（车辆工程专业论文）cims环境下汽车模具制造企业业务流程重构的研究与实践.pdf

摘4 要 汽车车身模具设计制造是汽车新产品开发的重要环节，也是影响开发周期和 成本的重要因素。这里不仅涉及技术问题，也涉及管理问题。本论文从缩短模具 设计、制造总周期、降低总成本，并保证要求的品质这一总目标出发，探讨了模 具制造企业基于现代制造技术的企业业务流程重构的理论和方法。论文首先研究 了汽车行业的竞争背景及发展态势、现代制造技术领域的技术发展对汽车模具制 造行业的影响、模具制造企业在c i m s 环境下业务流程重构的关键技术，并讨论 了汽车整车及白车身的开发模式。从这一背景出发，提出了独特的模具设计制造 工艺链和成本、周期模型。围绕着如何降低企业成本、提高生产效率，论文研究 了信息基础结构的改造，从硬件保证和典型信息特征提取两个方面着手，以解决 企业内部信息流的有效性和一致性；研究了市场业务流程的改造，包括如何进行 合同评审、建立d t c 模型以确保客户信息沟通的有效性和成本控制的预见性；研 究了设计过程的改造，从模块化、标准化设计着手，以提高设计的信息容量为目 标，建立了不同成本模式下的汽车模具设计方案及其典型特征，并建立了详细的 模具开发d t c 基础数据库。研究了制造工艺过程的改造和制造过程的改造，以加 强制造工艺的标准化和成本监控的实时化，并建立了反馈机制，以指导市场流程 和设计流程的不断更新；与之相配套，根据现代企业管理理念，分别提出了供应 过程和客户服务过程的改造原则，以保证业务流程重构的完整性。最后论文讨论 了模具企业的组织机构和企业运作模式的实例，以及应用上述研究成果进行上海 通用凯越左右前纵梁开发的成功案例。 关键词：c i m s 业务流程重构模具成本效率 a b s t r a c t t h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r i n go fs h e e tm e t a li sa ni m p o r t a n tl i n kt h a t d e v e l o p so fn e wp r o d u c to fc a r ，a n di sa l s o jn f l u e n c ed e v e l o p m e n tp e r i o d w i t ht h ec o s t si m p o r t a n tf a c t o r n o to n l yi n v o l v et h et e c h n i q u ep r o b l e m ， b u ta l s oi n v o l v em a n a g i n gt h ep r o b l e mh e r e t h i st h e s i sf r o ms h o r t e nt h e m o l d i n gt o o ld e s i g n ，t o t a lp e r i o do fm a n u f a c t u r i n g ，l o w e rt h et o t a lc o s t ， a n dg u a r a n t e et h er e q u e s t sq u a l i t yt h i sg e n e r a li n d e xt om a r ko u tt h eh a i r ， a n ds t u d yt h em o l d i n gt o o lt om a k et h eb u s i n e s se n t e r p r i s ea c c o r d i n gt o m o d e r nb u s i n e s se n t e r p r i s eb u s i n e s so ft e c h n i q u em a n u f a c t u r i n gp r o c e s st h e t h e o r i e so fb p rw i t hm e t h o d t h et h e s i ss t u d i e df i r s t l yc a rp r o f e s s i o nt h a t c o m p e t i t i o nb a c k g r o u n da n dd e v e l o p m e n ts i t u a t i o n ，m o d e r nm a n u f a c t u r i n g t e c h n i q u er e a l mt h a tt e c h n i q u ed e v e l o p m e n ti n f l u e n c ec a rm o l d i n gt o o lm a d e p r o f e s s i o n ，m o l d i n gt o o lm a n u f a c t u r i n gb u s i n e s se n t e r p r i s ei s u n d e rt h e c i m se n v i r o n m e n tb p ro fk e yt e c h n i q u e ，a n dd e v e l o p m e n tm o d et h a td i s c u s s e d t h ec a rw h o l ec a ra n dw h i t ec a r r i a g e e to u t ，b r i n gu p p e dt h es p e