（机械工程专业论文）用先进制造技术改造嘉陵工模具系统的研究及应用.pdf

摘要 摘要 本文应用独立制造岛技术观点，首先分析了嘉陵集团设备工程公司的工模具 系统的现状和国内外先进制造技术的发展方向，接着考虑以建立以嘉陵工模具独 立制造岛为核心，采用虚拟c a d c a m c a e 系统，应用快速原型制造技术，实施基 于p d m 的并行集成化c a p p 系统，建立工模具制造质量控制系统，从而形成一种多 品种、小批量的新型生产模式。 用先进制造技术改造嘉陵工模具系统的实现，有助于工模具制造业找到一个 新的应用发展突破点，达到加快嘉陵集团新品开发进度，提高新品开发质量的目 的，实现嘉陵“由大变强”的竞争策略。 关键词：嘉陵一计算机集成制造系统，先进制造技术，独立制造岛，虚拟 集成 英文摘要 a b s t r a c t b ya d o p t i n gt h ev i e w p o i n to f j i a l i n gt o o l & m o u l da l o n em a n u f a c t u r i n gi s l a n d ( a m i ) i nt h et h e s i s ，i tf i r s ta n a l y z e st h ea c t u a l i t yo ft o o lm o u l ds y s t e mi nj i a l i n gg r o u p e q m p m e n ta n dp r o j e c tc o m p a n y , a n dt h ed e v e l o p m e n to fd o m e s t i c a n do v e r s e a s m a n u f a c t u r i n ga d v a n c e dt e c h n o l o g yi n n o v a t i n g s e c o n d l y , i tc o n s i d e re s t a b l i s h i n g j i a l i n g a l o n em a n u f a c t u r i n gi s l a n do ft o o l & m o u l d ( j l - a m i t m ) a sah a r d c e r e ，w i t h a p p l y i n gv i r t u a lc a d c a m c a es y s t e m ，r a p i dp r o t o t y p i n gm a n u f a c t u r i n g ( r p m ) a n d c a p p ( c o m p 慵a i dp r o c e s sp l a n n i n g ) s y s t e mo np d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) b a s i s ，t of o u n dt h eq u a l i t yc o n t r o ls y s t e mo fas p o tp r o d u c t s ，a n dt o f o r man e w m a n u f a c t u r i n gm o d ew i t hv a r i e t ya n ds m a l lq u a n t i t y t h er e a l i t yo fj l a m i t mw i l lr e d o u n dt of i n d an e wa p p l y i n gd e v e l o p i n g b r e a k t h r o u g hi nt o o l m o u l dm a n u f a c t u r i n gt r a d e ，a n de x p e d i t et h ee x p l o i t a t i o n d e v e l o p m e n ta n dq u a l i t yi m p r o v e m e n to f n e wp r o d u c t s ，a n da c h i e v ej i a l i n gc o m p e t i t i o n p o l i c yo ff r o ml a r g et os t r o n g k e y w o r d ：j l c i m s a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y , a m i ，v t r t u a li n t e g r a t i o n m 第一章绪论 1 1 国内外工模具制造技术的现状及发展 2 6 9 1 1 1 5 工模具以其高精度、高复杂程度、高生产率的特点，在现代工业中扮演越来越 重要的角色。象汽车、家电、电子、摩托车及通讯产品的制造都离不开模具。由 于市场竞争日趋激烈，多品种、小批量已成为这些行业的必然发展趋势，因此对 模具的要求也越来越高。工模具行业面临的紧迫问题是如何提高生产效率。 快速发展的先进制造技术完全可以帮助工模具制造业战胜这种挑战。 在现代工模具制造中，无论工具制造厂和最终用户的关系如何，响应快慢和 订货周期是关键。