具制造加工生产中，需要多种数控设备进行金属切削、打磨等加工处理，隐藏生产安全隐患。随着工业互联网相关技术的发展，模具制造加工设备将更加自动化和无人化，减少了人为操作，并可以实现远程控制加工，极大地保证了模具的生产安全。

3.3 利用数字软件平台优化产品设计、模具设计、模具加工间的关联，提升模具设计创新能力

传统的模具设计大都是根据产品制件的结构进行模具设计。需要产品设计师、结构设计师了解模具分型、脱模等模具知识，模具设计师要理解产品结构功能特点和模具加工流程，不同加工阶段的模具加工师傅要保证模具的加工精度。因而，产品制件从设计到批量化生产间，存在诸多沟通环节。

工业互联网时代，通过设计软件与模具加工软件的数字化互通，可以实现精准的产品形态概念到模具实体化过程。更重要的是，在具体的产品研发中，围绕产品创新，需要视觉化、动态化的模拟技术，提供一个在产品造型设计、结构设计、模具设计以及数字加工间的实时沟通通路，建立产品创新设计到模具数字化加工间的可行性模拟实验，进而降低产品概念在模具加工中的试错成本，提高产品创新设计和模具创新设计机会，提升产品的综合创新能力。

3.4 基于MES实现智能化的模具制造加工管理，提升模具制造加工的经济效益

基于MES的模具制造加工管理，可以实现在系统层面的制造加工管理、提升效率和管控成本。在具体的应用中，需要搭建系统的软件管理平台，通过网络通讯技术和物联网技术将生产设备接入信息化系统，通过数控加工技术实现模具的精细化、智能化加工，进而实现生产过程的数字化、网络化、自动化和智能化。通过应用软件建立产品制件设计、结构设计、模具设计间的交流与沟通。通过计算机孪生技术，建立模具设计与模具生产加工间的实时监测。通过数字化的信息管理，建立生产计划、进度、资源、质量信息的平台层级信息，并根据生产需求进行有序流动。

3.5 将模具制造加工产业融入更高层面的工业生产制造体系

模具制造加工是工业产品从设计研发到批量生产的中间部分，也是产品从概念设计到具体产品实物实现的重要环节。

从产品生产制造角度来看，模具制造加工上游承接产品设计研发，模具需求由产品需求变化决定。中游通过模具设计、加工和生产管理实现模具的加工制造。下游需要保证产品制件的批量生产质量和数量以及废旧模具的回收和再利用处理。

从模具制造加工产业角度来看，上游关联模具加工材料、模具表面处理材料、模具加工设备的约束。中游面临模具制造企业在技术、客户、资源等方面的激烈竞争。下游服务不同的产品生产企业，需要不同的模具制造类型和模具加工制造服务。

未来，工业互联网模式在模具制造加工产业中的应用创新，或许更多需要基于产业链、价值链层面的思考与创新建构[3]。比如，通过企业在资本层面的重组、合作或并购等，实现产业横向和纵向的利益最大化。通过对数字化、智能化、精密度更高的模具加工技术的应用，带动产品研发层面的设计创新，进而增加企业自身的竞争力。通过数字化的统筹管理，建立模具制造加工在企业内部、产业链、价值链上的系统关联，实现成本优化或是经营模式创新等等。

工业互联网模式在模具制造业中的应用，需要结合工业互联网技术特点和模具制造加工产业特点进行综合创新。其应用不能只是为了迎合技术发展而盲目地进行产业升级，需要基于企业自身的效率优化和利益最大化，建立可行的模式应用。要立足行业未来发展的可能进行应用创新，将低碳化、绿色等符合人类长远发展的思考纳入其中。

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