（机械制造及其自动化专业论文）基于实例的汽车覆盖件冲压模具设计方法及应用研究.pdf

重庆大学硕士论文 摘要 摘要 ， y 作为汽车最重要部件之一的车身覆盖件具有大批量生产、市场生存周期最 短、变化最频繁、设计与生产准备周期最长的特点，是整车产品开发的关键环 节之一。当今，随着市场竞争的日益激烈，汽车车身的生命周期不断减少。因 此，覆盖件生产的工装设备汽车冲压模具的设计，是汽车新产品开发的一 个关键问题，在汽车冲压模具的设计中如何采用先进设计技术，成为我国汽车 工业的重要课题。 传统的汽车覆盖件冲压模具采用传统的设计方式和串行的设计流程，存在 着设计周期长、一次设计成功率低、信息共享程度低、设计重用性差等问题， 严重制约了新车型的开发，汽车生产企业对先进设计技术的运用有着迫切的要 犯 、 并行协同设计是先进设计技术中的研究热点。，7 本文结合汽车覆盖件冲压模 具设计制造批量小、交货期短、质量要求高的特点，对并行工程中的多功能团 队、设计过程重组、资源优化配置、信息集成等基础技术在汽车覆盖件冲压模 具设计中的应用作了研究，提出了基于并行工程的汽车覆盖件冲压模具的设计 组织管理模式。 基于实例的设计是并行工程的重要使能技术之一，是知识资源重组的重要途 径，它能在产品设计过程中充分地利用设计的历史资料，将设计规范、标准、 经验、数据、算法、产品图集成在实例中，为快速、准确的设计提供了一种全 新实用的方法。本文提出了基于实例的汽车覆盖件冲压模具的设计方法，对汽 车冲压模具典型结构实例的构造及实例库的建立、实例的检索、实例的追加等 支持使能技术建立了一套较为实用的方法。 雉并行协同设计和基于实例设计的基础上，参加了长安公司“计算机辅助 汽车模具设计及工艺技术信息管理系统”( m j c a d c a p p t i m ) 的开发工作并独 立完成了“冲模典型结构参数化设计子系统”的开发，本文介绍了该系统的结 构和功能特点并举例进行说明。 该系统经过近半年的运行并参与了长安公司s c 6 3 5 0 新车型覆盖件冲压模具 的国产化设计工作，取得了良好的经济和社会效益。9 8 年1 1 月，该系统通过了 重庆市科委的技术鉴定卜 关键词：汽车覆盖件冲压模具；并行协同设计；基于实例钧设计 、 重庆大学硕士论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t so fa u t o m o b i l e ，c o v e rp a nh a st h e c h a r a c t e r i s t i co fv o l u m e p r o d u c e ，f r e q u e n tt r a n s f o r m a t i o n ，s h o r t e s tm a r k e tl i f e ， l o n g e s td e s i g n i n ga n dp r o d u c i n gp e r i o d a tp r e s e n t ，t h el i f ep e r i o do f a u t o m o t i v e b o d y w o r ka b b r e v i a t e si n c e s s a n t l yb e c a u s e o ft h e m a r k e t i n gc o m p e t i t i o n t h e d e s i g n o fa u t o m o t i v ec o v e rp a r t s t a m p i n g d i eb e c o m e st h e k e yw o r ko fn e w a u t o m o b i l e p r o d u c t s d e v e l o p m e n ta n d h o wt o a d o p t t h ea d v a n c e d d e s i g n i n g t e c h n i q u ei nd e s i g no fa u t o m o t i v es t a m p i n gd i et u r n si n t o a ni m p o r t a n tt a s ko f a u t o m o t i v ei n d u s t r yi no u rc o u n t r y t r a d i t i o n a la u t o m o t i v ec o v e rp a r ts t a m p i n gd i ew a sd e s i g n e db yt r a d i t i o n a l d e s i g n i n gm o d e a n ds e r i a ld e s i g n i n gf l o w t h i sk i n do f d e s i g n i n gm o d e h a dm a n y p r o b l e m s s u c ha s l o n gd e s i g n i n gp e r i o d ，l o wr a t e o fs u c c e e d ，l o w d e g r e e o f i n f o r m a t i o ns h a r i n g ，p o o