0 引言

    在激烈的市場競爭中，高端、復雜、精密模具對企業(yè)的研發(fā)、制造能力提出高要求，單件、無批量的特點對模具企業(yè)的研發(fā)能力提出挑戰(zhàn)，市場的快速變化和競爭加劇要求模具企業(yè)有更高的效率，被市場認可的產(chǎn)品能否快速上市往往是企業(yè)成敗的關鍵。模具是高質(zhì)量、高效率的產(chǎn)品生產(chǎn)工具，模具開發(fā)周期在整個產(chǎn)品開發(fā)周期中占有重要比重，客戶對模具開發(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)，雖采用了一些先進的CAD/CAE/CAM技術，并收到一定的效果，但在總體上，我國的模具開發(fā)技術仍與市場需求有一定的差距，模具結(jié)構詳細設計階段主要是單人作業(yè)而非協(xié)同，而協(xié)同設計是縮短模具開發(fā)周期、提高質(zhì)量與降低成本的有效方法。本文探討了實現(xiàn)模具協(xié)同設計需具備的幾個關鍵要素：并行性、任務指派、權限控制、數(shù)據(jù)同步和沖突檢測消除機制，給出在NX Moldwizard中實現(xiàn)模具結(jié)構協(xié)同設計的可行性分析；指出模具結(jié)構協(xié)同設計方法主要由產(chǎn)品、模具結(jié)構特點和可調(diào)配資源決定，總結(jié)了NX Moldwizard協(xié)同設計的常用流程，并給出了工程應用價值案例。

1 模具的協(xié)同設計分析

    傳統(tǒng)模具設計模式呈現(xiàn)單人作業(yè)過程（見圖1）。

圖1 傳統(tǒng)的模具結(jié)構設計流程

    典型的單人作業(yè)的模具設計過程：設計人員對用戶提供的產(chǎn)品的質(zhì)量即產(chǎn)品模型可塑性進行分析（如導人數(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，然后再串行（有穿插）的詳細設計模具的成型部分、澆注系統(tǒng)、模架、脫模機構、側(cè)向分型機構、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等，一般設計周期較長，當設計任務較為繁重時，無法及時完成設計任務，限制了CAD作用的發(fā)揮。

    計算機協(xié)同設計是指在計算機支持下，各協(xié)作成員合作一個共同的項目，承擔相應部分的設計任務，并交互地進行設計工作，最終得到符合要求結(jié)果的一種設計方法。模具開發(fā)過程中的協(xié)同設計同樣強調(diào)設計開發(fā)的相關過程同時進行，模具結(jié)構協(xié)同設計的典型流程（見圖2）。

圖2 模具結(jié)構協(xié)同設計典型流程圖

    因此在模具總體方案布置時，應充分考慮模具協(xié)同設計需具備的幾個關鍵要素：

    (1)并行性：在模具協(xié)同設計過程中，多流水線的工作方式?jīng)Q定了設計過程不再是單線串行，每個開發(fā)任務作為一個整體有一個順序，復雜設計任務根據(jù)設計輸入條件分解成若干分階段或若干子任務，每個分設計階段或每個子功能設計由各協(xié)同設計人員并行完成。

    (2)任務指派：多設計人員的協(xié)同設計是多設計人員共同完成統(tǒng)一設計項目，所以要依據(jù)現(xiàn)有的設計輸入條件對子任務進行合理的規(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)合實際設計任務量進行合理指派）。

    (3)權限控制：多設計人員的協(xié)同設計對數(shù)據(jù)的讀、寫訪問權限應有明確的設定，各設計人員可以訪問且只能訪問自己被授權的數(shù)據(jù)，不多不少。

    (4)數(shù)據(jù)同步性：模具協(xié)同設計過程中，要實現(xiàn)各項目組成員間的協(xié)同，必須考慮設計信息的交互，確保各子任務數(shù)據(jù)來源一致，實現(xiàn)設計子成果的存儲和共享。

    (5)集成性：模具協(xié)同設計的集成不僅僅是設計成果的集成，還包括各分階段子任務的集成，所以要求對整體任務進度節(jié)點進行嚴格的控制。

    (6)沖突檢測消除機制：模具協(xié)同設計過程中，由不同的設計思路或設計階段引發(fā)設計沖突時，應有沖突的檢測和消除機制。

2 基于NX Moldwizard協(xié)同設計的實現(xiàn)