在国外，模型数字化仍在普及，象雷尼绍( r e n i s h a w ) 公司的 c y c l e o m e 和参数技术公司( e n g i n e e r i n gt e c h n o l o g i e s ) 的p a t t e r nm a s t e r 提供了比 迄今可得到的更快的数据采集。无论零件的数据是由模型还是由软盘提供的，当 更多的用户设法用电子仪器传输零件的几何形状时，目前c a d c a m 还是最基本 的方式。在加工任务变得复杂时，其优点也相应地增大。采用三维( 3 d ) 整体或 表面造型和屏幕显示，就可能对零件进行评价，而先进的快速原型制造技术可以 生产出实体模型或进行成品零件的小批试制或鉴定。 这项技术的具体化是采用纸层迭合方式的立体制模( s t e r e ol i t h o g r a p l y ) 或者 是对特别的成型树脂的精密高速加工。l e e d s 的畸形修复制造厂d e p u y 已经实现了 在设计周期和样机制造上的较大节约，这种节约是由b e n t l ym i c r o s t a t i o n 和 i n t e r g r a p h 结合以具有立体制模机p a t h t r a ce d g ec a m 零件编程系统的c a d 系统为 基础实现的。 在其它收益方面，增加e d g ec a m 系统已使d e p u y 公司能自己制造用熔模铸 造用蜡模的模型工具。与外协模具相比，在生产周期上可以节省6 周时间，而这 种无( 设计) 图纸的模具制造方式造就了与原始设计完全一致的模具。因此，是 在商业和人力两者方面的总收益。 c a d c a m 技术已日趋成熟，在基于互联网的环境下进行异地设计，异地制 造已成为事实，从而使距离失去了意义。而数字化工厂的出现即产品设计与生产 过程全部采用模拟之后，就能够真正做到快速开发产品，先于竞争对手把产品推 向市场。 快速原形制造( r p m ) 技术是随着计算机技术、激光技术和新材料技术的发 展而生产的一种全新制造方法。根据零件c a d 模型，快速自动完成复杂的三维实 体( 模型) 制造，是继n c 技术之后的又一次技术革命。与普通加工方法如c n c 铣削和车削相反，所有快速原形制造方法都是将材料堆积起来，而不是切削下去。 重庆大学硕士学位论文 高速铣削( h s m ) 技术的出现对传统的电火花加工形成了有力的挑战，采用 h s m ，大幅度提高了加工效率，并获得了非常高的表面质量，对于硬度达6 0 h r c 的材料加工已不在话下。 模具高速扫描及数字化系统加快了逆向工程的应用进程。这种系统提供了从 模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，采集的数据通过软件可自 动生成各种不同数控系统的加工程序及不同的c a d 数据，大大缩短了模具的制造 周期。 电火花铣削加工技术是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是 用高速的简单管状电极作二维或三维轮廓加工，因此不需要制造复杂的成形电极， 这显然是电火花成型加工领域的重大发展。 国内大中企业( 如汽车、摩托车等) ，一般都设有工模具加工车间，但高精度、 高复杂性的模具往往依靠国外加工。但随着市场经济的发展和中国加入w t o ，产 品更新换代的频率加快，迫切要求国内企业提高核心竞争力，而模具的制造水平 就是核心竞争力之一。例如嘉陵集团正逐步实施嘉陵计算机集成制造系统( 儿一 c i m s ) ，要求在引进先进设备和技术的基础上，开发设计拥有自主知识产权的摩 托车。那么嘉陵的工模具制造也必须要跟上时代步伐，尽快应用先进制造技术， 使其成为j l - - c i m s 的核心组成部分。 另外，浙江地区近几年出现了分承包模具制造业。采用这种加工模式，模具 的制造费用是在相关零件的生产过程中支付的，因而降低了模具制造的风险，提 高了模具生产效率。借助于总承包零件或部件的全部加工能力，这些模具分承包 公司在把制造和工具系统最佳化方面要比单一的工模具制造厂处于更有利的地 位。 总之，在国内外的工模具制造中，都在尽可能采用先进制造技术，以及生产 方式的彻底变革来适应市场竞争。实现模具先进制造技术的技术支撑是信息交换 系统与一切现代的设计、制造技术和管理技术。 在2 1 世纪初，我国正处在由计划经济向社会主义市场经济全面过渡，逐步建 立新的经济体制的时期。及时了解国外工模具制造业生产模式方面的研究与实施 动向，结合国情探讨我国工模具制造应该采用的生产模式，在促进我国制造业经 济体制的改革和提高产品市场竞争力方面，具有重要意义。 在组织方式上，改变过去在一个企业内完成从设计到投产一系列工作的模式， 而采用基于信息高速公路的虚拟制造单元，可以最优地组织制造资源，形成对市 场最敏捷的响应，又使社会资源得到充分的利用，同时又避免了巨额投资风险。 1 2 嘉陵工模具系统的生产任务及作用 2 绪论 1 2 1 嘉陵工模具系统的生产任务 嘉陵工模具、刀具、量具的设计与制造具有专业性。设有模具车间、刀量车 间、热处理车间，工人技能与生产组织对口作业，充分发挥先进的设各优势，从 事复杂的成形模、拉延模、压铸模、注塑模、冷挤压模和各种大小夹模、量具、 综合检具等的设计、制造。