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1 塑料注射模的同步設(shè)計系統(tǒng) 摘要 傳統(tǒng)上 塑料注射模設(shè)計一般以線性的方式進行 這種線性的工藝過程中 有些設(shè)計 活動可以同時進行 因此形成了一個 長期的循環(huán)過程 但是由于不同的步驟設(shè)計缺乏協(xié)調(diào)性 和設(shè)計者之間的相互溝通 因此 錯誤是不可避免的 通 過分析模型 過程和模型設(shè)計中模件的 設(shè)計 在當(dāng)前模型設(shè)計基礎(chǔ)上 本文章提出了同步設(shè)計系統(tǒng) SDS SDS主要包括下列功能 1 設(shè)計者之間可以通過使用客戶機 服務(wù)器技術(shù)實現(xiàn)設(shè)計者之間的相互聯(lián)交流 2 提供當(dāng)前 的設(shè)計狀況和背景資料 并為 下一步的設(shè)計提出可行性方案 3 找出不同的設(shè)計者之間的 不同點 提出解決這些爭議的意 見 以便 這項任務(wù)能給在同一 時間被不同的專家設(shè)計 4 不斷 地檢查模型設(shè)計模件以保持設(shè)計的一致性 而且 SDS系統(tǒng)能夠在模型設(shè)計過程中減少人為的 錯誤 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)費用 使產(chǎn)品盡快投入市場 關(guān)鍵字 同步設(shè)計系統(tǒng) SDS 并行工程 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和注射模具設(shè)計 1 簡介 塑料模具的設(shè)計是為了生產(chǎn)出不同的塑料產(chǎn)品 傳統(tǒng)上 塑料注射模的設(shè)計通常由人 工繪圖 隨著CAD技術(shù)的出現(xiàn) 近來計算機輔助注射模的設(shè)計 計算機輔助設(shè)計 技術(shù)也不斷 的發(fā)展 IMOLD 1 就是第一個這樣系統(tǒng) 它所需的時間是通常設(shè)計時間的80 系統(tǒng)提供 不同的模型 而每個模型又是由不同的模件組成 即填料 滑塊 澆口道 型芯 型腔 型機體 凸模 注射機和通氣孔 設(shè)計者通?？梢酝瑫r運用這些模件 由于一些輔助元件 設(shè)計必須同時進行 因此這種線性的設(shè)計方法效率較低 當(dāng)兩個或更多設(shè)計者同時對同一 模具的輔助元件進行設(shè)計時 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)錯誤 因此信息的交換是必要的 2 3 而一個自動的設(shè)計監(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)計和相關(guān)的工藝過程 已成為一種有條不紊的設(shè)計方法 得 到支持并已被運用于生產(chǎn)之中 這種方法縮短設(shè)計時間 降低產(chǎn)品開發(fā)成本 并且改進產(chǎn) 品質(zhì)量 4 曾經(jīng)前人使用過的設(shè)計方法在此系統(tǒng)中已被使用 5 新的報告也將并行工程用 于注射模型設(shè)計過程 Lee et al 提出一個當(dāng)前的模具的概念設(shè)計 6 不過這個概念 因 設(shè)計過程仍然是線性的 所以知識庫和數(shù)據(jù)的分享都受到限制 而且 在實際應(yīng)用中并沒 有被承認 其他研究如建立在注射模具設(shè)計基礎(chǔ)上的CAD知識庫系統(tǒng)已不斷的發(fā)展 7 8 9 10 但是這些報導(dǎo)工作卻有以下幾點被限制 他們僅有當(dāng)前的設(shè)計規(guī)章和知識 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) 但是多個用戶在不同的位置同時存取使用這些系統(tǒng)進 行處理則是不允許的 7 設(shè)計者之間缺少相互的結(jié)合 即設(shè)計者需要經(jīng)歷整個設(shè)計過程 這不同于公司的實 際后產(chǎn)情況 在這里任務(wù)被分配給不同的專家同時做 他們只集中于特別的部分 例如過程設(shè)計 8 局部設(shè)計和整體設(shè)計 9 因此 他們 不能處理復(fù)雜的注射模具設(shè)計 通過分析模具的設(shè)計過程 這篇文章在IMOLD系統(tǒng)的基礎(chǔ)上不斷研發(fā)和實施 