探讨分析模具产品的协同设计与制造

摘 要：随着科技的不断进步，制造业正向数字化、全球化、网络化的方向发展，产品的生命周期越来越短，新产品的上市速度越来越快。模具是制造业的基本工艺装备，模具设计、制造的效率对产品的开发效率有决定性影响，制造业的发展要求模具制造企业必须具有更高的敏捷性，最大限度地缩短模具设计、制造周期，保证可靠的设计、制造品质，满足客户的要求。模具产品的协同设计与制造就是为了满足这一需求而诞生的，本文在此背景下对模具产品的协同设计与制造进行了分析。

关键词：模具产品 协同设计与制造 模具设计

1.协同设计与制造的内涵与特点

1.1协同设计与制造的内涵

协同设计是建立在并行工程的基础上，较并行工程更进一步的一种现代设计方法。它是指在计算机的支持下，各成员单位围绕一个设计项目，通过由计算机构成的支撑平台，承担相应的部分设计任务，并行交互地进行设计工作，最终得到符合要求的设计结果。

协同制造是一种实现快速响应市场和可持续发展的生产模式。其成员是物理位置分散的部门或企业，各自具有独特的核心技术，组成协同制造企业是按市场机制通过竞争实现的。协同制造将围绕新产品或新经营机制的产品生产过程，动态地建立网络组织机构来进行产品的开发和生产。

1.2协同设计与制造的特点

第一，在计算机集成制造的基础上进行，在产品生命周期的全过程中实现功能集成、信息集成和过程集成。

第二，贯穿了产品开发的全过程，全部工作可在计算机上进行，所开发的产品，可全部进行产品数字化定义，实现无图纸生产。

第三，由于涉及到产品开发的全生命周期，因此强调了过程管理与控制，整个产品开发过程在产品数据管理下进行，实现异地设计。

第四，其实施需要建立一支来自不同企业或企业内不同部门的技术与管理人员所组成的团队，进行群组协同工作，形成联盟。群组协同工作需要群组工作集成框架以及各种群体软件工具的支持。

第五，强调了上下游共同决策的机制，因此需要协作工作平台和互操作的功能及协作系统。

2.模具制造产品协同设计与制造行业的现状分析

目前，我国的模具技术虽然有了很大发展，模具的精密度、复杂程度和寿命也都有很大提高，如主要的汽车模具企业己能生产大型、精密的轿车覆盖件模具；体现高水平制造技术的多工位级进模的覆盖面增加；塑料模热流道技术日渐成熟，气体辅助注射技术开始采用；压铸工艺得到发展。此外，CAD/CAM/CAE技术得到广泛应用，高速加工、复合加工等先进的加工技术也得到进一步推广；快速原型进展很快；模具的标准化程度也有一定提高。但是，由于我国的模具行业起步较晚，与国外相比，仍存在不小的差距，主要体现在：

第一，产需矛盾。随着工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度的加快，对模具的需求越来越大。无论是数量还是质量都无法满足国内市场的需要，只达70%左右。造成矛盾突出的原因是模具企业的专业化、标准化程度低，模具生产技术水平不高，生产周期长。另外，设计和制造工艺水平还不能完全适应发展的需要。不能满足“制造大国、中心”的要求。

第二，企业结构不合理，专业化程度不够。我国很多模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂或车间内，模具的商品化程度低，而国外以上都是专业模具厂，且走的是“小而专”、“小而精”、“小而特”的道路。由于小而全、大而全的模式造成企业缺乏快速响应市场需求的能力。

第三，产品水平。衡量模具的产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度，以及模具的制造周期和使用寿命。而这几项指标与国外相比的差距都十分明显。

第四，模具工业的整体装备水平也存在相对落后，制造资源利用率低的现象。高素质的模具技术人才缺乏，产品的综合开发能力还急需加强。

3.模具产品协同设计与制造的流程与关键技术

3.1模具产品协同设计与制造的流程

某一设计者接受设计任务后，设计者任务信息，将分布在不同节点上的设计人员组成一个协同设计与制造团队。然后，团队中的成员联合进行设计任务的分解。任务分解完毕后，任务调度模块将子任务分配给各成员。任务分配完成后，各成员进行子任务的求解，并在求解过程中随时监视与之相关联的子任务的进程，利用协同工具进行协同合作。各成员的任务完成后，将结果提交给任务的组织者。

协同设计过程也是产品信息模型动态演进的过程。在设计初期，主要包含设计任务的初始条件以及设计目标信息。随着设计过程的进行，其信息可能分布在协同求解的各个节点上，系统采用网络浏览技术将这些分布异构的信息集成在一起。设计任务完成后，就构成了一个完整的产品信息结构树。

3.2关键技术

在模具设计与制造过程中，多设计者设计的冲突及他们之间任务和求解的协调、决策是经常发生的。随着设计对象和目标的复杂化，以及设计小组人数和规模的增加，导致设计冲突的产生并增多。协调和决策是模具协同设计与制造系统需要解决的另一个重要问题。

3.2.1异构知识表达及语义一致化

信息共享和决策是模具协同设计与制造的两大中心问题。在协同式开发环境中，各设计小M需要存取其他小组所产生的设计决策、设计方案，甚至某些设计知识，以便能够完成设计目标；反过来，他们的设计过程也受到其他小组所产生的某些工程参数的变化，而导致设计过程的进程加快或减慢，甚至重新设计。因此，模具设计过程中信息与知识的频繁交换将使设计问题复杂度增大。

在模具设计过程中，实现协同设计计算环境的知识表达框架有三种类型：第一种为同质知识表达机制；第二种为异构知识表达的包装实现模式；第三种为异构知识的转换实现模式。模具协同设计一般采用异构知识表达模式，但在设计过程中要满足一些特定的要求，如要提供共享设计知识的表达机制，提供外部异构数据的兼容表达式，要考虑结构化信息与非结构化信息的表达等。

3.2.2冲突检测与消解

模具协同设计是考虑多个设计主体参与的设计过程，在这一设计过程中，各主体之间的设计目标、方案和对象往往存在冲突和矛盾。因此冲突检测和消解是模具协同设计与制造的另一大关键问题。实践表明，运用系统或领域内的经验知识来检测和解决发生在设计组件间的冲突是有效的。

冲突检测是模具协同设计与制造过程中通过约束传播检查设计结果是否满足整个约束网络，检测设计过程中的约束违反情况，捕获系统中存在的冲突，并对冲突进行登记。模具协同设计与制造中的冲突有计划、知识和数据三类，其中计划冲突源于对设计任务不同的理解，数据冲突是因为设计过程中缺乏数据一致性，知识冲突则是不同领域的规则难以互相满足而引起的。

4.结语

模具设计与制造过程普遍认为是一个典型的多企业间协作的过程。而模具产品分散网络化设计与制造将是模具行业未来发展的一个主要方向。这种协同机制可以缩短模具产品的开发周期、降低成本、提高效率。随着对模具设计与制造过程中各种行为认知的逐渐深入和协同设计技术难点的逐步解决，模具协同设计技术将会得到广泛的应用。

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