并行工程在模具開發(fā)中的應(yīng)用
引言
并行工程(Concurrent Engineering - CE)是一種系統(tǒng)的集成方法，它采用并行方法處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程，包括創(chuàng)造和支持過程。這種方法力圖使產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就能夠考慮到，產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品報(bào)廢為止的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度及用戶需求。從技術(shù)層面理解，并行工程是建立在信息集成基礎(chǔ)上的優(yōu)化運(yùn)行模式，它為先進(jìn)制造技術(shù)的總體優(yōu)化提供了新的技術(shù)集成思想.
1 模具開發(fā)并行工程的組織結(jié)構(gòu)
模具開發(fā)可大致分為合同簽定、模具設(shè)計(jì)(包括工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控編程)、材料供應(yīng)、模具加工、試模修模和成本核算等過程。這些過程并不是獨(dú)立的，它們之間存在著復(fù)雜的相互依賴和相互制約的關(guān)系，要求在設(shè)計(jì)的早期階段就充分考慮后續(xù)環(huán)節(jié)各相關(guān)因素的影響。如果不考慮這些約束關(guān)系，就會(huì)造成大量的設(shè)計(jì)返工，不僅浪費(fèi)人力物力資源，而且使模具生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，成本居高不下，質(zhì)量難以控制，從而使企業(yè)失去信譽(yù)和競(jìng)爭(zhēng)力。因此，必須組建包括模具銷售、模具設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、模具加工、模具裝配、試模修模以及質(zhì)量檢查等專門人員和用戶代表等方面在內(nèi)的模具開發(fā)并行工程工作小組(Teamwork)，協(xié)同工作，從而盡可能集中各方面知識(shí)資源，獲取最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)返工，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。圖1為模具開發(fā)并行工程的組織結(jié)構(gòu)。
并行工程(Concurrent Engineering - CE)是一種系統(tǒng)的集成方法，它采用并行方法處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過程，包括創(chuàng)造和支持過程。這種方法力圖使產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就能夠考慮到，產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到產(chǎn)品報(bào)廢為止的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的所有因素，包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度及用戶需求。從技術(shù)層面理解，并行工程是建立在信息集成基礎(chǔ)上的優(yōu)化運(yùn)行模式，它為先進(jìn)制造技術(shù)的總體優(yōu)化提供了新的技術(shù)集成思想.
1 模具開發(fā)并行工程的組織結(jié)構(gòu)
模具開發(fā)可大致分為合同簽定、模具設(shè)計(jì)(包括工藝設(shè)計(jì)和數(shù)控編程)、材料供應(yīng)、模具加工、試模修模和成本核算等過程。這些過程并不是獨(dú)立的，它們之間存在著復(fù)雜的相互依賴和相互制約的關(guān)系，要求在設(shè)計(jì)的早期階段就充分考慮后續(xù)環(huán)節(jié)各相關(guān)因素的影響。如果不考慮這些約束關(guān)系，就會(huì)造成大量的設(shè)計(jì)返工，不僅浪費(fèi)人力物力資源，而且使模具生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，成本居高不下，質(zhì)量難以控制，從而使企業(yè)失去信譽(yù)和競(jìng)爭(zhēng)力。因此，必須組建包括模具銷售、模具設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、模具加工、模具裝配、試模修模以及質(zhì)量檢查等專門人員和用戶代表等方面在內(nèi)的模具開發(fā)并行工程工作小組(Teamwork)，協(xié)同工作，從而盡可能集中各方面知識(shí)資源，獲取最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)返工，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。圖1為模具開發(fā)并行工程的組織結(jié)構(gòu)。
2 模具開發(fā)并行工程的實(shí)施
從組織結(jié)構(gòu)看出，模具開發(fā)并行工程的實(shí)施難點(diǎn)在于工作小組的協(xié)同工作。在承接模具開發(fā)任務(wù)時(shí)，并行工程開發(fā)模式強(qiáng)調(diào)工作小組各成員應(yīng)時(shí)刻明白自己的職責(zé)和任務(wù)，協(xié)同工作，共同對(duì)特定的模具開發(fā)任務(wù)負(fù)責(zé)。但是模具行業(yè)與其它行業(yè)比較而言，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化是比較欠缺的。模具行業(yè)從設(shè)計(jì)、制造到調(diào)試的從業(yè)人員，大多是按照自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作的，這意味著許多工作的開展有很大的隨意性。由于缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)文件，開展協(xié)同工作的難度較大，有時(shí)甚至很難執(zhí)行下去。當(dāng)然隨著時(shí)間的推移，工作小組成員逐漸會(huì)很好的融合協(xié)作。但是對(duì)行業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行整理、標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)疑也是巫待進(jìn)行的工作.
