模具制造業(yè)應(yīng)用PDM技術(shù)研究

1、模具制造業(yè)PDM技術(shù)的應(yīng)用內(nèi)容摘要:1 前言PDM(ProductDataManagement，簡稱PDM)是一門管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫記錄等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程(包括審批發(fā)放過程、工程更改過程等)的技術(shù)，它是一門集數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理能力、網(wǎng)絡(luò)通訊能力與過程控制能力于一體的工程數(shù)據(jù)管理綜合技術(shù)。隨著國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)移的趨勢日益強勁，工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在將大批的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，其轉(zhuǎn)移的重點就是制造業(yè)，我國制造業(yè)的發(fā)展正面臨一個難得的機遇。為此，科技部在原攻關(guān)計劃制造業(yè)信息化工程項目的基礎(chǔ)上，整合863計劃和攻關(guān)計劃有關(guān)的科技資源，組織實施制造業(yè)信息

2、化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程，以期大幅度提高我國制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國際競爭力，實現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級，以信息化帶動工業(yè)化，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)我國制造業(yè)的跨躍式發(fā)展。改革開放20多年來，我國已成為使用各類模具的大國1 前言 PDM(ProductDataManagement，簡稱PDM)是一門管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息(包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫記錄等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過程(包括審批發(fā)放過程、工程更改過程等)的技術(shù)，它是一門集數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)管理能力、網(wǎng)絡(luò)通訊能力與過程控制能力于一體的工程數(shù)據(jù)管理綜合技術(shù)。 隨著國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)移的趨勢日益強勁，工業(yè)發(fā)達(dá)國家正在將大批

3、的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)向發(fā)展中國家轉(zhuǎn)移，其轉(zhuǎn)移的重點就是制造業(yè)，我國制造業(yè)的發(fā)展正面臨一個難得的機遇。為此，科技部在原攻關(guān)計劃制造業(yè)信息化工程項目的基礎(chǔ)上，整合863計劃和攻關(guān)計劃有關(guān)的科技資源，組織實施制造業(yè)信息化關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用示范工程，以期大幅度提高我國制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力和國際競爭力，實現(xiàn)制造業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和升級，以信息化帶動工業(yè)化，用高新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)我國制造業(yè)的跨躍式發(fā)展。 改革開放20多年來，我國已成為使用各類模具的大國。深圳的模具制造業(yè)經(jīng)過不懈的努力，已從最初以作坊式為主的低水平制造發(fā)展成為深圳市的支柱產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而成為全國模具制造業(yè)的領(lǐng)頭羊。國家大力推行制造業(yè)信息化技術(shù)，為進(jìn)一步

4、提升深圳模具企業(yè)的技術(shù)水平，保持深圳模具在全國的領(lǐng)先地位帶來了新的機遇。本文結(jié)合作者對深圳模具企業(yè)(只針對塑膠模具企業(yè)，下同)調(diào)研過程中了解的模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點及對信息化的需求，探討面向模具制造的PDM技術(shù)應(yīng)用。 2 PDM系統(tǒng)的主要應(yīng)用功能 PDM系統(tǒng)包含的主要應(yīng)用功能有：文檔控制、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、工作流與過程管理、項目管理、信息分類與檢索、應(yīng)用系統(tǒng)集成、變更控制等，它提供產(chǎn)品設(shè)計、制造和技術(shù)支持服務(wù)所需的大量數(shù)據(jù)跟蹤與存儲功能，進(jìn)而控制產(chǎn)品信息的處理和使用，管理產(chǎn)品的開發(fā)過程，見圖1。 PDM不僅可以有效地將概念設(shè)計、工程分析、詳細(xì)設(shè)計、工藝流程設(shè)計、制造、銷售、維護，直至產(chǎn)品報

