培訓(xùn)-模具開發(fā)中的協(xié)同設(shè)計與科學(xué)管理

10/10模具開發(fā)中的協(xié)同設(shè)計與科學(xué)管理王輝，程玲玲，姚曉東0前言

隨著車燈市場的快速發(fā)展，對新型車燈要求越來越多。由以前的小模具、修理模具業(yè)務(wù)，發(fā)展到如今的雙色模、大規(guī)模復(fù)雜型腔模具等，并向國外出口模具。對模具數(shù)量和質(zhì)量都提出了很多新的要求。在這種情況下，如何協(xié)作模具開發(fā),使整個模具制作過程更有成效，保證模具按質(zhì)按量準(zhǔn)時完成？協(xié)同各方面要素,充分發(fā)揮各相關(guān)部門的職能和潛力，是我們在實踐中摸索出來的好方法。與ＶDA6．4質(zhì)量認(rèn)證系統(tǒng)相配合,貫徹協(xié)同設(shè)計和科學(xué)管理思想，是新模具生產(chǎn)走向未來的必由之路。協(xié)同設(shè)計的實質(zhì)是項目進行各方通力合作，達到資源的最大整合；同時,對項目進行中出現(xiàn)的沖突，進行合理的消解和處理,以實現(xiàn)整體最優(yōu)。

1協(xié)同設(shè)計背景資料

1.1協(xié)同設(shè)計

協(xié)同設(shè)計是實現(xiàn)并行工程的有利手段,也是實現(xiàn)并行工程的關(guān)鍵,協(xié)同設(shè)計強調(diào)設(shè)計者采用群體工作方式，從而不同程度地改善了傳統(tǒng)設(shè)計中項目管理與設(shè)計之間、設(shè)計與生產(chǎn)之間的脫節(jié)，設(shè)計與設(shè)計之間，以及設(shè)計周期過長、設(shè)計費用高、設(shè)計質(zhì)量不易保證等弊病。它注重為多功能小組提供多種信息交流方式和設(shè)計過程監(jiān)控,強調(diào)設(shè)計決策過程是一個動態(tài)的群體協(xié)同行為，并注重研究設(shè)計活動的動態(tài)特性.

1.2協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計的功能及特點

協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)功能概括3個層次，即通訊、合作和協(xié)調(diào)。

●通訊：通訊使各設(shè)計單位在設(shè)計過程中能夠方便地交流信息；

●合作：合作是協(xié)同設(shè)計的工作方式，是在共享產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上，使不同的設(shè)計單位能夠同步或異步參與到一個產(chǎn)品的設(shè)計過程中；

●協(xié)調(diào)：協(xié)調(diào)通過控制各設(shè)計單位的合作速度,保證設(shè)計的準(zhǔn)確性,提高設(shè)計效率，使設(shè)計過程或結(jié)果達到最優(yōu)。

協(xié)同設(shè)計過程具有以下特點：

(１）分布性：參加協(xié)同設(shè)計的人員可能位于相同地方，也可能位于不同地方。

（２)交互性：協(xié)同設(shè)計中人員之間經(jīng)常進行交互。交互方式可能是實時，可能是異時。

（３)動態(tài)性：在整個協(xié)同設(shè)計過程中,產(chǎn)品開發(fā)的進度、工作人員的任務(wù)安排、設(shè)備狀況等皆在發(fā)生動態(tài)變化。

(4）協(xié)作性與沖突性：在協(xié)同設(shè)計中，開發(fā)人員之間需要密切合作。同時,由于產(chǎn)品開發(fā)的多樣性以及實際情況的復(fù)雜性，合作過程中的沖突不可避免，需要進行沖突消解。

（5）活動的多樣性：協(xié)同設(shè)計中的活動多種多樣，除了產(chǎn)品造型、工藝設(shè)計、ＮC編程等活動外,還有項目管理、設(shè)計評審等。協(xié)同設(shè)計就是這些活動組成的有機整體。

(6）網(wǎng)絡(luò)環(huán)境:協(xié)同設(shè)計一般建立在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境基礎(chǔ)之上，具有計算機軟硬件的異構(gòu)性等特點。

