基于并行工程的汽车覆盖件冲压模具开发应用研究_梁琼仙(参考文1）.docx

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1、 昆明理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研 究 工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外， 本论文不含任 何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。 对本文的研究做出 重要贡献的 个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 本声明的法律 结果由本人承担。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解昆明理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学 校有权保留、 送交论文的复印件， 允许论文被查阅， 学校可以公布 论文的 全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。 (保密论文在解密后应遵守） 昆明理工大学硕士学位论文 摘要

2、 汽车工业的快速发展，给汽车模具的设计与制造带来了机遇与挑战。特别 是 随着现代科学技术，尤其是计算机科学、信息科学、网络技术等学科的交叉 发展， 涌现了计算机集成制造 CIM、 精 益生产 LP 和敏捷制造 AM 等一系列先进的制 造技术 和管理模式。汽车模具作为汽车生产的重要工艺装备，其制造周期、质 量、成本和 服务成为汽车开发的决定因素。在激烈的市场竞争中，将并行工程 理论和方法引入 模具开发中不但有利于模具开发理论和方法的研究，同时也是 提髙模具质量，缩短 模具开发周期的有效方法。 并行工程方法和技术起源于美国，并迅速拓展应用到全世界的各个制造行 业。如 航空、汽车、电子等许多领域都得

3、到了应用并取得了显著的经济效益。 在我国由于对 并行工程的研究应用起步较晚，且主要进行的是理论科学研究， 在生产实际中应用较 少。本文在并行思想的基础上，根据汽车模具开发的实际 情况，对覆盖件模具进行了 过程重构及活动规划的设计和研究。 论文首先阐述了模具工业在国民经济中重要地位及先进模具开发技术，并将 国 内外模具开发技术加以对比，分析我国模具开发技术存在的差距，提出了在覆 盖件 模具开发中实施并行工程的必要性。其次分析了模具设计与制造理念和方法 的研究 成果，对模具开发过程的并行性，过程重构和活动规划进行了深入研究 : 在产品 全生命周期的基础上，分析了模具开发各阶段的活动过程，并就模具开

4、 发的并行过 程进行了研究； 在现代系统工程理论和方法的基础上，对现有并行 过程重构的基 础理论 设计结构矩阵进行 研究，给出模具产品并行开发过程 重构模型； 系统 研究了现有生产活动调度规则，并按并行工程的特点和要求， 进行了新型活动规划 理论和方法的研究，引用了最大可执行活动组规划法。最后 , 将本文的模具开发过 程重构与规划算法应用于汽车覆盖件前围中板模具的开发 设计中，进行了应用性研 究。通过研究得出：汽车覆盖件模具的开发过程内容繁 多，关系复杂，比常规模具 开发更为迫切需要并行工程；覆盖件冲模并行工程是 汽车制造行业冲压模具设计与 制造的发展方向，是在市场激烈竞争中缩短产品开 发周期

5、、降低成本的保障。 关键词 ： 并 行 工 程 模 具 开 发 过 程 重 构 活 动 规 划 覆 盖 件 模 具 昆明理工大学硕士学位论文 ABSTRACT In the car rapidly development , automobile design and manufacturing of mould has brought opportunities and challenges. Especially as modem science and technology, especially computer science, information science, networ

6、k technology and other subjects of cross-development, the emergence of computer integrated manufacturing, lean and agile manufacturing production and a series of advanced manufacturing technology and management models. Automotive mould as the importance of technology and equipment, the manufacturing

7、 cycle, quality, cost and service become the determining factor in the development of automotive. In the fierce competition in the market, concurrent engineering theory and methods in the introduction of mould development is conducive not only to mould the development of theories and methods of rese

8、arch, but also improve the quality of mould and shorten the development cycle mould an effective way. The concurrent engineering methods and techniques originated in the United States, and rapidly expanding application to the whole world in all manufacturing industries. Such as aerospace, automotive

9、, electronics and many other fields have been applied and has achieved significant economic benefits. In China because of the Concurrent Engineering Research and Application of a late start, and the major theoretical research in the application of less actual production. In this paper, on the basis

10、of parallel, in accordance with the actual development of the automotive mould, to panel mould the process of reconstruction and planning activities in the design and research. First of all papers on the mould industry in an important position in the national economy and advanced technology developm

