摘要：在社会经济不断发展的过程中，塑料制品的应用也越来越广泛，对注塑产品与模具的设计与制作要求也越来越高。为了确保注塑模具行业的持续发展，注塑模具企业应从分散变为合作，实现注塑产品与模具的协同设计，确保在最低成本下制造出最高质量的注塑模具。本文从协同设计的概念与工作模式出发，分析了注塑产品与模具协同设计的系统框架与核心技术。
关键词：注塑产品；模具；协同设计
注塑模具行业是制造领域中一个非常活跃的元素，其重要地位显而易见。注塑模具在塑料制品注塑成型中起到了非常重要的作用，目前，几乎全部塑料制品均可用注塑模具制作而成[1]。然而，在注塑模具快速发展的过程中，企业对注塑模具的设计也提出了更高的要求。协同设计模式突破了注塑模具技术交流的时空限制，实现了注塑模具的网络化协同开发，也在一定程度上提高了注塑模具设计的一次成功率[2]。
图1 注塑产品与模具协同设计系统的整体框架.png)
1 协同设计的概念与工作模式
1.1 协同设计的概念
协同设计是协同工作在设计领域中的一个重要应用，也是CAD技术逐渐成熟的必然结果，是指在计算机支持下，各地设计者投身于同一个设计任务，并分别担任相应环节的设计工作，过程中强化沟通交流与信息共享，最后获得满足产品要求的设计结果[3]。协同设计是一种群体工作模式，能够让不同地方的设计者共同参与同一个项目的设计，目的就是为了提升设计质量与设计速度。协同设计中的“协同”富含多层意思，包括（1）产品设计信息的协同；（2）设计过程的协同；（3）设计工具的协同；（4）设计环境的协同；（5）网络通讯的协同。
1.2 协同设计的工作模式
协同设计一般是通过交互模式实现的，因为分区的角度差异，协同设计的分类也存在差异。（1）按照交互时空划分，协同设计可分为同步同地（面对面交流）、同步异地（分布式同步甲流）、异步同地（异步交流）、异步异地（分布式异步交流）四种；（2）按照信息交互方式与任务耦合程度划分，协同设计可分为松散藕合协同设计、适度耦合协同设计、紧密耦合协同设计；（3）按照项目组织对象划分，协同设计可分为横向协同、纵向协同、横向与纵向相互交织。
2 注塑产品与模具协同设计的系统框架
2.1 系统的结构选择
注塑产品与模具协同设计的大趋势，使得B/S结构备受关注，但在特定情形下，单纯应用B/S结构将会导致系统响应缓慢，服务器消费大，且对通信宽带的要求较高，安全性难能保障，且在一些复杂设计工作中，B/S结构目前尚不能提供合适的开发方式[4]。然而，从技术的成熟度以及设计者的操作水平来分析，C/S结构更为安全、可靠。因此，应该客观地分析B/S结构、C/S结构的优缺点，组间B/S结构、C/S结构相融合的系统框架。
2.2 系统的需求分析
根据协同设计范围的差异，可将注塑产品与模具的协同设计分为三种类型：（1）注塑模具企业与企业之间的协同设计：设计内容包括复杂产品项目、通用零部件、配套零部件等的设计；（2）注塑模具企业内部的协同设计：企业异地职工在网上提供市场反馈信息，以供设计者了解市场需求，设计者将设计草图发于网上，以便听取大家意见进行完善；（3）注塑模具企业与客户之间的协同设计：客户在网上发布设计要求，设计者与客户进行设计交流。
2.3 系统的功能目标
协同设计系统必须是一个开放式系统，能够满足企业与企业之间、企业内部各部门之间、企业与客户之间的多任务操作要求，因此，其系统功能应包括：（1）设计信息与资源的共享：（2）产品信息的异地交换；（3）协同设计多用户机制；（4）项目与设计过程管理；（5）协同产品的数据管理；（6）协同辅助工具的建立。
2.4 系统的整体框架
