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浅谈汽车内饰件生产中CAD/CAM系统的应用 |
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作者：格柏科技有限公司 |
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现代加工工业对于高效率、高精度、高质量、低成本提出了越来越高的要求，在很多领域，各种先进的自动化技术正日益得到广泛的应用。CAD/CAM系统自诞生之时起，发挥的作用也日益增强，已经成为广大生产企业必不可缺的得力工具。
软性材料在很多工业领域有着广泛的用途，它们基本上都需要将整块的材料按照实际需要，设计成相应的裁片，由裁割设备裁割成分开的裁片，然后由缝制工作再将裁片按照设计缝合为半成品或成品。
缝制品和软性材料应用的典型例子有：服装、交通工具（汽车、航空航天、船舶的座椅及内部装饰件）、家具及家居（沙发、布艺家具和居室纺织品等）、产业用纺织品、体育运动器材及设施、太空探测等领域的软质材料裁片设计、排料与裁割加工。主要的加工对象为各种布料、皮革、合成材料、产业用纺织品、玻璃钢等等。
本文将以汽车内饰件的生产为主要对象，探讨CAD/CAM系统的研究及应用。
针对汽车内饰件软性材料的处理工艺，CAD/CAM系统自从美国格柏科技上世纪60年代开始投入研发以来，逐步的有更多的公司投入了这支推广力量，除了欧美发达国家历史较悠久的研发之外，国内也有一些公司正下功夫加入这一行列。从国外的应用来看，已经达到了相当发达的程度，也带动了国内对这些技术和系统的投资和逐步广泛的应用，随着中国加工生产技术的不断升级，CAD/CAM正迎来非常广阔的前景。
世界上第一台裁床格柏70型，通用汽车曾用其裁割内饰件达
二十年之久，现陈列于史密森学会美国国家历史博物馆
汽车内饰件例如汽车座套、内部及顶篷装饰材料、地毯等等，主要为皮革及面料，也有一些复合材料。传统加工是以手工操作为主要方法进行皮革、布料或者一些复合材料的裁片分解设计、排料、裁剪的。在生产力发达的国家，市场竞争和科技的发展使得企业纷纷投入力量进行生产的自动化改造，CAD/CAM系统也因此大显身手。国内也已经有许多领先的厂商配备CAD/CAM系统进行高效设计和生产。
全自动化的软性材料的裁片加工可以概括为以下几个程序：
1．款式设计与开发：适用软件Vision Fashion Studio
这里指内饰件覆盖材料（皮、布等）的式样、结构等的设计与开发。设计人员根据市场需求，设计出与本公司产品整体相吻合的适销对路的产品款型，与之相配合的皮革或者面料也在此过程中得到规定。设计开发除了有设计师的创意之外，高效的设计工具将为其灵感和创意添上翅膀，大大加快设计过程，缩短开发周期，这意味着效益的提高。这方面的应用软件有：photoshop，coreldraw，AutoCAD等多种软件，这些软件通用性广泛，深受广大设计开发人员的喜爱。但是我们也不难发现这类软件的局限性，尤其是由于它们是大众化软件，在专业性方便功能往往不能满足设计开发人员的需求，因此，针对特定用途的专业软件越来越多地受到人们的欢迎。
款式设计中的换装功能让设计师轻松察看更换材料及其颜色后的效果，直观实用。
Vision Fashion Studio以及其他设计软件就应这种需求而诞生了。这类在服装设计中大显身手的软件系统，在针对家具的面料款式设计方面功能卓越，不仅可以实现面料本身的设计，而且在颜色调整、样板库、换装效果等方面完全满足设计师的需求，让设计师方便地看到某一种款式的设计模拟更换不同面料、花色时的实际效果。这大大提高了设计师的工作效率，使他们可以把更多的精力放到创意和规划上面，对于产品样板的开发则起到了积极的作用。
2．3D-2D转化：适用软件3D-Director
我们知道，汽车内饰件的成品都为立体，即3D的，可是，当我们需要为他们配上面料、皮革以及其他外饰材料时，这些材料本身都是平面的，怎样才能将平面的材料很贴合地缝合到立体的汽车座椅乃至其他众多产品之上呢？方法已经有了，就是将成品的3D参数通过专业计算机运算算法换算成2D参数，从而得出制作成成品所需要分解的平面裁片数量及具体规格尺寸。这一技术的开发，使得设计过程中的2D-3D风险大大降低，由于软件核算十分精确，因而由此设计出来的样片缝合起来后的整体将非常贴合成品的结构本身，从而减少了贴合性试验的次数，降低了在设计开发中对产品原型的依赖程度，更能帮助工厂节省昂贵的材料，对选用高档面料、高级皮革等加工的汽车内饰件生产企业来说，这意味着非常可观的成本节约，经济效益也就相应地提高了。
3．样板设计、自动排版：适用软件AccuMark，Nestpack或者NestServer