11、ent mould, and mould at home and abroad to develop technology contrast, Chinafs mould of the gap between technology development, put forward in the development of the Panel mould parallel implementation of the necessary works Sexual. This was followed by analysis of the mould design and manufacturin

12、g concq)ts and methods of research results, to mould the parallel mechanism of the development process, process reengineering and planning activities carried out in-depth study: in the product life cycle, on the basis of analysis of the various stages of development mould activities, and to mould th

13、e development of parallel mechanism of the study; in modem systems engineering theory and methods on the basis of the existing parallel process of 昆明理工大学硕士学位论文 reconstruction of the basic theory - designed to study the structure matrix, mould products are parallel Reconstruction of model development

14、 process; (3) research was existing system of production scheduling rules, and concurrent engineering characteristics and requirements, planning activities for the new theories and methods of research and development activities of the group planning the largest enforceable law. Finally, the paper wi

15、ll mould during Reconstruction and Development Planning algorithm used car before Circuit panel in the mould plate in the development and design, the applied research. Through studies: Automotive Panel mould contents of the development process many complex relations, the development of more than con

16、ventional mould pressing need concurrent engineering; panel mould parallel project is a car manufacturing industry stamping mould design and manufacture the direction of development is in fierce competition in the market to shorten product development cycle and reduce the cost of security. Key words

17、: concurrent engineering; mould development; process of reconstruction; planning activities; panel mould 昆明理工大学硕士学位论文 目录 m w： .I ABSTRACT. Ill 第 一 章 绪 论 . 1 1.1 汽车模具工业在国民经济中的地位及课题研究背景 . 1 1.1.1 汽车模具工业在国民经济中的地位 . 1 1.1. 2 课题研究的背景 . 2 1.2 模具开发技术的概况研究 . 4 1.2.1 模具并行 CAD/CAM 开发技术 . 4 1.2.2 集成化快速模具开发技术 .

18、 6 1.2. 3 敏捷化快速模具开发技术 . 8 1. 2. 4 数字化快速模具开发技术 . 10 1.2. 5 并行化快速模具开发技术 . 13 1.3 选题依据及意义 . 14 1.4 本文研究内容及论文组织结构 . 15 第二章模具并行开发工程 . 17 2.1 并行工程概述 . 17 2.2 冲压模具全生命周期分析 . 18 2. 3 传统的覆盖件模具开发过程分析 . 20 2.4 模具开发并行工程 . 22 2.4.1 模具开发并行工作组织结构 . 22 2.4.2 模具并行开发计算机辅助报价 . 23 2.4.3 车身覆盖件产品设计与模具设计的并行性 . 24 2. 4. 4 模

19、具设计与制造并行工程 . 25 2.4. 5 模具开发并行工程框架 . 27 2.4.6 模具 DFM . 27 2.5 本章小结 . 29 第三章模具并行开发过程分析与重构 . 30 3.1 冲压模具设计活动间的联系 . 30 昆明理工大学硕士学位论文 . 3.2 冲压模具设计活动间耦合识别算法 . 31 3. 2.1 模具设计结构矩阵 . 31 3. 2. 2 模具设计过程中耦合活动识别算法 . 32 3. 2. 3 模具并行设计过程模型及级别划分 . 36 3.3 本章小结 . 39 第四章模具开发活动的并行规划 . 40 4.1 模具产品开发活动的并行规划 . 40 4.1.1 并行活

20、动的描述 . 40 4.1.2 活动规划模型 . 42 4.1. 3 并行活动最大可执行活动组法 . 43 4.1. 3.1 活动时间估计 . 43 4.1.3.2 信息权重因子 . 43 4.1.3. 3 资源的分配 . 44 4.1.3.4 启发式调度规则 . 44 4.1. 3. 5 活动规划过程 . 45 4.2 模具并行开发活动规划的应用举例 . 46 4.2.1 最大可执行活动组法规划 . 46 4_ 2. 2 活动规划分析 . 49 4.3 本章小结 . 49 第五章汽车覆盖件模具开发过程的重构与活动规划 . 51 5.1 覆盖件模具特点及其设计开发技术 . 51 5.1.1 覆