c i a lm o l d i n g t o o ld e s i g nt h em a n u f a c t u r i n gc r a f tt h ef a c t o rf r o mt h i sb a c k g r o u n dw i t h t h ec o s t ，p e r i o dm o d e l a r o u n dh o wt ol o w e rt h eb u s i n e s se n t e r p r i s ec o s t ， i n c r e a s e dt h e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y ，t h e s i s t o s t u d y t h ei n f o r m a t i o n f o u n d a t i o nt oc o n s t r u c t i o nr e f o r m a n dg u a r a n t e ef r o mt h eh a r d w a r ew i t h t y p i c a lm o d e li n f o r m a t i o nt h ec h a r a c t e r i s t i cw i t h d r a wt h eo u t s e to ft w o a s p e c t s ，t h e ns o l v et h eb u s i n e s se n t e r p r i s et h eu s e f u l n e s so ft h ei n t e r n a l i n f o r m a t i o nf l o ww i t hc o n s i s t e n c y ：s t u d i e dt h em a r k e tb u s i n e s sh o wr e f o r m ， i n c l u d i n go fp r o c e s si sp r o c e e d e dc o n t r a c te s t i m a t i o n ，e s t a b l i s ht h ed t c m o d e lt h e nt oi n s u r et h ec u s t o m e r si n f o r m a t i o nt h eu s e f u l n e s st h a t c o m m u n i c a t et of o r e s e et h es e xw i t hw h a tc o s tc o n t r o l ：s t u d i e dt h er e f o r m i n g o fd e s i g np r o c e s s ，f r o mt h em o l dp i e c ec a rm o l d i n gt o o lf o ri n f o r m a t i o n c a p a c i t y ，s t a n d a r d i z i n gt h ed e s i g no u t s e t ，t h e ni n c r e a s i n gt h ed e s i g nf o r t a r g e t ，e s t a b l i s h i n gt h ed i f f e r e n tc o s tm o d ed e s c e n d i n gd e s i g np r o j e c ta n d i t st y p i c a lm o d e lc h a r a c t e r i s t i c ，a n de s t a b l i s h e dt h ed e t a i l e d m o l d i n gt o o l t h ed e v e l o p m e n tt h ed t cf o u n d a t i o nt h ed a t a b a s e s t u d i e dt h em a n u f a c t u r i n g n c r a f tt h er e f o r m i n go fp r o c e s sw i t hm a k et h er e f o r m i n go fp r o c e s s ，t h e n e n h a n c et om a k et h es t a n d a r d i z i n go fc r a f tt os u p e r v i s ea n dc o n t r o ls o l i d w i t ht h em i n i m u mo fc o s t ，a n de s t a b l i s h e dt h em e t h o do ff e e d b a c k ，t h e ng u i d e t h em a r k e tp r o c e s sw i t hd e s i g nt h ep r o c e s so fc o n t i n u o u s l yr e n e w ：m a t c h e a c ho t h e rw i t hi tas e t ，m a n a g et h ep r i n c i p l ea c c o r d i n gt ot h em o d e r n b u s i n e s se n t e r p r i s e ，a