2012年11月8日 星期四

鋼彈模型--講究的製造業(二)

譯自:http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/0907/28/news097.html

(二)鋼普拉是不做模流分析的

原作:小林由美(IT MONOist雜誌) 2009/7/28


[前言]剛彈塑膠模型(簡稱「鋼普拉」)的設計/製造世界,其實擁有了和家電或工業機械很不一樣的設計思想或文化。所以我們想藉由這種獨特的主題來改變一下和平常不一樣的視點,搞不好可以幫助大家獲得製造上的靈感喔。

就像前一篇介紹過的一樣,像手指關節那樣可以做出纖細動作的可活動零件到底是怎麼成形的呢?

萬代模型玩具事業部製品設計小組經理的大榎直哉先生說:「這些是我們的秘訣,所以我不能詳細地說明。我只能提示說這是靠射出的時機、冷卻溫度與時間控制辦到的。換句話說,材料特性與模具的製作方法是需要特別注意的重點。」



那麼在四色成形中,該怎麼做才不會讓顏色混在一起呢?這也跟上述的敘述一樣是機密,大榎先生說:「能做到四射成型的成型機,只有這裡才有。所以相關的成形技術與祕訣也是只有這裡才有。四種顏色的塑料不混在一起的方法是我們的專利,這要在模具的構造上花心思才能做到。」

配置在框架上的多色成形零件

另外,鋼普拉也沒有量產試作的程序。開發中不會開簡易模,就只有一套正式模具。試模進行四、五次是一般的標準。

完全不作模流分析

在第一篇中,我們已經介紹過大榎先生的「完全不作模擬分析(CAE)」的大膽(?)發言。如果出現了像鋼普拉零件那樣的複雜形狀,一般都會覺得去做模流分析是理所當然的吧...但大榎先生的發言可是毫無虛假的事實喔。

大榎直哉先生,他身上穿的是該公司的夏季制服

至於不作模流分析的理由是:「即使想做模擬,也做不出結果來」。

大榎先生說:「如果拿出模流分析軟體來跑跑看,像這種零件的形狀就一定會被判定成NG。會有『這是無法成形的模具配置』的結果出來。往往在傍晚設定好模擬的條件,讓機器去跑一晚的模擬分析後,結果隔天早上進辦公室一看,就是一堆NG的結果」

根 據大榎先生的說法,如果不把零件本來的形狀簡化到很單純的樣子、或是不把零件數目減少的話,結果根本就跑不出適切正確的模擬。雖然也試過把零件的形狀稍微 簡化到可以跑出適切正確模擬的程度,然而先不論這樣還是要花超過一個晚上的模擬才能跑完一個成形品的結果,做出來的結論還無法當成可以活用到檢討實際成形 條件的資料。不過大榎先生說:「在設計上想要進行新嘗試的實驗上,我們還是會做零件單體的模擬分析。」(譯註:這樣還是不能叫「完全不做」啦,只能說是 「幾乎不做」吧。)

配置在框架上的零件:關節的零件是在可活動的狀況下成形出來的。(譯註:的確會讓模流分析軟體掛掉....)

他們在設計時,是把組裝時外觀漂亮與購買者組裝容易放在塑料的流動性之上當作最優先考量,而來決定框架上的零件配置。絕對不會因為要做出理論上塑料容易流動的樣子而犧牲外觀與組裝性。而且,為了要提升模擬精度而做的各種嘗試錯誤,也很浪費模擬本身的時間。

大榎先生說:「如果想用現在的模流分析技術來正確模擬出鋼普拉的框架,只有搭配上人工智慧才可能辦得到吧。」

但是現實中鋼普拉還是做出來了啊,這是為什麼呢?

