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

-.z模具開發(fā)中的協(xié)同設(shè)計(jì)與科學(xué)管理王輝,程玲玲,姚曉東0前言隨著車燈市場(chǎng)的快速開展，對(duì)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)，開展到如今的雙色模、大規(guī)模復(fù)雜型腔模具等，并向國(guó)外出口模具。對(duì)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(gè)模具制作過程更有成效，保證模具按質(zhì)按量準(zhǔn)時(shí)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?cè)趯?shí)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(jì)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(jì)的實(shí)質(zhì)是工程進(jìn)展各方通力合作，到達(dá)資源的最大整合；同時(shí)，對(duì)工程進(jìn)展中出現(xiàn)的沖突，進(jìn)展合理的消解和處理，以實(shí)現(xiàn)整體最優(yōu)。1協(xié)同設(shè)計(jì)背景資料1．1協(xié)同設(shè)計(jì)協(xié)同設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)并行工程的有利手段，也是實(shí)現(xiàn)并行工程的關(guān)鍵，協(xié)同設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)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(jì)中工程管理與設(shè)計(jì)之間、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)之間的脫節(jié)，設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)之間，以及設(shè)計(jì)周期過長(zhǎng)、設(shè)計(jì)費(fèi)用高、設(shè)計(jì)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(jì)過程監(jiān)控，強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)決策過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的群體協(xié)同行為，并注重研究設(shè)計(jì)活動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性。1．2協(xié)同系統(tǒng)設(shè)計(jì)的功能及特點(diǎn)協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能概括3個(gè)層次，即通訊、合作和協(xié)調(diào)。●通訊：通訊使各設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)過程中能夠方便地交流信息；●合作：合作是協(xié)同設(shè)計(jì)的工作方式，是在共享產(chǎn)品模型的根底上，使不同的設(shè)計(jì)單位能夠同步或異步參與到一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中；●協(xié)調(diào)：協(xié)調(diào)通過控制各設(shè)計(jì)單位的合作速度，保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，提高設(shè)計(jì)效率，使設(shè)計(jì)過程或結(jié)果到達(dá)最優(yōu)。協(xié)同設(shè)計(jì)過程具有以下特點(diǎn)：〔1〕分布性：參加協(xié)同設(shè)計(jì)的人員可能位于一樣地方，也可能位于不同地方?！?〕交互性：協(xié)同設(shè)計(jì)中人員之間經(jīng)常進(jìn)展交互。交互方式可能是實(shí)時(shí)，可能是異時(shí)?！?〕動(dòng)態(tài)性：在整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，產(chǎn)品開發(fā)的進(jìn)度、工作人員的任務(wù)安排、設(shè)備狀況等皆在發(fā)生動(dòng)態(tài)變化。〔4〕協(xié)作性與沖突性：在協(xié)同設(shè)計(jì)中，開發(fā)人員之間需要密切合作。同時(shí)，由于產(chǎn)品開發(fā)的多樣性以及實(shí)際情況的復(fù)雜性，合作過程中的沖突不可防止，需要進(jìn)展沖突消解?！?〕活動(dòng)的多樣性：協(xié)同設(shè)計(jì)中的活動(dòng)多種多樣，除了產(chǎn)品造型、工藝設(shè)計(jì)、NC編程等活動(dòng)外，還有工程管理、設(shè)計(jì)評(píng)審等。協(xié)同設(shè)計(jì)就是這些活動(dòng)組成的有機(jī)整體?！?〕網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：協(xié)同設(shè)計(jì)一般建立在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境根底之上，具有計(jì)算機(jī)軟硬件的異構(gòu)性等特點(diǎn)。1．3協(xié)同設(shè)計(jì)的藕荷方式由于一個(gè)復(fù)雜工程的各個(gè)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一樣。根據(jù)協(xié)同設(shè)計(jì)信息交流的深度，即設(shè)計(jì)的協(xié)同程度可將協(xié)同設(shè)計(jì)分為3類：松散、適度和嚴(yán)密耦合，如圖1所示。松散耦合的特點(diǎn)是小組間信息直接交流，信息阻抗大；適度耦合的特點(diǎn)是通過共享數(shù)據(jù)庫交流信息，信息阻抗適中：嚴(yán)密耦合的特點(diǎn)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(jì)耦合組織方式在嚴(yán)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)間嚴(yán)密耦合，信息阻抗也非常低，甚至沒有。設(shè)計(jì)者、管理程序組成一層，并在這一層上對(duì)產(chǎn)品的描述進(jìn)展創(chuàng)立和修改。下一層由約束網(wǎng)絡(luò)、規(guī)則、實(shí)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(jì)與科學(xué)管理過程2．1協(xié)同設(shè)計(jì)和科學(xué)管理產(chǎn)能的急劇擴(kuò)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(píng)審后，如何將VDA6．