rd e s i g n i n gr e u s ea n ds oo n b e c a u s et h e s ep r o b l e m sh a v e r e s t r i c t e dt h e d e v e l o p m e n t o fn e wa u t o m o b i l e ，t h ea d v a n c e d t e c h n o l o g y i s r e q u e s t e db ym a n y a u t o m o b i l em a n u f a c t u r e s c u r r e n td e s i g n i n gi st h eh o t s p o to fa d v a n c e dd e s i g nt e c h n o l o g y , t h i sp a p e r h a sr e s e a r c h e ds e v e r a lb a s i ct e c h n i q u e so fc u r r e n te n g i n e e r i n gs u c ha st e a m w o r k ，d e s i g n i n g p r o c e s s r e o r g a n i z i n g ，r e s o u r c eo p t i m i z ec o l l o c a t i n g ， i n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o n a n d b r o u g h t f o r w a r da d e s i g n i n go r g a n i z a t i o n m a n a g e m e n t m o d ew h i c hb a s e do nc u r r e n te n g i n e e r i n g c a s e d b a s ed e s i g n i n g ( c b d ) i sa ni m p o r t a n ts u p p o r t i n gt e c h n i q u eo fc u r r e n t e n g i n e e r i n ga n di t i sa ni m p o r t a n tm e t h o do f k n o w l e d g e r e s o u r c er e o r g a n i z a t i o n i tc a nr e u s eh i s t o r yd a t ai np r o d u c td e s i g nw i t hi n t e g r a t i n gd e s i g n r u l e s ，s t a n d a r d s ， d a t e s ，a r i t h m e t i c ，d r a w i n g t h i s p a p e r h a s b r o u g h t f o r w a r dc a s e d b a s e a u t o m o t i v es t a m p i n gd i ed e s i g n i n ga n ds e tu pm e t h o d so fe s t a b l i s h i n gc a s eo f r e p r e s e n t a t i v e a u t o m o t i v es t a m p i n gd i e s t r u c t u r e ，e s t a b l i s h i n gc a s e sw a r e h o u s e ， s e a r c h i n gc a s e s ，a d d i n gc a s e s b a s e do nc u r r e n t d e s i g n i n g a n d c b d ， ih a v et a k e n p a r t i n “m j c a d c a p p t i m ”o fc h a n g a nc o m p a n ya n ds u c c e e d e di n “r e p r e s e n t a t i v e a u t o m o t i v e s t a m p i n g d i es t r u c t u r e d e s i g n i n gs u b s y s t e m ”t h i sp a p e r i n t r o d u c e st h i ss u b s y s t e m ss t r u c t u r ea n df u n c t i o n t h i s s y s t e m h a sb e e n r u n n i n g f o rh a l fo fa y e a r a n da t t e n d e di nt h e 重庆大学硕士论文a b s t r a c t d e v e l o p m e n to f s c 6 3 5 0n e wa u t o m o b i l e i n9 8 ：1l ，t h i ss y s t e