5、廢的整個生命周期與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)予以定義、組織和管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在整個生命周期內(nèi)保持一致、最新、共享及安全，同時，還為CAxDFx應(yīng)用提供統(tǒng)一的集成運行平臺，是連接CADCAPPCAM系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、MRPIIERP、車間管理與控制系統(tǒng)的橋梁與紐帶。通過PDM系統(tǒng)的有效實施與管理，可及時提供給設(shè)計人員正確的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，避免繁瑣的數(shù)據(jù)查找，提高設(shè)計效率；保證產(chǎn)品設(shè)計的詳細(xì)數(shù)據(jù)能有序存取，提高設(shè)計數(shù)據(jù)的再利用率，減少重復(fù)勞動；有效控制工程更改，決策人員可以方便地進(jìn)行設(shè)計審查；可以進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計過程控制，提供并行設(shè)計的協(xié)同工作環(huán)境；有利于整個產(chǎn)品開發(fā)過程的系統(tǒng)集成(包括供應(yīng)商、MRPII、銷售、支持與

6、維修服務(wù)等)。 3 模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點和趨勢 31模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的特點 模具是特定產(chǎn)品零件生產(chǎn)用的專用工裝，如塑膠模是用于把塑性材料加工成大批的、統(tǒng)一形狀的部件。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60-90的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具加工技術(shù)，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。在新產(chǎn)品層出不窮的今天，許多產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)都依賴于模具生產(chǎn)。根據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會的預(yù)測，21世紀(jì)機械制造工業(yè)零件粗加工的75，精加工的50都需要通過模具來完成，其中汽車、電器、通信、石化、建筑等行業(yè)最為突出?1I。如何在保證模具質(zhì)量的前提下，以最低的成本和最短的周期，將模具提交給用戶，是當(dāng)前模具業(yè)追求的主要目標(biāo)。模具制造業(yè)生產(chǎn)模式的

7、特點和趨勢歸納起來，有如下幾點： (1)為典型的單品單樣個別接單生產(chǎn)。模具訂單是陸續(xù)隨機到達(dá)的，且定單數(shù)量呈季節(jié)性變化。 (2)幾乎每一個定單都有其特殊性，從產(chǎn)品訂貨決策到制造的全過程中，每一套模具都具有一定的獨立性，企業(yè)需要針對每一份訂單編制相應(yīng)的生產(chǎn)進(jìn)度計劃。而且，在模具開發(fā)的不同階段，要對生產(chǎn)進(jìn)度計劃由粗到細(xì)多次進(jìn)行制定和修改。 (3)每副模具都必須進(jìn)行創(chuàng)造性的設(shè)計。由于不同產(chǎn)品在外觀、結(jié)構(gòu)及成型工藝上的特殊性，需要對每副模具進(jìn)行個別設(shè)計。因此模具設(shè)計常分為制件工藝分析與設(shè)計，模具總體方案設(shè)計，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，施工圖設(shè)計四個階段。在模具的開發(fā)過程中，設(shè)計所占的時間相當(dāng)長，約達(dá)到整個開發(fā)周期

8、的13。 (4)模具質(zhì)量管理是由用戶參與的多層次質(zhì)量管理系統(tǒng)。在模具報價與合同訂單的簽訂時，企業(yè)就需要與用戶協(xié)商確定產(chǎn)品圖，以及有關(guān)的技術(shù)要求；在進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、工藝設(shè)計等階段中，企業(yè)均需要與用戶進(jìn)行協(xié)調(diào)；在最終產(chǎn)品的驗收過程中，企業(yè)還需要用戶的大力合作。 (5)盡管在現(xiàn)代模具生產(chǎn)中采用了先進(jìn)的高效、高精機床和自動化生產(chǎn)技術(shù)，全面采用了標(biāo)準(zhǔn)和通用零、部件，但是，模具型腔、型芯表面精飾加工(如：拋光、研磨等)，模具鉗工與裝配仍然依賴技術(shù)工人的手工勞動，其工作量將占模具總工作量(按工時計)的25-45。因此，制造工藝規(guī)范化成為了控制模具合理化生產(chǎn)的技術(shù)基礎(chǔ)。 32?？h制造業(yè)生產(chǎn)模式的發(fā)