嘉陵工模具制造系统是嘉陵集团新品开发的保障基地。 1 2 2 嘉陵工模具系统的设备状况 1 、测量设备 引进美国b r o w n & s h a r p 公司x c e l1 5 2 0 1 0 型三坐标测量机，测量软件功能具 有9 0 年代初期的先进水平，测量误差可满足工模具制造的需要 2 、电火花加工机床 1 台5 轴4 联动电火花切割加工中心，切割厚度可达3 0 0 毫米。 2 台电火花模型加工中心，4 轴联动，最小显示尺寸1 微米。 3 、刀量具生产设备 1 ) 、美国哈挺公司精密车削中心，是一台双主轴单刀塔，x z c 三轴联动，分辫 率0 0 0 1 m m 的高精度车床，配合动力头可进行偏离轴线的钻孔、攻丝和铣削加工。 2 ) 、德国m a h o 立卧加工中心，配有旋转工作台，控制5 轴、4 轴联动，可进 行任何角度刀具的铣削、钻孑l 、攻丝。 3 ) 、德国瓦丽特公司的万能工具磨床，5 轴5 联动的功能，控制系统配备的专 用软件包可实现立铣刀、铣头、复合铣刀、成形刀具的自动磨削，适用于修复或 新造硬质合金和高速钢刀具的磨削，粗糙度可达r a o 4 - 0 2 。 4 ) 、美国穆尔坐标磨床是高精度的5 轴4 联动的连续轨迹磨床，配备f a n u c1 5 m e 数控系统，分辨率0 i 微米，可磨削半径0 5 微米以上的轮廓曲面。 上述4 台机床的特点是精度高，功能完善，相互配合可制造形状复杂的模具。 4 、数控镗铣加工机床。如表1 1 名称行程特点 台湾高明公司龙门加工中心 x 3 2 3 0 f 1 9 0 0z 7 0 0 二轴，带旋转工作台。雷尼绍 检测系统，法国l e m 仿形系统 意大利兰包蒂立卧镗铣加工 x 1 5 0 0y 1 2 0 z 1 0 0 0 四轴半带旋转工作台。雷尼 中心 绍检测系统。k 5 仿形系统 意大利兰包蒂仿形铣x 1 5 0 0y 8 1 5z 8 1 5k 5 仿形系统 美国h a s s 加工中心 x 1 0 1 6y 5 0 8z 6 3 5 三轴，带旋转工作台。 德国m a h o 加工中心 x 8 0 0y 5 0 0z 6 0 0四轴半，带旋转工作台。 青海数控仿形铣x 1 2 0 0y 6 3 0z 7 5 0二轴，f a n i j c 3 3 0 d 仿形系统。 重庆大学硕士学位论文 1 2 3 嘉陵工模具系统的生产情况 表1 2 ：设备工程公司1 9 9 9 年至2 0 0 1 年主要模具完成对照表( 单位：台套) 项目1 9 9 9 定2 0 0 0 篮2 0 0 1 拄2 0 0 2 年( 预计) 民晶工装( 套) 4 4 6 4 25 7 9 0 36 0 0 0 06 2 0 0 0 压铸模、注塑模( 套) 32 l5 01 0 0 压模产值( 万元) 9 9 9 51 0 2 9 92 5 01 0 0 0 从中可以看出，嘉陵集团公司的新品开发在不断加大力度，设备工程公司从 以前仅能生产附加值较低的冷冲模，转而生产附加值高的压铸模和注塑模，从而 提高嘉陵摩托的核心竞争力。 1 3 嘉陵工模具系统应用先进制造技术的必要性和可行性睢n 5 1 - 3 - 1 先进制造技术的概念 先进制造技术是以提高综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱， 综合应用信息、材料、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，研究并改 造传统制造过程作用于产品整个寿命周期的所有适用技术的总称。 由以上定义可以看出，先进制造技术有如下特点： 1 、先进制造技术不是一成不变的，而是个动态技术。它要不断吸收各种高新技术 成果，将其渗透到产品设计、制造、生产管理及市场营销的所有领域及其全部 过程，并且实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。 2 、先进制造技术是2 1 世纪的技术系统，它的目的很明确，即提高制造业的综合 效益( 包括经济效益、社会效益和环境生态效益) ，赢得激烈的国际市场竞争。 3 、先进制造技术并不摒弃传统技术，而是不断用科技新手段去研究它，并运用科 技新成果去改造它、充实它。特别是利用先进技术研究传统工艺的成形原理， 建立数学模型，并利用优化设计技术进行传统工艺的优化。 4 、先进制造技术并不仅限于制造过程本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、 工艺设计、加工制造、售前售后服务等产品生命周期的所有内容，并将它们结 合成一个有机的整体。 5 、先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术和现代管理技术在产品设计、制 造和生产组织管理等方面的应用。 6 、先进制造技术特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理三者的有机结合。 7 、先进制造技术不是一项具体技术，它利用系统工程技术将各种相关技术集成一 个有机的整体。 8 、先进制造技术强调各专业学科之间的相互渗透和融合，淡化并最终消除它们之 间的界限。 