3 模具開發(fā)并行工程系統(tǒng)框架
實(shí)施模具開發(fā)并行工程需要有相應(yīng)的支持環(huán)境：以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為集成平臺(tái)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持下，利用CAX等工具和各種相關(guān)的模具設(shè)計(jì)與制造知識(shí)，采用基于特征的集成產(chǎn)品信息模型，實(shí)現(xiàn)模具開發(fā)各相關(guān)環(huán)節(jié)內(nèi)部及之間的信息共享，建立并行工程支持環(huán)境，最終達(dá)到縮短模具開發(fā)周期、降低模具成本、提高模具質(zhì)量的目的。圖2為模具開發(fā)并行工程系統(tǒng)的基本框架。
從組織結(jié)構(gòu)看出，模具開發(fā)并行工程的實(shí)施難點(diǎn)在于工作小組的協(xié)同工作。在承接模具開發(fā)任務(wù)時(shí)，并行工程開發(fā)模式強(qiáng)調(diào)工作小組各成員應(yīng)時(shí)刻明白自己的職責(zé)和任務(wù)，協(xié)同工作，共同對(duì)特定的模具開發(fā)任務(wù)負(fù)責(zé)。但是模具行業(yè)與其它行業(yè)比較而言，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化是比較欠缺的。模具行業(yè)從設(shè)計(jì)、制造到調(diào)試的從業(yè)人員，大多是按照自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行工作的，這意味著許多工作的開展有很大的隨意性。由于缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)文件，開展協(xié)同工作的難度較大，有時(shí)甚至很難執(zhí)行下去。當(dāng)然隨著時(shí)間的推移，工作小組成員逐漸會(huì)很好的融合協(xié)作。但是對(duì)行業(yè)高新技術(shù)應(yīng)用規(guī)范進(jìn)行整理、標(biāo)準(zhǔn)化無(wú)疑也是巫待進(jìn)行的工作.
3 模具開發(fā)并行工程系統(tǒng)框架
實(shí)施模具開發(fā)并行工程需要有相應(yīng)的支持環(huán)境：以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)為集成平臺(tái)，在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的支持下，利用CAX等工具和各種相關(guān)的模具設(shè)計(jì)與制造知識(shí)，采用基于特征的集成產(chǎn)品信息模型，實(shí)現(xiàn)模具開發(fā)各相關(guān)環(huán)節(jié)內(nèi)部及之間的信息共享，建立并行工程支持環(huán)境，最終達(dá)到縮短模具開發(fā)周期、降低模具成本、提高模具質(zhì)量的目的。圖2為模具開發(fā)并行工程系統(tǒng)的基本框架。
4 實(shí)施并行工程時(shí)須考慮的問題
在模具開發(fā)中實(shí)施并行工程時(shí)，除了具有一般并行工程方法與關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)外，還有以下一些問題須加考慮。
(1)智能化技術(shù)。模具設(shè)計(jì)與制造知識(shí)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，而許多知識(shí)通常都是以經(jīng)驗(yàn)的形式存在于工程師的頭腦中或?qū)I(yè)手冊(cè)中。問題是隨著計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展，如果對(duì)有用的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，上升為能被計(jì)算機(jī)所識(shí)別的知識(shí)資源，并可借此進(jìn)行推理則意義更大。在建立知識(shí)庫(kù)時(shí)必須考慮如何能夠很好的解決知識(shí)的獲取、表達(dá)及推理等問題。
(2)模具計(jì)算機(jī)輔助報(bào)價(jià)。模具生產(chǎn)的特點(diǎn)是單件生產(chǎn)，很少重復(fù)，這給模具報(bào)價(jià)帶來(lái)了極大的困難。目前，模具報(bào)價(jià)大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算的，由于缺乏價(jià)格細(xì)目和可供參考的歷史資料與數(shù)據(jù)，這種報(bào)價(jià)是不精確和缺少依據(jù)的。特別是隨著一些新的設(shè)計(jì)和制造方法引進(jìn)模具開發(fā)當(dāng)中，傳統(tǒng)的模具報(bào)價(jià)估算經(jīng)驗(yàn)，在某種程度上顯得更加脆弱，常導(dǎo)致談判伊始即陷人被動(dòng)。因此，為了能夠比較準(zhǔn)確地枯算模具成本，需要開發(fā)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助報(bào)價(jià)工具。
(3)模具CAX和DFX工具。在模具設(shè)計(jì)甚至產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段，若能利用CAN和DFX工具，充分考慮后續(xù)環(huán)節(jié)的各種約束，如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束、工藝約束、資源約束等等，通過對(duì)模具的制造性、裝配性、測(cè)試性等進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，則可提高模具開發(fā)的一次成功率，有效改善模具設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量。值得一提的是，面向不同類型模具開發(fā)的CAE工具軟件，是目前分析評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)方案合理與否最快捷有效的工具之一。利用它可大大減少物理模擬試驗(yàn)及試模等耗時(shí)、耗力、耗財(cái)?shù)脑u(píng)價(jià)驗(yàn)證手段的使用，既縮短開發(fā)時(shí)間，又提高了開發(fā)的一次成功率。