9、展趨勢 模具作為一種高附加值的技術(shù)密集產(chǎn)品，它的技術(shù)水平已經(jīng)成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要評價指標(biāo)。隨著當(dāng)代先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，模具制造模式也呈現(xiàn)出了如下發(fā)展趨勢：(1)由于模具CADCAM技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CADCAM技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，特別是微機的普及應(yīng)用，更為廣大模具企業(yè)普及模具CADCAM技術(shù)創(chuàng)造了良好的條件，因此，模具企業(yè)應(yīng)用CADCAM技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計與制造已成為必然。 (2)選用優(yōu)質(zhì)鋼材和相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命已越來越受到企業(yè)的重視。 (3)制造商要求通過減少物理樣機，提高產(chǎn)品質(zhì)量來降低成本并加速產(chǎn)品

10、上市，這種需求在模具制造業(yè)中尤為突出。因此在模具CADCAM技術(shù)中集成數(shù)字化分析技術(shù)，獲得完善的CADCABCAM解決方案，是目前的一個重要發(fā)展方向。 (4)CADCAM技術(shù)的普及和層次的提高，以及數(shù)據(jù)庫技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為模具企業(yè)實現(xiàn)并行設(shè)計與制造創(chuàng)造了條件，成為企業(yè)有效縮短模具開發(fā)周期、降低模具開發(fā)風(fēng)險的有利武器。 4 具制造業(yè)應(yīng)用PDM技術(shù)的總體目標(biāo) 模具制造業(yè)應(yīng)用PDM技術(shù)的總體目標(biāo)應(yīng)包括 (1)產(chǎn)品信息的完整性、規(guī)范化管理。 PDM系統(tǒng)管理的產(chǎn)品信息將涉及到模具設(shè)計、工藝、制造、經(jīng)營和服務(wù)等各部門，實施PDM系統(tǒng)應(yīng)充分考慮上述各部門的要求，并提供必要的信息共享環(huán)境。同時，通

11、過實施產(chǎn)品配置管理，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品信息的一致性、唯一性、完整性和科學(xué)性。 (2)工作流程的科學(xué)性和靈活性管理。 由于模具企業(yè)接訂單的特殊性，以及模具設(shè)計、制造的個性化需求，使得模具產(chǎn)品在整個生命周期中的工作流程呈現(xiàn)出多回路的特性。因此，PDM系統(tǒng)的實施應(yīng)兼顧高效暢通和方便更改，以實現(xiàn)流程優(yōu)化再造。 (3)有效的項目管理。 模具企業(yè)的生產(chǎn)管理是典型的按照單一定單實施的項目管理，每一副模具從接單、設(shè)計到生產(chǎn)、測試都體現(xiàn)出其獨立性，都需要專門的項目負(fù)責(zé)人對人員進(jìn)行管理，需要制訂專門的設(shè)計方案、設(shè)計特定的工藝、組織特定的生產(chǎn)過程。因此，在PDM系統(tǒng)的實施中，是否實現(xiàn)有效的項目管理是決定PDM系統(tǒng)成功

12、與否的關(guān)鍵。 (4)CADCAMCAE的全面集成。 由于模具企業(yè)應(yīng)用CADCAMCAE技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計與制造已成為必然，因此，應(yīng)使PDM系統(tǒng)成為全面集成CADCAMCAE技術(shù)的平臺，以保證企業(yè)中相關(guān)項目的任何人在任何地點、任意時候都可以得到所需要的正確的、唯一的產(chǎn)品信息，避免因人工參與的中間環(huán)節(jié)信息處理錯誤而導(dǎo)致產(chǎn)品信息的混亂。 (5)并行工程的要求。 模具制造過程中多回路的工作流程特性，使得應(yīng)用并行工程成為有效提高產(chǎn)品開發(fā)效益，增強企業(yè)競爭能力的有力工具。并行工程的實現(xiàn)要求PDM系統(tǒng)具有支持異構(gòu)的計算機環(huán)境，提供單一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，可實施過程的管理與監(jiān)控，以及支持虛擬產(chǎn)品開發(fā)等功能。 (6)協(xié)

