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塑料注射模的同步設(shè)計(jì)系統(tǒng) 摘要 :傳統(tǒng)上，塑料注射模設(shè)計(jì)一般以線性的方式進(jìn)行。 這種線性的工藝過程中，有些設(shè)計(jì)活動(dòng)可以同時(shí)進(jìn)行，因此形成了一個(gè)長期的循環(huán)過程。但是由于不同的步驟設(shè)計(jì)缺乏協(xié)調(diào)性和設(shè)計(jì)者之間的相互溝通。因此錯(cuò)誤是不可避免的。通過分析模型過程和模型設(shè)計(jì)中模件的設(shè)計(jì)，在當(dāng)前模型設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，本文章提出了同步設(shè)計(jì)系統(tǒng)(SDS)。SDS主要包括下列功能： （1）設(shè)計(jì)者之間可以通過使用客戶機(jī)/服務(wù)器技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)者之間的相互聯(lián)交流；(2)提供當(dāng)前的設(shè)計(jì)狀況和背景資料，并為下一步的設(shè)計(jì)提出可行性方案；( 3 )找出不同的設(shè)計(jì)者之間的不同點(diǎn)，提出解決這些爭議的意見，以便這項(xiàng)任務(wù)能給在同一時(shí)間被不同的專家設(shè)計(jì)(4)不斷地檢查模型設(shè)計(jì)模件以保持設(shè)計(jì)的一致性。而且SDS系統(tǒng)能夠在模型設(shè)計(jì)過程中減少人為的錯(cuò)誤。因此，SDS系統(tǒng)的開發(fā)能夠縮短產(chǎn)品研制周期和減少開發(fā)費(fèi)用，使產(chǎn)品盡快投入市場。 關(guān)鍵字： 同步設(shè)計(jì)系統(tǒng)（SDS） 并行工程 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和注射模具設(shè)計(jì)。 1、簡介 塑料模具的設(shè)計(jì)是為了生產(chǎn)出不同的塑料產(chǎn)品。傳統(tǒng)上，塑料注射模的設(shè)計(jì)通常由人工繪圖，隨著CAD技術(shù)的出現(xiàn)，近來計(jì)算機(jī)輔助注射模的設(shè)計(jì)(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)也不斷的發(fā)展。IMOLD [1 ]就是第一個(gè)這樣系統(tǒng)，它所需的時(shí)間是通常設(shè)計(jì)時(shí)間的80%。系統(tǒng)提供不同的模型，而每個(gè)模型又是由不同的模件組成，即填料、滑塊、澆口道、型芯、型腔、型機(jī)體、凸模、注射機(jī)和通氣孔。設(shè)計(jì)者通?？梢酝瑫r(shí)運(yùn)用這些模件。由于一些輔助元件設(shè)計(jì)必須同時(shí)進(jìn)行，因此這種線性的設(shè)計(jì)方法效率較低。當(dāng)兩個(gè)或更多設(shè)計(jì)者同時(shí)對(duì)同一模具的輔助元件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，而協(xié)調(diào)性和相互之間的溝通只是口頭上的，這樣效率較低和極易出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此信息的交換是必要的[2][3]，而一個(gè)自動(dòng)的設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)然也是必不可少的。 最近并行工程結(jié)合產(chǎn)品設(shè)計(jì)和相關(guān)的工藝過程，已成為一種有條不紊的設(shè)計(jì)方法，得到支持并已被運(yùn)用于生產(chǎn)之中，這種方法縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低產(chǎn)品開發(fā)成本，并且改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量 [4].曾經(jīng)前人使用過的設(shè)計(jì)方法在此系統(tǒng)中已被使用[5].新的報(bào)告也將并行工程用于注射模型設(shè)計(jì)過程。Lee et al 提出一個(gè)當(dāng)前的模具的概念設(shè)計(jì)[6]。不過這個(gè)概念，因設(shè)計(jì)過程仍然是線性的，所以知識(shí)庫和數(shù)據(jù)的分享都受到限制。而且，在實(shí)際應(yīng)用中并沒有被承認(rèn)。