4 绪论 9 、先进制造技术特别强调环境保护，既要求其产品是所谓的“绿色商品”( 对资 源的消耗最少，对环境污染最小甚至为零，对人体的危害最小甚至为零，报废 后便于回收利用，发生事故的可能性为零，所占空间最小) ，又要求产品的生 产过程是环保型的( 对资源的消耗最少，对环境污染最小甚至为零，对人体的 危害最小甚至为零) 。 先进制造技术包括三大主体技术群( 现代制造系统管理技术群，面向制造的 工程设计技术群，物料处理方法和设备技术群) 和一个支撑技术群( 为三大主体 技术群提供理论基础) 。如图1 1 所示。由于先进制造技术是一个有机的整体，所 以，三大主体技术群并不是相互孤立的，她们之间有大量的信息交流。为了管理 好整个生产过程，实现产品的设计和制造，需要硬、软两个支撑环境的支持：其 中硬支撑环境包括各种计算机硬件及外围设备和各种物流设备等；软支撑包括各 相关技术支撑 硬支撑环境软支撑环境 计算机硬件及外围设各、备种物流设各、各种计算机软件、各种标准、法规 信息高速公路、计算机网络及工程数据库 图1 1先进制造技术的体系结构 f i 9 1 1 s t r u c t u r eo f a t m 重庆大学硕士学位论文 种计算机软件，企业的文化氛围，企业的管理体制，以及各种标准和法规等。最 后，先进制造技术的实现还依赖于国家信息高速公路，企业的计算机网络和工程 数据库的支持。 先进制造技术的主要特征是强调实用性，以提高企业的综合经济效益为目的， 所以被认为是提高制造业竞争能力的主要手段，对促进国民经济的发展有着不可 估量的影响。 提高市场竞争能力有六个要素：能够开发出市场急需的、适销对路的、品种 多样的、科技含量偏高的新产品( f u n c t i o n ) ；能够在尽可能短的时间内提供用户 需要的产品( t i m e t o m a r k e t ) ；产品质量应能最大限度地满足用户的要求 ( q u a l i v y ) ；产品的价格应具有竞争力( c o s t ) ；能够提供产品的全程服务( s e r v i c e ) ；能 够向社会提供符合环保要求的绿色产品( e n v i r o n m e n t ) 。这六个f t q c s e 要素相辅 相成，缺一不可。而提出应用先进制造技术改造嘉陵工模具系统的目的就是研究 嘉陵工模具系统满足这六个要素的能力，嘉陵要占领尽可能大的市场，在能获得 最大的利润的同时完全符合环保要求，创造良好的社会效益。 1 3 2 应用先进制造技术的必要性 嘉陵集团在1 9 9 7 年前生产经营的思路是按“大规模、大批量”的生产模式进 行的，这种策略在摩托车处于卖方市场是对的，但现在摩托车市场群雄并起，形 成了买方市场后这种策略就行不通了，市场上追求的是多品种、少批量的生产。 市场竞争将迫使嘉陵改变现状，采用新的生产方式，加快新品开发进度，这样刊 能赢得市场的认可和用户的青睐。这时候，工模具的制造水平就成为了新品开发 的关键环节，这就为嘉陵在二十一世纪的发展提出了一个必须解决的尖锐课题： 如何以质优价廉和不断更新的产品来满足市场的需要。要实现这一点，嘉陵就必 须针对薄弱环节进行必要的技术改造，加快技术进步，采用国际上先进的技术手 段来加快新品开发，保证产品质量，使产品具有优异的性能价格比，以新颖的外 观和完美的品质来赢得用户，从而进一步增强嘉陵牌摩托车的市场竞争力。 1 、嘉陵工模具系统的存在问题 1 ) 、制造周期长 由于嘉陵集团工模具系统生产沿袭为“大规模”生产服务的思路，生产组织 方式落后，未能较好解决先进设备与操作工人的分工协调问题，严重制约了工模 具的开发制造质量及进度，这不仅使模具的生产资金占用加大，更主要的是拖了 企业新产品开发的后腿，严重影响了嘉陵牌摩托车的市场竞争力 2 ) 、质量问题多 由于目前工模具制造工序问缺乏严格而有效的检验监督，只有工模具交付用 6 户后才能发现产品质量问题，造成一致性差，生产出的产品配合性能差，废品率 高，一次成功率低等问题。这不仅不利于生产分厂合理组织生产，还给生产分厂 的质量控制带来困难。 3 ) 、生产管理落后 市场需求分析，模具设计、制造和产品加工独立化，对项目往往缺乏可行性 和经济效益评估，不能积极关注市场的需求动态。尽管嘉陵集团的新品开发采用 了一些先进的c a d ( 计算机辅助设计) 、c a e ( 计算机辅助分析) 和c a m ( 计算机辅 助制造) 技术，但在总体管理上，整个运转过程是串行的而非并行的。 4 ) 、模具设计的科学性和经济性差 对经验的依赖性强，数据更改频繁，再设计的可能性加大，从而导致模具的 总成本增高。目前在工模具制造中应用c a p p ( 计算机辅助工艺) 系统不支持并行 设计模式，大量工艺数据的维护、查找困难。由于工艺设计过程中存在大量的复 杂更改，设计人员无法使用最新数据 为此，本文提出对工模具系统进行技术改造，引进先进生产模式与制造哲理， 以独立制造, ( a l o n em a n u f a c t u r i n gi s l a n d ，以下简称a m d 技术为核心，以并行工 程为支撑，应用p d m 技术，在尽量不增加硬件投入的情况下，提高公司工模具制 造水平。 1 3 3 应用先进制造技术的可行性 当前正处于国际产业重组和国际分工不断深化，科学技术突飞猛进的时期， 市场千变万化，竞争异常激烈，工业发达国家的制造业都在积极研究与推行先进 制造技术，并对生产模式进行重大变革。