得到了當(dāng) 前注射模具設(shè)計的新方法 同步設(shè)計系統(tǒng) SDS 2 當(dāng)前的模具設(shè)計過程 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)盡快進入市場 模具設(shè)計 中 分工合作已成為發(fā)展趨勢 模具設(shè)計過程可以定義為以下幾點 1 相關(guān)模型 一對模型 例如Pmodule x Pmodule y 如果一個模件所需的信息通常 是來自另一個已存在的模件 則稱相關(guān)模型 信息要求一個完整的輸出量轉(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用 如圖1 a 所示 2 獨立模型 一對模型如果其中一個模件的信息量與另一個無關(guān)或者要求同時完成 一對模型則稱為獨立模型 圖1 b 顯示了獨立模型Pmodule x 和Pmodule y 3 其它模型 這是一個決策者 參閱圖1 c 由圖 1 可以看出相關(guān)模型串行連接 而獨立模型則是并聯(lián)堆積 注射模型設(shè)計程序的分解展示了它的獨立性和相互依靠特性 IMOLD系統(tǒng)有10個設(shè)計 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 頂出裝置設(shè)計 冷卻系統(tǒng) 注射系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計和排氣系統(tǒng)設(shè)計 每一個操作都有一個具體的部分設(shè)計 這些設(shè)計 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 一個注射模型是幾個附屬組件通過配合被連結(jié)起來 在IMOLD里 一個動態(tài)的裝配樹形 結(jié)構(gòu)用來描述并且組織模具設(shè)計 如圖3所一個組裝樹的模型示例 它顯示了起動在一模型 設(shè)計給一部分中 整個結(jié)晶器裝置樹創(chuàng)造每節(jié)點的零內(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)點被充滿 4 在模型設(shè)計過程中 我們?yōu)榱藳Q定模型設(shè)計在并行工程中下一步是什么 因此了解模 型設(shè)計當(dāng)前的善是十分必要的 在裝配樹中機械裝置的不斷增加 提供了動態(tài)的模具設(shè)計 在我們的方法中 模具設(shè)計狀況設(shè)計通過核對裝配樹中結(jié)點的情況不斷的檢索 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)計系統(tǒng) 本文章提出了同步設(shè)計系統(tǒng) SDS 能夠在計算機輔助注射模型設(shè)計方面達到一致性 SDS的整體結(jié)構(gòu)如圖4所顯示 SDS占有一個接口 四個主要功能和數(shù)據(jù)庫 四個主要功能 是知識功能 協(xié)調(diào)功能 監(jiān)控功能和網(wǎng)絡(luò)功能 1 界面 設(shè)計者使用SDS通過界面來實現(xiàn) SDS系統(tǒng)不斷發(fā)展以便僅僅通過對SDS的提供就能完成 注射模具設(shè)計過程 設(shè)計者可以使用他們自己的電腦終端機 主機 通過此界面進行設(shè)計和 相互之間的交流 2 網(wǎng)絡(luò)功能 為了使不同地方的設(shè)計者能夠同時進行工程設(shè)計協(xié)作 SDS對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 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立的機器上運行 一臺服務(wù)器能 同時向多個客戶提供服務(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)備都有主機和IP 網(wǎng)際協(xié)議 地址 IP是整個傳輸控制協(xié)議 網(wǎng)際協(xié)議 傳輸控制協(xié)議 網(wǎng) 際協(xié)議 協(xié)議重點的 TCP將信息通過局域網(wǎng)的IP地址傳送給不同的主機 主要是指客戶機 參閱圖5 SDS可以通過Inthernet傳給不同的計算機和不同的用戶從而被不斷的使用 例 如 設(shè)計者希望設(shè)計頂出裝置 