n db r i n gu p p e dt h es u p p l yp r o c e s sr e s p e c t i v e l yw i t h t h ec u s t o m e rs e r v i c er e f o r m i n go fp r o c e s sp r i n c i p l e ，t h e ng u a r a n t e et h e b u s i n e s sp r o c e s st h ec o m p l e t eo fb p r t h et h e s i sf i n a l l yd i s c u s s e dt h e b u i l d u po r g a n i z a t i o no ft h em o l d i n gt o o l b u s i n e s se n t e r p r i s et oo p e r a t e t h em o d e ss o l i de x a m p l ew i t hb u s i n e s se n t e r p r i s e ，a n dt h ea p p l i e da b o v e r e s e a r c hr e s u l tp r o c e e d st h ei ng e n e r a lu s ek a i y u e i ns h a n g h a i g mi sm o r e s u c c e s s f u lc a s ee x a m p l et h a td e v e l o po ff r o n tb e a m k e yw o r d ：c i m sb p re f f i c i e n c y m o u l dc o s td t c i l l 第一章概述 1 1 汽车工业面临的高速发展机遇和挑战 1 9 9 2 年，江泽民总书记在党的第“十四”次全国代表大会上就曾提出要将汽 车制造业发展成国民经济的支柱产业。按照这一精神国务院在1 9 9 4 年颁布了我 国第一部产业政策一汽车工业产业政策，强化了国家对汽车工业发展的宏观政 策引导，之后的几年里，又相继颁布了与汽车工业发展相关的多项管理政策和技 术法规。这期间，汽车产量从1 0 0 万辆增加到2 0 0 万辆，我国用了8 年时间，而 从2 0 0 万辆到3 0 0 万辆，我们仅用了两年时间。目前我国已经形成年产汽车3 5 0 万辆，摩托车1 8 0 0 万辆，汽车零船件产值达到8 0 0 亿元的综合生产能力。汽车产 量居世界排名第六位，摩托车产量从1 9 9 3 年起一直居世界排名第一位，我国跨入 了世界汽车生产大国的行列。汽车工业无论从整体综合实力上，还是从技术素质 以及人才建设上与十年前相比，都发生了巨大的、实质性的变化。十年间，汽车 工业整体管理水平和技术素质都得到了巨大的提升，表明汽车产品可靠性的汽车 首次故障里程及平均无故障间隔里程有成倍的增长，轿车的平均无故障里程已达 1 5 万公里，一些轿车首次故障里程已达到3 万公里，载货车平均无故障间隔里程 已达l 万公里以上。通过引进技术，引进外资。汽车行业在采用大量新技术、新 结构和新材料的同时，工业装备水平有了根本性的提高。汽车关键总成和零部件 生产企业通过与世界知名企业的合资、合作和技术引进，产品设计水平和制造质 量的明显改善，为汽车产品整体水平的提高奠定了基础。主要汽车生产企业通过 消化吸收国外先进技术、自主科技攻关、与国际进行联合开发以及引进国外先进 技术等方式，瞄准世界先进车型，采用先进技术，开发了大量适应我国市场需要 的产品，实现了产品的更新换代，一批具有自主知识产权的轿车产品开始出现， 不同品牌、不同形象、不同级别、不同装备的客车、轻型车、重型车构成了门类 齐全、品种繁多的汽车大市场。表1 1 是2 0 0 2 年1 0 月底汽车产量2 万辆以上1 6 家企业( 集团) 的汽车产量、同比增长率。可阻看出，上汽、一汽、东风三大集 团的同比增长率，以东风集团最高，达到5 6 9 11 6 家企业的同比增长率，以浙 江豪情最高，高达98 3 。1 6 家企业的平均增长率为3 4 2 ，基本与全国汽车生产 同比产量增长率持平，略低0 5 个百分点。而这1 6 家企业的产量却占同期全国汽 l 车产量的9 1 4 ，说明这1 6 家企业的汽车产量是汽车高速增长的决定性因素。 鹏， 2 345678 企业( 舞圈j上汽嚣翻一汽戴疆衷随藏圃长安熏可北汽幕睡咯飞昌溯天汽纂团 嘏车产重甜4 3 4 62 日 ：3 52 6 0 2 ，4 4 71 42 6 19 17 3 了 丽比猎长率3 3 , 3 4 t5 893 3 23 032 361794 82 ：j 辛号91 n t 1 2 131 41 6 6 企业熏瞳)南汽幕囝盘蚌烈率疆淮 车一援纂露江枯羹匪采南残事废转泰圃狮泣粲皤 汽末萨鼍 67 2五36 毒鞋55 64 堂事36 324 22 3 。瞰b 齄嵌牵 3 4577 5 ，62 41 酾o4 6e2 19 日3 平均增长率3 4 2 汽车总产量2 4 0 5 8 注：主要统计资料来自中国汽车工业协会汽车产销统计月报* 2 0 0 2 年1 0 月。 汽车产量：万辆增长率： 表1 12 0 0 2 年1 1 0 月生产2 万辆以上企业同比增长率 1 2 汽车模具企业的发展历史与现状 8 0 年代以来，中国模具工业发展十分迅速。