在这种新形势下，制造企业的战略必然 发生很大的变化。图1 2 描绘了美国制造企业的制造战略的变迁。 p 图1 2美国制造战略的变迁 t f i 9 1 2 t h ec h a n g eo fp o li c yo f t h ea m e r i c a nm a n u f a c t u r i n g 重庆大学硕士学位论文 及时了解国外有关制造方面采用新的生产模式，对于提高企业市场竞争力具 有重要意义。1 9 9 7 年9 月中旬，中国机械工程学会生产过程分会的生产系统专业 委员会在大连召开了“全国先进生产模式与制造哲理研究会”，会上提出的“分散 化网络生产系统”，对本论文具有理论支撑作用。 国外在生产制造模式方面提出了精益生产、灵捷制造、虚拟制造和智能制造 等概念，同济大学张曙教授在他所作的分散化网络生产系统的一文中，提出 了“分散化网络产系统”的概念，分散化网络生产系统的主要组成部分是： 1 、制造企业信息网络。在这个网络上提供集团成员的制造资源和专用技术， 以便互相选择伙伴，建立动态联盟。 2 、快速产品设计和开发网络将不同单位的产品设计的各种工具和检验加以 集成，采用并行工程的方法快速设计和开发产品。 3 、由独立制造岛组成的产品制造网络。 4 、全面质量管理和用户服务网络。 5 、电子财务和人事管理网络。 6 、制造工程信息的通讯。 建立分散化网络生产系统的最重要基础是具有灵活的生产单元，由这种单元 组成的生产系统可以快速响应市场的需求。独立制造岛技术就是符合这一要求的 基本单元，它的构思是按照成组技术的原理，将零件划分为不同的零件族，把一 组适合加工零件的机床集中在一起，形成a n t 过程相对封闭的单元，由熟练工人 组成小组在计算机的软件的支持下相对独立地自主地去组织生产。这是一种新的 生产组织形式，也是体现以人为本的管理模式，是在中国条件下实现灵捷制造的 第一步。独立制造岛的重点放在信息流的自动化，同时精简一切不必要的过程和 环节。岛内设备配备上是在关键工序上采用数控机床，加工中心或柔性制造单元 来提高工作效率和保证产品的质量，以达到投资少，见效快，效率高的目的。 总之，用先进制造技术改造嘉陵工模具制造系统是嘉陵集团公司研究决定并 同意立项的，是几c i m s 计划的重要组成部分，在技术上是可行的。通过技术 改造，建立起嘉陵工模具独立制造岛( j i al i n g - a l o n em a n u f a c t u r i n gi s l a n do f t o o l & m o u l d ，以下简称j l a m i t m ) ，从而加快新品开发进度，提高新品开发 质量，增强嘉陵摩托的市场竞争力。 改造嘉陵工模具系统的总体方案和技术路线 第二章改造嘉陵工模具系统的总体方案和技术路线 2 1 实施原则【l 】【9 】 4 1 】 贯彻8 6 3 c i m s “效益驱动、总体规划、分步实施、重点突破”的方针，针对 摩托车工模具设计制造中的“瓶颈”问题，制定有限目标，分阶段实施，重点突 破。 1 、统一规划，分步流动开发实施。 嘉陵工模具的系统设计，应该在分析研究嘉陵集团需求的基础上紧紧围绕公 司的经营目标，确定改造嘉陵工模具系统的总目标，然后根据技术条件，资金投 入以及基础工作等各方面的情况，逐步分解阶段目标，并制定相应的技术方案和 实施计划。这样就能保证确定嘉陵工模具系统的集成性和开放性，整个系统将在 j i c i m s 思想的统一指导下，按系统工程的要求，通过逐步实旋阶段目标来一步 一步地走近总目标。 2 、按轻重缓急确定嘉陵工模具系统实施的优先顺序。 按照“效益驱动”的原则，选择集团公司工模具生产中的瓶颈环节，优先突 破实旅，影响全局的基础工作应优先实施，如分类编码、基础数据的采集和骨干 人员培训等。 3 、根据工模具制造的特点采用成熟技术，选择适当的商业化产品。 采用成熟技术能够保证嘉陵工模具系统可靠性，避免风险，根据嘉陵自身的 特点选择适当的商业化产品进行二次开发，可以大大缩短系统开发周期， c a d c a m 软件已决定采用u g s 公司的产品。 4 、实用性是嘉陵工模具系统工程设计和实施的第一原则。 在整体上充分把握嘉陵集团实际需求和实际情况的前提下，充分考虑各予系 统的有机衔接，选准突破口，步步推进。在软件设计上，保证系统实用、可靠的 前提下，实现管理环节的优化，不搞花架子。 充分利用现有资源是嘉陵工模具系统实用性又一体现，为了实现对现有系统 的集成，需要作适当的改造工作。 5 、尽可能使用先进的系统开发工具。 嘉陵工模具系统工程设计和实施将尽可能采用j 卜cims 应用工程规范， 在总体规划和系统设计阶段，必须贯彻软件工程的思想和方法，尽可能采用先进 的开发工具，提高软件开发效率，保证其质量及有较强的生命力。 工程标准和技术标准，尽量采用国际标准和国家标准，以利于选购国内外软 件。 9 重庆大学硕士学位论文 6 、系统地开展培训工作，使各级领导和员工充分认识嘉陵工模具系统工程实施的 必要性和艰巨性。 用先进制造技术改造嘉陵工模具系统的本质是以现代化手段实现现代化的管 理及生产。改造嘉陵工模具系统是嘉陵应用现代制造业先进的信息技术和管理方 法，促进自身发展的必然结果，也是嘉陵集团在激烈的摩托车市场竞争中求生存、 求发展的重要战略和手段。