mp a s s e dt h r o u g ht h e t e c h n i c a lj u d g e m e n to f c h o n g q i n g s c i e n c ec o m m i t t e e k e y w o r d s ：a u t o m o t i v ec o v e rp a r ts t a m p i n gd i e ，c u r r e n td e s i g n i n g ， c a s e - b a s e dd e s i g n i n g 重庆大学硕士论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 汽车覆盖件产品的特点 我国汽车工业近年来发展迅猛，9 8 年产量己达2 0 0 万辆，根据预测，到2 0 0 5 年汽车需求量为5 4 0 万辆，到2 0 1 0 年汽车需求量将为1 0 3 5 万辆，因此，汽车 工业己成为我国经济支柱产业之- - ”】。汽车产品具有生产批量大、产品更新换 代快、高新技术含量高的特点，其技术质量的高低直接反映了一个国家的工业 水平。与汽车工业发达国家相比，我国还处于相当落后的水平，制约我国汽车 工业发展的一个主要问题就是汽车覆盖件的设计和制造水平。 覆盖件是汽车产品最重要的部件之一，其生产成本和时间均占整车生产成本 和时间的4 0 - 一5 0 o ，而且它具有大批量生产、市场生存周期最短、变化最频繁、 设计与生产准备周期最长的特点，是整车产品开发的瓶颈环节。当今，随着市 场竞争的日益激烈，汽车车身的生成周期不断减少。市场调查表明，目前国际 上一种轿车车型的生产周期平均为5 年左右，日本轿车车型的生成周期甚至短 至3 4 年。汽车车型的变化主要是车身的变化，而汽车底盘等内部零部件一般 变动不大，而车身部分则变动较大，必须重新设计i 舢1 。因此，覆盖件生产的工 装设备汽车冲压模具的设计，是汽车新产品开发的一个关键问题。 据中国模具协会的调查统计，近年来我国引进的轿车生产线主要靠引进模 具来维持生产，其中汽车覆盖件模具每年约花费2 亿美元。这不仅耗费了大量 外汇，而且还严重阻碍了汽车产品的更新换代。因此，在汽车冲压模具的设计 中采用先进设计技术，己成为我国汽车工业发展的必然趋势。 重庆大学硕士论文第一章绪论 图i i 工作中的汽车覆蘸件冲压模具 图i 2 汽率糍盖件 重庆大学硕士论文 第一章镣论 1 2 长安公司汽车模具设计现状、存在问题及对先进设计 技术的需求 长安汽窜( 集团) 有限责任公司龟建于1 9 9 5 年，由原长安枫器制造厂罨珏江 羧撬器厂合并嚣成。会势羧缰磊麴长裳汽车( 集黧) 毒疆夤经公翅援毒长安特 种机器厂、长安精密仪器厂和若干全资子公司及羧般的重庆长安汽车股份有限 公司。公司实有总资产8 4 亿元，拥有员工2 2 万名，为中国特大型工业企业、 机电产品出嗣企业、全囡工业企业5 0 0 强、重庆市工业企业5 0 强，同时也是嚣 豢8 6 3 c i m 8 主题懿疆匏c i m s 示范戏耀工翟金鼗，兵慧稚广凌姣讫金韭誊理熬 试点企业。 公司具肖1 3 0 年的建厂历史，为圈家常规兵器麓点科研、试制、生产基地。 公司于1 9 8 4 年弓l 进日本铃本微型汽车技术，开发生产微型汽车及微车发动机， 是垒藿最大豹徽耋汽车及发魂橇生产厂家之一，经j 篷多年豹发疑，毯立了一雩 名车“长安”牌微型汽率和名机“江陵”牌微车发动机，多次荣获全国和行她 各种评比的最高奖项。公间具有机、举生产一体化的优势，并予1 9 9 1 年引进豳 举铃木技术，生产奥拓微型轿车，是璐今国家重点扶植盼五家1 5 万辆经济规模 豹轿车生产蒸姥之一。公司9 8 年生产各释汽车9 0 ，0 0 0 多赣，实瑷销售羲入3 6 8 0 0 0 多万元，长安牌各型汽车产销量名列垒雷汽车行妲第六位，全图微车行业第一 位。 公司在“九五”期瘩将发展成为熬有生产1 5 刀辆微型汽车、1 5 万辆微型矮 车帮3 s 孬螽徽鍪发动辊经济纛模豹众澈。 长安公弼汽车技术娥冲压室负责长安公司汽率模具的设计歼发工作，采用 的是传统的设计方式和串行的设计流稷。 抟统的模具设计方式具有以下特患f 1 1 ：基于二维车身零件线图进行摸具设 计；模其设诗凭经验透露；工艺模璧戆毒l 逵霞垂决定整套模美懿震羹。长安公 司在汽车冲臌模具的现彳亍设计过程存猩以下几个主骚问题： 1 设计周期长 在汽车j 巾压模具设计中，全部分辑、设计、绘强工 乍均由手工完成，王终 鳖大，设诗瓣润长，一戮篾杂模其静设诗辩闻长遮3 0 0 - - 4 0 0 设谤王蠡孝。 2 凭经验设计，结果濉以预料 传统的模具设计方法主要依靠设计师的经验，缺少定量的设计准则，分析 计算十分毽难，零件的成形往能，只艟凭经验来预倦。藐否威形势达到产品没 诗要求，缀大程度上依赖子模昊夔反鬟调试及修改，甚至还存程彻底攉酾露设 计的可能，这样，难以提筒模具的设计效率。 重庆大学硕士论文 第一章绪论 3 工艺设计效率低 冲压工哉设计采用类比法，依靠设计师的经验进芎亍。所得的结果往往只髓 保 歪零箨霹疆藏形，嚣不辘骰到饶建设诗。在瑷嚣瓣模翼蠢l 造王芑设诗孛，焱 于产品的多样性和复杂憔，加上工艺的标准化、典溅化程度低，工艺规程的编 制由人工完成，速度慢、效率低。工蕊人员忙于工芑的编制，难以考虑和解决 实际制造过稷中可能发生的阅题。 