模具制造业PDM技术应用分析

1、面向模具制造业业的PDM技术应应用1 前言 PDM(Produuct Daata Mannagemeent，简称称PDM)是一一门管理所有有与产品相关关的信息(包括电子文文档、数字化化文件、数据据库记录等)和所有与产产品相关的过过程(包括审批发放过程、工工程更改过程程等)的技术，它它是一门集数数据库的数据据管理能力、网网络通讯能力力与过程控制制能力于一体体的工程数据据管理综合技技术。 随着国国际产业结构构调整和转移移的趋势日益益强劲，工业业发达国家正正在将大批的的传统产业向向发展中国家家转移，其转转移的重点就就是制造业，我我国制造业的的发展正面临临一个难得的的机遇。为此此，科技部在在原攻关计划

2、划制造业信息息化工程项目目的基础上，整整合863计划和和攻关计划有有关的科技资资源，组织实实施制造业信信息化关键技技术研究及应应用示范工程程，以期大幅幅度提高我国国制造业的技技术创新能力力和国际竞争争力，实现制制造业产业结结构的优化和和升级，以信信息化带动工工业化，用高高新技术改造造传统产业，实实现我国制造造业的跨跃式式发展。 改革开开放20多年来，我我国已成为使使用各类模具具的大国。深深圳的模具制制造业经过不不懈的努力，已已从最初以作作坊式为主的的低水平制造造发展成为深深圳市的支柱柱产业，进而而成为全国模模具制造业的的领头羊。国国家大力推行行制造业信息息化技术，为为进一步提升升深圳模具企企业

3、的技术水水平，保持深深圳模具在全全国的领先地地位带来了新新的机遇。本本文结合作者者对深圳模具具企业(只针对塑胶胶模具企业，下下同)调研过程中中了解的模具具制造业生产产模式的特点点及对信息化化的需求，探探讨面向模具具制造的PDDM技术应用用。 2 PPDM系统的的主要应用功功能 PDMM系统包含的的主要应用功功能有：文档档控制、产品品结构与配置置管理、工作作流与过程管管理、项目管管理、信息分分类与检索、应应用系统集成成、变更控制制等，它提供供产品设计、制制造和技术支支持服务所需需的大量数据据跟踪与存储储功能，进而而控制产品信信息的处理和和使用，管理理产品的开发发过程，见图图1。 PDMM不仅可以

4、有有效地将概念念设计、工程程分析、详细细设计、工艺艺流程设计、制制造、销售、维维护，直至产产品报废的整整个生命周期期与产品相关关的数据予以以定义、组织织和管理，使使产品数据在在整个生命周周期内保持一一致、最新、共共享及安全，同同时，还为CCAxDFx应用提提供统一的集集成运行平台台，是连接CCADCAPPCAM系统、MISS系统、MRPPIIERP、车间间管理与控制制系统的桥梁梁与纽带。通通过PDM系统的的有效实施与与管理，可及及时提供给设设计人员正确确的产品数据据，避免繁琐琐的数据查找找，提高设计计效率；保证证产品设计的的详细数据能能有序存取，提提高设计数据据的再利用率率，减少重复复劳动；有

5、效效控制工程更更改，决策人人员可以方便便地进行设计计审查；可以以进行产品设设计过程控制制，提供并行行设计的协同同工作环境；有利于整个个产品开发过过程的系统集集成(包括供应商商、MRPIII、销售、支支持与维修服服务等)。 3 模模具制造业生生产模式的特特点和趋势 31 模具制制造业生产模模式的特点 模具是是特定产品零零件生产用的的专用工装，如如塑胶模是用用于把塑性材材料加工成大大批的、统一一形状的部件件。在现代工工业生产中，6090的工业产品需要使用模具加工技术，模具工业已经成为工业发展的基础。在新产品层出不穷的今天，许多产品的开发和生产都依赖于模具生产。根据国际生产技术协会的预测，21世纪机