嘉陵工模具系统将覆盖嘉陵产品设计开发、制造和生 产经营等各个环节，是一项极其复杂的系统工程，开展广泛的嘉陵工模具系统宣 传工作，有计划、分层次地对各级领导干部、技术人员和操作员工进行相关知识 的培训，从而使全体员工下定决心，不畏艰难、有步骤地、持之以恒地推进嘉陵 工模具系统开发实施工作。 7 、加强领导，建立嘉陵工模具系统开发应用的组织体系。 嘉陵工模具系统开发实施是一项较长时期的系统工程，它不仅需要各相关技 术的支持，还需要人员、资金、时间，建立统一的协调和领导组织，把不同管理 层次的领导，不同业务部门的人员，不同专业学科的专家集结起来，才能为嘉陵 工模具系统开发应用成功，提供一个强有力的组织保证。 2 2 总体结构及主要功能】【5 】【6 】i l 0 【4 3 】 制定改造嘉陵工模具系统技术方案，是从“实用、可靠、先进”的设计原则 出发，在充分利用现有资源的同时，认真分析和考虑计算机技术的发展趋势，保 证嘉陵工模具系统具有良好的体系结构和开放性。 建立开放式的系统体系结构是嘉陵工模具系统的主要目标，是嘉陵发展的需 要。构建开放式的体系结构有利于充分利用嘉陵已有的软硬件资源，同时方便嘉 陵工模具系统采用先进的计算机技术与新的管理模式。 按照j l - - c i m s 标准和规范来设计和实施嘉陵工模具系统改造工程，是保证 嘉陵建立的嘉陵工模具系统具有良好开放性的主要手段，另外，在硬件设备、网 络设备、分布式数据库管理系统、应用软件与应用开发工具的选型中，选择开放 性好的成熟产品；在系统设计、接口定义和软件开发过程中，采用标准化与规范 化的工作方法。 嘉陵工模具独立制造岛系统从功能上分为管理信息分系统( m i s ) 、并行设计 分系统( eds ) 、质量保证分系统( qas ) 、制造自动化分系统( m as ) 四 个分系统。 2 2 ls 分系统结构与功能 mis 系统包括经营管理、生产管理、物料管理、财务管理、人事管理、办 l o 改造嘉陵工模具系统的总体方案和技术路线 公自动化与情报等子系统。 一、经营管理子系统功能 经营决策管理动态提供以下信息，辅助领导决策： 利润实现状况 财务状况 生产状况 销售状况 合同完成情况( 采购合同、销售合同、外协加工合同) 原材料供应状况 设备完好状况 质量信息 人力资源状况 项目决策 二、生产管理子系统功能 1 ) 主生产计划 主生产计划的制定。 支持主生产计划的模拟选定，对计划进行跟踪考核，包括完成情况分析及计 划实施过程中的状态信息反馈。 提高计划的准确性、灵活性，实现工模具需求计划、自制生产计划、外协外 购和配套件计划的一体化，实现均衡配套产出，减少库存积压和在制品积压，减 少资金占用。 订单优先级计算功能，如同时收到一批订单，采用一种算法排出订单生产的 优先次序。 2 ) 能力需求计划 要求设计两种排法，有限顺排计划、无限倒排计划。 能同时显示或打印出能力需求报告。 能反查至物料需求计划和主生产计划。 3 ) 准时生产计划 准时生产计划应覆盖各机床，并与生产科、营销科、综合科、工装设计所、 技术中心等紧密联系起来。使生产得到有效的控制，信息畅通，能达到动态控制。 它可在领料、生产准备、生产调度、生产过程、费用、成本等环节对生产过程进 行全面控制，为独立制造岛管理提供辅助决策，并为计划、财务等系统提供信息 支持。 支持拉式管理，即支持倒排计划，能自动生产领料单，对生产数据的采集要 重庆大学硕士学位论文 及时，随时生成车间投入产出分析报告。 随时生成设备状态等报告。 三、物料管理子系统功能 1 ) 建立一套完整、统一的物料数据管理系统 建立一套统的编码体系，包括物料代码、部门代码、库房代码、相关工作 人员代码( 检验员、采购员、销售员、用户等) 、工作中心代码。 建立和bo m 维护系统 建立工艺路线、工作中心数据、库存数据、工厂日历等基础数据。 2 ) 物料需求计划 对主生产计划进行分解，要求有模拟分解功能，同时应考虑到库存数据、工 厂日历、采购( 生产) 提前期、批量原则、废品( 工废、料废) 等因素。要求具 有人工干预计划的能力( 硬性修改) 。使其具有一定的灵活性。当计划分解完成后， 能立即进行缺件分析，分析出模拟计划是否可行，要求能适应计划多变情况，具 有较大灵活性，允许各单位临时追加计划，但必须经过生产科统一追加才能生效。 该子系统还涉及库存管理、工具管理、设备管理、合同管理、供应商档案、 退货处理和综合查询等。并有下述功能； 完成库房的收、发、存以及库间调拨( 转库) 功能。 采用abc 分类方法进行库存管理，设置安全库存和最大库存。 具有年终、月终库存数据自动结转功能。 建立供应商评价体系。 能根据计划自动生成采购单，进行订单合并，以支持订购管理 对采购合同进行管理，并与采购往来账系统相连，能自动生成应付账凭证。 对库存材料成本、库存采购成本、库存状况及库存资金占用情况进行分析。 具有灵活的统计、查询功能。 四、财务管理子系统的功能 1 ) 成本管理 支持标准成本、定额成本、实际成本和模拟成本的核算，可对材料成本分阶 段自动累加。 提供成本分析、计划成本与实际成本的差异分析。 编制国家规定的报表。 2 ) 财务管理 具有通用财务软件的全部功能 设置财务系统与综合科相连接，可以接收基层数据并自动生成记账凭证。 提供固定资产、工资、利润核算及总的财务状况分析。 1 2 改造嘉陵工模具系统的总体方案和技术路线 编制国家规定的标准报表。 