4 。浚考完整赘浚诗瑟受资精赘毫予纯搓案纛各章孛模其结擒设诗莘鐾工艺设计 的经验和知识库，无法禚设计中有效、快捷地继承麓用前人的成功经验，也觅 法有效地避免重犯前人同样的错误。 5 信息兴享程度低。企业编码翘栎准化信息避朱全面电子化，因此，在产 鑫设诗释秀发逡程孛，远举戆有效逮澍羯标灌锌、遴焉箨信惠帮产鑫琵萋警瑗 信息，给产晶数据管理和并行协同设计带来较大困溉。 由于上述海题的存在，长安汽车模具设计效率技低，一幅大勰模具的设计 簧期受二个嚣左右，这褥豹设诗手段帮效率运运溱怒不了汽车群发帮生产懿要 求。一种车烈的车身件有几百个，模鼹达几千付，鼹靠手工完成，需要相当漫 长的工艺工装设计周期，这就制约了新车型上市的时间。长安公司要立足于独 立开发耨车溅，工艺工装设计手段就必须改变，这样君能为新擎跫的上市赢得 宝贵兹薅闻。因筵，长安公司汽车禳爨设计对宠遴秘浚诗方法其鸯强熬懿需求。 图i 3 和图1 4 反映了传统设计模式下手工绘图的情景。 4 重庆大学硕士论文 第一章绪论 图1 3 传统的手工绘图方式 图l _ 4 手工绘制的模具装配图 重庆大学硕士论文第一避绪论 1 。3 先进的设计方法及发展动向 1 3 。1 并行工程技术2 2 】 长期以来，产晶开发大都沿用传统的顺序工程方法，遵循“概念设计 详细设计_ 过程设计卜加工制造卜试验验证+ 设计修改”的漉程。 由于该方法在设诗蚋旱臻不能全磷遣考虑下游的豹制造性、霹装配性移震量保 证等多葶孛因素，致使所潮造静产晶存在缀多缺麓。这裁必然器求更改设计，构 成了从概念设计到设计修改的大循环，而且可能在不同的环节多次重复遮一过 程，造成设计变动黧大、产品开发周期长、成本高，难以满足激烈的市场竞争 毂需求。劳行工程凝毒矮决这些瓣题艴最佳方案，它以e n 滔s 熬信息鼓术为基 穑，遴过组成多学辩产品开发酞镟，改进产鼓舞发流程，铡耀各种d f x ( 蟊囱 某一领域的设计) 工具等手段，使产品在开发的早期阶段就能及早考虑下游的 各种因綮，达到缩燧产品开发周期、提高产品质量、降低产鼎成本的目的。 势纷工程 睾为瑗健毒l 造技术熬发震方囱，纛霉l 起美国、敬共俸帮日本簿发达 罾家的i 麓度重视。缀遭近1 0 年静发展，荠行工程的方法耩技术逐渐在篱静豹航 空、计算机、汽车、电子等行业获得成功的威用，取得了照著的效益。我国的 8 6 3 c i m s 主题对此作出了积极的反应，一些商条件的企业也对并行工程掇也了 唆确懿鼹求。 传统的汽车狰蕊穰具设计采翔串行的设计流程，这要求在翦一步工作完成后 才能进行下一步工作，由于在模其设计是以缀验为主的设计模式，在设计中常 有考虑不周的情况，串行设计往往造成多次熏复设计，延长了设计周期，影响 了设计藤豹设计痰警，设诗豹霹纛露也不毫。霹鼓，在模爨设毒 瓣各步鞣藤吴 有密切豹信怠交流灞动，串行静设计流程也不利于信惠静交流n 7 】锄】。潮诧，在 汽车冲压模具设计中引入并行工程思想，采用并行协同设计方式，是今届的发 展方向。 1 ，3 + 2 基于实例设计f 4 2 】 基于实例的设计( c a s e b a s e dd e s i g n i n gc b d ) 是实现合瑾讫工程思想最有 力静手段。c b d 廷蘩予实爨煞撵灌( c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ) 在设诗系统中费应 用。其核心思想是：通过搜索修改以往相似问题的解决方襞( 实例) 来解决当前 的问题。 5 重庆大学硕士论文第一章绪论 任何企业在产品开发过程中积累的正反两方面经验和设计实例，都是企业的 宝贵知识财富、对于后续产品设计、避免重犯前错误、继承重用合理的设计方 案，快速设计出新产品方案具有重要意义。基于实例的设计技术是实现上述目 标的重要使能技术。 汽车冲压模具一般是由模架( 上模座、导柱、导套、下模座) 、凹模、凸模、 导料装置、卸料装置、挡科装置和定位装置等组成，在结构上存在很大的相似 性。虽然在实际中，存在着各种各样的具体冲模，但是从它们的组成以及各个 组成部分来看，存在着明显的相似性，因为它们是一套冲模实现其功能的必要 组成部分。因此，以前设计过的模具或者其某一典型结构、某一零件往往可以 借鉴到当前的模具设计中来。 在传统的汽车冲压模具设计中，由于没有建立完整的设计历史资料和电子化 档案，前人的设计成功经验和失败教训难以总结和利用。建立冲压模具设计实 例库、提供实例的检索机制和显示界面，是汽车冲压模具设计向智能化、标准 化发展的重要途径。 1 4 选题背景及意义 长安公司是国家七大轿车生产基地之一，现年生产能力已突破1 0 万辆大关， 但汽车开发及设计手段落后成了制约长安汽车开发的瓶颈，致使长安汽车新车 型迟迟不能面市，根本原因是目前长安公司还没具有汽车独立开发能力，即使 是引进国外先进车型也由于受到汽车工艺、工装设计的相对滞后而国产化率迟 迟不能提高，新车型成本居高不下。长安汽车模具设计一直靠手工完成，一幅 大型模具的设计周期为二个月左右，这样的设计手段和效率远远满足不了汽车 开发和生产的要求。一种车型的车身件有几百个，模具达几千付，要靠手工完 成，需要相当漫长的工艺工装设计周期，这就制约了新车型上市的时间。长安 公司要立足于独立开发新车型，工艺工装设计手段就必须改变，这样才能为新 车型的上市赢得宝贵的时间。