21、盖件产品及其模具结构设计特点 . 51 5.1.2 覆盖件模具设计开发技术 . 52 5.1. 2. 1 覆盖件模具 CAD/CAM 并行开发过程 . 52 5.1.2. 2 覆盖件模具的并行设计 . 54 5.2 前围中板覆盖件模具并行设计过程的规划 . 55 5. 2.1 前围中板模具设计过程与设计结构矩阵 . 56 5. 2. 2 前围中板模具设计活动级别划分 . 58 5. 2. 3 前围中板模具并行设计活动调度规划 . 61 5. 2. 3. 1 前围中板模具设计过程重构 . 61 5. 2. 3. 2 前围中板模具设计活动规划调度 . 62 昆明理工大学硕士学位论文 5.2.4 前

22、 围中板 模具并行开发活动规划分析 . 65 5. 3 本章小结 . 66 第 六 章 结 论 与 展 望 . 67 6.1 结论 . 67 6.2 展望 . 67 70 参考文献 . 71 附录 A 攻读学位期间发表论文目录 . 75 昆明理工大学硕士学位论文 第 一 章 绪 论 1.1 汽车模具工业在国民经济中的地位及课题研究背景 1.1.1 汽车模具工业在国民经济中的地位 在现代化工业生产中， 60% 90%的工业产品需使用模具加工 |。模具工业己 成 为工业发展的基础，许多新产品的开发和生产在很大程度上都依赖于模具生 产， 特别是机械、汽车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。而作为制造业

23、基 础的机 械行业，据国际生产技术协会预测， 21 世纪，机械制造工业零件粗加工 的 75%,精 加工的 50%都将使用模具成形完成 2。也就是说，在工业生产迅速发展 中，产品的 发展和技术水平的提髙，在很大程度上取决于模具工业的发展，模 具工业在国民 经济发展过程中将发挥越来越重要的作用，模具工业已成为国民 经济的重要基础 工业。 模具作为一种高附加值产品和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为 衡 量一个国家制造业水平的重要标志之一。正因如此，世界上许多国家，特别 是一 些工业发达国家，都十分重视模具工业的发展，积 极采用先进技术和设备 , 提高模 具制造水平。 3美国是世界超级经济大国，

24、也是世界模具工业的领先国家 , 早在 20 世纪 80 年代末，美国模具行业有 12554 个企业，从业人员 172800 人，模具 总产 值达 64. 47 亿美元。日本模具工业是从 1957 年开始发展起来的，当年模具总 产 值仅有 106 亿日元，到 1998 年总产值己超过 4.88 万亿日元，在短短的 40 余年内 增 加了 460 多倍，这也是日本经济能飞速发展并在国际市场上占有一定优势的重 要 原因之一。在我国，由于模具生产专业化程度低 (10% 15%),技术力量落后， 加之 缺乏科学管理手段，因而经济效益不好，劳动生产率低，致使这项基础工 业长期 落后于其它制造业的需要，而不

25、得不依靠大量地从国外进口模具。 W 近几 年，世界 上模具工业的年产值约为 680 亿美元，其中美国、日本、法国、瑞士等 国一年出 口模具约占本国模具总产量的 1/3。 5据相关资料统计， 2003 年我国模 具产值达到 450 亿元， 2004 年模具产值达 530 亿多亿元，模具出口 4.19 亿美元，同 时还进口 18.13 亿美元，我国模具出口产值仅占世界模具出口的 8%。 近几年，在市场经济全球化发展环境中，汽车工业发展尤为迅猛，各种车 型 换代速度提升。 62003 年国产汽车在 2002 年产销 327 万辆的基础上突破 440 万辆 大关，一年之间产销量增长了近 113 万辆。

26、 2004 年，中国的汽车工业仍获 昆明理工大学硕士学位论文 得了产量增幅 14.1%,销售增幅 15.5%的高速发展，汽车总产量已超过 507 万辆。除 了产值产量高速发展之外，近年来汽车车型发展速度也很快。据不完全统计， 单 是轿车一项，目前已有 40 多个品牌， 200 多个车型。而一部汽车全身约有 2000 多 个零部件，其中 90%以上的零部件都要依靠冲压模具来成形，新车型所需的各 种外 覆盖件和内饰件都需要开发模具，这间接给汽车模具业带来了前所未有的 发展空 间。汽车冲压模具，尤其是车身覆盖件模具，作为汽车工业的重要装备 , 由于其大 都是大中型，结构宠大，形状复杂，技术要求髙，在

