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1 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 2 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 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 4 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 5 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 客戶 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 6 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 7 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)次序以保持他們設(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 8 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 9 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) 10 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 11 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 Lee J Y I I Fuh Y F Zhang A Y C Nee and Z Li IMOLD An Intelligent Plastic Injection Mold Design and Assembly System The proceedings of the 4th International Conference on Die arid Mould Technology 4 16 June Kuala Lumpur Malaysia 30 37 1997 2 R Fruchter K Refiner 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