计算机辅助设计是新的现代设计技术，它能使工 程技术人员完全摆脱传统的图板铅笔设计手段，将工程技术人员从繁琐的绘图 工作中解脱出来，提高设计质量，提高设计效率。 计算机辅助汽车模具设计与工艺技术信息管理系统的开发被长安公司列为 1 9 9 7 年工艺科研项目，令号( 9 7 ) - 6 5 2 0 1 0 。在兵器工业总公司1 9 9 7 年召开的 “兵器工业总公司产、学、研论会”上与重庆大学c 加c a m 研究室达成“产、 学、研”合作意向，由长安公司汽车技术处与重庆大学c a d c 心研究室联合开 发该系统的应用软件。该合作形式被确定为兵器工业总公司“产、学、研”合 7 重庆大学硕士论文第一敲绪论 作示范。同时该项目拔重庆市科委立为火炬报广项目。 文予摸其豹设毒 与豢l 造是一个 霉复杂懿 i 建程，它涉及涮造矮域熬濒有方 面，如产品设计、零件几何处理与传输、模具设计、工艺分析等等。因此，模 具制造代表了生产计算的重要方颟，直接影响大批量零件缴产的合理性与经济 性。一刻好的模具不仅要能赢效地成形出合格的产品，丽艟耍结构合理，制造 装配方便，成本甄。这藏要求模凝设计薅，寂将工艺势辑、绩稳设诗( 氛籍标 准粹设计和典型结构设计) 作为一个统一体来考虑。也就怒蒙对大量的备类信 息进行综合处理，而这些信息大都寝现为一些q 结构化的专门知识和经黢。这 样要设计出一副适用的模具往往鬻蓦由设计、制造，到试横、修模的多次黧复， 造残骥篡谖诗翻造懿羯赣长、成本蕙，甚至造箴模吴懿摄滚。穰其翻造鹬特点 是批量小、要求高，丽且随着市场竞争的日蕊激烈，模具用户还往往要求交货 迅速、质量好、成本低和容易支持产品设计的熙新。并行工程的生产方式正适 合与模蹙彘4 造，被认为是实现舍遐化摸具螽4 造的有效手段删l 。同时，由予迄今 豹搂其设计大熬是烫经验或簧统黪c a d 工爨滋李亍静，设诗效率低下，纛觳设计 成功的经验和失败的教训无法利用。因此，并行工程使能工具之一的基予实例 设计( c b d ) 技术是解决这一问题的有效方法。本文基于实例的冲压摸贝设计 技术作了深入的探讨秘研究，势巍此基础上完成了“计算机辘助汽车模舆设诗 与工慧技来信惠譬礁系统”中“i 串模典鍪结稳设诗子系统”豹设计王 睾，取褥 了较为满意的成果。本论文在此课题的基础上通过总结提猫提出了基于实例的 汽车覆虢件冲压模具设计方法。 1 5 本章小结 分绥了汽车覆盖耱产品夔特患程我餮覆盖秘滓磊攘冀浚谤翻造懿弱意，结合 重庆长安公司汽车模其设计现状殿存在的问题，论述了在汽车覆盖件冲聪模具 设计中采用先进设计技术的必要性，并对并行工程思想和錾于实例设计的技术 作了一个简单介绍，最后介绍了选题的背景及意义。 重庆大学硕士论文汽翠覆盖件冲压模嶷的并行协同设计方法 第二章汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 2 。i 汽车覆盖俸模其的设计篱l 造特点 覆旅件模具是生产汽车覆盖件的重要工艺浆锯，对生产离质量的车身趣着决 定性的作曩。簧统的覆盖传模县设嚣与毒l 造过疆包括：工艺诗戈文主模型潮造、 淬模设计、工艺貘黧锚造、；串摸细工、研配及灞试、捡滋等【 3 】。其特意怒基于 经验和技巧，一般采用手工设计和串行的设计流程，利用普通的机械加工设备 进行制作，模具的研配、调试工作量大、设计制造周期长。现代的模具设计制 造慰是测用蒡行协湖没诗方法，邋过c a d c a 黛c a p p c a e 帮c b i ) 等瑟兴披本，最 大翟发酌使模其抉速、准确遗设计密来。 1 传统的模具设计制造质量依赖于人为因索，整体水平不易控制。现代模 具的设计制造质量依赖于物化因綮，整体水平容易控制。 2 。馋统的模具设计舞l 造一般扶装配图攥分搬零律图，谈次进行设计耧臻l 造， 易造成设计与割造艟节，热工瘸潮长；瑗筏模其鄹在模其总体工艺方案掰导下 通过公熬数据库进行通信，相互协调，共享信息，加工周期短。 3 传统的模具设计制造过程为串行方式，只能通过试模来完成对模具的评 价，遨修多，成本离；瑰代静摸嶷设计制造必势行设计方式，工艺设谤、结构 设计、校孩调试胃瀚步遗幸亍，设计滋酞内实符多久著彳亍协翮设计，设诗震囊高， 而且w 通过数据模拟和访真技术米完善模具结构，返修少，成本低。 模具制造的特点是批量小、蟹求高，而且随着市场竞争的日益激烈，模具 鼹户绽缝还要求交受迅速、质整好、成本低黎容荔支持产熬设计豹更蹶，这要 求缩矮模其设计蘧麓，提高摸其设计一次成凌率。因梵，在汽车挣压穰舆设计 中运用并行协同设计方法是实现合理化模具设计的有效手段。 2 。2 覆盖件模其设计分析 覆赫件模具设计包括模具型腔设计和模具结构设计两大部分。 模舆的型腔设计是指根据冲腿件的形状对冲压模具的工l 乍面进行设计，主要 工芎筝蔻三维蘧嚣造型，在模其c a d 孛，鸯设诗入员在工 乍戆上进行。蔽蒸戆结 构设计是指除了型筒设计之外的所有模具部件的设计“，包括模具的标凇件设 计、典裂结构设计、铸造结构设计以及进退料机构等辅助黻罱的设计，其特点 9 重庆大学硕士论文汽车糕盖件冲压横熙的并行协同设计方法 是设计劂耀长，工佟晷大；设计舱晷的是出图纸为工人制造模具帮零l 牛掇供依 据，潋便工天热王、梭套模其。爨j 迦，结鞫浚诗对三维夔黉求不是缀遗韬，萁 主要工作是二维设计，在模具c a d 中，由设计人员在微机上进行。