13、同環(huán)境的適應(yīng)。 模具企業(yè)實施PDM管理時還應(yīng)充分考慮所應(yīng)用的系統(tǒng)與外部協(xié)同環(huán)境相適應(yīng)，尤其是大型企業(yè)采用分布式數(shù)據(jù)庫時，應(yīng)保證異構(gòu)環(huán)境下的數(shù)據(jù)通訊，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求。同時，PDM系統(tǒng)的計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有可擴展性和開放性。 5 模具制造業(yè)應(yīng)用PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型 51 人員數(shù)據(jù)模型 人員數(shù)據(jù)模型包括人員組織、角色設(shè)定以及角色權(quán)限設(shè)定3部分。 根據(jù)模具企業(yè)組織模具開發(fā)的模式不同，其人員組織各不相同，概括起來不外乎如下3種類型： (1)傳統(tǒng)企業(yè)型：即按照專業(yè)劃分配備人員，各部門的工作性質(zhì)單一，工作人員較為固定，工作流程以串行為主，見圖2。 (2)動態(tài)型：即產(chǎn)品開發(fā)按照項目組織人員，每一組人員中

14、包括完成某一特定模具開發(fā)所需要的所有設(shè)計、工藝、生產(chǎn)、管理、售后服務(wù)人員。隨著項目轉(zhuǎn)型，人員也相對變化。工作流程在組內(nèi)以串行為主，對企業(yè)則以并行為主，企業(yè)的銷售、行政、財務(wù)等非生產(chǎn)部門則相對固定。在生產(chǎn)的安排上又可分為按照單一產(chǎn)品完成整個產(chǎn)品的制造；以及集中加工，按產(chǎn)品分組裝配兩種方式，見圖3。 (3)外協(xié)組裝型：模具的設(shè)計完成后，由oEM供應(yīng)商組織零部件的生產(chǎn)，模具企業(yè)采購標(biāo)準(zhǔn)件及模具零部件并進(jìn)行組裝后出售。這種類型的模具企業(yè)人員成本和設(shè)備投入相對較小，生產(chǎn)組織靈活，但生產(chǎn)成本相對較高，模具開發(fā)的主要人員為設(shè)計人員及裝配技術(shù)工人，見圖4。 雖然不同企業(yè)的人員組織不同，但其角色設(shè)定及權(quán)限設(shè)定是

15、大致相同的。因此，當(dāng)企業(yè)的人員組織結(jié)構(gòu)確定之后，即可確定人員數(shù)據(jù)模型。人員數(shù)據(jù)模型可用表格描述間，根據(jù)圖2建立的人員數(shù)據(jù)表見表1。 52產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型 PDM系統(tǒng)通常用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹由產(chǎn)品裝配圖和產(chǎn)品零部件明細(xì)表產(chǎn)生，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹描述了產(chǎn)品零件信息、裝配層次關(guān)系、以及裝配關(guān)系的信息。一般注射模產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹見圖5。 圖5中，第一層為根節(jié)點，代表產(chǎn)品；第二層為葉節(jié)點，代表組成模具的各個部件；第三層也為葉節(jié)點(以下各層均為葉節(jié)點)，代表構(gòu)成各部件的零件或組件。上述結(jié)構(gòu)樹根據(jù)管理的需要還可進(jìn)一步細(xì)分，直至每一零件的毛胚或原材料。 53工作流程管理模型 工作流程管理通常需要定義以下幾方面的

16、內(nèi)容： (1)工作流程的名稱和適用范圍。 (2)工作流程階段數(shù)量、先后次序及返回的邏輯。 (3)對應(yīng)每一階段的人員角色和表決模式。 (4)在每一階段開始和結(jié)束時需要完成的特殊任務(wù)。 (5)在整個工作流程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本變化規(guī)則。 工作流程管理模型可根據(jù)實際工作流程用表格形式對上述內(nèi)容進(jìn)行描述。 6 模具制造業(yè)應(yīng)用PDM系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù) 61產(chǎn)品配置管理 由于模具企業(yè)單件生產(chǎn)的特點，對產(chǎn)品實施配置管理就顯得尤為重要。 產(chǎn)品配置是指按照某一產(chǎn)品內(nèi)部的所有零件數(shù)量、性質(zhì)及相互關(guān)系對產(chǎn)品進(jìn)行編組。其管理的目標(biāo)是： (1)建立產(chǎn)品的整體模型，形象地描述產(chǎn)品全部數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系。 (2)建立產(chǎn)品的配置規(guī)則，以