但是部分模件尚未運行就可對所要求的部分模件對網(wǎng)絡(luò)發(fā) 出請求 則網(wǎng)絡(luò)就會把它寄給所需的要的設(shè)計者 之后模件將被設(shè)計 前設(shè)計者將會得到 部分模件已經(jīng)被其他設(shè)計者完成的信息 以便更好的利用 3 知識功能 隨著降低模具設(shè)計者的專業(yè)化趨勢的發(fā)展 SDS一個主要目標(biāo)是向沒有經(jīng)驗的設(shè)計者提 供信息 因此SDS主要提供關(guān)于當(dāng)前的設(shè)計問題和文獻資料 同時提供了專家指導(dǎo) 而這 個指導(dǎo)是關(guān)于整個設(shè)計過程的 例如 一個設(shè)計者登錄后 SDS將會通知將他 她當(dāng)前的實 際水平 即模件是否已被其他設(shè)計者完成 和根據(jù)當(dāng)前的模具設(shè)計過程向他 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里的信息具有自動更新的性能 即它通過模型設(shè)計 過程自動產(chǎn)生新信息 計算機輔助設(shè)計的關(guān)鍵是能夠及時的為模型設(shè)計提供信息 SDS不僅 僅提供了信息 而且SDS利用知識庫給那些設(shè)計者智能化的幫助 4 協(xié)調(diào)功能 現(xiàn)實公司的實際情況中 那些任務(wù)在相同的時間分配給不同設(shè)計者 而分工合作最關(guān) 鍵的因素是設(shè)計者之間的協(xié)調(diào)性 它可以減少人為的錯誤 例如 兩個設(shè)計者可能同步設(shè) 計相同的模件 其中一設(shè)計者在當(dāng)前模型設(shè)計過程中 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)計模件和不同的設(shè)計者 7 相互協(xié)調(diào) 首先 SDS將判斷哪個模件必須被首先執(zhí)行和哪個模件可以被同時做 根據(jù)當(dāng)前 模具設(shè)計處理 母模件必須被首先執(zhí)行 子模件能被不同的設(shè)計者同時在不同的主機上完 成 其次 如果一個模件是修改 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)計者重新進行滑塊設(shè)計和頂出裝置的設(shè)計 第三 如果一些設(shè)計者正 在進行模件的設(shè)計 SDS將會同其他的設(shè)計者相互協(xié)調(diào) 換句話說 SDS能夠提供設(shè)計模件的次序并且保持模件適合單個設(shè)計者 并提供適合多 個設(shè)計者的設(shè)計次序以保持他們設(shè)計結(jié)果的一致性 而協(xié)調(diào)功能將支持此項功能 5 監(jiān)控功能 SDS對全部模具在整個期間設(shè)計問題進行評論 SDS對模型設(shè)計進行周期性的核對 以 保持模件的一致性 以便SDS能提供最新和最及時的信息給不同的設(shè)計者 例如 SDS向設(shè) 計者報告模件有哪些被其他設(shè)計者完成 或者哪些模件已被其他設(shè)計者修改 SDS通知設(shè)計 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)計者提供了監(jiān)控信息 這個 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 一個網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中能夠提供相當(dāng)多的幫助 因此 SDS也提供一個網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)庫 一個網(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)計模型設(shè)計過程被存儲在全球數(shù)據(jù)庫中 b 短暫的信息 例如在運行分析中間產(chǎn)生的結(jié)果一般是儲存在本地數(shù)據(jù)庫中 SDS存 儲模具的當(dāng)前狀態(tài)信息設(shè)計最初產(chǎn)品信息存入本地數(shù)據(jù)庫 本地數(shù)據(jù)庫能夠?qū)ψ钚碌脑O(shè)計 數(shù)據(jù)的立即錄入 四個設(shè)備與數(shù)據(jù)庫相互作用 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備幫助設(shè)計者在模具期間相互交流 