0 引言

    在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，高端、復(fù)雜、精密模具對(duì)企業(yè)的研發(fā)、制造能力提出高要求，單件、無批量的特點(diǎn)對(duì)模具企業(yè)的研發(fā)能力提出挑戰(zhàn)，市場(chǎng)的快速變化和競(jìng)爭(zhēng)加劇要求模具企業(yè)有更高的效率，被市場(chǎng)認(rèn)可的產(chǎn)品能否快速上市往往是企業(yè)成敗的關(guān)鍵。模具是高質(zhì)量、高效率的產(chǎn)品生產(chǎn)工具，模具開發(fā)周期在整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)周期中占有重要比重，客戶對(duì)模具開發(fā)周期要求越來越短，不少客戶甚至把模具的交貨期放在第一位置，然后才是質(zhì)量和價(jià)格。因此，在有限的資源下，如何在保證質(zhì)量、控制成本的同時(shí)縮短模具開發(fā)周期，提高模具開發(fā)效率是模具研發(fā)的首要問題。

    目前大多數(shù)模具制造業(yè)，雖采用了一些先進(jìn)的CAD/CAE/CAM技術(shù)，并收到一定的效果，但在總體上，我國(guó)的模具開發(fā)技術(shù)仍與市場(chǎng)需求有一定的差距，模具結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)階段主要是單人作業(yè)而非協(xié)同，而協(xié)同設(shè)計(jì)是縮短模具開發(fā)周期、提高質(zhì)量與降低成本的有效方法。本文探討了實(shí)現(xiàn)模具協(xié)同設(shè)計(jì)需具備的幾個(gè)關(guān)鍵要素：并行性、任務(wù)指派、權(quán)限控制、數(shù)據(jù)同步和沖突檢測(cè)消除機(jī)制，給出在NX Moldwizard中實(shí)現(xiàn)模具結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)的可行性分析；指出模具結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)方法主要由產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可調(diào)配資源決定，總結(jié)了NX Moldwizard協(xié)同設(shè)計(jì)的常用流程，并給出了工程應(yīng)用價(jià)值案例。

1 模具的協(xié)同設(shè)計(jì)分析

    傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)模式呈現(xiàn)單人作業(yè)過程（見圖1）。

圖1 傳統(tǒng)的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程

    典型的單人作業(yè)的模具設(shè)計(jì)過程：設(shè)計(jì)人員對(duì)用戶提供的產(chǎn)品的質(zhì)量即產(chǎn)品模型可塑性進(jìn)行分析（如導(dǎo)人數(shù)據(jù)是否損壞，是否光順，是否自相交，是否有銳刺，有否跨界面、判斷模型倒扣位置，拔模角度、壁厚是否合理等等），將分析的結(jié)果反饋客戶進(jìn)行溝通、協(xié)調(diào)后得到優(yōu)化的可塑性良好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然后再串行（有穿插）的詳細(xì)設(shè)計(jì)模具的成型部分、澆注系統(tǒng)、模架、脫模機(jī)構(gòu)、側(cè)向分型機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等，一般設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)，當(dāng)設(shè)計(jì)任務(wù)較為繁重時(shí)，無法及時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)，限制了CAD作用的發(fā)揮。

    計(jì)算機(jī)協(xié)同設(shè)計(jì)是指在計(jì)算機(jī)支持下，各協(xié)作成員合作一個(gè)共同的項(xiàng)目，承擔(dān)相應(yīng)部分的設(shè)計(jì)任務(wù)，并交互地進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，最終得到符合要求結(jié)果的一種設(shè)計(jì)方法。模具開發(fā)過程中的協(xié)同設(shè)計(jì)同樣強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)開發(fā)的相關(guān)過程同時(shí)進(jìn)行，模具結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)的典型流程（見圖2）。

圖2 模具結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)典型流程圖

    因此在模具總體方案布置時(shí)，應(yīng)充分考慮模具協(xié)同設(shè)計(jì)需具備的幾個(gè)關(guān)鍵要素：

    (1)并行性：在模具協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，多流水線的工作方式?jīng)Q定了設(shè)計(jì)過程不再是單線串行，每個(gè)開發(fā)任務(wù)作為一個(gè)整體有一個(gè)順序，復(fù)雜設(shè)計(jì)任務(wù)根據(jù)設(shè)計(jì)輸入條件分解成若干分階段或若干子任務(wù)，每個(gè)分設(shè)計(jì)階段或每個(gè)子功能設(shè)計(jì)由各協(xié)同設(shè)計(jì)人員并行完成。