其他研究如建立在注射模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的CAD知識(shí)庫系統(tǒng)已不斷的發(fā)展[7][8][9 ][10]。 但是這些報(bào)導(dǎo)工作卻有以下幾點(diǎn)被限制： ●他們僅有當(dāng)前的設(shè)計(jì)規(guī)章和知識(shí)。在線形方式中很多功能被限制。 ●雖然單用戶允許使用此系統(tǒng)，但是多個(gè)用戶在不同的位置同時(shí)存取使用這些系統(tǒng)進(jìn)行處理則是不允許的[7]。 ●設(shè)計(jì)者之間缺少相互的結(jié)合，即設(shè)計(jì)者需要經(jīng)歷整個(gè)設(shè)計(jì)過程。這不同于公司的實(shí)際后產(chǎn)情況，在這里任務(wù)被分配給不同的專家同時(shí)做。 ●他們只集中于特別的部分，例如過程設(shè)計(jì)[8]局部設(shè)計(jì)和整體設(shè)計(jì)[9]。 因此，他們不能處理復(fù)雜的注射模具設(shè)計(jì)。 通過分析模具的設(shè)計(jì)過程，這篇文章在IMOLD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上不斷研發(fā)和實(shí)施，得到了當(dāng)前注射模具設(shè)計(jì)的新方法——同步設(shè)計(jì)系統(tǒng)(SDS)。 2、當(dāng)前的模具設(shè)計(jì)過程 隨著全球化的發(fā)展，產(chǎn)品面臨的壓力不斷增長，因此產(chǎn)品應(yīng)盡快進(jìn)入市場，模具設(shè)計(jì)中，分工合作已成為發(fā)展趨勢。 模具設(shè)計(jì)過程可以定義為以下幾點(diǎn)。 （1）相關(guān)模型：一對(duì)模型(例如Pmodule-x. Pmodule-y)如果一個(gè)模件所需的信息通常是來自另一個(gè)已存在的模件，則稱相關(guān)模型。信息要求一個(gè)完整的輸出量轉(zhuǎn)移或者只描述部分的轉(zhuǎn)移量，他們通常在此系列方面運(yùn)用。如圖1（a）所示。 （2）獨(dú)立模型：一對(duì)模型如果其中一個(gè)模件的信息量與另一個(gè)無關(guān)或者要求同時(shí)完成一對(duì)模型則稱為獨(dú)立模型。圖1(b)顯示了獨(dú)立模型Pmodule-x和Pmodule-y (3)其它模型：這是一個(gè)決策者(參閱圖1(c))。由圖（1）可以看出相關(guān)模型串行連接而獨(dú)立模型則是并聯(lián)堆積。 注射模型設(shè)計(jì)程序的分解展示了它的獨(dú)立性和相互依靠特性。 IMOLD系統(tǒng)有10個(gè)設(shè)計(jì)模件：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、澆注系統(tǒng)、分型系統(tǒng)、模具底部，滑塊設(shè)計(jì)、頂出裝置設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)、注射系統(tǒng)、標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)。每一個(gè)操作都有一個(gè)具體的部分設(shè)計(jì)。這些設(shè)計(jì)模件的先后順序關(guān)系如圖2中所示。 3、在裝配過程中各部分之間的樹形關(guān)系。 一個(gè)注射模型是幾個(gè)附屬組件通過配合被連結(jié)起來。在IMOLD里，一個(gè)動(dòng)態(tài)的裝配樹形結(jié)構(gòu)用來描述并且組織模具設(shè)計(jì)。如圖3所一個(gè)組裝樹的模型示例，它顯示了起動(dòng)在一模型設(shè)計(jì)給一部分中，整個(gè)結(jié)晶器裝置樹創(chuàng)造每節(jié)點(diǎn)的零內(nèi)容。 模件被使用和那些附屬裝配的通訊記者和/或組成部分被建立，在裝配樹過程中的他們的通訊記者節(jié)點(diǎn)被充滿。 在模型設(shè)計(jì)過程中，我們?yōu)榱藳Q定模型設(shè)計(jì)在并行工程中下一步是什么，因此了解模型設(shè)計(jì)當(dāng)前的善是十分必要的。在裝配樹中機(jī)械裝置的不斷增加，提供了動(dòng)態(tài)的模具設(shè)計(jì)。 在我們的方法中，模具設(shè)計(jì)狀況設(shè)計(jì)通過核對(duì)裝配樹中結(jié)點(diǎn)的情況不斷的檢索，要先前關(guān)系的基礎(chǔ)上提出下一步或者數(shù)步之后的方案。如圖2所示的圖表。 4、同步設(shè)計(jì)系統(tǒng) 本文章提出了同步設(shè)計(jì)系統(tǒng)(SDS)能夠在計(jì)算機(jī)輔助注射模型設(shè)計(jì)方面達(dá)到一致性，SDS的整體結(jié)構(gòu)如圖4所顯示。