關 於這一點,大榎先生給了一個「這是靠成形/模具師傅們的直覺與經驗來解決」的單純明快的答案。他說:「我們會把剛好可以做出成品的成形條件當作目標,然後 用集中進料點或關掉一部份的進料點的方式反反覆覆來嘗試錯誤。如果是稍微有點成形技術的人看到鋼普拉的零件,可能會看到『怎麼這裡框架/流道沒有相連?』 等怪怪的部分。此時,請想成這是我們辛勞奮鬥後留下的痕跡(笑)。」

在他們穿的地球聯邦軍分隔的上衣背後,印有「匠」的字樣。這是在說明鋼普拉是靠手奮鬥出來才有的技術之象徵。

背負著「匠」字樣的員工,照片中穿的是冬季制服。(BHC是「萬代模型玩具中心(Bandai Hobby Center)」的簡寫)

一般在設計時,會計算出軸孔配間隙能夠保持一定的尺寸值,然後加以控制。但在零件配置的場所也會有塑料流動壓力變化的細密條件下,想要光靠尺寸關係就能掌控關節卡扣的絕妙配合感覺是非常困難的。

大榎先生說:「在每個有卡扣嵌合的地方,都會做模具的調整。這種調整是在射出零件時,靠著實際卡合後,判斷『這樣感覺不錯』的方式進行的....。」

萬代成形工廠的樣子:果然連成型機都塗上剛彈式的顏色。

由 於在塑膠模型生產的過程中沒有組裝的工程,所以模具精度就直接等於是成品的精度。模具的精度決定於模具加工時的精度,其最小單位大約是千分之一釐米 (μm)左右。也就是說,這就是鋼普拉零件的精度。大榎先生說:「我認為鋼普拉零件的精度是沒辦法置換成數值的。至於需要驗證尺寸的地方,現階段是掌控道 百分之一釐米(0.01mm)的水準,將來會以千分之一釐米程度為目標。」

在 尺寸管理的想法中,一般是把「維持住1mm」當作是「盡量要接近1.000」的意思(譯註:這裡原文可能有錯,應該是1.00才對),這就是所謂的精度。 然而鋼普拉的設計製造的精度,並不是指尺寸精度。大榎先生說:「想要用理論的方式來掌控、並測定出尺寸是不可能的」。在這裡,也可以一窺熟練技術者深奧智 慧的冰山一角呢。

負責設計的人與負責模具的人要一起關心模具的完成。然後一面進行試模、一面去逼近零件關節卡扣等處的詳細尺寸極限。這種地方,才正是能夠發揮以日本為生產據點的強處。

成形工廠的模型:多色成形機的塑膠模型也會在特別活動中販賣。

明確地訂定出自己的負責範圍

鋼 普拉的零件檔案都是用3D CAD畫出來的,但對於模具加工者來說,卻必須要根據設計者所給予的檔案進行一些加工才能做出模具加工用的資料。這是因為從3D CAD模型中抓出來的線段資料都是用互相交錯、重疊的連續雲形線(Spline)所構成的曲線。通常要給模具加工用的線割裝置的資料,必須是所有線段都相 連在一起的狀況才行。(就是一筆畫的狀態)

註:模具的製造方法是:先用線割機將銅材切塊,然後放進整合模具加工機(Machine Center)中加工做出電極。再把完成的電極拿去做放電加工的道具,切削出模具的細部形狀。

不過製品設計小組最重要的任務,還是要按照卡通設定或製品企劃的意圖,檢討出可以將Mobile Suits具體地變成鋼普拉的方法。這樣的檢討相當複雜,並不簡單。大榎先生認為:「如果只想要做出容易加工的資料,就不叫設計了。」

大榎先生說:「我們不是把工作切割掉,而是要能互相協調配合。因此我們會想辦法盡量減少彼此的疏失,並且也會做檔案轉換的測試。所以現在我們的協力廠也能輕鬆地從3D CAD檔案做出線割機用的資料。」


多色成形的模具

要和許多協力廠商溝通協調,就是該事業部的模具設計負責者最重要的任務。

註:多色成形以外的零件,也會外包給協力廠商來生產。

製 品設計者與模具設計者的責任明確地劃分清楚後,就能將實際做出產品所需要構築的加工技術託付給模具設計負責者,而讓製品設計專心去追求成品的品質。大榎先 生說:「以容易組裝為基準來考量框架的配置、持續考慮成形時可能的問題,並且與製品設計者的意圖取得平衡,就是模具設計者的工作。當然,同時也還是要能兼 顧塑料的流動性。」

不過要是這些專家工匠離職了,那該怎麼辦?