(4)集成化產(chǎn)品模型特征描述技術(shù)。基于特征的模型表示方法目前比較流行。這種表示方法的優(yōu)點(diǎn)在于比較符合人們認(rèn)識(shí)事物的方式抽象出來(lái)的模型比較容易用面向?qū)ο蠹夹g(shù)加以實(shí)現(xiàn)。模型特征是有較豐富內(nèi)容的，在實(shí)現(xiàn)時(shí)可將相應(yīng)的特征作為對(duì)象的屬性或方法加以描述。
現(xiàn)在的問題是，目前流行的CAN工具軟件大多是單一解決某些方面問題的，其信息模型往往是只包含少數(shù)幾個(gè)特征而未能對(duì)所研究的對(duì)象作全面的描述。集成化技術(shù)就是試圖在各類不同的工具軟件之間架起一座座橋梁。
5 結(jié)束語(yǔ)
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大潮中，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)主要是交貨期、質(zhì)量、成本和服務(wù)，即所謂的TQCS(Time, Quality, Cost and Service)之問的競(jìng)爭(zhēng)。并行工程思想改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，經(jīng)過精心組織，能夠有效地縮短交貨期，降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品質(zhì)量。因此，一經(jīng)提出即成為眾多企業(yè)革新的主要內(nèi)容，也已成為許多企業(yè)贏得競(jìng)爭(zhēng)的法寶。相信在今后模具開發(fā)的實(shí)施中，它會(huì)不斷成熟和完善。
在模具開發(fā)中實(shí)施并行工程時(shí)，除了具有一般并行工程方法與關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)外，還有以下一些問題須加考慮。
(1)智能化技術(shù)。模具設(shè)計(jì)與制造知識(shí)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，而許多知識(shí)通常都是以經(jīng)驗(yàn)的形式存在于工程師的頭腦中或?qū)I(yè)手冊(cè)中。問題是隨著計(jì)算機(jī)智能技術(shù)的發(fā)展，如果對(duì)有用的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，上升為能被計(jì)算機(jī)所識(shí)別的知識(shí)資源，并可借此進(jìn)行推理則意義更大。在建立知識(shí)庫(kù)時(shí)必須考慮如何能夠很好的解決知識(shí)的獲取、表達(dá)及推理等問題。
(2)模具計(jì)算機(jī)輔助報(bào)價(jià)。模具生產(chǎn)的特點(diǎn)是單件生產(chǎn)，很少重復(fù)，這給模具報(bào)價(jià)帶來(lái)了極大的困難。目前，模具報(bào)價(jià)大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)估算的，由于缺乏價(jià)格細(xì)目和可供參考的歷史資料與數(shù)據(jù)，這種報(bào)價(jià)是不精確和缺少依據(jù)的。特別是隨著一些新的設(shè)計(jì)和制造方法引進(jìn)模具開發(fā)當(dāng)中，傳統(tǒng)的模具報(bào)價(jià)估算經(jīng)驗(yàn)，在某種程度上顯得更加脆弱，常導(dǎo)致談判伊始即陷人被動(dòng)。因此，為了能夠比較準(zhǔn)確地枯算模具成本，需要開發(fā)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)輔助報(bào)價(jià)工具。
(3)模具CAX和DFX工具。在模具設(shè)計(jì)甚至產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段，若能利用CAN和DFX工具，充分考慮后續(xù)環(huán)節(jié)的各種約束，如模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)約束、工藝約束、資源約束等等，通過對(duì)模具的制造性、裝配性、測(cè)試性等進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，則可提高模具開發(fā)的一次成功率，有效改善模具設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量。值得一提的是，面向不同類型模具開發(fā)的CAE工具軟件，是目前分析評(píng)價(jià)一個(gè)設(shè)計(jì)方案合理與否最快捷有效的工具之一。利用它可大大減少物理模擬試驗(yàn)及試模等耗時(shí)、耗力、耗財(cái)?shù)脑u(píng)價(jià)驗(yàn)證手段的使用，既縮短開發(fā)時(shí)間，又提高了開發(fā)的一次成功率。
(4)集成化產(chǎn)品模型特征描述技術(shù)。基于特征的模型表示方法目前比較流行。這種表示方法的優(yōu)點(diǎn)在于比較符合人們認(rèn)識(shí)事物的方式抽象出來(lái)的模型比較容易用面向?qū)ο蠹夹g(shù)加以實(shí)現(xiàn)。模型特征是有較豐富內(nèi)容的，在實(shí)現(xiàn)時(shí)可將相應(yīng)的特征作為對(duì)象的屬性或方法加以描述。
現(xiàn)在的問題是，目前流行的CAN工具軟件大多是單一解決某些方面問題的，其信息模型往往是只包含少數(shù)幾個(gè)特征而未能對(duì)所研究的對(duì)象作全面的描述。集成化技術(shù)就是試圖在各類不同的工具軟件之間架起一座座橋梁。
5 結(jié)束語(yǔ)
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大潮中，企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)主要是交貨期、質(zhì)量、成本和服務(wù)，即所謂的TQCS(Time, Quality, Cost and Service)之問的競(jìng)爭(zhēng)。并行工程思想改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，經(jīng)過精心組織，能夠有效地縮短交貨期，降低生產(chǎn)成本，改善產(chǎn)品質(zhì)量。因此，一經(jīng)提出即成為眾多企業(yè)革新的主要內(nèi)容，也已成為許多企業(yè)贏得競(jìng)爭(zhēng)的法寶。相信在今后模具開發(fā)的實(shí)施中，它會(huì)不斷成熟和完善。
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