27、冲压模中代表模 具设计制造 的水平，也是形成汽车自主开发能力的一个关键环 节。在汽车企业 新车型的开发 中，覆盖件模具起着重要的作用。 1.1.2 课题研究的背景 使用模具生产零件具有生产效率高，质量好，节约能源、原材料以及成本 低等 一系列优点，体现了现代先进制造技术 “ 优质、高效、低耗、清洁和可持 续发展 ” 的思想，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。 21 世纪， 随着经济全球 化和计算机科学技术、现代制造技术和系统科学等的交叉发展， 对模具制造业提出 了更髙的要求，如要求降低成本、缩短交货时间；提高尺寸 精度和整体质量；允许 快速原型系列的生产，用于测试和评估；能迅速 响应

28、市 场变化和方便地适应产品设 计的变更等。这在全球的制造业中形成了一场前所 未有的技术和管理的挑战，传统 的制造业将不得不面对巨大的技术和管理革新。 作为工业生产的主要工艺装备，模 具制造业首当其冲地受到变革的影响 为应对这种动态多变的全球化市场需求，提髙新产品的开发能力，各种先 进 的 技 术 和 制 造 理 念 不 断 涌 现 。 计 算 机 集 成 制 造 CIM (Computer Integrated Manufacturing)、并行工程 CE(Concurrent Engineering)、精益生产 LP (Lean Production)和敏捷制造 AM (Agile Manu

29、facturing)等一系列先进的制造战略作 为 组织和管理现代制造业的哲理、思想和方法已逐渐为人们所理解和接受，并 在实 践中不断得到发展和完善。 在新理论和技术的推动下，传统的模具开发模式正在逐步向以下几方面发 生了 变化： (1) 先进制造技术的出现正急剧地改变着传统制造业的产品结构和生产过 程； (2) 传统的相对稳定的市场已变成动态多变的市场。产品的生命周期缩短、 更新换代加快、品种增加、批量缩小。这种环境下的产品质量、价格和交货期 2 昆明理工大学硕士学位论文 已成为决定现代企业竞争能力的主要因素； (3) 传统的管理、劳动方式、组织结构和决策准则都在经历新的变化。 随着计算机 C

30、AD/CAM 和先进技术的发展，国内外学者专家将计算机高速而精 确 的计算能力、大容量存储数据的能力以及髙效处理数据的能力与人的逻辑判 断、综 合分析能力以及创造性思维结合起来进行研究，既可用专家知识协助进 行模具结 构、工艺参数等优化设计，也可用计算机模拟模具的设计、制造和使 用过程，使模 具制造从传统的依赖经验的狭小天地发展到全方位预报的新阶段。在先进技术推动 下，把模具和产品的设计、制造、生产和管理统一起来，从而 大大提高和控制模具 的设计与制造质童，缩短模具开发周期，降低开发成本。 而快速原型制造、反向工 程等技术的出现，又推动了快速模具技术的发展，更 使模具的开发周期可以缩短至 几天

31、，甚至数小时。根据工业发达国家的技术发 展动向及有关专家预测，先进制造 技术的发展前沿是少无余量精密成形技术、 纳米技术与微型机械、快速零件制造技 术、新型材料的成形加工技术，极限条 件下的成形和加工技术、机械制造清洁生产 技术、精益生产、具有决策支持功 能的系统管理技术、智能制造技术和并行工程技 术等，其中建立在信息自动化 基础之上的，以智能化管理、控制为核心，以集成化 产品信息模型为基础，实 现产品开发过程中相关信息的交流与共享的并行工程技术 是重要的基础技术。 在汽车工业飞速发展的今天，企业能否髙效、高质、低成本的生产出新车 型 所需的产品模具，关系到企业能否对市场需求做出快速反应，生产出既能满 足市场 要求又 能领导市场走向价廉物优的产品，在竞争中处于不败之地的关键。 作为车身 开发主要工艺装备的汽车覆盖件模具由于比一般的冲压模具更为复杂 已成为制约 企业新车品开发速度的关键因素。为打破这一瓶颈，使企业快速抢 战市场，世界各 国汽车企业纷纷以计算机 CAD/CAM/CAE 技术为平台，引进各种先 进的技术和管理模 式，提升企业的竞争力。 改革开放以来，我国的几个主要汽车模具制造厂（一汽、天汽、成飞、哈 飞 公司），通过技术引进和技术改造，设计和制造大中