關鍵縮短模具分析論文

1、關鍵縮短模具分析論文 摘要本文介紹了科龍集團配件公司模具廠實施項目管理與并行工程的經驗，論述了模塊化設計方法在模具設計中應用的特點，研究了模具模塊化CAD系統(tǒng)的開發(fā)技術。 關鍵詞模具開發(fā)周期 Reducetheconstructioncycleofdiebyseizingkeys Abstract：ThispaperintroducedtheexperienceofapplyingtheprojectmanagementandconcurrentengineeringinKELONgroupfittingscompanymouldfactory，studiedthecharacteristic

2、ofmodular-designofdie&mouldandthetechniqueofdevelopmentofadie&mouldmodularCADsystem Keywords：die&mould；constructioncycle 0引言 在目前激烈的市場競爭中，產品投入市場的遲早往往是成敗的關鍵。模具是高質量、高效率的產品生產工具，模具開發(fā)周期占整個產品開發(fā)周期的主要部分。因此客戶對模具開發(fā)周期要求越來越短，不少客戶把模具的交貨期放在第一位置，然后才是質量和價格。因此，如何在保證質量、控制成本的前提下縮短模具開發(fā)周期是值得認真考慮的問題。 模具開發(fā)周期包括模具設計、制造、裝配與試模

3、等階段。所階段出現(xiàn)的問題都會對整個開發(fā)周期都有直接的影響，但有些因素的作用是根本的、全局性的。筆者認為，人的因素及設計質量就是這樣的因素。因此科龍模具廠采取了項目管理、并行工程及模塊化設計等管理上及技術上的措施，以提高員工積極性并改善設計質量，最終目的是在保證質量、成本目標的前提下縮短模具開發(fā)周期。 1模具開發(fā)的項目管理實施方法 項目管理是一種為了在確定的時間范圍內，完成一個既定的項目，通過一定的方式合理地組織有關人員，并有效地管理項目中的所有資源（人員、設備等）與數(shù)據，控制項目進度的系統(tǒng)管理方法。 模具之間存在著復雜的約束關系，并且每套模具的開發(fā)涉及到較多種崗位、多種設備。因此需要有負責人保

4、證所需生產資源在模具開發(fā)過程中能及時到位，因此需要實施項目負責制。另外，項目負責制的實施還便于個人工作考核，有利于調動員工積極性。 模具廠有沖模工程部與塑模工程部。沖模工程部管轄四個項目組，塑模工程部為三個。模具任務分配方式以競標為主，必要時協(xié)商分配。每個項目組設有一個項目經理、約兩個設計員、四個工藝師和四個左右的鉗工，工藝師包括模具制造工藝與數(shù)據編程人員。而其它的各種生產設備及操作員的調度由生產部的調度員統(tǒng)籌安排。如果項目組之間有資源需求的沖突而調度員不能解決時由廠領導仲裁。 廠內員工可通過競職方式擔任項目經理，選拔項目經理有三項標準：（1）了解模具開發(fā)的所有工序內容；（2）熟悉模具開發(fā)過程

5、中的常見問題及解決方法；（3）有較強的判斷和決策能力，善于管理和用人。 項目管理的內容之一就是要確定項目經理應擔負的職責。本廠項目經理的職責有：（1）負責組織項目組在廠內競標、承接新項目；（2）負責與客戶交涉，包括確定產品細節(jié)、接受客戶修改產品設計的要求、反映需要與客戶協(xié)商才能解決的問題；（3）檢查產品的工藝性，如果產品工藝性存在問題，則向客戶反饋；（4）制定具體的項目進度計劃；（5）負責對承接項目的全過程、全方位的質量控制、進度跟蹤及內外協(xié)調工作；（6）負責完成組內評審及對重大方案、特殊結構、特殊用途的模具的會審；（7）負責組內成員的工作分配、培訓及考核；（8）對組內成員的過失行為負責；（9

6、）負責在組內開展“四新”技術的應用與技術攻關項目的立項、組織、實施等各項工作；（10）及時解決新模具在維修期內的各項整改及維修。 廠領導根據項目完成的時間、質量與成本考核項目經理。然后由項目經理考核項目組內員工，使責、權、利落實到每一位員工，有效調動了員工積極性并顯著減少以前反復出現(xiàn)的問題。 2模具開發(fā)的并行工程實施方案 并行工程是縮短產品開發(fā)周期、提高質量與降低成本的有效方法。實施并行工程有助于提高產品設計、制造、裝配等多個環(huán)節(jié)的質量。并行工程的核心是面向制造與裝配的設計（DFMA）1。在模具開發(fā)中實施并行工程就是要進行產品及模具的可制造性與可裝配性檢查。 筆者為模具廠提出并實施了如圖1所示

