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                        模具管理系統設計與開發

                        添加時間:2019/03/13 來源:青島理工大學 作者:紀志杰
                        本文結合現代模具企業的生產特點和企業對生產信息化的需求,在此基礎上開發了模具生產管理系統和電極的自動編程,有效提高了企業的生產效率。
                        以下為本篇論文正文:

                        摘 要

                          模具行業多品種小批量的特點導致了傳統的人工管理模式已經不能適應現代模具企業的發展,這就使得信息化的應用成為必然。本文在分析模具行業的特點和企業實際需求的基礎上,將 CBR 技術和甘特圖結合到模具的生產過程中,針對模具的生產過程開展課題“模具生產管理系統的研究與開發”。主要結論如下:

                          1. 結合模具生產的特點,對系統的需求進行了詳細的分析,建立了客戶端/服務器(C/S)結構的系統框架,對系統進行了功能模塊的劃分并具體闡述了各模塊的功能,對系統的總體流程進行了詳細說明。對系統的數據庫進行了設計,利用E-R 模型圖進行了工藝庫的概念設計,并用 SQL Server 數據庫管理系統實現了工藝庫的邏輯設計。

                          2. 研究了系統所用的關鍵技術。根據工件內部與外部的工藝相關性約束以及時間約束,利用甘特圖實現了生產排程;采用了基于案例推理的設計方法進行加工工藝的制定,研究了零件案例的表達以及檢索方法,有效提高零件工藝制定的效率。

                          3. 對電極的數控加工工藝進行了研究。根據電極的分類,建立與每類電極相對應的加工模板,利用 MFC 和 MenuScript 對 UG NX 軟件進行二次開發,實現電極編程過程中坐標系、幾何體的建立和加工模板的調用,最終完成電極的自動編程。

                          4. 利用實例對模具生產管理系統和電極的自動編程進行了可行性的驗證,并說明了系統的運行過程。

                          關鍵詞:生產管理;模具;CBR;甘特圖;電極;編程

                        Abstract

                          The situation that traditional artificial management pattern already can not adapt to the development of modern mould enterprises has been caused by mould industries’ characteristics of many varieties and small batch, making that the application of information technology become inevitable. Based on the analysis of the characteristics of the mould industry and the actual demand of enterprise, the paper combined CBR technology and Gantt chart with mold production process and advanced a subject that research and development of mold production management system for mold production process. Main conclusions are as following:

                          First of all, combining with the characteristics of mold production, the detailed analysis for the demand of system has been made. The client/server (C/S) structure of the system framework has been established and specifically elaborated the function of each module. Then, the overall process of the system has been explained in detail.

                          Concept design of technology library was established by E-R model diagram and logic design was realized using SQL Server database management system.

                          Secondly, key technologies used in the system were studies. According to the process correlation constraints and time constraints inside and outside workpiece,production scheduling has been realized by using Gantt chart. Processing method was designed by CBR and expression and retrieval of case was researched, efficiency of parts process was improved effectively.

                          Next, the NC machining processes of the electrode were studied. According to the classification of the electrode, processing template matching to each type of electrode was established. The secondary development for UG NX software was made using MFC and MenuScript, realizing the establishment of coordinate system and geometry and the invoking of processing template and accomplishing automatic programming of electrode.

                          Finally, verification of feasibility for the mold production management system and  NCautomatic programming of electrode using an example and the operational process of system was explained.

                          Key words: production management; mold; CBR; Gantt chart; electrode;

                          “模具是工業生產的基礎工藝裝備”已經得到越來越多的人的認可。模具加工是材料成型的重要方式之一,與機械加工相比,具有工序少、材料利用率高、能耗低、易生產、效益高等優點,因而在汽車、能源、機械、電子、信息、航空航天工業和日常生活用品的生產中被廣泛應用。據統計,工業產品中粗加工零件的 75%、精加工零件的 50%、機電產品中零件的 70%以上和家用電器中 80%的零件都需要模具進行成型加工。正因如此,在國際上,模具行業被稱為“工業之母”[1-2]。

                          此外,模具還可以起到放大效益的作用,利用模具生產的產品,其價值一般可以達到模具本身價值的幾十倍甚至上百倍。根據國外統計資料顯示,模具可帶動其相關產業的比例大約是 1:100,即模具發展 1 億元,可帶動相關產業 100 億元。