知識設(shè)備幫 助設(shè)計者正確地選擇設(shè)計模件 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 地檢查正在運行的模件 這四個設(shè)備之間是相互聯(lián)系并且是相互作用以達到計算機輔助注 射模設(shè)計的一致性 這四個設(shè)備活動的順序如圖6所示 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以被任何設(shè)計者隨時使 用 當(dāng)設(shè)計者登錄并且想要選擇設(shè)計模型時 提供智能化幫助 設(shè)計者選擇模件之后 協(xié) 調(diào)設(shè)備提供不同模具設(shè)計的沖突察覺和提出解決沖突的辦法和不同模具設(shè)計的相互溝通 監(jiān)控設(shè)備周期性的檢查模型設(shè)計模件 5 示例 8 下列例子是一個底盤的模型設(shè)計 設(shè)計者起初使用IMOLD系統(tǒng)而且SDS系統(tǒng)也同時進行 由SDS提供建議 指示在IMOLD 見圖7 基礎(chǔ)上屏幕上顯了整個設(shè)計過程 設(shè)計者A在主機上下載了產(chǎn)品模型后 SDS將會提出下一步進行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的建議 當(dāng)這 個模件的完成時 則下一步可進行的設(shè)計是澆注系統(tǒng)或者分型系統(tǒng) 設(shè)計者A選擇分型系統(tǒng) 與此同時 設(shè)計者B在主機B上開始澆注系統(tǒng)和模具其體的設(shè)計 SDS就會告訴A澆注系統(tǒng)和 模 9 具基體已被另一設(shè)計者進行設(shè)計 設(shè)計者A則可更新總裝配 然后去下載那兩個已被設(shè)計的 模件 如圖8a所 當(dāng)前狀況下 SDS建議設(shè)計者A進行滑塊設(shè)計或者頂出裝置的設(shè)計 若模 具的邊緣具有空刀槽 則設(shè)計者A將進行滑塊設(shè)計 但是在執(zhí)行之后 設(shè)計者A若查明滑塊 設(shè)計在模架之外 如圖8b所 因此 設(shè)計者A可通過SDS寄電子郵件給設(shè)計者B 如圖7 設(shè) 計者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)計者B應(yīng)寄給A一個改進后 的滑塊設(shè)計 因此 如圖8所示 在主機A中不斷的更新數(shù)據(jù) 最后設(shè)計者A依照SDS指示進 行冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 同時 其它設(shè)計者也將注射系統(tǒng) 排氣系統(tǒng)在不同的計算機上完成 這時 設(shè)計 10 者A更新那些裝配樹下載其他模件 最后在主機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)計以線的方式的模具運行IMOLD和注射模的并行設(shè)計比較的結(jié) 果如下 結(jié)果分別如圖9a和圖9b所示 沒有SDS系統(tǒng)時 總設(shè)計時間是2920小時 當(dāng)用SDS 11 時 總設(shè)計時間是1630小時 節(jié)省了44 2 6 結(jié)論 模具同步設(shè)計是有利的 其中最關(guān)鍵的是能夠更進一步縮短設(shè)計時間 因此并行設(shè)計 過程已經(jīng)被提出使用 SDS的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計已經(jīng)被開發(fā) 引導(dǎo)設(shè)計者在不同模具設(shè)計領(lǐng)域的 專業(yè)化 并同時適用于整個模具的裝配 SDS通過設(shè)計者的努力和保持模具設(shè)計的一致性 以達到模具設(shè)計工作可以分配給不同專家同時去做 設(shè)計者在不同的地方對于工程設(shè)計可 以相互協(xié)作 一個簡單的例子表明并行設(shè)計過程已經(jīng)被完成 并且設(shè)計時間與傳統(tǒng)的線性 設(shè)計實踐相比較能夠顯著縮短 7 參考文獻 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 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