国民经济的高速发展对模具工业 提出了越来越高的要求，也为其发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具工 业一直以1 5 左右的增长速度快速发展。目前，中国1 7 0 0 0 多个模具生产厂点，从 业人数约5 0 多万。1 9 9 9 年中国模具工业总产值已达2 4 5 亿元人民币。工业总产值 中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。 在模具工业的总产值中，冲压模具约占5 0 ，塑料模具约占3 3 ，压铸模具约 占6 ，其它各类模具约占1 1 。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分 也发生了巨大变化。除了国有专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括 集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，都得到了快速发展，集体和私营的 模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事 模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为国内知名的“模具之乡”和最 具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速堀起的乡镇企业，为了 提高其产品的市场竞争能力。纷纷加入了对模具制造的投入，例如科龙、美的、 康佳和威力等集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企 业多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。例如，江苏无锡的微研有限公司 为一日本独资企业，员工有2 0 0 余人，拥有精密数控模具加工设备6 0 余台，1 9 9 8 年其模具产值超过2 亿元。 中国模具工业的技术水平近年来也取得了长足的进步。目前，国内己能生产 2 精度达2 微米的精密多工位级进模，工位数最多已达1 6 0 个，寿命l 2 亿次。在 大型塑料模具方面，现在已能生产汽车保险杠、整体仪表板等模具。在大型精密 复杂压铸模方面，国内已能生产汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车冷冲模具方面， 现已能制造新轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模 具、铝合金和塑料门窗异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口 模具。 虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工 业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重 还比较低，c a d c a e c 枷技术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛 等等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距，这些类型模 具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具 技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程 度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资力度，将技术 进步视为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的 研究和开发。目前，从事模具技术研究的机构和院校已达3 0 余家，从事模具技术 教育培训的院校已超过5 0 余家。经过多年的努力，在模具c a d c a e c a m 技术、模 具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料等方面取 得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。 冲模技术方面，以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得 很大进步，在设计制造方法和技术手段方面不断改善，在轿车模具国产化方面迈 出了可喜的步伐。 塑料模具技术方面，近年来，塑料模具发展很快，在国内模具工业产值中塑 料模具所占比例不断扩大。电视机、空调、洗衣机等家用电器所需的塑料模具基 本上可立足于国内生产。重量达1 0 2 0 吨的汽车保险枉和整体仪表板等塑料模具 和多达6 0 0 腔的塑封模具已可自行生产。在精度方面，塑料尺寸精度可达i t 6 - 7 级，型面的粗糙度达到r a o 0 5 - 0 0 2 5 pm ，塑料模使用寿命达1 0 0 万次以上。 c a d c a e c a m 技术方面，目前，国内模具企业中已有相当多的厂家普及了计算 机绘图，并陆续引进了高档c a d c a e c a m 。u g 、p r o e n g i n e e r 、i - d e a s 、e u c l i d i s 等著名软件在中国模具工业应用已相当广泛。