7、并行工程實施方案。IMAN是基于統(tǒng)一數(shù)據庫的PDM系統(tǒng)，基于IMAN集成各種CAX及DFX工具，并利用IMAN的工作流模型實現(xiàn)了設計過程的集成?；诮y(tǒng)一的產品三維特征模型，設計員利用CAD工具進行模具設計；工藝師利用CAM功能進行數(shù)控編程及CAPP進行工藝設計；審核者利用CAE功能進行沖壓或注射成型過程模擬，利用DFX工具進行可制造性與可裝配性分析。以上工作可以幾乎同時進行，而且保證了產品及模具的相關尺寸的統(tǒng)一與安全。這就使審查時重點檢查模具的方案和結構?；诮y(tǒng)一數(shù)據庫，各種職能的人可以看到感興趣的某側面的信息。 DFMA工具的開發(fā)是并行工程的工作重點之一。在以往的DFMA方法研究與系統(tǒng)實現(xiàn)中

8、2，DFMA工具被動地對CAD輸出的產品特征進行評價，而不能在CAD系統(tǒng)產生具體產品特征前即在概念設計階段加以指導，使CAD系統(tǒng)要經過多次設計檢查再設計循環(huán)才能求得滿意解。為此科龍模具廠開發(fā)了集成CAD系統(tǒng)的DFMA工具。DFMA的工作過程可分兩個階段。第一階段是，DFMA輸出概念設計方案到CAD，這個方案具有最少的零件數(shù)量；第二階段是，而CAD系統(tǒng)輸出設計特征模型，經過特征映射后將制造特征模型輸入到DFMA工具進行可制造性與可裝配性分析。通過這種途徑使DFMA知識庫得到盡早利用，為缺乏知識的CAD系統(tǒng)把握方向。 通過對產品與模具的可制造性與可裝配性的檢查，就從源頭消除了后續(xù)工序可能遇到的困難

9、，大大減少出現(xiàn)缺陷和返工的可能性。 3模具的模塊化設計方法與系統(tǒng)研究 縮短設計周期并提高設計質量是縮短整個模具開發(fā)周期的關鍵之一。模塊化設計就是利用產品零部件在結構及功能上的相似性，而實現(xiàn)產品的標準化與組合化。大量實踐表明，模塊化設計能有效減少產品設計時間并提高設計質量。因此本文探索在模具設計中運用模塊化設計方法。 3.1模具模塊化設計的特點 模具的零部件在結構或功能上具有一定的相似性，因而有采用模塊化設計方法的條件，但目前模具設計中應用模塊化設計方法的研究報道還很少見。與其它種類的機械產品相比，模具的模塊化有幾項明顯特點。 3.1.1模具零件的空間交錯問題 模具零件在三維空間上相互交錯，因此

10、難于保證模塊組合后沒有發(fā)生空間干涉；難于清晰地進行模塊劃分。 筆者采取以下辦法來克服這個問題：（1）利用Pro/E（或UGII等三維軟件）的虛擬裝配功能檢測干涉；（2）按結構與功能劃分相結合。模塊劃分就是部件劃分并抽取共性過程。結構相對獨立的部件按結構進行劃分，設計出所謂的結構模塊；而在空間上離散或結構變化大的部件則按功能劃分，設計出所謂的功能模塊。這樣劃分并進行相應的程序開發(fā)后，結構模塊的結構可由結構參數(shù)為主，功能參數(shù)為輔簡單求得；而對于功能模塊，可由功能參數(shù)為主，結構參數(shù)為輔出發(fā)進行推理，在多種多樣的結構形式中做出抉擇。 3.1.2凸凹模及某些零部件外形無法預見 某些模具零件（如凸凹模）的