    NX Moldwizard應用自頂向下的設計方法，根據(jù)模具結(jié)構件的功能劃分來組織模具文件結(jié)構并提供（見圖3）樹形文件裝配結(jié)構管理形式：模具文件結(jié)構細分為模架、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）、頂出機構等在設計中通過數(shù)據(jù)鎖定機制即對數(shù)據(jù)讀取權不限，嚴格控制存寫權唯一來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)訪問權限的控制；應用wave關聯(lián)技術；針對復雜結(jié)構產(chǎn)品，將產(chǎn)品模型的同一層或不同層次之間關鍵幾何模型進行關聯(lián)拷貝，建立幾何元素間的尺寸聯(lián)系，從而方便實現(xiàn)復雜零件關聯(lián)設計的方法，并接合NX提供的時間戳記方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步與設計結(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制（靜態(tài)干涉檢查，模具運動仿真等）來解決集成中遇到的設計沖突。

圖3 NX Moldwizard樹形文件結(jié)構

    NX Moldwizard環(huán)境下典型的模具協(xié)同設計過程見圖4。主任設計師在對用戶提出的產(chǎn)品可塑性進行分析，并將分析結(jié)果和客戶進行反饋、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，然后根據(jù)產(chǎn)品、模具結(jié)構特點和可調(diào)配資源（實際工作量大小/項目設計人員多少）對項目任務進行合理的規(guī)劃和分解，并設定相關的數(shù)據(jù)訪問權限，一般是根據(jù)NX Moldwizard提供的模具文件結(jié)構將項目分解成各相關子任務，項目組成員協(xié)同設計各子任務，在規(guī)定的進度節(jié)點，由主任設計師集成各設計子任務結(jié)果，并進行設計沖突檢查和排除。

圖4 NX Moldwizard模具協(xié)同設計工作流程

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

圖5 NX Moldwizard協(xié)同設計文件管理常見兩種方式

    對具有復雜結(jié)構的產(chǎn)品，可采用產(chǎn)品模型分割法來進行模具協(xié)同設計子任務規(guī)劃，產(chǎn)品模型分割法是以化繁為簡、化整為零為指導思想來簡化復雜產(chǎn)品的模具協(xié)同開發(fā)任務．產(chǎn)品模型分割法協(xié)同設計的一般執(zhí)行過程：建立項目，執(zhí)行NX Moldwizard項目初始化命令，分別導人所有的切割部分，每導入一個部分就增加一個分模產(chǎn)品節(jié)點，把Moldwizard裝配結(jié)構里不同的分模產(chǎn)品(Prod)及其子結(jié)點分別指派給不同設計者，各子任務設計結(jié)束后進行設計結(jié)果的集成，同時與其它完成的子任務模塊：模架設計、側(cè)抽芯機構、流道系統(tǒng)、頂出機構、冷卻系統(tǒng)等的設計結(jié)果進行集成。

    分割法在分模子任務協(xié)同設計規(guī)劃中的具體實現(xiàn)見圖6。首先將產(chǎn)品模型分割成若干個連續(xù)的塊單元，一般對稱分布，再對這些塊單元分別執(zhí)行協(xié)同設計，最后利用NX Moldwizard提供的一模多穴功能，將設計結(jié)果進行集成。

圖6 復雜產(chǎn)品分割法協(xié)同分模工作流程

3 典型案例分析

    圖7是應用NX Moldewizard協(xié)同設計一款具有復雜零件結(jié)構的相機外殼的注塑模的工程實例，將復雜的模具結(jié)構設計流程分解為甲乙丙三個子系統(tǒng)同時進行：甲負責產(chǎn)品質(zhì)量檢測，分模，同時乙根據(jù)零件結(jié)構完成模架設計；分型后，甲乙分別協(xié)同設計頂出機構和澆注系統(tǒng)；甲乙丙協(xié)同完成冷卻系統(tǒng)后，甲集成各設計子任務并進行設計沖突檢查和排除，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，確定設計結(jié)果合理，之后，甲乙丙協(xié)同完成整個塑料模各功能模塊的詳細出圖工作。

圖7 Moldewizard協(xié)同設計工程應用實例

    從圖7中可知，與傳統(tǒng)的串行設計相比，協(xié)同設計顯著縮短了模具的設計時間，大大提高了模具設計開發(fā)的效率。

4 結(jié)語

    NX Moldwizard模具結(jié)構協(xié)同設計采用的具體方法主要取決于注塑件和模具的結(jié)構特點，在模具協(xié)同設計具體過程中要做到分工明確，數(shù)據(jù)訪問權限設定合理，數(shù)據(jù)同步性好，設計者在協(xié)同設計過程中要做到多交流，并分別管理好各自的設計模塊。協(xié)同設計在NX moldwizard注塑模結(jié)構設計過程中的應用，顯著的提高了注塑模設計效率，縮短了產(chǎn)品的設計開發(fā)周期，提高了企業(yè)的競爭力。

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本文標題：基于NX Moldwizard的注塑模結(jié)構協(xié)同設計研究

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