一些厂家还引进了m o l d f l o w 、 c - f l o w 、d y n a f o r m 、a u t o f o r m 等c a e 软件，并成功应用于塑料模、冲压模和压铸 3 模的设计中。近年来，我国自主开发c a d f l c a e c a m 系统有很大发展。例如，华中 理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模 c a d c a e c a m 软件，上海交通大学模具c a d 国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲 研究中心开发的冷冲模和精冲模c a d 软件，北京机电研究所开发的锻模 c a d c a e c a m 软件，北航华正软件工程研究所开发c a ) 【a 软件，吉林汽车覆盖件成 型技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成型分析k m a s 软件。尤其值得说明的是， 以湖南大学钟志华教授为首的科研群体开发的拥有自主知识产权，达到国际先进 水平的汽车覆盖件冲压成型c a d c a e c a m 体化软件c a d e m ，该软件已经成功移植 到上海超级计算中心的“神威”巨型计算机上，为我国汽车冷冲模具科学化、精 确化、快速化开发作出了巨大贡献。 快速成形快速制模技术方面。快速成形快速制模技术在我国得到重视和发 展，许多研究机构致力于这方面的研究开发，并不断取得新成果。除了清华大学、 华中理工大学、西安交通大学和隆源自动成形系统公司等单位都自主研究开发了 快速成形技术与设备，生产出分层物体( l o m ) 、立体光固化( s l a ) 、熔融沉积( f d m ) 和选择性烧结( s l s ) 等类型的快速成形设备。 湖南大学机械与汽车工程学院开发成功了包括自动下料设备、自动焊接6 坐 标焊接中心、多点无模成型装置等柔性系统以及相关控制系统和软件、配套设计 软件，为汽车冷冲模具的快速开发提供了完整、系统、经济的开发工具，极大地 缩短了汽车覆盖件冷冲模具的开发周期、降低了开发成本。 快速制模技术也在国内多家单位开展研究，目前研究较多的有电弧喷涂成形 模具技术和等离子喷涂制模技术。中、低熔点合金模和树脂冲压模制造技术己获 得成功应用，硅橡胶模也应用于新产品的开发中。 其他相关技术方面，近年来，国内一些钢铁企业相继引进和装备了一些先进 的工艺设备，使模具钢的品种规格和质量都有较大的改善。在模具制造中己较广 泛地采用新的钢材，如冷作模具钢d 2 、d 3 、a 1 、a 2 、l d 、6 5 n b 等；热作模具钢h i o 、 h 1 3 、h 2 l 、4 c r 5 m o v s i 、4 5 c r 2 n i m o v s i 等；塑料模具钢p 2 0 、3 c r 2 m o 、p m s 、s m i 、 s m i i 等。这些模具材料的应用在提高模具质量和使用寿命方面取得了较好的效果。 国内一些单位对多种模具抛光方法开展研究，并开发出专用抛光工具和机械。花 纹蚀刻技术和工艺水平提高较快，在模具饰纹的制作中广泛应用。 高速铣削加工是近年来发展很快的模具加工技术。国内已有一些公司引进了 高速铣床，并开始应用。国内机床厂陆续开发出一些准高速的铣床，并正开发高 速加工机床。但是，高速铣削的应用面在国内尚不广泛。 4 中国模具工业和技术的发展前景巨大。巨大的市场需求将推动中国模具的工 业调整发展。1 9 9 9 年中国大陆制造工业对模具的总市场需求量约为3 3 0 亿元，今 后几年仍将以每年l o 以上的速度增长。对于大型、精密、复杂、长寿命模具需求 的增长将远超过每年1 0 的增幅。汽车、摩托车行业的模具需求将占国内模具市场 的一半左右。1 9 9 9 年，国内汽车年产量为1 8 3 万辆，。保有量为1 5 0 0 万辆，预计 到2 0 0 5 年汽车年产量将突破4 0 0 万辆。汽车、摩托车行业的发展将会大大推动模 具工业的高速增长，特别是汽车覆盖件模具、塑料模具和压铸模具的发展。例如， 到2 0 0 5 年汽车行业将需要各种塑料件3 6 万吨，而目前的生产能力仅为2 0 多万吨， 因此发展空间十分广阔。家用电器，如彩电、冰箱、洗衣机、空调等，在国内的 市场很大。目前，我国的彩电的年产量已超过3 2 0 0 万台，电冰箱、洗衣机和空调 的年产量均超过了1 0 0 0 万台。家用电器行业的发展对模具的需求量也将会很大。 其他发展较快的行业，如电子、通讯和建筑材料等行业对模具的需求，都将对中 国模具工业和技术的发展产生巨大的推动作用。早在1 9 8 9 年，在国务院颁布的关 于当前产业政策要点的决定中，模具被列为机械工业技术改造序列的首位。1 9 9 7 年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、 产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1 9 9 7 年开始 对部分模具企业实行了增值税返还7 0 的优惠政策。所有这些国家对模具工业采取 的优惠政策也将对其发展提供有力支持。 1 3 汽车模具企业面临的发展问题 汽车、摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达国家这一市场占整个模具 的一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展 零部件、经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政 策中得到了明确。