4質(zhì)量管理要求和模具開發(fā)的具體實(shí)踐密切結(jié)合起來，創(chuàng)造出適合部門開展的設(shè)計(jì)和管理模式.是一個(gè)必須面對(duì)的問題。圖2是**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(gè)嚴(yán)密藕荷的協(xié)同設(shè)計(jì)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?jī)?nèi)部網(wǎng)絡(luò)、DNC系統(tǒng)、CATIA軟件設(shè)計(jì)局域網(wǎng)、Dr．工程及Dr，本錢軟件構(gòu)成了嚴(yán)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(jì)〔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(jì)體系有密切的聯(lián)系。圖2新產(chǎn)品開發(fā)過程在整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)部門的合作與協(xié)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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，為防止模具開發(fā)中出現(xiàn)錯(cuò)誤，必須對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)展檢測(cè)。為此，專門制定了3D數(shù)據(jù)檢測(cè)單。3D數(shù)據(jù)檢測(cè)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)過開展，綜合各主要職能部門如模具部CAD、CAM、機(jī)加工及鉗修和生產(chǎn)部反應(yīng)意見，分大燈配光鏡、飾圈、反射鏡、雙色模以及有無內(nèi)抽芯構(gòu)造等。數(shù)據(jù)檢測(cè)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(cè)、抽芯構(gòu)造、分型面R角是數(shù)據(jù)檢測(cè)重點(diǎn)〔見圖3〕。圖3模具開發(fā)前的數(shù)據(jù)檢測(cè)流程〔2〕與產(chǎn)品開發(fā)部門的前期協(xié)溜會(huì)議是一個(gè)重要的途徑。模具部門提前參與到產(chǎn)品開發(fā)部門，對(duì)減少由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致的模具開發(fā)困難、工期延長(zhǎng)及設(shè)計(jì)反攻等具有積極的作用。2．3模具2D/3D協(xié)同設(shè)計(jì)模具2D/3D協(xié)同設(shè)計(jì)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(jì)過程3D造型人員〔CAM科〕和2D構(gòu)造設(shè)計(jì)人員〔CAD科〕的密切協(xié)同配合，是實(shí)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(tái)的互通，是實(shí)現(xiàn)協(xié)同管理的軟件根底。設(shè)計(jì)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(jì)的根底，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(jì)和科學(xué)管理的應(yīng)用。2．4模具CAM科協(xié)同設(shè)計(jì)和科學(xué)管理2．4．1模具3D設(shè)計(jì)與2D設(shè)計(jì)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(cè)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(shí)體，以方便后續(xù)模具造型，同時(shí)可將此實(shí)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(jìn)展流動(dòng)、冷卻、澆注等輔助分析。CAE分析結(jié)果可以反應(yīng)給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門，同時(shí)也可以給模具CAD人員作參考。實(shí)現(xiàn)模具CAD/CAB/CAM與產(chǎn)品CAD之間的協(xié)同合作?！?〕對(duì)生成的3D實(shí)體模型，拉模具分型面，2D構(gòu)造設(shè)計(jì)人員可以對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)投影，完成模具初步設(shè)計(jì)〔AutoCAD〕。整個(gè)拉分型面與生成動(dòng)定模框架過程，是在與2D構(gòu)造設(shè)計(jì)人員的反復(fù)協(xié)商中實(shí)現(xiàn)。隨后，按根本構(gòu)造簡(jiǎn)圖，3D設(shè)計(jì)人員完成模具實(shí)體生成、模具各種構(gòu)造3D造型?！?〕同時(shí)按照CAM加工要求，對(duì)模具3D模型進(jìn)展修飾，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*疇，造型時(shí)的加工針對(duì)性很強(qiáng)，可以防止以后模具加工時(shí)可能出現(xiàn)的問題?！?〕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(shí)3D造型人員給2D構(gòu)造設(shè)計(jì)人員各種相關(guān)設(shè)計(jì)信息，輔助完成模具構(gòu)造設(shè)計(jì)工作?！?〕在整個(gè)過程中，如果碰到一些問題，技術(shù)管理科協(xié)助處理。整個(gè)協(xié)同設(shè)計(jì)過程見圖5。圖5模具CAM科3D協(xié)同設(shè)計(jì)過程協(xié)同控制方法：〔1〕3D設(shè)計(jì)錯(cuò)誤防止。通過與模具2D設(shè)計(jì)圖5模具CAM科3D協(xié)同設(shè)計(jì)過程人員的交互，確認(rèn)3D造型。由于3D設(shè)計(jì)中，很容易發(fā)生槽、抽芯尺寸等數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，專門制定了造型互檢制度。即3D設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)需要其它設(shè)計(jì)人員檢查，并簽字〔有專門的模具3D造型互檢單〕?！?〕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(jì)和NC編程的協(xié)同管理。以前模具3D設(shè)計(jì)人員與NC編程人員是同一個(gè)人，這樣可以防止3D設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)變更后，模具3D設(shè)計(jì)將及時(shí)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(huì)方式傳達(dá)。