SDS占有一個(gè)接口，四個(gè)主要功能和數(shù)據(jù)庫。 四個(gè)主要功能是知識(shí)功能，協(xié)調(diào)功能，監(jiān)控功能和網(wǎng)絡(luò)功能。 (1)界面 設(shè)計(jì)者使用SDS通過界面來實(shí)現(xiàn)。SDS系統(tǒng)不斷發(fā)展以便僅僅通過對(duì)SDS的提供就能完成注射模具設(shè)計(jì)過程。設(shè)計(jì)者可以使用他們自己的電腦終端機(jī)(主機(jī))通過此界面進(jìn)行設(shè)計(jì)和相互之間的交流。 (2)網(wǎng)絡(luò)功能 為了使不同地方的設(shè)計(jì)者能夠同時(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)協(xié)作。SDS對(duì)不同的用戶提供了有效的聯(lián)系。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將執(zhí)行這項(xiàng)任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用服務(wù)器/客戶技術(shù)使不同的用戶之間可以進(jìn)行相互聯(lián)系?？蛻?服務(wù)器主要功能是使工藝過程相互在獨(dú)立的機(jī)器上運(yùn)行。一臺(tái)服務(wù)器能同時(shí)向多個(gè)客戶提供服務(wù)并且控制他們的共享資源、數(shù)據(jù)和信息的入口。附在物理網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備都有主機(jī)和IP(網(wǎng)際協(xié)議)地址。IP是整個(gè)傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議(傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議)協(xié)議重點(diǎn)的。TCP將信息通過局域網(wǎng)的IP地址傳送給不同的主機(jī)(主要是指客戶機(jī)) (參閱圖5)。SDS可以通過Inthernet傳給不同的計(jì)算機(jī)和不同的用戶從而被不斷的使用。例如，設(shè)計(jì)者希望設(shè)計(jì)頂出裝置，但是部分模件尚未運(yùn)行就可對(duì)所要求的部分模件對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)出請(qǐng)求，則網(wǎng)絡(luò)就會(huì)把它寄給所需的要的設(shè)計(jì)者。之后模件將被設(shè)計(jì)，前設(shè)計(jì)者將會(huì)得到部分模件已經(jīng)被其他設(shè)計(jì)者完成的信息，以便更好的利用。 (3)知識(shí)功能 隨著降低模具設(shè)計(jì)者的專業(yè)化趨勢的發(fā)展，SDS一個(gè)主要目標(biāo)是向沒有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者提供信息。 因此SDS主要提供關(guān)于當(dāng)前的設(shè)計(jì)問題和文獻(xiàn)資料，同時(shí)提供了專家指導(dǎo)，而這個(gè)指導(dǎo)是關(guān)于整個(gè)設(shè)計(jì)過程的。例如，一個(gè)設(shè)計(jì)者登錄后，SDS將會(huì)通知將他/她當(dāng)前的實(shí)際水平，即模件是否已被其他設(shè)計(jì)者完成，和根據(jù)當(dāng)前的模具設(shè)計(jì)過程向他/她提供下一步的可行方案。 與在數(shù)據(jù)庫里的靜態(tài)數(shù)據(jù)不同，SDS里的信息具有自動(dòng)更新的性能；即它通過模型設(shè)計(jì)過程自動(dòng)產(chǎn)生新信息。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是能夠及時(shí)的為模型設(shè)計(jì)提供信息，SDS不僅僅提供了信息，而且SDS利用知識(shí)庫給那些設(shè)計(jì)者智能化的幫助。 (4)協(xié)調(diào)功能 現(xiàn)實(shí)公司的實(shí)際情況中，那些任務(wù)在相同的時(shí)間分配給不同設(shè)計(jì)者。而分工合作最關(guān)鍵的因素是設(shè)計(jì)者之間的協(xié)調(diào)性，它可以減少人為的錯(cuò)誤。例如，兩個(gè)設(shè)計(jì)者可能同步設(shè)計(jì)相同的模件。其中一設(shè)計(jì)者在當(dāng)前模型設(shè)計(jì)過程中，由于母模件不能被執(zhí)行，可能選擇執(zhí)行水平較低的子模件(低水平)處理。