预计至42 0 0 5 年，我国汽车总需求量约为4 0 0 万辆，汽车模具市 场巨大。因此，除了必须进口一些外，发展大中型汽车覆盖件模具生产能力是当 务之急。 近年来，汽车模具进口量约占我国模具总进口量的三成，每年约为3 亿美元 左右其中汽车覆盖件模具约占6 0 ，折合人民币为1 5 亿元左右。而国产汽车覆盖 件模具每年只有5 亿元左右。目前，国产轿车外覆盖件模具几乎都是进口的，轻 型车的覆盖件模具大部分也是进口的，许多客车和货车上的一些重要零件的模具 也是进口的，由此可以看出，汽车模具国产化的任务是非常艰巨的，也是非常紧 迫的。 s 1 3 1 业务流程 汽车模具制造的历史悠久，但只有在大规模生产得以实现的时候，模具制造 和模具企业才开始扮演重要的角色。传统的模具制造企业，尤其是汽车模具制造 企业，制模技术经历了三个主要的技术阶段。 第一阶段，纯手工制造阶段。此时，由于汽车产品总量很小，产品差异性较 大，模具开发技术本身也不成熟，模具的制造只是靠能工巧匠手工制作，此时的 模具还不如叫胎具，能工巧匠们通过制造胎具来制造小批量的产品。因此，此时 的模具制造还不具备工业化的特征。企业的运作模式基本是家族作坊式，所以也 就谈不上所谓的企业业务流程等概念。 第二阶段，通用机械加工阶段。此时，汽车产品批量开始提升，标准化、系 列化开始贯穿到制造领域，尤其是f o r d 汽车公司开始了用流水线生产汽车，现代 汽车工业的特征开始呈现，模具制造设备逐步完善，模具的开发开始走上正轨。 但是，落后的汽车产品开发手段、过于刚性化的生产方式既限制了产品的开发， 也不能给模具这种需要柔性生产设备的产业带来发展机遇。此时的模具制造企业， 逐步开始规范化企业的业务流程，模具设计、制造、质量控制工作开始分离，企 业管理的观念开始加强。 第三阶段，仿形制造阶段。此时，汽车产品开始强度个性化，数量开始急剧 增长，汽车模具制造企业获得了非常好的发展机遇，无论是模具的品种还是数量 都有了巨大的增长，所有这一切都要求模具制造企业提高开发水平。此时，以仿 形设备和仿形加工为代表的模具制造方式开始盛行一时，直至今天，很大模具制 造企业仍然还大量使用仿形设备进行模具的粗加工，甚至是精加工。此时的模具 制造企业在制模技术逐步成熟后，已经开始结合当时先进的管理思想，规范企业 的业务流程，其主要特征如下： ( 1 1 业务流程分工清晰，模具的设计、制造、质量控制过程相对规范； ( 2 1 模具的开发过程以串行开发为主要特征，开发周期长，成本高； ( 3 1 模具的开发过程与汽车车身的开发过程相对脱节，参与程度较低； r 4 ) 企业内部的信息还无法从整体上进行集成，各业务流程之间无法共享资 源，重复劳动现象比较普遍，而且，过程信息的失真程度较商； f 5 1 企业之间分工不明确，各企业内部的业务基本上处于小而全的状态，无 法形成行业内的分工，因此，效率不高； ( 6 1 在此阶段，模具制造企业的业务流程及相互关系如图1 1 所示： 6 图1 1传统模具制造企业模具制造流程图 1 3 2 存在的问题分析 传统模具制造企业在业务流程上存在的问题，最终体现是制模周期长、效率 低下、成本高。分析其原因，首先是模具制造技术本身落后的问题。 从设计技术上来说，设计的标准化、模块化程度差，这也就意味着除了设计 本身周期长，不可控因素增加外，还会导致制造环节只能串行进行，产品制造工 时高，质量不稳定，返工现象严重。而设计采用传统的手工方法，无法完全地表 达模具的设计信息，因此对生产过程的指导作用就差。 从制造技术来说，仿形加工本身就存在精度差的闯题。而大量的配合件通常 又采用配作的方式，必然的结果就是互换性差，产品一致性差，而且，除了配作 本身效率低下外，还会导致在模具服务过程中的成本高，效率低下。 其次是业务流程本身的问题。尽管技术在很大程度上决定了业务流程，但是， 一个企业在制订业务流程时，不能仅仅考虑企业本身，还须将客户、供应商纳入 其中，而且，必须考虑产品的整个生命周期。 1 3 3 对策及可行性 c , m ：) c a e c a p p ，c m 以及c i m s 技术的飞速发展，为模具企业的技术创新提 供了非常好的技术基础。因此，应用这些新技术是进行模具企业业务流程重构的 先决条件。 在应用这些新技术的同时，必须重建企业的工艺链和成本链，建立企业的成 本和效率评价体系，通过这个体系，来评估企业业务流程的改造，以达到提供企 业生产效率，降低成本的目的。 7 1 4 本文研究内容与目的 1 4 1 研究内容 本文的研究内容主要为以下几个方面： ( 1 ) c i m s 技术的特点、组成、相关技术； f 2 、模具企业的工业成本链和工序链； ( 3 ) 如何改造企业的业务流程，包括市场、设计、制造、工艺、供应、服务等 关键流程； h ) 研究优化企业内部的组织机构，组成按照模具制造工序链组合的项目小组。 1 4 2 研究的目的 f 1 1 模具制造企业是一个技术密集型企业，而现代技术日新月异，但作为企业 来说，如何有选择地利用这些技术，并进行业务流程的改造，使这些新技术与企 业有机结合起来，并使效益最大化，具有重要的实践意义。 f 2 ) 模具企业作为一个以营利为目的的组织，降低成本，提供效益始终是主旋 律。通过合理、有效地利用现代技术，改造企业的业务流程，使之相适应，以达 到缩短制模周期，降低成本，提高企业的竞争力的目的。 