    (2)任務(wù)指派：多設(shè)計(jì)人員的協(xié)同設(shè)計(jì)是多設(shè)計(jì)人員共同完成統(tǒng)一設(shè)計(jì)項(xiàng)目，所以要依據(jù)現(xiàn)有的設(shè)計(jì)輸入條件對(duì)子任務(wù)進(jìn)行合理的規(guī)劃和分解，要求分工合理、明確（如根據(jù)模具功能模塊進(jìn)行分工：型芯/型腔系統(tǒng)，頂出系統(tǒng)，流道系統(tǒng)，緊固件等并結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)任務(wù)量進(jìn)行合理指派）。

    (3)權(quán)限控制：多設(shè)計(jì)人員的協(xié)同設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)的讀、寫訪問權(quán)限應(yīng)有明確的設(shè)定，各設(shè)計(jì)人員可以訪問且只能訪問自己被授權(quán)的數(shù)據(jù)，不多不少。

    (4)數(shù)據(jù)同步性：模具協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，要實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)目組成員間的協(xié)同，必須考慮設(shè)計(jì)信息的交互，確保各子任務(wù)數(shù)據(jù)來源一致，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)子成果的存儲(chǔ)和共享。

    (5)集成性：模具協(xié)同設(shè)計(jì)的集成不僅僅是設(shè)計(jì)成果的集成，還包括各分階段子任務(wù)的集成，所以要求對(duì)整體任務(wù)進(jìn)度節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

    (6)沖突檢測(cè)消除機(jī)制：模具協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，由不同的設(shè)計(jì)思路或設(shè)計(jì)階段引發(fā)設(shè)計(jì)沖突時(shí)，應(yīng)有沖突的檢測(cè)和消除機(jī)制。

2 基于NX Moldwizard協(xié)同設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

    NX Moldwizard應(yīng)用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)模具結(jié)構(gòu)件的功能劃分來組織模具文件結(jié)構(gòu)并提供（見圖3）樹形文件裝配結(jié)構(gòu)管理形式：模具文件結(jié)構(gòu)細(xì)分為模架、冷卻系統(tǒng)（冷卻水管）、澆注系統(tǒng)（澆口流道）、成型部分（型芯型腔）、側(cè)抽芯（滑塊斜頂）、頂出機(jī)構(gòu)等在設(shè)計(jì)中通過數(shù)據(jù)鎖定機(jī)制即對(duì)數(shù)據(jù)讀取權(quán)不限，嚴(yán)格控制存寫權(quán)唯一來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)訪問權(quán)限的控制；應(yīng)用wave關(guān)聯(lián)技術(shù)；針對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，將產(chǎn)品模型的同一層或不同層次之間關(guān)鍵幾何模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)拷貝，建立幾何元素間的尺寸聯(lián)系，從而方便實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的方法，并接合NX提供的時(shí)間戳記方法來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步與設(shè)計(jì)結(jié)果集成（如重新打開選定的文件，重新打開所有被修改過的文件等）；并通過提供方便的干涉檢查機(jī)制（靜態(tài)干涉檢查，模具運(yùn)動(dòng)仿真等）來解決集成中遇到的設(shè)計(jì)沖突。

圖3 NX Moldwizard樹形文件結(jié)構(gòu)

    NX Moldwizard環(huán)境下典型的模具協(xié)同設(shè)計(jì)過程見圖4。主任設(shè)計(jì)師在對(duì)用戶提出的產(chǎn)品可塑性進(jìn)行分析，并將分析結(jié)果和客戶進(jìn)行反饋、溝通、協(xié)調(diào)后，得到優(yōu)化的可塑性良好的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)產(chǎn)品、模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和可調(diào)配資源（實(shí)際工作量大小/項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員多少）對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行合理的規(guī)劃和分解，并設(shè)定相關(guān)的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限，一般是根據(jù)NX Moldwizard提供的模具文件結(jié)構(gòu)將項(xiàng)目分解成各相關(guān)子任務(wù)，項(xiàng)目組成員協(xié)同設(shè)計(jì)各子任務(wù)，在規(guī)定的進(jìn)度節(jié)點(diǎn)，由主任設(shè)計(jì)師集成各設(shè)計(jì)子任務(wù)結(jié)果，并進(jìn)行設(shè)計(jì)沖突檢查和排除。