注塑产品与模具协同设计系统的整体框架见图1。该系统是一种B/S与C/S的混合结构，共有三层，即核心数据层、功能服务层以及协同工作层。（1）核心数据层：提供包括产品数据库、成员资料库、共享资源数据库、标准件库等数据服务，以支持协同设计期间的数据采集与应用。（2）功能服务层：提供协同产品数据管理、协同设计仿真、协同交互工具、设计冲突管理、协同任务规划、人员角色管理等服务。（3）协同工作层：细分为用户界面层与协同工作环境层，协同设计工作者在nIterne/tIntrnaet环境下，通过局域网实现设计工作工程的交流，提供注塑产品设计、注塑成型CAE分析、注塑模具设计、注塑模具开合动力仿真、关键零部件有限元分析、疲劳分析、试模及修模等服务。
3 注塑产品与模具协同设计的核心技术
3.1 协同任务规划
注塑产品与模具协同设计的任务规划包含任务拆分、任务重组、任务优化、任务调配、任务实施以及任务监管。（1）任务拆分：依照参与协同设计的企业、资源、设计者等特点进行综合分析，将任务拆分成独立的、工作量适度的子任务，复杂注塑产品与模具的协同设计通常是一个动态过程，其任务分解应遵循自上而下、逐层细化的原则。（2）任务重组：分析协同设计的内在结构与规律，为设计过程、任务分配、资源利用等的优化提供参考。（3）任务优化：复杂系统在进行任务拆分与重组后常会产生大量的耦合任务集，因此需要进行任务优化，以简化协同设计的集合。（4）任务调配：可分为两个步骤，一是为各个子任务的设计确定合适的起始时间；二是将子任务分配给适合的设计者，合理的任务调配，可明显缩短产品开发周期。（5）任务实施；各设计者对其所分配到的子任务进行设计，最终完成设计。（6）任务监管：监管项目包括资源、产品数据、产品开发流程以及任务执行期间产生的冲突等。
3.2 设计冲突管理
在注塑产品与模具协同设计的过程中，各设计者之间的关系是相辅相成的，不同设计者对产品开发的分析角度、评价标准等也存在一定的差异，再加上设计任务的复杂性，导致设计者与设计者之间在设计对象、设计意图、产品开发流程等方面不免存在冲突。因此，需要对协同设计冲突进行管理，以实现设计过程的全面协调与管理。设计冲突管理是一门技术，其内容应包括冲突避免、冲突检测、冲突消解。
3.3 产品数据管理设计显然无法满足模具市场需求。模具企业若想在竞争激励的市场中占据一席之地，联合几家优势模具企业协同设计注塑产品与模具是一条可行之路，有助于缩短模具开发周期，提升设计质量，降低产品开发成本，最终促进产品质量的提升。注塑产品与模具的协同设计是一项任务庞大且繁琐的工程，涉及面较广，需不断对其应用系统与核心技术进行深入研究。
参考文献：
[1] 刘晓洁.注塑产品及其模具快
注塑产品与模具协同设计的产品数据管理包括资源配置管理、生命周期管理、产品信息管理、过程数据管理，它是以软件为基础，以互联网环境下的分布式数据库为支持，能够实现产品信息管理，协调协同设计流程，其最终目的是让所有参与协同设计的设计者在整个设计过程中共享与产品相关的所有数据[5]。
4 总结
注塑模具发展快速，传统的串行速设计系统的研究[J].机械工程与自动化，2014（1）：196-197.
[2] 刘亚敏.气辅注塑成型在tv产品模具中的应用[J].内蒙古石油化工，2011（4）：110-112.
[3] 张亚国.基于MoldFlow空调注塑件模具设计[J].家电科技，2015（2）：55-57.
[4] 陈宏杰.常见注塑产品的缺陷及其设计[J].中国高新技术企业，2013（30）：19-20.
[5] 罗超，龙侃，王强.CAE技术在注塑模具上的应用[J].煤矿机械，2011（5）：195-197.
论文作者:梁佛泽
论文发表刊物:《基层建设》2016年12期
论文发表时间:2016/10/20
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