1．3協(xié)同設(shè)計的藕荷方式

由于一個復(fù)雜項目的各個子任務(wù)間聯(lián)合方式的不同，導(dǎo)致信息交流的水平也不盡相同.根據(jù)協(xié)同設(shè)計信息交流的深度,即設(shè)計的協(xié)同程度可將協(xié)同設(shè)計分為3類:松散、適度和緊密耦合，如圖1所示。松散耦合的特點是小組間信息直接交流,信息阻抗大；適度耦合的特點是通過共享數(shù)據(jù)庫交流信息，信息阻抗適中：緊密耦合的特點是通過約束網(wǎng)絡(luò)建立小組間的聯(lián)系，信息阻抗小。圖13種協(xié)同設(shè)計耦合組織方式

在緊密耦合的協(xié)同方式中，問題的解決通常是分層次的,各子任務(wù)間緊密耦合,信息阻抗也非常低，甚至沒有.設(shè)計者、管理程序組成一層，并在這一層上對產(chǎn)品的描述進行創(chuàng)建和修改。下一層由約束網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則、實例庫等組成,表示了各子任務(wù)間內(nèi)在聯(lián)系。

2協(xié)同設(shè)計與科學(xué)管理過程

2．1協(xié)同設(shè)計和科學(xué)管理

產(chǎn)能的急劇擴大是新模具開發(fā)采取協(xié)同方式的最主要原因.特別是通過VDA6。4質(zhì)量評審后，如何將ＶDA6.4質(zhì)量管理要求和模具開發(fā)的具體實踐密切結(jié)合起來，創(chuàng)造出適合部門發(fā)展的設(shè)計和管理模式？是一個必須面對的問題。

圖２是上海小糸車燈廠模具部新產(chǎn)品開發(fā)流程圖。從圖２可以知道,新產(chǎn)品開發(fā)所涉及到的主要部門有ＣAM科、ＣAＤ科及模具工裝車間;而技術(shù)管理科在其中處于協(xié)調(diào)作用。如果套用協(xié)同理論，模具新產(chǎn)品開發(fā)過程完成可以作為一個緊密藕荷的協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)來處理。其中所涉及到的協(xié)同小組有CＡＭ和CＡＤ相關(guān)人員、NC班組及鉗修人員以及技術(shù)管理科.模具部內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、ＤNＣ系統(tǒng)、CATIＡ軟件設(shè)計局域網(wǎng)、Dr。工程及Ｄr,成本軟件構(gòu)成了緊密藕荷協(xié)同系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境.模具協(xié)同開發(fā)的上游是產(chǎn)品設(shè)計（技術(shù)開發(fā)部）,下游是注塑生產(chǎn)(生產(chǎn)部）。與模具協(xié)同設(shè)計體系有密切的聯(lián)系。圖２新產(chǎn)品開發(fā)過程

在整個協(xié)同設(shè)計及管理過程中,技術(shù)管理科是重要的協(xié)調(diào)者,在模具協(xié)同開發(fā)環(huán)境中，居于核心地位.所有相關(guān)信息及標(biāo)準(zhǔn)均由它備案。

2．2與上游產(chǎn)品設(shè)計部門的合作與協(xié)調(diào)

產(chǎn)品設(shè)計部門是模具開發(fā)的上游，與其合作和協(xié)調(diào)主要通過３種途徑：

（1）產(chǎn)品開發(fā)部數(shù)據(jù)到模具部，為避免模具開發(fā)中出現(xiàn)錯誤，必須對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行檢測。為此,專門制定了３D數(shù)據(jù)檢測單.

３Ｄ數(shù)據(jù)檢測單有2種版本：一種只有單一模式，主要從模具加工工藝上考慮；另一種經(jīng)過發(fā)展，綜合各主要職能部門如模具部ＣＡＤ、ＣAM、機加工及鉗修和生產(chǎn)部反饋意見，分大燈配光鏡、飾圈、反射鏡、雙色模以及有無內(nèi)抽芯結(jié)構(gòu)等。數(shù)據(jù)檢測單由技術(shù)管理科負(fù)責(zé)制定和管理，CAM科相關(guān)人員負(fù)責(zé)執(zhí)行。拔模分析、壁厚檢測、抽芯結(jié)構(gòu)、分型面R角是數(shù)據(jù)檢測重點（見圖３）。圖3模具開發(fā)前的數(shù)據(jù)檢測流程

（2）與產(chǎn)品開發(fā)部門的前期協(xié)溜會議是一個重要的途徑.模具部門提前參與到產(chǎn)品開發(fā)部門，對減少由于產(chǎn)品設(shè)計不合理導(dǎo)致的模具開發(fā)困難、工期延長及設(shè)計反攻等具有積極的作用。