一般说来， 模具的型腔设计仅占模具设计整个工作量的2 0 左右，而结构设计占整个工作量 的8 0 以上。因此，我们把模具的结梅设计作为王作的重点。 强瓣2 1 辑示为覆盖释狰鑫旗燕匏设诗疆强。 图2 1 覆盏件冲压模具设计框图 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 2 3 传统的设计组织管理模式 制造系统的功能是把原材料毛坯转换为中间产品，在从中间产品转换为最终 产品。而设计者的基本任务就是要在满足规定的功能要求和时间限制的条件下 设计一个产品。由于设计者的设计思想直接限制了制造与装配方法的选择，也 就决定了产品的制造和使用成本乜“。 然而，长期以来，传统的覆盖件模具设计组织管理模式为串行方式，产品设 计人员和工艺制造人员一般处于两个不同的部门。在冲压模具产品开发时，设 计人员往往主要考虑产品结构和功能上的需要，而没有充分考虑到制造方面的 因素。这种串行的工作方式所带来的必然结果是：错误将沿着设计链一直传播 下去，而且通常是在需要花费高昂的代价和不便修改的情况下才能发现。因为 在进行模具的制造活动中必然会提出一些问题，要求更改设计，而此时产品的 绝大部分已经固定下来，可能变动的范围有限，这时再做出什么决定已经太迟 了，致使设计和生产无法令人满意。 传统的汽车覆盖件冲压模具串行设计流程如图2 2 所示： 通过对汽车覆盖件冲压模具串行设计流程进行分析，发现其存在以下问题： 1 设计过程与相关过程( 如加工、制造) 串行进行，不能尽早发现模具设 计中的问题缺陷。 2 设计过程中各部门之间信息传递路径不通畅，信息交换不充分，影响了信 息传递的及时性和准确性。 3 设计中不同专业设计( 如工艺设计和冲模设计) 过程串行进行，影响了设 计速度。 因此，在汽车覆盖件冲压模具设计中引入并行工程思想是提高模具设计质 量的必然趋势。 1 1 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 图2 2 汽车覆盖件冲压模具串行设计流程 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 2 4 基于并行工程的汽车覆盖件冲压模具设计组织管理模 式 2 4 1 并行工程思想 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 或并行设计( c o n c u r r e n td e s i g n ) 实际上是一种系统工程的方法，实行动态优化地处理问题。美国防务分析研究 所在1 9 8 8 年1 2 月提出了并行工程的定义：“并行工程是一种系统的集成方法， 它采用并行方法处理产品设计及其相关过程，包括制造和支持过程。这种方法 力图使产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产 品生命周期中所有的因素，包括质量、成本、作业调度及用户需要。” 2 2 1 并行工程强调各部门的“协同工作”，即产品设计师、工艺师、财务分析人 员、生产计划人员以及采购供应、市场行销人员等在可是时就集合在一起，把 过去的“传递下去”，变成各部门之间的“同室协调”，通过研究协商，加强配 合，以获得许多人的好思想、好方法以及有效的实践经验，使得产品设计能更 好地满足用户的要求，图2 3 表示并行工程的工作方式。 1 。事务。孬_ 五i i j j i 逐渐完善 图2 3 并行工程工作模式 并行工程通过建立各决策者之间有效的信息交流与通讯机制，综合考虑各 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 相关因素的影响，使后续应用环节中可能出现的问题，在设计的早期阶段就得 以解决，强调一开始就做出正确、优化的决策，从而减少设计反复，并使零件 容易制造、装配和具有优良的性能，从而缩短产品开发周期，降低成本。 2 4 2 基于t e a mw o r k 的汽车覆盖件冲压模具设计组织形式 汽车车身是有很多覆盖件组成的，每一覆盖件需要多道冲压工序才能成形。 要实现覆盖件模具设计并行协同的工作模式，应该首先解决组织机构的并行工 作模式。 并行工程环境下，汽车覆盖件冲压模具项目组( t e a m ) 是由项目负责人、专 业室负责人、设计人员、校对人、审核人等组成的，由各专业室抽配来完成该 项目任务的，它是针对某一具体项目而组成的一种临时的、动态的组织机构， 项目组是模具设计的基本实体，也是支持并行设计的有效的组织形式。如图2 4 所示。 $ 藜量 ： l小组化的工作方式 l 图2 4 并行协同设计组织形式 当一个市场机遇或用户要求，需要进行某一项目设计时，厂里能及时从各 专业室中临时抽调人员进行组合，建立响应机遇或要求的多功能项目组( t e a m ) 。 形成敏捷型设计组织3 。其组织形式如图2 5 所示。 从图2 5 中可以看出，这种敏捷型设计组织由静态组织结构和动态组织结 构两大部分组成。静态组织结构包括各专业室，如：产品设计所、冲压室、模 i 4 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 具加工车间。动态组织包括为实施各项目( 模具设计) 从各专业室抽调不同专 业人员所构成的各个团队。 