如果說到「直覺與經驗」 的話,腦海中一定會湧現現在各製造公司甚感頭痛的「人才不足」問題。好比具有高度特殊技術的熟練工匠離職了,而又沒培育出後繼人選,就會造成現在拿到訂單 的產品做不出來的結果,再糟糕一點甚至會出現連工廠都得關門大吉等問題...。倚賴熟練技術者的直覺與經驗的製造業界,現在漸漸有新手離開,很難培育出後 繼人才的現象,而成為相當嚴重的問題。

但這些專家工匠的技術者們不是機器人,不可能永遠待在萬代模型玩具事業部,早晚會有離職的一天出現。如果找不到他們的後繼人選,或者他們想要船接下去的技術太過高超而沒辦法讓人明白的話...鋼普拉會變成甚麼下場啊?

不過,該事業部對於這樣的問題也有確實的對策。

大 榎先生說:「在製品設計與模具設計這個部分,我們會分別整理出各種手冊與規定集,在知識共享的過程中執行業務。對於新的嘗試或引發的問題,也會隨時把其結 果修訂/追加到手冊與規定集之中。對於非常需要工匠要素的模具製作,我們也會定期引入新手人才並且實施工作中學習(On-Job Training)的教育計畫。另外也在進行設計資料的資料庫化。例如,我們就會把公模端的共用構造資料庫化等等。」

如果有這樣有價值的工作、好像處在科幻世界的建築與制服、而且還是漂亮快樂的職場的話,剛畢業的人或新手也都會來應徵吧。畢竟職場的環境與氣氛,也是提升工作動機的一大要因呢。

下一篇終於要來看設計內容了!

鋼 普拉也和一般的製造業一樣是使用3D CAD來做設計的。大榎先生說:「利用3D CAD來設計時,就可以直接在CAD中進行試誤嘗試了。鋼普拉在關節處等構造上,是一點一點進化而來的。這個進化的過程,沒有3D CAD是做不到。在3D CAD上做動作,就能在虛擬的環境中確認身體每個零件的移動軌跡、位置,進而進行試誤。這樣的效果真是非常巨大」。因為不用做出很多的試作品,就能進行立 體而詳細的姿勢確認,所以可以一面降低成本一面提高產品的品質。

此 外用3D模型來設計時,就能得到各個部門的人的意見,而能簡單地進行修正。大榎先生說:「模型立體化後,很多東西就能用直觀的方式看出來。這樣也會收到很 多的意見,然後要求修正的數量也會非常龐大。設計者以外的人,可能會用『可能還要再斜一點』或『再細一點』等不是定量而是感覺式的說法來要求,即使是這 樣,還是可以藉著觀看3D模型而很容易地確實掌握住其意圖。」

到此為止,可能會有即使是工業機械或家電的設計中也能常聽到這種活用3D CAD例子的感覺、而認為是相當正統的說法。

不 過,在該事業部中,卻是用手繪草圖來考慮零件的細部,而且完全沒有2D的工程圖或組合圖。在該事業部中,是使用與一般製造業的設計理論相反的手法來進行設 計。大家可能心中會抱持著「零件設計中的尺寸公差該怎麼辦?」、「該怎麼檢查?」、「沒有圖面掌控不會有問題嗎?」、「怎麼說,作業上不會很麻煩嗎?」等 疑問,不過這些部分就請看下回分曉囉。