8 第二章模具制造企业c im s 环境下业务流程 重构的关键技术的研究 2 1c a d c a e c a p p c a m 技术 c a d c a e c a p p c a m 技术是企业实现c i m s 的基础性技术，经过多年的研究与应 用实践，上述技术已经非常成熟。在模具制造领域，c a d c a e c a p p c a m 技术呈现 出如下特点： 基于网络的c a d c a e c a m 一体化系统结构初见端倪。随着计算机硬件与软件 的进步以及工业部门的实际需求，国外许多著名计算机软件开发商已能按实际生 产过程中的功能要求划分产品系列，在网络系统下实现了c a d c a e c a m 的一体化。 解决了传统混合型c a d c 黼系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，以 便更能符合实际应用的自然过程。例如美国u g 公司为适应最新软件发展及工业生 产实际而在最近推出的c a d c a e c a 】i i 集成化系统u g n x ，该系统覆盖了几何建模、 逆向工程、工业设计、工程制图、仿真分析、数控编程等领域。系统的每一个功 能模块均可独立运行，并能按使用要求进行组合，统一在一个界面下，形成了专 业化的c a d c a e c m 系统，做到了开放性、兼容性和专业化的统一。 微机c a d c a e c a m 软件日益深入人心并发挥越来越重要的作用。在9 0 年代， 能进行复杂形体几何造型和n c 加工的c a d c a m 系统主要是在工作站上采用u n i x 操作系统开发和应用的，如美国的p r o - e 、u g i i 、c a d d s5 软件，法国的c a t i a 、 e u c l i d 软件和英国的d v c t5 软件等。随着微机技术的突飞猛进，在9 0 年代后期， 上述主流软件开始向微机转移，不仅在采用诸如n u r b s 曲面、三维参数化特征造 型等先进技术方面继承了工作站级c a d c a m 软件的优点，而且在w i n d o w s 风格、 动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点。 c a d c a e c a m 软件的智能化程度正在逐渐提高。由于在现阶段，模具设计和制 造在很大程度上仍然依靠着模具设计与制造工程师的经验。仅凭c a d c a m 软件有 限的数值分析功能无法为用户提供完善和正确的设计结果，软件的智能化功能必 不可少。面向制造、基于知识的智能化功能是衡最模具设计与制造软件先进性与 实用性的重要标志之一。在u g ) c p 软件中。通过外挂模块的方式，可以实现汽车车 9 身部分零件的参数化设计，其特有的冲压： 程模块实用程度高，除了能自动生成 部分关键结构外，还能保证零件产品与模型的动态更新，为准确开展汽车车身模 具开发提供了有力的开发工具。在n c 加工方面，实现了智能化的粗加工、加工参 数的设定以及对整个加工过程进行加工结果的校验分析。 2 2 并行工程技术 并行工程的定义。1 9 8 8 年美国国家防御分析研究所( i d a i n s t i t u t eo f d e f e n s ea n a l y z e ) 完整地提出了并行工程( c e - - c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) 的概 念，即“并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程( 包括制造过程和支 持过程) 的系统方法。“”“1 。这种方法要求产品开发人员在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的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用 户要求。”如图2 1 并行工程示意图所示。并行工程的目标为提高质量、降低成 本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程在实现上述目标中，主要通过 以下方法： 设计质量改进使早期生产中工程变更次数减少5 0 以上； 产品设计及其相关过程并行使产品开发周期缩短4 0 6 0 ； 产品设计及其制造过程一体化使制造成本降低3 0 4 0 。 时闻 图2 1 并行工程示意圈 并行工程在先进制造技术中具有承上启下的作用，这主要体现在两个方面： 并行工程是在c a d 、c a m 、c a p p 等技术支持下，将原来分别进行的工作在时间 和空间上交叉、重迭，充分利用了原有技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技 术、信息技术的优秀成果，使其成为先进制造技术中的基础。在并行工程中为了 达到并行的目的，必须建立高度集成的主模型，通过它来实现不同部门人员的协 同工作：为了达到产品的次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技 术。 目前并行工程的研究方向主要包括如下领域o “”： 并行工程基础理论的研究。主要包括概念设计模型、并行设计理论、鲁棒设 计及支持产品开发全过程的模型研究。尤其是并行设计的建模技术，所谓建模就 是指建立产品模型，而产品模型包括产品生命周期各阶段的信息及访问、操作这 些信息的算法。在计算机环境下，进行并行设计要求信息模型能够获取和表达产 品信息、制造信息和资源信息；能够方便地获得有关产品可制造性、可装配性、 可维护性、安全性等方面的信息；能够使小组成员共享信息。