２．3模具2Ｄ/3D協(xié)同設(shè)計

模具2D／3D協(xié)同設(shè)計是模具開發(fā)中最重要的一步.協(xié)同過程涉及模具CAM和CＡD科，見圖4.圖４模具2D/3D協(xié)同設(shè)計過程

３D造型人員（ＣＡＭ科）和2Ｄ結(jié)構(gòu)設(shè)計人員(CAD科)的密切協(xié)同配合,是實現(xiàn)模具開發(fā)科學(xué)管理的最根本保障.ＣＡTＩA軟件和ＡUTOＣAD軟件平臺的互通，是實現(xiàn)協(xié)同管理的軟件基礎(chǔ)。設(shè)計過程中需要CAD科與ＣAM科人員的通力合作.由圖４可見,前后道工序相互關(guān)聯(lián),需要雙方人員的協(xié)商合作，與技術(shù)管理科配合，共同完成。

由于ＣAＭ科在模具開發(fā)過程中的特殊地位,模具CＡM科為協(xié)同設(shè)計的基礎(chǔ)，以ＣAM科所涉及的上下游管理及CAM科內(nèi)部的技術(shù)管理過程，模具開發(fā)協(xié)同設(shè)計和科學(xué)管理的應(yīng)用。

2.4模具CAＭ科協(xié)同設(shè)計和科學(xué)管理

2.４。１模具3D設(shè)計與2D設(shè)計及產(chǎn)品開發(fā)的協(xié)同

(1）當(dāng)拿到產(chǎn)品３Ｄ數(shù)據(jù)后，CＡM科除了檢測數(shù)據(jù)外，依據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)，放收縮率,生成產(chǎn)品3D實體,以方便后續(xù)模具造型,同時可將此實體數(shù)據(jù)生成STL格式傳輸給CAＥ分析人員,利用Mｏld－floｗ軟件進行流動、冷卻、澆注等輔助分析.CAE分析結(jié)果可以反饋給產(chǎn)品設(shè)計部門，同時也可以給模具CAD人員作參考。實現(xiàn)模具CAD/ＣAＢ/CＡM與產(chǎn)品ＣＡD之間的協(xié)同合作。

(2）對生成的3D實體模型，拉模具分型面，2Ｄ結(jié)構(gòu)設(shè)計人員可以對產(chǎn)品數(shù)據(jù)投影，完成模具初步設(shè)計(ＡutoＣＡＤ).整個拉分型面與生成動定模框架過程，是在與2D結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的反復(fù)協(xié)商中實現(xiàn)。隨后,按基本結(jié)構(gòu)簡圖,3D設(shè)計人員完成模具實體生成、模具各種結(jié)構(gòu)３D造型。

(3）同時按照CAＭ加工要求，對模具3Ｄ模型進行修飾，如放低外分型面、導(dǎo)工藝圓角等。由于模具3D造型與ＮC編程都屬于模具科工作范疇,造型時的加工針對性很強，可以避免以后模具加工時可能出現(xiàn)的問題.

(４)等待CAD人員提供模具冷卻回路信息圖,確定3D冷卻水管深度;同時3D造型人員給2D結(jié)構(gòu)設(shè)計人員各種相關(guān)設(shè)計信息,輔助完成模具結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

（5）在整個過程中，如果碰到一些問題，技術(shù)管理科協(xié)助處理。整個協(xié)同設(shè)計過程見圖5。圖５模具CAM科３D協(xié)同設(shè)計過程

協(xié)同控制方法：

（1）3D設(shè)計錯誤防止。通過與模具2D設(shè)計圖５模具CAM科3D協(xié)同設(shè)計過程人員的交互，確認(rèn)3Ｄ造型。由于3D設(shè)計中，很容易發(fā)生槽、抽芯尺寸等數(shù)據(jù)錯誤，專門制定了造型互檢制度。即3D設(shè)計數(shù)據(jù)需要其它設(shè)計人員檢查,并簽字(有專門的模具3D造型互檢單）。