而以上面則會(huì)引起沖突的上升。 因此，SDS能夠檢查沖突和提出沖突的解決辦法，使不同模型設(shè)計(jì)模件和不同的設(shè)計(jì)者相互協(xié)調(diào)。首先，SDS將判斷哪個(gè)模件必須被首先執(zhí)行和哪個(gè)模件可以被同時(shí)做。根據(jù)當(dāng)前模具設(shè)計(jì)處理，母模件必須被首先執(zhí)行，子模件能被不同的設(shè)計(jì)者同時(shí)在不同的主機(jī)上完成。其次，如果一個(gè)模件是修改，相關(guān)的子模件就必須被更新。例如，任何模具庫相關(guān)參數(shù)據(jù)的改變都需要設(shè)計(jì)者重新進(jìn)行滑塊設(shè)計(jì)和頂出裝置的設(shè)計(jì)。第三，如果一些設(shè)計(jì)者正在進(jìn)行模件的設(shè)計(jì)，SDS將會(huì)同其他的設(shè)計(jì)者相互協(xié)調(diào)。 換句話說，SDS能夠提供設(shè)計(jì)模件的次序并且保持模件適合單個(gè)設(shè)計(jì)者，并提供適合多個(gè)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)次序以保持他們?cè)O(shè)計(jì)結(jié)果的一致性。而協(xié)調(diào)功能將支持此項(xiàng)功能。 (5)監(jiān)控功能 SDS對(duì)全部模具在整個(gè)期間設(shè)計(jì)問題進(jìn)行評(píng)論。SDS對(duì)模型設(shè)計(jì)進(jìn)行周期性的核對(duì)，以保持模件的一致性，以便SDS能提供最新和最及時(shí)的信息給不同的設(shè)計(jì)者。例如，SDS向設(shè)計(jì)者報(bào)告模件有哪些被其他設(shè)計(jì)者完成，或者哪些模件已被其他設(shè)計(jì)者修改。SDS通知設(shè)計(jì)者可以下載已被完成的模件或者更新相關(guān)的模型，因此SDS向設(shè)計(jì)者提供了監(jiān)控信息。這個(gè)功能由監(jiān)控設(shè)備來完成。 (6)在SDS的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫 一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中能夠提供相當(dāng)多的幫助。因此，SDS也提供一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫由全球數(shù)據(jù)庫即許多當(dāng)?shù)氐臄?shù)據(jù)庫通過一個(gè)數(shù)據(jù)接口程序組成。 （a）全球數(shù)據(jù)庫里的數(shù)據(jù)對(duì)全部需求都來說都十分清晰，任何意見都很容易修改并適合新的需求都。應(yīng)用者所需的普通數(shù)據(jù)。并行設(shè)計(jì)模型設(shè)計(jì)過程被存儲(chǔ)在全球數(shù)據(jù)庫中。 (b)短暫的信息，例如在運(yùn)行分析中間產(chǎn)生的結(jié)果一般是儲(chǔ)存在本地?cái)?shù)據(jù)庫中。SDS存儲(chǔ)模具的當(dāng)前狀態(tài)信息設(shè)計(jì)最初產(chǎn)品信息存入本地?cái)?shù)據(jù)庫，本地?cái)?shù)據(jù)庫能夠?qū)ψ钚碌脑O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的立即錄入。 四個(gè)設(shè)備與數(shù)據(jù)庫相互作用。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備幫助設(shè)計(jì)者在模具期間相互交流；知識(shí)設(shè)備幫助設(shè)計(jì)者正確地選擇設(shè)計(jì)模件；協(xié)調(diào)設(shè)備提供了所選擇的模型之間的協(xié)調(diào)；監(jiān)控設(shè)備不斷地檢查正在運(yùn)行的模件。這四個(gè)設(shè)備之間是相互聯(lián)系并且是相互作用以達(dá)到計(jì)算機(jī)輔助注射模設(shè)計(jì)的一致性。這四個(gè)設(shè)備活動(dòng)的順序如圖6所示。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以被任何設(shè)計(jì)者隨時(shí)使用。當(dāng)設(shè)計(jì)者登錄并且想要選擇設(shè)計(jì)模型時(shí)，提供智能化幫助。