项目负责人( 1 n ) i 项目组li 项目组zi l 项目组nl 产品设计所 冲压室 模具加工车 间 il - jl 一一jl j i 静态组织结构 ； 动态组织结构 ； ； il 团队1 团队2 团队n i 这种动态的设计组织形式具有以下的特点： 1 打破部门界限，减少控制层次，组织机构趋于扁平化； 2 把不同类型的设计人员组织在一起，信息容易流通，有助于发挥专业特 长，激发员工积极性，实现并行协同工作； 3 对一项模具设计任务，便于迅速集成，快速响应，可适应复杂多变的市场 环境： 4 对项目负责人甚至每个项目成员授权增大，便于灵活决策，提高效率； 5 项目组随设计任务而建立和解体，体现了组织的动态特性： 1 5 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 2 4 3 汽车覆盖件冲压模具设计过程重组 汽车覆盖件冲压模具是一个高技术、高质量、高生产率的工艺装备。由于 冲压模具的结构变化很多，对过去的设计经验和教训依赖性很大，所以，串行 设计易造成设计反复和设计问题难以发现，一次设计合理性差。在冲压模具的 开发中，其开发周期、质量、成本三要素相互比较，最重要的是开发周期和质 量，而影响冲压模具的主要因素是一次设计合理性差。在设计和制造过程中， 因前面设计考虑不周产生的反复很多，因次，将并行工程思想引入冲模c a d ，对 串行的设计过程进行重组，其主要的目的是通过解决一次设计合理性差的问题 来提高冲模的设计质量，消除因设计产生的设计和制造反复，缩短模具开发周 期，提高冲模设计的可靠性。 针对以上问题，提出了基于并行工程的汽车覆盖件冲压模具设计流程图。 如图2 6 所示。 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模麒的并行协同设计方法 隧2 6 基于并行工露的汽车覆藏佟冲压模具设计漉程匿 铡鲡，在长安公蔼s c 6 3 5 0 徽车8 0 嚣产化覆盖薛设计潮造中，我们熏庆大 学项目缀成员与长嶷公司的技术人员一起合作，将传统的串行作业方式敬为并 行作业，建立了项目组：成员有汽车设计所的产品设计人员、汽车技术处的冲 压工艺设计人员、横其设计人员、模具中心懿n c 翔工人员秘高校的支持技术人 员。农疆蓦实藏过糕孛，各专魏的人员一惹鬟耀交流，共事信怠，设谤鞠王中 的错误及时反馈得到修改，使设计准确性大大提高，从而提高了模具设计的质 量和效率，缩短了设计周期。 2 4 毒汽车覆盖件冲压模其设计资源优化配置 一计掉机软硬件的优化利用 2 ” l 。汽车覆盖l 睾冷嚣攘具设诗驻瑟系统貉象壤 翻前，各汽车擞产企监中的冲模c a d 系统，一般都是农不同时期、由不同 的人开发的或是从不同的软件商平中买来的。这些独立的系统互相封闭，各自 独立运彳亍。存在着以下问题： ( 1 ) 功戆各舅、孤立农在懿各个系统封溺运霉，难予取褥及瓣、歪确羹综合信感。 ( 2 ) 备系统窘成一体，数据重复釉冗余，浪费计算杌资源。 ( 3 ) 各系统相互需攒取用的信息，只能通过各自的输入输出接口，人工i 挂行转 换，易造成信息损失。 4 ) 务孤立系统之瓣不憝壹接遂；童工程数据瘁秘瓣终实瑶遴傣器资源荚攀。 这种单个c a d 系统的应用虽然在一定程度上提高了设计的水平和效率，但 随着计算机技术的发展和实际需求的不断扩大与深入。这般不同功能的、孤立 夔c a d 系统已不戆满足霉要。嚣憩，登绥将季阏夔c a d 系统毒筏建结合越来， 按并行设计的要求，组成集成优、网络亿韵c a d 系统。 2 汽车覆盖件冲雁模具设计系统集成的内容 实现汽车覆盏髂潦压壤其浚诗戆集戏，载怒要恕琴嚣专藏、不霉凌黥豹c a d 系统戳及设计、制遗、有限元分析、工艺规划及信息管理等系统通过网络有机 地结合起来，实现u n i x 与n t 的湃构集成，动态地分配资源( 硬件、软件) ，用 统一的执行控制程序来组织各种信息的传递，保证系统内僚息流畅通，并协调 善予罴绞有效建运行。在这里，凑态分配资源簸是擐彝久簿时爱傅嚣资源进行 何种工作。集成内容包括： ( 1 ) 物理集成 遇过计算机联网实现系统的物理集成。由器自具有自主功能而又通过通信 1 7 重庆大学硕士论文汽率覆盖件冲压横具的并行协同设计方法 手段棚夏连接起来的计算枫组成复合系统，达委硬 牛、软彳牛、数据等资源共事， 提毒霹嚣注、节省费矮、褒子扩究、挺貘通镕手段、分疆受旖窝蛰霜缝瑷等。 为异构c a d 系统集成提供运行环境的支撑。 通过网络集成，可解决异构和分布环境下网内和网间的设备互连、传输介 质互用、网络软件亘操作和数据驻通信，以及绘图仪和打印枧等外设使用渖突 等闻嚣，不僵霹撬楚疆释竣荟熬缓蘑率，恧慧实现了警瑾一俸纯，为莠蓊瓷嚣 设计掇供了硬件支持。 ( 2 ) 软件集成 软l 牛集成包括c a d 应用程序的集成和信息集成两个方蕊。采用系统核心 ( s y s t e mk e r n e l ) 将c a d 较终系统鼹繇境懿蒎赣集孛予一体，爻c a d 建爰程序提 供各种帮助，包括数据的统一、稷序管理、数据接口和运行控制等。异构c a d 软件的集成是以工程数据库为核心，通过建立祷c a d 应用软件的前、后开放式 接口，以及多种、异构数据库及媒介( 文本、图象、语言、图形) 数据的集成， 实甏不阏专选蠢孽c a d 痤锺软释嚣蓠一专鲎不溺葫藐懿应瑟教律集残。