(2）3D數(shù)據(jù)草圖和正式圖的嚴(yán)格管理.只有經(jīng)過確認(rèn)的圖紙才能下發(fā)模具制造車間。

（3)模具３D設(shè)計和NＣ編程的協(xié)同管理。以前模具3D設(shè)計人員與NC編程人員是同一個人,這樣可以避免3D設(shè)計與NC的不協(xié)調(diào)；由于模具部開發(fā)任務(wù)日趨繁重?，F(xiàn)在由不同人處理。因此，我們制定了嚴(yán)格的模具３D設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)：這些標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)以前的NC編程經(jīng)討論決定:

（4）當(dāng)３Ｄ數(shù)據(jù)出現(xiàn)設(shè)計變更后,模具3D設(shè)計將及時通知ＮＣ編程人員，以保持?jǐn)?shù)據(jù)的唯一性.目前，主要是通過晨會方式傳達.以后,將建立統(tǒng)一的公共數(shù)據(jù)賬戶，使最新數(shù)據(jù)統(tǒng)一保存在公共數(shù)據(jù)庫中，杜絕新舊文件不一致的現(xiàn)象。

2．4．2模具CAＭ科NC編程協(xié)同管理過程

NC編程是CAM科的重要任務(wù)。當(dāng)模具3D數(shù)據(jù)完成后,緊接著是任務(wù)分配.任務(wù)是按照動模、定模、其他零部件完成的，ＣＡM科每個人員的工作性質(zhì)都比較籠統(tǒng)，零部件編程工作經(jīng)?；Q。

但隨著模具開發(fā)量的日趨繁重,形成了目前流水線式的NC任務(wù)分配方式（見圖6）:即按照模具零部件類型分類,如動模、定模、型芯/抽芯等機加工由專人負(fù)責(zé)，同時,所有涉及到電極加工的部位，也有專人負(fù)責(zé).由于每個人工作任務(wù)的相對單一,保證了其NC程序的“精".相對提高了模具開發(fā)效率,從而保證了大批量模具開發(fā)任務(wù)的順利完成.但是，也給協(xié)同管理帶來了一定困難,通過以下方式可以保證協(xié)同的有效性。

（1）NC編程時，必須采用最新數(shù)據(jù)。圖６模具CAM科NC編程協(xié)同設(shè)計

（2）NC編程前，對數(shù)據(jù)３D模型的處理要細(xì)化；做符合加工實際情況的3D造型（考慮模具切削現(xiàn)狀）。不同類型NＣ編程人員，對加工造型/編程有不同特點要求.在CＡＭ科內(nèi)部制定相應(yīng)的動模、定模、型芯、抽芯、電極及花紋加工/造型標(biāo)準(zhǔn),形成手冊。由技術(shù)管理科負(fù)責(zé)保管。每個NＣ編程人員,都要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求編寫程序，從而保證了NC程序質(zhì)量的穩(wěn)定性.

（3）在正式ＮＣ程序下發(fā)前，程序互查,只有經(jīng)過確認(rèn)的數(shù)據(jù)才能下發(fā)，從而最大幅度減少出錯的概率。

(4）每個NＣ程序都要模擬（TRYCUＴ軟件).要求每個程序單背后，都附TRYCUT模擬效果圖。

(5）在NＣ編程前,碰到比較特殊的工藝問題,技術(shù)管理科協(xié)同制定工藝方案.目前已形成了對每個型芯／抽芯復(fù)合結(jié)構(gòu)定工藝方案的制度;同時,NC編程人員感到比較復(fù)雜的問題,也需要和工藝人員協(xié)商處理。從而杜絕了NC完成后出現(xiàn)問題的可能性。

（６）NC編程依據(jù)技術(shù)管理科制定的工藝計劃完成。每個NC編程人員都可以得到一份相當(dāng)詳細(xì)的工藝計劃流程圖，此圖由技術(shù)管理科制定.這樣做有利于CAＭ人員理解整個流程和NＣ程序的關(guān)鍵點。

（7）NC編程人員依據(jù)工藝規(guī)劃員制定的工藝規(guī)劃動態(tài)確認(rèn)自己的編程進度,保證不延誤工期。同時任務(wù)分配時,填寫工作計劃單,確保任務(wù)按時完成。同時,此計劃單也可以作為監(jiān)查工作效率的依據(jù)。