11、形狀和尺寸由產品決定因而無法在模塊設計時預見到，所以只能按常見形狀設計模塊（如圓形或矩形的沖頭）,適用面窄；某些模具零件（如沖壓模的工件定位零件）雖然互相配合執(zhí)行某一功能，但它們的空間布置難尋規(guī)律與共性，因此即使按功能劃分也不能產生模塊。 筆者認為，模塊化是部件級的標準化，而零件標準化可視為零件級的模塊化。兩個級別上的標準化是互相配合的。因此，要開發(fā)零件庫并納入模塊庫，以彌補模塊覆蓋不全的缺憾。當零件必須逐個構造時，一個齊全的便于使用的零件庫對提高效率很有幫助。 3.1.3模具類型與結構變化多 模具可有不同的工序性質，如落料、沖孔等；有不同的組合方式，如簡單模、連續(xù)模等；還有不同的結構形式，種

12、類極其繁多。因此，必須找到適當途徑，使較少的模塊能組合出多種多樣模具。 為此，筆者提出了以下方法：（1）在Pro/E（或UGII等三維軟件）的參數(shù)化設計功能及用戶自定義特征功能的基礎上進行二次開發(fā)，使模塊具有較大“可塑性”，能根據不同的輸入參數(shù)可產生較大的結構變化；（2）分層次設計模塊。用戶可調用任一層次上的模塊，達到了靈活與效率兩個目標。使用小模塊有靈活多變的優(yōu)點，但效率低，使用大模塊則相反。 3.2模具模塊化設計的實施 為了實施模塊化設計，并證明以上方法的可行性，筆者基于Pro/E二次開發(fā)，開發(fā)出一套模具模塊化CAD系統(tǒng)。系統(tǒng)分兩大部分：模塊庫與模塊庫管理系統(tǒng)。 3.2.1模塊庫的建立 模

13、塊庫的建立有三個步驟：模塊劃分、構造特征模型和用戶自定義特征的生成。標準零件是模塊的特例，存在于模塊庫中。標準零件的定義只需進行后兩步驟。 模塊劃分是模塊化設計的第一步。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統(tǒng)的功能、性能和成本3。每一類產品的模塊劃分都必須經過技術調研并反復論證才能得出劃分結果。 對于模具而言，功能模塊與結構模塊是互相包容的。結構模塊的在局部范圍內可有較大的結構變化，因而它可以包含功能模塊；而功能模塊的局部結構可能較固定，因而它可以包含結構模塊。 模塊設計完成后，在Pro/E的零件/裝配（Part/Assembly）空間中手工建構所需模塊的特征模型，運用Pro/E的用戶自定義特征

14、功能，定義模塊的兩項可變參數(shù)：可變尺寸與裝配關系，形成用戶自定義特征(User-DefinedFeatures，UDFs)。生成用戶自定義特征文件（以gph為后綴的文件）后按分組技術取名存儲，即完成模塊庫的建立。 3.2.2模塊庫管理系統(tǒng)開發(fā) 系統(tǒng)通過兩次推理，結構選擇推理與模塊的自動建模，實現(xiàn)模塊的確定。第一次推理得到模塊的大致結構，第二次推理最終確定模塊的所有參數(shù)。通過這種途徑實現(xiàn)模塊“可塑性”目標。 在結構選擇推理中，系統(tǒng)接受用戶輸入的模塊名稱、模塊的功能參數(shù)和結構參數(shù)，進行推理，在模塊庫中求得適用模塊的名稱。如果不滿意該結果，用戶可指定模塊名稱。在這一步所得到的模塊仍是不確定的，它缺少

15、尺寸參數(shù)、精度、材料特征及裝配關系的定義。 在自動建模推理中，系統(tǒng)利用輸入的尺寸參數(shù)、精度特征、材料特征與裝配關系定義，驅動用戶自定義特征模型，動態(tài)地、自動地將模塊特征模型構造出來并自動裝配。自動建模函數(shù)運用C語言與Pro/E的二次開發(fā)工具Pro/TOOLKIT開發(fā)而成。UDFs的生成方法及參數(shù)驅動實現(xiàn)自動建模的程序見參考文獻4。 通過模塊的調用可迅速完成模具設計。這個系統(tǒng)在本廠應用后了模具設計周期明顯縮短。由于在模塊設計時認真考慮了模塊的質量，因而對模具的質量起基礎保證作用。模塊庫中存放的是相互獨立的UDFs文件，因此本系統(tǒng)具有可擴充性。 4總結 由于采取了上述措施，科龍集團某一新品種空調的模具從設計到驗收只需三個月就完成了，按可比工作量計算，開發(fā)周期比以前縮短了約1/4，而且模具質量和成本都有所改善，明顯增強企業(yè)競爭力。 參考文獻 1王知衍譯，面向制造與裝配的產品設計，北京：機械工業(yè)