                          模具行業的快速發展極大地促進了各個行業產品的發展,因此被世界各地各行業的人們稱贊。美國的工業界把模具行業視為“工業發展的基石”;模具在日本被譽為“進入富裕社會的原動力”;在聯邦德國,模具被冠之以“金屬加工業中的帝王”之稱;在羅馬尼亞,有“模具就是黃金”之說。由此可見模具工業在世界各國經濟發展中具有極其重要的地位。模具設計制造的水平決定了其后續加工產品的質量,從而關系著產品的經濟效益,對于企業新產品的開發尤其重要?偠灾,模具技術的高低反映了一個國家產品制造水平的高低[3]。

                          近二十年來,隨著我國經濟和工業水平的發展,模具工業也得到了快速發展,2010 年中國模具行業產值達 1120 億元,同比增長 14%!吨袊>吖I“十二五”規劃》提出 2015 年中國模具工業總銷售額 1740 億元,其中出口模具達到 40 億美元的目標,明確指出在“十二五”期間,國內市場國產模具自配率達到 85%以上,中高檔模具的比例達到 40%以上,重點骨干企業達到 160 個左右,其中 10 億元級企業 10 個左右,這為中國模具制造企業提出了發展的明確方向。經濟發展的同時帶來的是產品的快速更新換代,而一切產品的更新都離不開模具,因而只有縮短模具的生產周期,才能使我國的工業產品在世界上占有一席之地[4-5]。

                          縮短模具生產周期的一個重要手段就是實現生產的信息化,信息化可以把企業中設計、計劃、加工有機地結合起來,將企業運作過程中的不同階段、不同部門緊密地聯合在一起,更好地實現生產的并行過程,從而縮短模具生產周期,使企業更好地適應市場需求。

                          制造業信息化是現代制造業發展的大趨勢,也是國家信息化發展戰略的重要任務。模具企業的信息化建設對于模具行業的發展、提升模具企業的核心競爭力有重大的意義。我國目前正處于由制造業大國向制造業強國轉變的過程中,信息化是這種轉變的助推器,因此信息化的建設是模具行業所面臨的一個重要任務[6]。

                          模具行業的信息化主要包括兩個方面:技術方面的信息化和管理方面的信息化。技術方面的信息化指的是模具設計制造過程中 CAD/CAE/CAM 技術的應用,在這一方面,國內模具企業的應用較早一些,應用較多的 CAD/CAM 軟件包括 UGNX、ProE 等,CAE 軟件主要是 MoldFlow、DYNAFORM 等。但是,這些企業應用的大都是面向機械行業應用較廣的通用的 CAD/CAE/CAM 軟件,這些軟件功能都很強大,但對于模具行業來說,其針對性較弱,不能有效地提高模具設計制造的效率。如何更好地應用這些軟件,使其更好地發揮作用成為高校和公司研究的方向。近些年,面對模具行業發展的需求,國內一些高校和公司開發了面向模具企業的 CAD/CAE/CAM 系統,具有較高的實用水平,如 Progressive Die Wizard 和Mold Wizard、FASTAMP 系統、KBE 系統、CAXA 系列軟件和 IPMCAD 系統等。

                          但是,在模具企業中,不僅需要在模具設計制造中利用信息化,在模具管理方面更需要信息化。隨著產品更新換代速度的加快,模具的發展趨勢為制造周期更短、成本更低、質量更好,想實現這個目標靠傳統的人工管理方式是不可能的。

                          由于模具行業與其他行業的不同,只有信息化才能提升模具企業管理水平。在模具行業發達的歐美國家中,基本上已經實現了信息化管理,但我國模具行業開始較晚,基礎薄弱,再加上科技水平低,造成模具管理水平較低,信息化管理水平更是遠低于國際水平。即使有一些管理系統,也只是對庫存、職工、財務等方面的應用,但這對模具企業是遠遠不夠的。在管理方面建設信息化,可以有效解決管理上的瓶頸,實現信息的快速傳遞與轉換,提高管理的效率[6-7]。

                          國內的大多數模具企業規模并不大,但是模具行業的特征造成了模具在生產過程中計劃多變、不能有效控制總體進度的現象。因此,對于我國的模具行業來說,生產管理的信息化是不可避免的。根據我國模具行業的發展現狀來看,模具企業在生產管理的過程中主要存在以下問題:

                         。1)客戶和模具訂單的隨意性,造成企業的計劃不斷調整,管理人員不能有效的控制模具制造的整個過程。

                         。2)模具生產制造比較復雜,比其他行業更依賴于工人的經驗,往往工藝員在編制工藝的同時會進行生產計劃的安排,而計劃員也會對車間進行調度和管理,從而導致模具的制造過程變化頻繁。