6、械制造工业零件粗加工的75，精加工的50都需要通过模具来完成，其中汽车、电器、通信、石化、建筑等行业最为突出?1I。如何在保证模具质量的前提下，以最低的成本和最短的周期，将模具提交给用户，是当前模具业追求的主要目标。模具制造业生产模式的特点和趋势归纳起来，有如下几点： (1)为为典型的单品品单样个别接接单生产。模模具订单是陆陆续随机到达达的，且定单单数量呈季节节性变化。 (2)几乎每一个个定单都有其其特殊性，从从产品订货决决策到制造的的全过程中，每每一套模具都都具有一定的的独立性，企企业需要针对对每一份订单单编制相应的的生产进度计计划。而且，在在模具开发的的不同阶段，要要对生产进度度计划由粗到

7、到细多次进行行制定和修改改。 (3)每副模具都都必须进行创创造性的设计计。由于不同同产品在外观观、结构及成成型工艺上的的特殊性，需需要对每副模模具进行个别别设计。因此此模具设计常常分为制件工工艺分析与设设计，模具总总体方案设计计，总体结构构设计，施工工图设计四个个阶段。在模模具的开发过过程中，设计计所占的时间间相当长，约约达到整个开开发周期的113。 (4)模具质量管管理是由用户户参与的多层层次质量管理理系统。在模模具报价与合合同订单的签签订时，企业业就需要与用用户协商确定定产品图，以以及有关的技技术要求；在在进行模具结结构设计、详详细设计、工工艺设计等阶阶段中，企业业均需要与用用户进行协调调

8、；在最终产产品的验收过过程中，企业业还需要用户户的大力合作作。 (5)尽管在现代代模具生产中中采用了先进进的高效、高高精机床和自自动化生产技技术，全面采采用了标准和和通用零、部部件，但是，模模具型腔、型型芯表面精饰饰加工(如：抛光、研研磨等)，模具钳工工与装配仍然然依赖技术工工人的手工劳劳动，其工作作量将占模具具总工作量(按工时计)的2545。因此此，制造工艺艺规范化成为为了控制模具具合理化生产产的技术基础础。 32 模县制制造业生产模模式的发展趋趋势 模具作作为一种高附附加值的技术术密集产品，它它的技术水平平已经成为衡衡量一个国家家制造业水平平的重要评价价指标。随着着当代先进制制造技术的发发

9、展，模具制制造模式也呈呈现出了如下下发展趋势： (1)由于模具CAADCAM技术已已发展成为一一项比较成熟熟的共性技术术，近年来模模具CADCAM技术的的硬件与软件件价格已降低低到中小企业业普遍可以接接受的程度，特特别是微机的的普及应用，更更为广大模具具企业普及模模具CADCAM技术创创造了良好的的条件，因此此，模具企业业应用CADDCAM技术进进行模具设计计与制造已成成为必然。 (2)选选用优质钢材材和相应的表表面处理技术术来提高模具具的寿命已越越来越受到企企业的重视。 (3)制造商要求求通过减少物物理样机，提提高产品质量量来降低成本本并加速产品品上市，这种种需求在模具具制造业中尤尤为突出。

10、因因此在模具CCADCAM技术中中集成数字化化分析技术，获获得完善的CCADCABCAM解决方方案，是目前前的一个重要要发展方向。 (4)CADCAM技术的的普及和层次次的提高，以以及数据库技技术、计算机机网络技术的的发展，为模模具企业实现现并行设计与与制造创造了了条件，成为为企业有效缩缩短模具开发发周期、降低低模具开发风风险的有利武武器。 4 模模具制造业应应用PDM技术的的总体目标 模具制造造业应用PDDM技术的总总体目标应包包括 (1)产产品信息的完完整性、规范范化管理。 PDMM系统管理的的产品信息将将涉及到模具具设计、工艺艺、制造、经经营和服务等等各部门，实实施PDM系统应应充分考虑

11、上上述各部门的的要求，并提提供必要的信信息共享环境境。同时，通通过实施产品品配置管理，实实现企业内部部产品信息的的一致性、唯唯一性、完整整性和科学性性。 (2)工工作流程的科科学性和灵活活性管理。 由于模模具企业接订订单的特殊性性，以及模具具设计、制造造的个性化需需求，使得模模具产品在整整个生命周期期中的工作流流程呈现出多多回路的特性性。因此，PPDM系统的的实施应兼顾顾高效畅通和和方便更改，以以实现流程优优化再造。 (3)有有效的项目管管理。 模具企企业的生产管管理是典型的的按照单一定定单实施的项项目管理，每每一副模具从从接单、设计计到生产、测测试都体现出出其独立性，都都需要专门的的项目负责