要满足这些要求， 必须建立个能够表达和处理有关产品生命周期各阶段所有信息的统一产品模 型。统一模型的建立可以在特征建模基础上进行，但是特征建模只是强调设计和 制造信息的集成，在多学科人员协同工作环境下，当产品开发某环节资料被改动 后，它不具备自动更新相关资料的能力，即不支持所谓全相关性。国际标准化组 织( i s o ) 提出的产品数据模型s t e p 标准是建立模型的工具，但由于产品资料复杂、 多变，此标准仍在试用阶段。从支持并行设计建模技术研究现状来看，目前的模 型对详细设计阶段以及下游诸环节支持得较为充分，但在产品概念设计阶段其信 息描述能力较弱，这是需要深入研究的课题。 制造环境建模。在并行工程中产品的设计阶段就考虑制造因素，使得产品设 计和工艺设计同时进行，因此，无论在产品的初期方案设计或详细设计阶段都要 及时地进行产品可加工性及可装配性的评价并生成合适的工艺，这就必然涉及到 从现实制造资源角度评价所涉及产品的制造工艺性能，同时还要考虑工厂、车间、 工段的生产能力、设备布局及负荷情况等，这样制造环境的资料和知识模型就是 达到并行必不可少的部分。 - 面向并行工程的c a p p 。传统的c a p p 不具备与产品设计并行交互的能力，不能 对产品或零件进行可制造性评价并反馈结果，为实现计算机辅助并行工程，面向 并行工程的c a p p 是关键。为了达到这一目的，零件信息模型应是一个动态的数据 结构，设计者可以在设计中的任何阶段将设计结果移交工艺评价模块，并根据评 价结果修改模型或继续设计；该模型应将零件功能与零件特征问建立一种映像关 系：此模型还应便于多知识源的协同处理，一般可采用“黑板结构”，即一组负 责相应功能的知识源系统在“管理者”的协调控制下，对领域黑板上的当前零件 信息模型进行操作。 d f x 技术。在这一领域中，主要集中于d f m 和d f a 这两个方向上。面向制造的 设计( d f m ) 是并行工程中最重要的研究内容之一，它是指在产品设计阶段尽早地考 1 1 虑与制造有关的约束( 如可制造性) ，全面评价产品设计和工艺设计，并提出改进 的反馈信息，及时改进设计。在d f m 中包含着设计与制造两个方面，传统上制造 都是考虑设计要求的，但是设计考虑制造上的要求不够充分，在d f m 中必须充分 考虑制造要求，一般通过可制造性评价来实现。面向装配的设计( d f a ) 与d f m 类 似，它是将可装配性在设计时加以考虑，设计与装配在计算机的支持下统一于一个 通用的产品模型，来达到易于装配，节省装配时间、降低装配成本的目的。 并行工程集成框架“们m 1 。所谓集成框架就是使企业内的各类应用实现信息集 成、功能集成和过程集成的软件系统。主要包括基于思想模型的辅助决策系统、 支持多功能小组的多媒体会议系统、计算机辅助冲突解决的协调系统等。一般可 以采用多媒体技术、客户服务器模型进行开发，但在知识共享、多领域资料信息 转换、设计意图表达等方面还没有找到切实可行的办法，建立一个包括信息集成、 工具集成和人员集成的理想网络环境仍是一个长期的努力过程。 冲突消解及知识处理、协同。在并行工程中产品的早期涉及阶段能够得到的 信息大多是模糊和不确定的，仅仅运用经典数学的精确方法来处理往往不能真实 地反映客观世界的现实，具有很大的局限性，由美国自动控制专家l h z a d e h 创 立的模糊集理论在处理定性和模糊的知识方面显示了强大的生命力，因此将模糊 集理论应用于并行工程中的知识协同处理取得了良好的效果。文献提出的一种新 的设计知识的表示方法资源模型，对资源和资源间的运算关系进行了定义， 对多功能小组、任务并行执行、质量管理、知识重用等进行了描述。 面向并行工程企业的体系结构和组织机制：主要包括人的集成( 客户、设计 者、制造者和管理者) 、企业各部门功能集成、信息集成及设计、制造工具集成的 组织机制驯圳。 并行工程中产品开发过程的管理。 仿真技术在企业各部门及产品开发过程中的应用。 质量工程的研究：主要包括田口( t a g u c h i ) 方法、全面质量管理( t q c ) 及质量 功能配置( q f d ) 。 2 3d f c 和d t c 技术 d t c 的概念n 5 m 6 m 7 ”。d e s i g nt oc o s t 的意思是按照给定的费用指针进行设 计，简称“按费用设计”，它又可以写为d e s i g nt ol i f ec y c l ec o s t 。它是国外 在7 0 年代中期提出的概念，要求在工程系统的设计研制中将成本的确定与技术、 性能和工程进度列为同等重要的参数考虑。为了得到合理的全生命周期成本( l c c 1 2 一l i f ec y c l ec o s t ) 的设计，应当在可靠的模型和经验的基础上确定合理的成本 目标，使设计人员发挥能动作用，使设计结果达到预期的成本目标。 d t c 的基本原则n 9 “2 ”“： 在工程系统研制开发中，应将费用( 成本) 作为一个与技术、性能、进度和可 维护性等要求列为同等重要的参数给予确定； 要求在工程项目的全部生命周期内考虑成本问题； 确定可靠的生产和使用、保障的d t c 参数( 如单位生产成本) ， 数与进度、性能、可维护性等参数之间达成一定的最佳平衡； 确保向工程设计与技术人员进行成本信息的及时交流与反馈， 用相应的控制措施； 实施d t c 应注意的问题： 达到d t c 目标的关键是灵活性 决定技术配置来满足任务要求。 实施d t c 是一个多学科的任务 工程理论组织实施。 并