设计师的款式和花色设计由3D模式转化成2D模式，使得样板开发的过程前进了一大步，接下来就是如何合理的进行分片，以最少的裁片数量实现最佳的成品贴合性。
Nest系列是工业级的排版图优化系统，提高排料效率，降低材料损耗。
这个过程的完成方式有多种，高级样板师的手工操作在传统生产中起着很重要的作用。手工操作的不足之处在于对人员熟练程度的依赖性相当高，同样的工作，经验不同的人员操作，精确度和效率都会大有不同，其次，手工操作重复性和稳定向相对较差，导致产品的一致性难以控制。而且一旦人员更迭，对生产的影响非常之大，而且一名熟练的操作能手不是一朝一夕就能培养好的。
自动化样板设计和自动排版将使这种局面得到彻底改观，计算机CAD软件AccuMark所具备的强大工作能力可以通过多种途径设计和规划样板，例如读图板（数字化读图仪）可以扫描读取现有样板资料，然后进行样板编辑和修改。Nestpack和NestServer软件的自动排版及排版图优化作业能够保证样板的精确开发，优化排版的最大贡献就是快速、省料，根据优化排版结果，有助于采购部门确定面料或者皮革等原材料的进货量。电子文件存贮，也有助于保护公司的样板资料。计算机操作软件相对技师经验的积累相当容易掌握。
4．纸样喷绘：使用设备宽幅笔试绘图及/裁割机，或者宽幅喷墨绘图机。
所有的二维样板设计完成以后，用绘图机将排版图绘成纸样，便于1:1实样对比，资料保存，以及试生产时，检视和控制裁割路径。
从理论上讲，笔式绘图机的运行轨迹是根据排版图的线路来走的，因而相对来说在排版图不太密的情况下较为适用，而喷墨绘图机只是往复式的来回喷墨绘图，因此，排版图线条密集的情况下，效率更高。
5．铺料：适用设备自动铺布机，有些厂商称作拉布机。
汽车内饰件的衬垫、甚至内饰件的外辅材料会用到布料或者一些合成材料，这类材料不像皮革，每块皮都不同，而是一批材料的都是相同的，为了提高生产效率，多层材料同时裁割将会大大加快生产速度。用自动铺布系统进行铺料，可以保证铺布速度、平整度，成为自动化生产的好帮手。由于面料质地不同，铺布的难度也有所不同，一般而言，非弹性面料在铺料过程中，变形较少，易于掌握；而要铺好弹性面料，则显得没那么容易，伸缩率、变形都是非常棘手的事情，现在世界上最先进的自动化铺布机已经做到了无张力铺布作业，可以应付各类面料，实现平整、上下整齐一致的铺布。
6．裁割：适用设备自动裁割系统，有些称为自动裁床、电脑裁床或者自动化裁剪系统。
（1）皮革裁割：皮革和复合材料的裁割借助于智能化的高速皮革裁割系统，实现皮革等级分类分色标示、疵点识别，进行合理分配和裁割，并可选用人工排料和电脑自动优化排版程序，最大化利用昂贵的皮革，实现精确可靠的高质量裁割。
（2）布料裁割：布料裁割可以选用的设备有两种，一种是用于特殊定制化生产的单层或低层裁割系统，在制作样品和定制高档家具时这类裁床操作灵活，裁割精确，非常好用。一般来说，单层裁割在设计之初就考虑到了生产空间的实际情况，因而，占地面积都较小，易于在生产区域规划中进行安排，甚至有很多用户将其纳入设计室的范畴。
另一种是批量化生产的中高层裁床，这类裁床可以裁割的布料根据不同的应用情况，厚度有所不同，现在市场上比较常用的裁床裁割厚度布料真空压缩后在2.5-7.6公分，如此的批量，在生产中，由于铺布环节速度较慢，常常会成为厂商生产时的一个瓶颈，因此，这类中高层裁割系统一般都会与自动化铺布系统结合使用，以满足生产任务的需要。美国格柏的S91高层裁床已经问世有20年了，由于其裁割厚度高、擅长裁割一些难裁的面料，因而受到一些汽车内饰厂商的青睐。
需要特别提一下的是，像一些有条格或者花纹的面料，不同裁片之间的条格或者花纹的吻合是生产中碰到的难题之一，专业的自动化生产对条对格系统将帮助企业轻松解决这个困难，质量和速度都得到很高的保障。
通常根据业内习惯，款式设计—>3D-2D转化—>样片设计及排版优化—>纸样绘图是在产品开发和设计阶段，我们将其归入CAD系统，在企业实际生产中，建立专门的CAD室进行整个流程控制；而铺料—>裁割属于车间生产的阶段，我们将其归入CAM系统的范畴之内，企业建立裁剪车间来满足高效自动化的生产需求。
汽车内饰件生产过程中，一块皮革或者面料经过设计CAD/CAM系统的加工之后，成为一片片的分离的裁片，接下来的工序就是将这些分散的裁片根据家具的各个部件组织缝合了。
看这整套系统下来，您一定要期待将会有什么样的成果了吧，欢迎您经常留意，更多的应用案例以及软件和设备性能的介绍将使您熟悉这一先进的技术，说不定您的生产中也将会用上这样一套系统，您的企业从此如虎添翼，振翅高翔呢。
原载：国际汽车设计及制造(end)
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(12/25/2005) |
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