17、便給設(shè)計、生產(chǎn)及管理部門提供統(tǒng)一的、準(zhǔn)確的產(chǎn)品信息。 (3)建立一致的產(chǎn)品材料清單，避免造成返工和浪費。 (4)建立產(chǎn)品更改的歷史記錄-版本管理，以保證在任何時候，相關(guān)的任何人都能得到正確的產(chǎn)品版本。 根據(jù)模具的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹及配置規(guī)則，即可得到不同配置條件下的產(chǎn)品配置子模型。根據(jù)圖5得到的產(chǎn)品配置子模型見圖6。 62PDM系統(tǒng)與CADCAMCAE的集成 621與CADCAM集成的幾種模式 (1)封裝模式：封裝模式是將所有CADCAM應(yīng)用程序進(jìn)行集成，使不同的應(yīng)用程序之間能夠共享信息，而PDM系統(tǒng)則可以對不同應(yīng)用程序分別放在數(shù)據(jù)庫中的特征數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)文件進(jìn)行有效的管理。當(dāng)PDM系統(tǒng)封裝了CADCA

18、MCAE應(yīng)用程序,即可在PDM系統(tǒng)的圖形文件中直接激活相應(yīng)的CADCAMCAE系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)中將相應(yīng)的圖形文件顯示為圖形。反之，在CADCAMCAE系統(tǒng)中也可直接進(jìn)入PDM系統(tǒng)，進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理操作，但不允許PDM系統(tǒng)管理文件內(nèi)部的數(shù)據(jù)，如特征、參數(shù)和裝配數(shù)據(jù)等。一般，封裝模式用于PDM系統(tǒng)與二維CAD軟件的集成，自動化程度較低，但實施工作量較少，容易實現(xiàn)。 (2)接口模式：接口模式通過編制接口程序破譯產(chǎn)品內(nèi)部的相互關(guān)系，從而能夠根據(jù)CAD裝配文件中的裝配樹自動生成PDM中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，并能從PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中提取最新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系，去修改CAD中的裝配文件，使兩者保持異步一致。因此，采

19、用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口建立PDM的產(chǎn)品配置與多種CAD軟件的裝配結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，可實現(xiàn)多種CAD軟件共享同一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，但數(shù)據(jù)必須具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。接口模式的自動化程度更高，PDM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)之間能自動交換文件內(nèi)部數(shù)據(jù)。在CAD菜單中具有某些PDM的功能，在PDM菜單中也具有某些CAD的功能。一般，接口模式用于PDM系統(tǒng)與三維CAD軟件的集成。但接口模式的開發(fā)工作量大，對人員的要求高，且系統(tǒng)的維護工作還需要人工處理。 (3)集成模式：集成模式中PDM系統(tǒng)對所有類型的信息都提供了全自動的雙向相關(guān)交換，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)和面向應(yīng)用的數(shù)據(jù)。采用集成模式可制定統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，只要其中之一的關(guān)系發(fā)生變化，另一個隨之發(fā)生改變，在CAD環(huán)境中能使用所有PDM功能，始終保持CAD的產(chǎn)品裝配關(guān)系和PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹同步一致。一般，集成模式用于PDM和CAD的緊密集成，只有軟件供應(yīng)商才能夠提供這種模式。對企業(yè)而言，其開發(fā)工作量最少，使用最方便。但對實施單位(軟件供應(yīng)商)而言，要花費很長時間，還要投人大量精力開發(fā)用戶界面。開發(fā)的費用也較高。 622P