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N(yùn)C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(dòng)模、定模、其他零部件完成的，CAM科每個(gè)人員的工作性質(zhì)都比擬籠統(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(dòng)模、定模、型芯/抽芯等機(jī)加工由專人負(fù)責(zé)，同時(shí)，所有涉及到電極加工的部位，也有專人負(fù)責(zé)。由于每個(gè)人工作任務(wù)的相對(duì)單一，保證了其NC程序的“精〞。相對(duì)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?！?〕NC編程時(shí)，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(jì)〔2〕NC編程前，對(duì)數(shù)據(jù)3D模型的處理要細(xì)化；做符合加工實(shí)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(duì)加工造型/編程有不同特點(diǎn)要求。在CAM科內(nèi)部制定相應(yīng)的動(dòng)模、定模、型芯、抽芯、電極及花紋加工/造型標(biāo)準(zhǔn)，形成手冊(cè)。由技術(shù)管理科負(fù)責(zé)保管。每個(gè)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?！?〕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(cuò)的概率。〔4〕每個(gè)NC程序都要模擬〔TRYCUT軟件〕。要求每個(gè)程序單背后，都附TRYCUT模擬效果圖。〔5〕在NC編程前，碰到比擬特殊的工藝問題，技術(shù)管理科協(xié)同制定工藝方案。目前已形成了對(duì)每個(gè)型芯/抽芯復(fù)合構(gòu)造定工藝方案的制度；同時(shí)，NC編程人員感到比擬復(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?！?〕NC編程依據(jù)技術(shù)管理科制定的工藝方案完成。每個(gè)NC編程人員都可以得到一份相當(dāng)詳細(xì)的工藝方案流程圖，此圖由技術(shù)管理科制定。這樣做有利于CAM人員理解整個(gè)流程和NC程序的關(guān)鍵點(diǎn)?！?〕NC編程人員依據(jù)工藝規(guī)劃員制定的工藝規(guī)劃動(dòng)態(tài)確認(rèn)自己的編程進(jìn)度，保證不延誤工期。同時(shí)任務(wù)分配時(shí)，填寫工作方案單，確保任務(wù)按時(shí)完成。同時(shí)，此方案單也可以作為監(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(jī)制。通過DNC系統(tǒng)傳輸NC數(shù)據(jù)；機(jī)床操作人員不能隨意更改CAM員設(shè)置的NC參數(shù)，以到達(dá)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(diǎn)。減少機(jī)床操作人員出錯(cuò)的援率；通過工程數(shù)據(jù)管理軟件Dr．工程Dr．本錢的銜接，實(shí)現(xiàn)對(duì)模具開發(fā)過程的適時(shí)監(jiān)控．有利于標(biāo)準(zhǔn)化管理，同時(shí)符合VDA6.4貢量管理的各項(xiàng)要求。〔3〕控制方法：機(jī)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)*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(shí)施．睡格實(shí)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)*，對(duì)機(jī)床的進(jìn)刀量、步距等參數(shù)都有嚴(yán)格的規(guī)定。機(jī)床操作人員對(duì)不合理程字編制方法的有效反應(yīng)，形成固定協(xié)商反應(yīng)機(jī)制：嚴(yán)格貫徹測(cè)點(diǎn)措施〔程序測(cè)點(diǎn)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(huì)在這里得到表達(dá)。如果沒有發(fā)現(xiàn)，將會(huì)直接影響注塑生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量。在鉗修部門，開場(chǎng)逐步制定嚴(yán)格的操作規(guī)程。鉗修部門的任何意見，都會(huì)直接反應(yīng)給模具設(shè)計(jì)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(shí)，模具部均有相關(guān)技術(shù)人員跟隨，隨時(shí)反應(yīng)試模狀況。及時(shí)總結(jié)問題點(diǎn)，并通報(bào)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(huì)議，并及時(shí)反應(yīng)，以促進(jìn)模具設(shè)計(jì)與制造水平的提高?！?〕此外，對(duì)于比擬復(fù)雜的模具構(gòu)造，同生產(chǎn)部門，在模具開發(fā)前期就杜絕不適宜構(gòu)造，并讓生產(chǎn)部門一起協(xié)商比擬好的模具制造方案?！?〕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(jì)中的沖突消解與動(dòng)態(tài)性維護(hù)如果按照正常模具流程，模具生產(chǎn)過程會(huì)比擬順利，但是，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)情況時(shí)，沖突必然產(chǎn)生。為保證模具生產(chǎn)的正常進(jìn)展，必須及時(shí)消除沖突。沖突一般包括：模具部?jī)?nèi)部由于失誤，造成的模具開發(fā)進(jìn)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(jìn)度延誤〔1〕新模具開發(fā)時(shí)，出現(xiàn)突發(fā)情況而影響模具開發(fā)進(jìn)度。通知技術(shù)管理科。通過協(xié)調(diào)〔如模具部中午的點(diǎn)檢會(huì)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(jìn)度?！?〕協(xié)調(diào)模具開發(fā)各方面人員，制定出緊急應(yīng)對(duì)措施。技術(shù)管理科敦促補(bǔ)救措施的實(shí)施?！?〕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(cuò)誤原因，并內(nèi)部交流經(jīng)歷教訓(xùn)，由技術(shù)管理科歸檔?！?〕失誤責(zé)任人協(xié)同監(jiān)視、提醒相關(guān)人員完成補(bǔ)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(jìn)度；〔2〕技術(shù)管理科協(xié)商各