12、人人对人员进行行管理，需要要制订专门的的设计方案、设设计特定的工工艺、组织特特定的生产过过程。因此，在在PDM系统的的实施中，是是否实现有效效的项目管理理是决定PDDM系统成功功与否的关键键。 (4)CCADCAAMCAEE的全面集成成。 由于模模具企业应用用CADCAMCAE技术进进行模具设计计与制造已成成为必然，因因此，应使PPDM系统成成为全面集成成CADCAMCAE技术的的平台，以保保证企业中相相关项目的任任何人在任何何地点、任意意时候都可以以得到所需要要的正确的、唯唯一的产品信信息，避免因因人工参与的的中间环节信信息处理错误误而导致产品品信息的混乱乱。 (5)并并行工程的要要求。 模

13、具制制造过程中多多回路的工作作流程特性，使使得应用并行行工程成为有有效提高产品品开发效益，增增强企业竞争争能力的有力力工具。并行行工程的实现现要求PDMM系统具有支支持异构的计计算机环境，提提供单一的产产品数据源，可可实施过程的的管理与监控控，以及支持持虚拟产品开开发等功能。 (6)协协同环境的适适应。 模具企企业实施PDDM管理时还还应充分考虑虑所应用的系系统与外部协协同环境相适适应，尤其是是大型企业采采用分布式数数据库时，应应保证异构环环境下的数据据通讯，以及及数据传输的的实时性要求求。同时，PPDM系统的的计算机网络络应具有可扩扩展性和开放放性。 5 模模具制造业应应用PDM系统的的数据

14、模型 51 人员数数据模型 人员数据据模型包括人人员组织、角角色设定以及及角色权限设设定3部分。 根据模具具企业组织模模具开发的模模式不同，其其人员组织各各不相同，概概括起来不外外乎如下3种类型： (1)传统企业型型：即按照专专业划分配备备人员，各部部门的工作性性质单一，工工作人员较为为固定，工作作流程以串行行为主，见图图2。 (2)动态型：即即产品开发按按照项目组织织人员，每一一组人员中包包括完成某一一特定模具开开发所需要的的所有设计、工工艺、生产、管管理、售后服服务人员。随随着项目转型型，人员也相相对变化。工工作流程在组组内以串行为为主，对企业业则以并行为为主，企业的的销售、行政政、财务等

15、非非生产部门则则相对固定。在在生产的安排排上又可分为为按照单一产产品完成整个个产品的制造造；以及集中中加工，按产产品分组装配配两种方式，见见图3。 (3)外协组装型型：模具的设设计完成后，由由oEM供应商商组织零部件件的生产，模模具企业采购购标准件及模模具零部件并并进行组装后后出售。这种种类型的模具具企业人员成成本和设备投投入相对较小小，生产组织织灵活，但生生产成本相对对较高，模具具开发的主要要人员为设计计人员及装配配技术工人，见见图4。 虽然不不同企业的人人员组织不同同，但其角色色设定及权限限设定是大致致相同的。因因此，当企业业的人员组织织结构确定之之后，即可确确定人员数据据模型。人员员数据

16、模型可可用表格描述述间，根据图图2建立的人员员数据表见表表1。 52 产品结结构模型 PDMM系统通常用用产品结构树树描述产品结结构，产品结结构树由产品品装配图和产产品零部件明明细表产生，产产品结构树描描述了产品零零件信息、装装配层次关系系、以及装配配关系的信息息。一般注射射模产品结构构树见图5。 图5中，第一层层为根节点，代代表产品；第第二层为叶节节点，代表组组成模具的各各个部件；第第三层也为叶叶节点(以下各层均均为叶节点)，代表构成成各部件的零零件或组件。 上述结构构树根据管理理的需要还可可进一步细分分，直至每一一零件的毛胚胚或原材料。 53 工作流程程管理模型 工作流程程管理通常需需要定

