1. 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)CAD、CAPP谓谦、CAM、CAE（計(jì)算機(jī)輔助工程分析）等得到了模具行業(yè)的普遍重視她蛉，在一定程度上提高了產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量贺坝，促進(jìn)了行業(yè)的進(jìn)步。但是從總體上來看赚兰，傳統(tǒng)的模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件存在著下列不可忽視的不足：

　》（1）CAD軟件沒有真正將模具設(shè)計(jì)人員從繁重的繪圖工作中解放出來，設(shè)計(jì)效率的提高不理想郎石；

　∮庠（2）CAD、CAE认吕、CAM集成度差煮沸，總體效果不明顯；

　≌雨恰（3）市場需求分析腾枣、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)极金、模具制造相互獨(dú)立爷耀，生產(chǎn)管理缺乏全局觀念。現(xiàn)代市場競爭日趨激烈拍皮，從90年代到下個(gè)世紀(jì)歹叮，使?jié)M足用戶需求的新產(chǎn)品盡快上市而贏得市場競爭將成為制造業(yè)的第一要旨,新產(chǎn)品投放市場的速度決定了生產(chǎn)廠家的生死存亡。傳統(tǒng)的各自為政的模具計(jì)算機(jī)輔助工具已無法適應(yīng)當(dāng)前的這種需要,提高產(chǎn)品與模具質(zhì)量铆帽、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期咆耿、降低成本的根本途徑是簡化設(shè)計(jì)過程，采用基于各個(gè)單項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的計(jì)算機(jī)集成制造（Computer Integrated Manufacturing爹橱，CIM）和并行工程（Concurrent Engineering萨螺，CE)。集成制造與并行開發(fā)都是以各應(yīng)用子系統(tǒng)之間的有效數(shù)據(jù)傳遞和產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換為基礎(chǔ)的愧驱，產(chǎn)品信息集成與計(jì)算機(jī)化產(chǎn)品定義（Electronic Product Definition慰技，EPD）是實(shí)現(xiàn)CIM與CE的基礎(chǔ)技術(shù)之一。計(jì)算機(jī)化產(chǎn)品定義?EPD是繼特征造型之后的新一代產(chǎn)品建模方法。（所謂產(chǎn)品吻商，在EPD中是指具有相對獨(dú)立功能的零件或零件集掏颊，如一個(gè)成型的制件、一副模具的裝配整體等址檀。）

　　2. EPD的發(fā)展

　　產(chǎn)品造型與建模技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)中最為基礎(chǔ)锌褒、同時(shí)也是最為關(guān)鍵的技術(shù)分支，CAD系統(tǒng)的發(fā)展與產(chǎn)品CAD系統(tǒng)的發(fā)展與產(chǎn)品建模技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)绍堪。近30年來勇湃，產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模技術(shù)經(jīng)歷了線框建模、表面建模璃疫、實(shí)體建模等過程迅忙，發(fā)展至80年代中期，為了實(shí)現(xiàn)CAD與CAPP的集成窖韧，基于特征的造型方法成為產(chǎn)品建模研究的熱點(diǎn)姆巨。但是，這些產(chǎn)品建模方法對于計(jì)算機(jī)集成制造和并行工程而言禾膀，還存在很大的局限性拣末，主要表現(xiàn)在：

　　（1）產(chǎn)品數(shù)據(jù)不完備：只涉及產(chǎn)品的幾何形狀數(shù)據(jù)驹柴，而反映設(shè)計(jì)意圖和工藝要求的信息饼瓮，如公差、粗糙度夹厌、材料豹爹、熱處理、裝配信息等沒有表達(dá)或表達(dá)不充分,數(shù)據(jù)的抽象層次低矛纹，難以滿足產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換和信息集成的需要臂聋，不利于工程設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)表達(dá)；

　』蚰稀（2）產(chǎn)品數(shù)據(jù)未考慮整個(gè)產(chǎn)品生命周期： 建立產(chǎn)品模型必須考慮到產(chǎn)品整個(gè)生命周期中各個(gè)過程所需要的信息孩等，如設(shè)計(jì)過程、工藝規(guī)劃采够、加工過程肄方、裝配過程等，這是當(dāng)前市場需求變化多樣蹬癌、產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代的需要权她。一個(gè)完整的產(chǎn)品信息模型不僅是產(chǎn)品生命周期中各階段數(shù)據(jù)的集合，還應(yīng)反映出各類數(shù)據(jù)的表達(dá)方式及相互間的關(guān)系逝薪，傳統(tǒng)的產(chǎn)品建模方法只考慮了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段隅要；