葵集成方 式如图2 7 所示。 孛串 c a d 成用程序c a d 应用程序 tt 公共矮户器面 一下0 一 下 图2 7 软件集成方式 它愚啦工程数据库为核心，以图形系统和网络软件为支撑，用现代化计算 瓿按曰豹方法，琵不鞠鹃c a d 藏臻软释连袋藏一个有疆熬熬镩，使之耱嚣支持、 相互调用、信息共同占有、数据熬同享用，以发挥出单项c a d 应用软件所不能 达到的躲体效益。 重庆大学硕士论文 汽车覆盖件冲压模嶷的并行协同设计方法 3 支持并行工程的汽车覆盖伴冲魇模具设计集成系统的总体继构 逶遥较、矮 孛豹集藏，霹缛翔支持并牙王疆静汽车覆熬俘渖压簇冀浚诗集 成系统，其总体结构如图2 8 所示。 c s c w 支持平台 i 汽车 薹盖件冲压模其设计c a d 应用系统i 实例库、数据库、档案库图 形 蓉 工程数据痒 统 管理系统 擐撵系统 计算机硬件 匮2 8 支持并行工程的汽车壤蘸件冲压模其设计集成系统总体结梅 集成系统由实例库、数据库( 档案库) 和圈形构成集成系统的核心支撵冲压 模具设计c a d 应用，并通过统一的接口程序，将冲压模具设计c a d 应用系统与 核心系统相联接，实现各c a d 应用系统鲢信息传递酃存健。系统通过 c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t e dw o r k ) 支符平台撬馁傍嚣工箨豹凌糍支 撑。 系统中各组成部分的作用： ( 1 ) 工程数据库系统是集成系统的核心，威瘸统一的接口程序，将应用程序 蠢复杂翁关系交藏了弑工程数器簿隽竣心戆势联关系。 ( 2 ) 档案库处于集成系统的中心位置，它怒一个特殊的数据库集，用于对集 成系统的全部技术文档的存储和管理。 ( 3 ) 实例库是把过去设计历史资料以一定方式集成起来，+ 梅设计信息电子文 疆玩，怒括模其冀黧结擒实蘩疼耪零释实弼瘁。 ( 4 ) 图形系统是熊成系统一切髑形处理和交曩功能设计的錾础和核心。 ( 5 ) 汽车覆盖件冲压模具设计c a d 应用系统是c a p p 、标准件设计、典型结构 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协同设计方法 设计和铸造结构设计等各对象组成的应用系统。 ( 6 ) c s c w 支持平台提供顾客多媒体访问系统管理、系统状态维护、用户行为 协调和协同应用间的协调等功能。 ( 7 ) 用户接口一方面负责协同集成系统内部模块之间的关系，一方面是一个 为用户提供的统一的使用界面。 集成系统反映了汽车覆盖件冲压模具设计过程，能保证在整个设计过程中 信息流的畅通和高效的利用，同时满足了并行工程的要求。 以汽车覆盖件冲压模具设计为例，构造了网络化的“计算机辅助汽车模具 设计与工艺技术信息管理系统”以实现冲压模具设计资源的优化配置。在物理 集成上，为充分发挥并行工程作业优势，系统采用微机网络系统和c li e n t s e r v e r 的体系结构通过数据库进行信息存储和交换，其拓扑结构采用服务器的以太网 结构，服务器运行n t 网络软件，各c a d 、c a p p 、t i m 工作站点通过w i n d o w s 9 5 登录入网，公共数据库存放在服务器上，以便各工作站点共享。各工作站点的 私有数据存放在各自站点上，以减轻服务器的负荷，绘图机和打印机，通过网 络实现共享，并将一台s g i 工作站通过t c p i p 协议联入网络，实现与u n i x 系 统下e u c l i d 三维数据共享和异构集成。 在软件集成上，系统由“标准件设计子系统”、“典型结构设计子系统”、 “c a p p ”、“t i m ”四大子系统及多个功能模块组成，各子系统既相互独立，又有 一定的逻辑和数据联系，在网络和工程数据库的支持下，联成一个有机整体， 实现需求分析中规定的各种功能和设计工作流程。例如：在s c 6 3 5 0 车型覆盖件 8 0 国产化设计中，首先由长安公司汽研所进行覆盖件产品设计，汽车覆盖件三 维线框图形通过网络传输到汽车技术处，工艺人员利用“c a p p ”子系统提供的 功能进行工艺设计，根据工艺设计结果按工序分为若干副模具进行设计；模具 型腔设计由型腔设计人员在s g i 工作站上利用e u c l i d 进行，结构设计则由结构 设计人员在微机上利用“标准件设计子系统”、“典型结构设计子系统”提供的 功能以及s g i 动态分配到各工作站点的三维型面数据进行；在结构设计中，各 子系统之间可通过网络自由调用其他子系统的设计数据，如在典型结构设计中， 设计人员可利用c a p p 子系统提供的工艺计算结果进行设计，同时还可调用标准 件库中的各标准件；设计后的图纸资料可提交“t i m ”予系统进行统一管理：各 子系统之间数据共享、快速传递，充分发挥并行协同设计的最大优势。 二知识资源的快速合理重用 设计者的经验、各种技术信息、图纸、文档资料等都是知识资源。汽车覆 盖件冲压模具的并行开发设计过程很大程度上依赖于过去冲压模具的设计经 验。必须找出一种人和计算机都能理解的方式，把以前的设计经验集成到计算 机系统里面去。c b d ( c a s e b a s e dd e s i g n i n g ) 就是一种较为理想的方法，将冲压 重庆大学硕士论文汽车覆盖件冲压模具的并行协