17、义以下下几方面的内内容： (1)工工作流程的名名称和适用范范围。 (2)工工作流程阶段段数量、先后后次序及返回回的逻辑。 (3)对对应每一阶段段的人员角色色和表决模式式。 (4)在在每一阶段开开始和结束时时需要完成的的特殊任务。 (5)在在整个工作流流程中产品数数据版本变化化规则。 工作流程程管理模型可可根据实际工工作流程用表表格形式对上上述内容进行行描述。 6 模模具制造业应应用PDM系统的的关键技术 61 产品配配置管理 由于模具具企业单件生生产的特点，对对产品实施配配置管理就显显得尤为重要要。 产品配置置是指按照某某一产品内部部的所有零件件数量、性质质及相互关系系对产品进行行编组。其管管

18、理的目标是是： (1)建建立产品的整整体模型，形形象地描述产产品全部数据据及其相互关关系。 (2)建建立产品的配配置规则，以以便给设计、生生产及管理部部门提供统一一的、准确的的产品信息。 (3)建建立一致的产产品材料清单单，避免造成成返工和浪费费。 (4)建建立产品更改改的历史记录录版本管理理，以保证在在任何时候，相相关的任何人人都能得到正正确的产品版版本。 根据模模具的产品结结构树及配置置规则，即可可得到不同配配置条件下的的产品配置子子模型。根据据图5得到的产品品配置子模型型见图6。 62 PDDM系统与CADDCAMCAE的集成成 621 与CCADCAAM集成的几几种模式 (1)封装模式

19、：封装模式是是将所有CAADCAM应用程程序进行集成成，使不同的的应用程序之之间能够共享享信息，而PPDM系统则则可以对不同同应用程序分分别放在数据据库中的特征征数据以及数数据文件进行行有效的管理理。当PDMM系统封装了了CADCAMCAE应用程程序,即可在PDMM系统的图形形文件中直接接激活相应的的CADCAMCAE系统，并并在该系统中中将相应的图图形文件显示示为图形。反反之，在CAADCAMCAE系统中中也可直接进进入PDM系统，进进行相应的数数据管理操作作，但不允许许PDM系统管管理文件内部部的数据，如如特征、参数数和装配数据据等。一般，封封装模式用于于PDM系统与与二维CADD软件的集

20、成成，自动化程程度较低，但但实施工作量量较少，容易易实现。 (2)接口模式：接口模式通通过编制接口口程序破译产产品内部的相相互关系，从从而能够根据据CAD装配文文件中的装配配树自动生成成PDM中的产产品结构树，并并能从PDMM的产品结构构树中提取最最新的产品结结构关系，去去修改CADD中的装配文文件，使两者者保持异步一一致。因此，采采用标准数据据接口建立PPDM的产品品配置与多种种CAD软件的的装配结构之之间的联系，可可实现多种CCAD软件共共享同一产品品结构，但数数据必须具有有统一的数据据结构。接口口模式的自动动化程度更高高，PDM系统与与CAD系统之之间能自动交交换文件内部部数据。在CCA

21、D菜单中中具有某些PPDM的功能能，在PDMM菜单中也具具有某些CAAD的功能。一一般，接口模模式用于PDDM系统与三三维CAD软件的的集成。但接接口模式的开开发工作量大大，对人员的的要求高，且且系统的维护护工作还需要要人工处理。 (3)集成模式：集成模式中中PDM系统对对所有类型的的信息都提供供了全自动的的双向相关交交换，包括产产品数据、特特征数据和面面向应用的数数据。采用集集成模式可制制定统一的产产品数据之间间的结构关系系，只要其中中之一的关系系发生变化，另另一个随之发发生改变，在在CAD环境中中能使用所有有PDM功能，始始终保持CAAD的产品装装配关系和PPDM的产品品结构树同步步一致。一般般，集成模式式用于PDMM和CAD的紧密密集成，只有有软件供应商商才能够提供供这种模式。对对企业而言，其其开发工作量量最少，使用用最方便。但但对实施单位位(软件供应商商)而言，要花花费很长时间间，还要投人人大量精力开开发用户界面面。开发的费费用也较高。 622 PDDM系统与CAEE的集成 由于CAE软件主主要产生对具具体零件的分分析计算结果果，因此可采采用封装模式式实现