圖4 NX Moldwizard模具協(xié)同設(shè)計(jì)工作流程

    NX Moldwizard協(xié)同設(shè)計(jì)文件管理常見的兩種方式見圖5，通常協(xié)同設(shè)計(jì)可以采用同一檔案或不同檔案兩種方式，前一種方式：協(xié)同設(shè)計(jì)人員將檔案拷貝在各自電腦里，分別設(shè)計(jì)指定模塊，然后定期將檔案集成在一起；后一種方式是：協(xié)同設(shè)計(jì)人員打開同一檔案，然后將自己不直接參與設(shè)計(jì)的模塊關(guān)閉，并分別對(duì)自己設(shè)計(jì)的模塊數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作且只能對(duì)自己負(fù)責(zé)的模塊相關(guān)文件進(jìn)行寫操作。一般采用后一種方法進(jìn)行文件管理，易于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與同步。

圖5 NX Moldwizard協(xié)同設(shè)計(jì)文件管理常見兩種方式

    對(duì)具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，可采用產(chǎn)品模型分割法來進(jìn)行模具協(xié)同設(shè)計(jì)子任務(wù)規(guī)劃，產(chǎn)品模型分割法是以化繁為簡(jiǎn)、化整為零為指導(dǎo)思想來簡(jiǎn)化復(fù)雜產(chǎn)品的模具協(xié)同開發(fā)任務(wù)．產(chǎn)品模型分割法協(xié)同設(shè)計(jì)的一般執(zhí)行過程：建立項(xiàng)目，執(zhí)行NX Moldwizard項(xiàng)目初始化命令，分別導(dǎo)人所有的切割部分，每導(dǎo)入一個(gè)部分就增加一個(gè)分模產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)，把Moldwizard裝配結(jié)構(gòu)里不同的分模產(chǎn)品(Prod)及其子結(jié)點(diǎn)分別指派給不同設(shè)計(jì)者，各子任務(wù)設(shè)計(jì)結(jié)束后進(jìn)行設(shè)計(jì)結(jié)果的集成，同時(shí)與其它完成的子任務(wù)模塊：模架設(shè)計(jì)、側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)、流道系統(tǒng)、頂出機(jī)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行集成。

    分割法在分模子任務(wù)協(xié)同設(shè)計(jì)規(guī)劃中的具體實(shí)現(xiàn)見圖6。首先將產(chǎn)品模型分割成若干個(gè)連續(xù)的塊單元，一般對(duì)稱分布，再對(duì)這些塊單元分別執(zhí)行協(xié)同設(shè)計(jì)，最后利用NX Moldwizard提供的一模多穴功能，將設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行集成。

圖6 復(fù)雜產(chǎn)品分割法協(xié)同分模工作流程

3 典型案例分析

    圖7是應(yīng)用NX Moldewizard協(xié)同設(shè)計(jì)一款具有復(fù)雜零件結(jié)構(gòu)的相機(jī)外殼的注塑模的工程實(shí)例，將復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程分解為甲乙丙三個(gè)子系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行：甲負(fù)責(zé)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，分模，同時(shí)乙根據(jù)零件結(jié)構(gòu)完成模架設(shè)計(jì)；分型后，甲乙分別協(xié)同設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)和澆注系統(tǒng)；甲乙丙協(xié)同完成冷卻系統(tǒng)后，甲集成各設(shè)計(jì)子任務(wù)并進(jìn)行設(shè)計(jì)沖突檢查和排除，如通過靜態(tài)干涉檢查是否存在冷卻系統(tǒng)與頂出系統(tǒng)存在干涉等，確定設(shè)計(jì)結(jié)果合理，之后，甲乙丙協(xié)同完成整個(gè)塑料模各功能模塊的詳細(xì)出圖工作。

圖7 Moldewizard協(xié)同設(shè)計(jì)工程應(yīng)用實(shí)例

    從圖7中可知，與傳統(tǒng)的串行設(shè)計(jì)相比，協(xié)同設(shè)計(jì)顯著縮短了模具的設(shè)計(jì)時(shí)間，大大提高了模具設(shè)計(jì)開發(fā)的效率。

4 結(jié)語(yǔ)

    NX Moldwizard模具結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)采用的具體方法主要取決于注塑件和模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在模具協(xié)同設(shè)計(jì)具體過程中要做到分工明確，數(shù)據(jù)訪問權(quán)限設(shè)定合理，數(shù)據(jù)同步性好，設(shè)計(jì)者在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中要做到多交流，并分別管理好各自的設(shè)計(jì)模塊。協(xié)同設(shè)計(jì)在NX moldwizard注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用，顯著的提高了注塑模設(shè)計(jì)效率，縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

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本文標(biāo)題：基于NX Moldwizard的注塑模結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)研究

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