2．4．3模具CAM科與模具ＮC班組的協(xié)同管理

模具NAM科與NＣ組的協(xié)同管理見圖7.圖７模具CAM科NC班組的協(xié)同管理

(１）協(xié)同管理機制。通過DNC系統(tǒng)傳輸NC數(shù)據(jù);機床操作人員不能隨意更改CAＭ員設(shè)置的NC參數(shù),以達到標(biāo)準(zhǔn)化管理的目的。此參數(shù)按照已制定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置,由技術(shù)管理科保存：

(2)優(yōu)點。減少機床操作人員出錯的援率；通過工程數(shù)據(jù)管理軟件Dr.工程Dｒ。成本的銜接，實現(xiàn)對模具開發(fā)過程的適時監(jiān)控．有利于標(biāo)準(zhǔn)化管理,同時符合VＤA6。4貢量管理的各項要求。

(3）控制方法：機床操作人員與CAM人員協(xié)商，制定相關(guān)模具加工標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)先設(shè)定各種參數(shù)，形成規(guī)范化文件：以舌任何參數(shù)的更改.都要經(jīng)過系統(tǒng)化處理。ＤNＣ的貫徹實施。睡格實施各種標(biāo)準(zhǔn)化管理措施。目前已制定了模具ＤNC加工參數(shù)工藝規(guī)范，對機床的進刀量、步距等參數(shù)都有嚴(yán)格的規(guī)定。機床操作人員對不合理程字編制方法的有效反饋，形成固定協(xié)商反饋機制：嚴(yán)格貫徹測點措施(程序測點單完備），便于控制模具加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2。5鉗工協(xié)同管理

鉗修和總裝是模具開發(fā)的最后一關(guān),前期開發(fā)出現(xiàn)的問題,都會在這里得到體現(xiàn)。如果沒有發(fā)現(xiàn)，將會直接影響注塑生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。在鉗修部門,開始逐步制定嚴(yán)格的操作規(guī)程。鉗修部門的任何意見，都會直接反饋給模具設(shè)計與數(shù)據(jù)制作部門。

2．6與注塑生產(chǎn)部門的協(xié)同管理過程

控制措施:(１）每次試模時，模具部均有相關(guān)技術(shù)人員跟隨,隨時反饋試模狀況.及時總結(jié)問題點，并通報部門,目前已形成了制度化，有專人負(fù)責(zé).（2）依據(jù)ＶＤA６。4質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)，定期與模具修理部門、注塑工藝師舉行協(xié)調(diào)會議,并及時反饋，以促進模具設(shè)計與制造水平的提高.（3)此外，對于比較復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)，同生產(chǎn)部門，在模具開發(fā)前期就杜絕不合適結(jié)構(gòu),并讓生產(chǎn)部門一起協(xié)商比較好的模具制造方案。（4)所有記錄都要由技術(shù)管理科記錄各案,并形成制度。

3模具協(xié)同設(shè)計中的沖突消解與動態(tài)性維護

如果按照正常模具流程，模具生產(chǎn)過程會比較順利，但是,當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時,沖突必然產(chǎn)生。為保證模具生產(chǎn)的正常進行,必須及時消除沖突。沖突一般包括:模具部內(nèi)部由于失誤，造成的模具開發(fā)進度延誤；出現(xiàn)緊急模具制造任務(wù);任務(wù)出現(xiàn)沖突,人員調(diào)度不及。

3。1模具開發(fā)進度延誤

（１）新模具開發(fā)時,出現(xiàn)突發(fā)情況而影響模具開發(fā)進度.通知技術(shù)管理科。通過協(xié)調(diào)(如模具部中午的點檢會議）,工藝規(guī)劃人員在模具CAＤ人員的配合下,協(xié)同CAM、ＮC相關(guān)人員重新制定模具進度.(2)協(xié)調(diào)模具開發(fā)各方面人員，制定出緊急應(yīng)對措施。技術(shù)管理科敦促補救措施的實施.(3）制定“再發(fā)防止書"，形成固定預(yù)防措施；相關(guān)人員檢查錯誤原因，并內(nèi)部交流經(jīng)驗教訓(xùn)，由技術(shù)管理科歸檔。(4）失誤責(zé)任人協(xié)同監(jiān)督、提醒相關(guān)人員完成補救措施，形成制度。

3.２出現(xiàn)緊急模具制造任務(wù)

（１）技術(shù)管理科工藝規(guī)劃人員重新制定模具開發(fā)進度；（2)技術(shù)管理科協(xié)商各個模具開發(fā)職能部門，重新制定新工作