                         。3)加工設備的具體使用情況如機床的使用、暫停、故障狀況不能及時掌握,在排程時,上述情況就會造成生產計劃的不準確,有可能導致訂單的拖期。

                         。4)企業管理人員無法對各個零件及工藝實行有效的追蹤和控制,當模具產品出現問題時,不能及時找到責任人;零件加工結束時不能及時反饋到管理人員,使其不能及時了解任務的進度。

                          對模具行業而言,與企業信息化相關聯的技術主要包括企業資源計劃(ERP)和制造執行系統(MES)。如何針對模具行業的特點,結合 ERP、MES 技術,建立適用于模具行業的管理系統是提高模具企業管理水平的關鍵。

                          企業資源計劃(ERP)是 90 年代初期由美國著名的咨詢公司美國加特納公司(Gartner Group Inc.)首先提出的一種管理理念,它是在物料需求計劃(MRP:

                          Material Requirement Planning)和制造資源計劃(MRPⅡ:Manufacturing ResourcesPlanning)的基礎上發展起來的更高層次的管理理念和模式。ERP 對傳統的 MRPⅡ系統來講是一次大的飛躍,它著眼于供應鏈上各個環節的信息管理,能滿足同時具有多種生產類型企業的需要,擴大了軟件的應用范圍。目前,ERP 已經擁有很多非常成熟的商用產品,如 SAP、ORACLE、BAAN 等,國內許多知名企業如海爾集團、長虹集團、紅塔集團、聯想集團等紛紛實施 ERP 項目[8]。但是,現有的成熟商用 ERP 產品更適用于生產大批量產品的企業,而不適用于模具企業,主要原因在于 ERP 產品的功能更多的是面向大批量生產定制的,模具企業想要應用,就必須結合行業自身特點進行定制化改進。

                          模具管理系統設計:

                        系統登陸界面
                        系統登陸界面

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                        生產排程
                        生產排程

                        工件接收
                        工件接收

                        加工統計
                        加工統計

                        生產進度
                        生產進度

                        目 錄

                          摘要
                          Abstract
                          第 1 章 緒論
                            1.1 引言
                            1.2 模具企業的信息化現狀與需求
                            1.3 模具生產管理的國內外研究概況
                            1.4 課題的主要研究內容
                            1.5 本章小結
                          第 2 章 相關技術及理論
                            2.1 開發環境
                            2.2 數據庫技術
                              2.2.1 數據庫的選擇
                              2.2.2 數據庫訪問技術
                            2.3 CBR 技術
                              2.3.1 概述
                              2.3.2 關鍵技術
                            2.4 甘特圖
                            2.5 本章小結
                          第 3 章 系統的結構與功能
                            3.1 系統需求分析
                              3.1.1 模具生產的特點
                              3.1.2 系統的需求分析
                            3.2 系統總體設計
                              3.2.1 系統框架結構
                              3.2.2 系統功能設計
                              3.2.3 系統總體流程
                            3.3 工藝庫設計
                              3.3.1 工藝庫概念設計
                              3.3.2 工藝庫邏輯設計
                            3.4 關鍵技術
                              3.4.1 生產排程
                              3.4.2 加工工藝的編制
                            3.5 本章小結
                          第 4 章 基于 UG NX 的電極自動編程
                            4.1 UG NX 二次開發技術
                            4.2 電極在 UG NX 中的編程
                            4.3 電極的數控加工工藝
                              4.3.1 電極的結構
                              4.3.2 電極的加工工藝
                              4.3.3 電極加工模板及其建立
                            4.4 電極自動編程的實現
                            4.5 本章小結
                          第 5 章 系統的實例驗證
                            5.1 模具生產管理系統實例驗證
                              5.1.1 系統登陸
                              5.1.2 用戶管理與系統管理
                              5.1.3 零件工藝
                              5.1.4 生產計劃
                              5.1.5 生產管理
                              5.1.6 統計
                            5.2 電極自動編程實例驗證
                              5.2.1 啟動電極自動編程
                              5.2.2 自動調整電極
                              5.2.3 調用加工模板
                              5.2.4 生成刀具路徑
                            5.3 本章小結
                          第 6 章 總結與展望
                          參考文獻
                          攻讀碩士學位期間發表的學術論文及科研工作
                          致謝

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