五、人事管理子系统的功能 人事管理子系统包括以下四个部分： 1 ) 综合管理 对现有情况进行查询，就人事、劳资的总体情况进行预测和决策，提高管理 水平，如：机构设置原则，人员结构，劳动工资计划，职工教育规划及趋势等。 2 ) 人事管理 利用计算机实现对干部、职工的动态管理，如干部调配、岗位聘任、人事档 案管理、职工的人事考核和职称评定等；劳动合同管理以及快速准确查询、统计， 生成所需要的各种报表，为模具行业内的职工管理提供各种辅助信息。 3 ) 劳动工资管理 合理安排人力资源，以提高嘉陵工模具系统的劳动生产率和利税率。主要有 劳动管理、劳动纪律考核管理、工资资金管理、保险管理和劳动统计管理等。新 系统要求利用计算机实现对劳动力资源信息的动态管理，快速查询及统计，辅助 管理进行定编、定员，劳动定额管理，奖惩管理，考勤管理及工资、奖金，各项 福利基金的预算、核算等，以提高劳动工资管理工作的效率和水平，减轻管理工 作人员的负担，改善管理工作的环境和条件。 4 ) 职工教育培训 新系统应在计算机支持下，建立教培计划管理，实施情况管理、教培经费管 理以及各种教培统计管理，提高员工教育管理工作效率和水平，使员工培训工作， 员工素质的提高更进步。 六、办公自动化与情报子系统功能 1 、办公自动化与情报子系统功能 办公自动化与情报子系统的实施原则是建立符合嘉陵工模具系统具体条件的 办公自动化( 0d ) 系统，提嘉陵工模具系统各部门办公效率，降低办公成本， 提高市场竞争能力；建立嘉陵集团模具情报中心，负责搜集处理有关的内部、外 部信息和数据，为市场决策提供支撑环境。嘉陵工模具系统办公自动化与情报予 系统将包括下述功能： 1 ) 个人间信息共享：建立电子邮件系统，实现嘉陵工模具系统内个人间的信 息共享，并提供适当的加密功能，实现数字签名。 2 ) 小组间信息共享：为工作组和各部门建立面向各成员的信息共享系统，实 现通过电子邮件的文件、公文和其它信息的共享。 3 ) 工作协同：通过工作流程控制机制，提供嘉陵工模具系统内部的工作协 助。 重庆火学硕士学位论文 4 ) 情报收集：从报刊杂志上获取国家政策法规，同行信息和科技情报，情报 中心录入其中重要部分，通过公告牌发布或以电子邮件方式发送给相关人员。从 展览会或其它渠道获取市场信息，情报中心也做适当处理，重要部分录入，通过 公告牌发布或以电子邮件方式发送，并定时进行信息发布。 接受生产科所需的各种外协件型号、价格、质量等信息，由情报中心维护， 及时更新，并通过电子公告牌以授权方式发布，以电子邮件方式发送给相关人员， 并以w e b 方式永久发布。 其它信息作相关处理，以公告牌、电子邮件等方式发布。 5 ) 情报处理：除搜集和发送各种信息外，还对所收集到的各种情报及其他信 息进行适当的处理，如归类、分析等。电子公告牌应具备相当的文献处理功能， 如动态查询、排序和全文检索等。 七、m i s 分系统技术方案和技术路线 根据嘉陵集团摩托车生产制造的管理流程，结合m r pl i 和j i t 的管理思想，设 计系统的组成结构和处理逻辑，然后根据系统的组成结构和处理逻辑来联结子系 统，而不是根据部门设置来定义子系统的构成，从而使系统充分体现嘉陵工模具 制造的生产特点，避免因部门调整而改变整个系统，同时保证系统具有一定的先 进水平。 m i s 分系统的核心部分m r p i i ( 制造资源计划i i ) 采用现有成熟的商品化软件。 m r p i i 的组成结构和处理逻辑是以销售管理为来源，计划管理为主线，物料管理为 基础，生产管理为保证，财务管理为监督的运行系统。 m r p i i 系统是一个闭环的处理过程，通过滚动计划，供应工段提供物资采购及 外协计划，向各机床下达最终制造计划，一旦哪一个环节由于设备、动力等原因 造成生产脱节，可以立即向上级部门提出申请，再统一调整计划，各单元再按调 整后的计划组织生产。由于整个处理过程是在计算机网络上进行，信息反馈及时， 对当前物流状况掌握准确，因而使计划调整更合理更有效。 办公自动化与情报子系统采用c l i e n t s e r v e r 和b r o w s e r 相结合的结构，实 现分布式操作；选用成熟的办公自动化软件为基础，通过定制以适合嘉陵工模具 系统的具体条件；系统考虑实用性和可扩展性，为将来其它部门连入系统提供接 口。 办公自动化与情报子系统软件，将采用目前市场流行的符合开放标准的软件， 同时要考虑易用性和易维护性，因此拟选择商业化的群体产品进行二次开发。 八、m i s 分系统的关键技术和解决途径 1 、建立一个具有i n t r a n e t 特色的m i s 系统； 2 、c 1 l e n t s e r v e r 与b r o w s e r 相结合的体系结构； 1 4 改造嘉陵工模具系统的总体方案和技术路线 3 、数据仓库( d bw a v e h o u s ) 技术： 4 、供应链( su p p l ych a i n ) 管理中物流、资金流和信息流的集成。 2 2 2eds 分系统结构与功能 e d s 由工模具产品开发过程规划与管理、产品概念设计、产品详细设计、工装 工艺设计、计算机辅助数控编程和产品数据管理等六个子系统组成。 