設(shè)計(jì)者選擇模件之后，協(xié)調(diào)設(shè)備提供不同模具設(shè)計(jì)的沖突察覺和提出解決沖突的辦法和不同模具設(shè)計(jì)的相互溝通，監(jiān)控設(shè)備周期性的檢查模型設(shè)計(jì)模件。 5、示例 下列例子是一個(gè)底盤的模型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者起初使用IMOLD系統(tǒng)而且SDS系統(tǒng)也同時(shí)進(jìn)行。 由SDS提供建議/指示在IMOLD(見圖7)基礎(chǔ)上屏幕上顯了整個(gè)設(shè)計(jì)過程。 設(shè)計(jì)者A在主機(jī)上下載了產(chǎn)品模型后，SDS將會(huì)提出下一步進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的建議，當(dāng)這個(gè)模件的完成時(shí)，則下一步可進(jìn)行的設(shè)計(jì)是澆注系統(tǒng)或者分型系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者A選擇分型系統(tǒng)。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)者B在主機(jī)B上開始澆注系統(tǒng)和模具其體的設(shè)計(jì)，SDS就會(huì)告訴A澆注系統(tǒng)和模 具基體已被另一設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)者A則可更新總裝配，然后去下載那兩個(gè)已被設(shè)計(jì)的模件(如圖8a所)。當(dāng)前狀況下，SDS建議設(shè)計(jì)者A進(jìn)行滑塊設(shè)計(jì)或者頂出裝置的設(shè)計(jì)，若模具的邊緣具有空刀槽，則設(shè)計(jì)者A將進(jìn)行滑塊設(shè)計(jì)。但是在執(zhí)行之后，設(shè)計(jì)者A若查明滑塊設(shè)計(jì)在模架之外(如圖8b所)。因此，設(shè)計(jì)者A可通過SDS寄電子郵件給設(shè)計(jì)者B(如圖7)。設(shè)計(jì)者B得到電子郵件后，修改模具和基本部分。根據(jù)SDS 指示，設(shè)計(jì)者B應(yīng)寄給A一個(gè)改進(jìn)后的滑塊設(shè)計(jì)。因此，如圖8所示，在主機(jī)A中不斷的更新數(shù)據(jù)，最后設(shè)計(jì)者A依照SDS指示進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。同時(shí)，其它設(shè)計(jì)者也將注射系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)在不同的計(jì)算機(jī)上完成。這時(shí)，設(shè)計(jì) 者A更新那些裝配樹下載其他模件，最后在主機(jī)A上完成模具的裝配，如圖8d所示。 在沒有SDS的情況下即設(shè)計(jì)以線的方式的模具運(yùn)行IMOLD和注射模的并行設(shè)計(jì)比較的結(jié)果如下，結(jié)果分別如圖9a和圖9b所示：沒有SDS系統(tǒng)時(shí)，總設(shè)計(jì)時(shí)間是2920小時(shí)，當(dāng)用SDS時(shí)，總設(shè)計(jì)時(shí)間是1630小時(shí)，節(jié)省了44.2%。 6、結(jié)論 模具同步設(shè)計(jì)是有利的，其中最關(guān)鍵的是能夠更進(jìn)一步縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，因此并行設(shè)計(jì)過程已經(jīng)被提出使用。SDS的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)已經(jīng)被開發(fā)，引導(dǎo)設(shè)計(jì)者在不同模具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的專業(yè)化，并同時(shí)適用于整個(gè)模具的裝配。SDS通過設(shè)計(jì)者的努力和保持模具設(shè)計(jì)的一致性，以達(dá)到模具設(shè)計(jì)工作可以分配給不同專家同時(shí)去做。設(shè)計(jì)者在不同的地方對(duì)于工程設(shè)計(jì)可以相互協(xié)作。一個(gè)簡單的例子表明并行設(shè)計(jì)過程已經(jīng)被完成，并且設(shè)計(jì)時(shí)間與傳統(tǒng)的線性設(shè)計(jì)實(shí)踐相比較能夠顯著縮短。 7、參考文獻(xiàn) 1. k.S. 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