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模具设计制造中的并行工程
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      全球化大市场的形成,要求企业必须提高产品开发能力,增强市场开拓能力,提高产品质量,缩短产品开发周期,降低成本。传统的产品开发模式大多采用串行过程,在设计的早期不能全面考虑后续过程的各种要求(如可装配性、可制造性、可测试性等),导致产品的开发过程形成多次周而复始的循环,造成产品开发周期延长,成本提高,已不能满足激烈的市场竞争要求。为此,并行工程思想应运而生。

      并行工程实际上就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作,在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户的要求。

     实施并行工程的先决条件是开发过程中信息传递和处理的高度集成化,强调信息共享。因而,并行工程思想的实现只有在信息技术和手段达到一定的水平、在产品开发过程中建立起有效的信息网络时才有可能。

并行工程在模具设计中的作用


并行工程在模具设计中的作用有:

  • 缩短产品投放市场的时间;
  • 降低产品成本;
  • 提高产品质量;
  • 增强市场竞争能力。

缩短产品投放市场的时间。随着人们对产品要求的不断变换,市场的下一步发展将会是以缩短交货期作为主要特征。并行工程技术的主要特点就是可以大大缩短产品开发和生产准备时间,使两者部分相重合。而对于正式批量生产时间的缩短是有限的。据报道,国外某一汽车厂采用并行工程后,使产品从开发到达预定批量的时间从37个月缩短到19个月。设计和试制周期仅为原来的50%。
降低产品成本。在市场经济中,降低成本永远是提高产品竞争力的重要手段,在模具产品中尤其如此。并行工程可在三个方面降低成本。首先,它可以将错误限制在设计阶段。据有关资料介绍,在产品寿命周期中,错误发现得愈晚,造成的损失就愈大。其次,并行工程不同于传统的“Trial and Error”的作法,强调“一次达到目的”。这种一次达到目的是靠软件仿真和快速样件生成实现的,省去了昂贵的样机试制 ;其二,由于在设计时就考虑到加工、装配、检验、维修等因素,产品在上市前的成本将会降低。同时,在上市后的运行费用也会降低。所以,产品的寿命循环价格就降低了,既有利于制造者,也有利于顾客。
提高产品质量。采用并行工程技术,尽可能将所有质量问题消灭在设计阶段,使所设计的产品便于制造易于维护。这就为质量的“零缺陷”提供了基础,使得制造出来的产品甚至用不着检验就可上市。事实上,根据现代质量控制理论,质量首先是设计出来的,其次才是制造出来的,并不是检验出来的。检验只能去除废品,而不能提高质量。
增强市场竞争能力。由于并行工程可以较快地推出适销对路的产品并投放市场,能够降低生产制造成本,能够保证产品质量,提高了企业的生产柔性,因而,企业的市场竞争能力将会得到加强。

模具并行设计方法之一:

CAD/CAE/CAM集成化方法


在传统的设计过程中,CAE主要是设计结束后的验证手段或者是产品出现缺陷时的辅助分析工具。随着产品开发向集成化、并行化方向发展,迫切需要发挥CAE能动指导设计的作用,在产品开发的早期阶段通过CAE分析来避免后续过程可能出现的问题。CAD/CAM的集成,使设计平台和生产平台有机结合起来,设计模型和加工模型相互关联,减小失误,提高效率。所以,实现CAD/CAM/CAE的集成化和支持并行设计已是目前模具设计的必然趋势。
在当今流行的三维设计、加工软件中,美国PTC公司的Pro/E是一套由设计至生产的全相关、参数化机械自动化软件,不但实现了CAD/CAM的无缝集成,对于注塑模设计来说,其内嵌的塑料顾问模块(Pro/PLASTIC Advisor)还可以实现塑料流动的数值模拟,给出浇口位置、工艺条件等的建议,实现模具CAD/CAE的集成化。另外,现在Pro/E还可以通过ProFEA与大型通用有限元软件ANSYS进行集成,进一步增强其CAE分析能力。
英国达尔康公司的CAD/CAM系列软件DelCAM中的塑料模具设计专家系统--Ps-Mold模块,是面向模具专业人员用于注塑模具辅助设计的专家系统。当其与PowerSHAPE和S-Draft联合使用时,能提供模具设计所需的全部解决方案。它揽括了从接受产品模型、绘制零件图、到编制材料清单、产生加工数据整个模具设计过程。Ps-Mold可根据CAD模型自动创建模具标准结构及侧抽芯机构。并可自动生成标准件及原材料清单(BOM)。配备Hasco、DME等多种模具标准件库。用户可自定义任意非标准模具结构。PS-Mold 综合了高度的模具设计智能,它能在几分之一的常规设计时间内完成注塑模具关键零部件的设计。这样,模具制造商能在生产中真正采用并行工程,在进行模具细节设计的同时,他能提早定购钢材,完成模具型腔加工的数控程序。

模具并行设计方法之二:

DFX方法


众所周知,设计阶段的工作成效对产品成本有着极大的影响,所以,并行工程思想要求在设计的早期就充分考虑产品生命周期的各种因素,包括制造、装配、质量和成本等,这种从便于制造、装配、降低成本等角度出发形成的设计方法学称为DFX(Design For X)。
面向装配的设计是并行工程使能工具DFX中的一个重要分支,其出发点是在产品设计阶段考虑并解决装配过程中可能存在的问题以确保零部件快速、高效、低成本地进行装配。DFA实施的主要目标是根据产品结构图和装配顺序实施对装配结构的分析、评价,对于设计提出改进,减少不必要的零件,优化零件结构,使其便于加工、便于装配,减少加工和装配时间,为提高产品设计质量,缩短产品开发周期,降低产品成本奠定基础。
近几年来,模具并行设计由面向制造和面向装配等逐渐转向面向成本的设计(DFC)。为了将产品估算引入到产品的并行设计过程中,实现产品成本评估与产品设计的同步推进,达到降低产品成本的目的,曾庆良等人提出了在并行工程环境下进行成本估算的方法,即基于产品结构树的快速成本估算法和基于材料消耗的详细成本估算法。其研究表明,将产品成本评估引入到产品设计中,在产品设计的不同阶段对产品成本进行估算,及时向产品设计人员反馈产品成本信息,可以保证所设计的产品在满足用户性能需求的同时,具有较高的经济性。
有些专家提出了面向成本的注塑模并行设计思想。变设计后的成本估算为设计过程的在线成本评估。通过分析模具设计过程,对模具设计所涉及的各种关系进行分类,提出了在设计阶段进行产品成本估算的方法,并给出了相应的计算公式。

模具并行设计方法之三:

基于知识的方法


模具设计是一个比较依赖于设计者经验知识的工作。在进行注塑产品设计时,注塑件的基本形状一般由产品开发人员根据产品的功能要求和外观要求进行设计,由于设计人员专业知识的限制,其对产品注塑成型的工艺可行性很少考虑。在进行模具设计时,为了保证产品注塑成型的工艺可行性和成型后的机械性能,模具设计人员一般要根据自己的经验知识对产品结构做必要的修改或增加某些工艺辅助特征。这些修改需要丰富的经验和知识,不合理的修改反而会破坏产品的整体质量和性能。所以建立基于知识的模具设计并行工程系统有利于提高设计效率。
在模具设计过程中引入并行工程思想,是模具设计自身发展的需要,也是市场竞争和技术进步的要求。它有利于提高产品设计能力、缩短产品开发周期、提高产品质量,降低成本,从而提高企业的竞争力。

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