1 、产品开发过程规划与管理 根据并行工程的思想，该子系统对岛内产品开发模式进行分析，通过建模与 仿真建立一个以并行工程理论为指导的产品开发模式和产品开发队伍重构，从而 优化组织结构和产品开发流程，最后对产品设计过程进行管理与监控，完成资源 的分配与人员的组织与分工。具体功能为： 1 ) 设计小组重构 2 ) 产品开发项目管理 3 ) 工作流程管理 4 ) 产品开发过程监控 2 、产品概念设计 1 ) 模具总体设计 2 ) 模具外观效果分析 3 ) 模具结构布局 4 ) 模具性能分析 3 、产品详细设计 重要零部件的结构强度分析与疲劳分析，装配检查等功能，具体为 1 ) 模具的几何造型与特征造型 2 ) 模具参数化设计，非参数化设计及混合设计 3 ) 模具零部件绘图 4 ) 模具零部件的结构强度分析 5 ) 模具零部件疲劳分析 6 ) 模具装配干涉检查 7 ) 输出c a d 图纸及i c e s ，p d e s s t e p 中性文件 4 、工装工艺设计( c a p p ) c a p p 是c a d 与c a m 连接的纽带。有了完善的c a p p 系统，解决了c a d 与c a p p ， c a p p 与c a m 的连接问题，才能真正实现c a d c a p p c a m 的集成。在嘉陵工模具独立 制造岛中，c a p p 又是向各个分系统提供必要信息和数据的重要信息源，c a m 、d n c 、 m r p1 1 等都要依靠c a p p 系统提供的信息，做出相应的决策。 重庆大学硕+ 学位论文 该系统主要完成产品的工装及工艺设计 1 ) 检索标准工艺文件 2 ) 选择加工方法 3 ) 安排加工路线 4 ) 选择机床、刀具和夹具等 5 ) 选择切削用量 6 ) 计算切削参数、加工时间和加工成本等 7 ) 确定工序尺寸和公差，选择毛坯等 8 ) 绘制工序图 9 ) 编制上述内容的工艺文件 1 0 ) 工装设计 5 、计算机辅助数控编程( c a m ) c a m 生成数控加工程序，并能在图形终端上识别，校核刀具轨迹和刀具干涉， 以及对加工过程的模型进行仿真： 1 ) 按照c a p p 提供的工艺路线自动生成工序n c 程序 2 ) 加工过程模拟仿真 3 ) 刀具干涉检查 4 ) n c 程序编辑与管理 5 ) c a p p 与c a m 接口 6 、产品数据管理( p d m ) p d m 是产品开发过程的集成框架，以上各子系统通过p d m 实现数据共享，p d m 用于管理和控制产品设计，工模具设计中的各种资料。 1 ) 技术资料归档管理 2 ) 技术资料存档 3 ) 技术资料发放管理 4 ) 技术资料更改管理 5 ) 模具配置管理 6 ) 模具结构树管理 7 、 e d s 分系统技术方案和技术路线 e d s 采取在引进国外先进的成熟的c a d c a e c a m 软件的基础上进行二次开发； 进一步完善现有c a d c a m 系统；引入计算机辅助工程分析( c a e ) 软件；开发计算 机辅助工艺编制( c a p p ) 软件，在工模具开发过程中，实施并行工程模式；建立 p d m 环境，实现c a d c a p p c a m 的集成。 8 、e d s 分系统的关键技术和解决途径 改造嘉陵工模具系统的总体方案和技术路线 1 ) 、设计过程及其组织的重构 2 ) 、产品开发过程建模与优化技术 3 ) 、c a d c a e c a p p c a m 集成技术 4 ) 、基于p d m 的并行设计技术 2 2 3 o a 8 分系统结构与功能 质量是企业的生命线，是嘉陵永恒的主题，现在，产品质量的竞争已经成为 市场竞争，国家问贸易竞争的重要因素，质量保证分析系统( q a s ) 可以为嘉陵工 模具制造提供高效的手段和有利的支持工具，使嘉陵有效地实现全面质量管理。 q a s 除了具有直接实施检测的功能外，它的主要任务是采集、存储和处理嘉陵工模 具系统的质量数据，并以此为基础进行质量成本分析、评价、控制、规划与决策。 质量数据存在于产品生命周期的全过程中，从市场调研、产品设计、原材料供应、 制造、产品销售直至售后服务等“供应链”的各个环节，均产生大量的质量信息， 这些信息的采集、分析与反馈形成一系列各种类型的闭环控制，从而保证产品的 最终质量能满足用户要求。质量管理包括： 调研过程中的质量管理： 设计过程中的质量管理； 制造过程中的质量管理； 销售过程中的质量管理； 质量验收管理 质检员管理 综合质量管理( 与质量相关的一些综合信息) 建立产品质量跟踪体系，必须跟踪到每套模具并建立档案。 q a s 分系统为质量管理体系子系统，质量统计与分析子系统以及质量检测与控 制子系统。 l 、质量管理体系子系统 该子系统负责有关质量的标准和文件管理，它要根据国家i s 0 - 9 0 0 2 标准制 定质量体系文件一质量保证手册，程序文件，支持文件，兵总的各类有关标准和 嘉陵内部的各类标准文件，指导嘉陵工模具制造系统各个环节的质量。 本子系统要制定产品的质量计划，并负责分析考核由其它子系统( 特别是质 量检测与控制子系统) 中得到的质量计划完成情况 质量管理体系子系统还要采集嘉陵工模具系统“供应链”管理环节中的各类 质量信息： 1 ) 采集市场及供应商质量信息( 包括国内外模具行业有关产品的质量信息) 重庆大学硕士学位论文 2 ) 采集物资及供应商质量信息，包括原材料，外协件等；采集新产品研制 的质量信息；收集和分析