　『铩（3）只考慮單個(gè)零件：傳統(tǒng)的建模方法只考慮了單個(gè)零件的設(shè)計(jì)，但是機(jī)械產(chǎn)品（如模具）大多是多個(gè)零件的復(fù)雜裝配體讥啤。這樣驱糜，采用面向零件的設(shè)計(jì)方法就有很大的局限性：工程師可以設(shè)計(jì)產(chǎn)品的某個(gè)特定零件，例如頂桿车咕，但是這個(gè)工程師不知道這個(gè)零件能否起到理想的頂出效果割钧；建好實(shí)物模型以后内会，如果檢查出這個(gè)頂桿不合理淹郎，極有可能要重新設(shè)計(jì)它。

　　由于傳統(tǒng)產(chǎn)品建模方法在CIM及CE中應(yīng)用的局限性蝉嘲，面向裝配與產(chǎn)品生命周期的新型產(chǎn)品建模方法氛硬？計(jì)算機(jī)化產(chǎn)品定義應(yīng)運(yùn)而生。EPD將一個(gè)新產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到制造成最終產(chǎn)品及銷售的整個(gè)過程在計(jì)算機(jī)上用統(tǒng)一的數(shù)字化模型給予全面的描述痛的。所有相關(guān)的設(shè)計(jì)部門及設(shè)計(jì)者田蔑、組織管理部門和最終的生產(chǎn)者，即使這些部門在不同地區(qū)工作都能夠依據(jù)自身的權(quán)限對同一產(chǎn)品的計(jì)算機(jī)化模型進(jìn)行并行的設(shè)計(jì)梆栏、修改和驗(yàn)證工作紫磷。EPD是目前最先進(jìn)建模技術(shù)的綜合體現(xiàn)，其發(fā)展的支撐技術(shù)主要有：

　　2.1 混合建模技術(shù)（Hybrid Modeling） 混合建模將傳統(tǒng)的線框做个、表面鸽心、實(shí)體造型與參數(shù)化技術(shù)融合為一體，使得所有的模型基于同一的數(shù)學(xué)模型居暖⊥缙担混合建模具有的主要特點(diǎn)有：集成參數(shù)化線框、曲面和實(shí)體造型太闺；約束管理糯景；變量幾何和智能化草圖設(shè)計(jì)：用數(shù)學(xué)方法提供尺寸驅(qū)動(dòng)，在草圖設(shè)計(jì)過程中省骂，幾何關(guān)系以圖形方式傳遞給設(shè)計(jì)者并被定義為維持分布與幾何關(guān)系的新的約束蟀淮；雙向關(guān)聯(lián)性：參數(shù)化實(shí)體與二維工程圖有機(jī)結(jié)合，任何一方的修改可自動(dòng)反映到另一方钞澳；基于特征的造型：基于特征的造型允許設(shè)計(jì)者用工程或制造專用名詞（如孔怠惶、螺栓、槽）代替幾何名詞（如柱體略贮、盒）甚疟，允許用戶快速地把設(shè)計(jì)意圖匯合到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中；NURBS曲面設(shè)計(jì)：由于NURBS本身獨(dú)到的優(yōu)越性梯盹，NURBS方法已成為曲線曲面設(shè)計(jì)的主流俗股，應(yīng)用NURBS能完成大型復(fù)雜曲面的造型。

　　混合建模技術(shù)結(jié)合當(dāng)今流行的設(shè)計(jì)手段，將不同種模型形態(tài)集成到一起馁言，以提供高度復(fù)雜的計(jì)算機(jī)化產(chǎn)品模型方案（如能生成以精確曲面為殼的實(shí)體）涯蜜，使得工程師可以設(shè)計(jì)更復(fù)雜、更精確的零部件群骂，并相應(yīng)減少產(chǎn)品的零件數(shù)量烙锉，加快建模速度和有助于自動(dòng)化制作。同時(shí)混合建模技術(shù)大大加強(qiáng)了包括供應(yīng)商和承包商在內(nèi)的更寬廣范圍內(nèi)的CAD數(shù)據(jù)共享谱聂，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)得以自由傳遞孙鼎。

　　2.2 并行裝配（Concurrent Assembly） 并行裝配采用先進(jìn)的多用戶并行技術(shù)，允許工程項(xiàng)目全體設(shè)計(jì)人員同時(shí)操作裝配數(shù)據(jù)庫桐装，完成各自的設(shè)計(jì)和修改工作升慕，并用權(quán)限鎖定方法保護(hù)共享資源，極大地提高復(fù)雜產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)速度害切。EPD強(qiáng)調(diào)以裝配為中心旅急，提供的圖形化的裝配樹能直觀顯示大型復(fù)雜產(chǎn)品的裝配鏈接關(guān)系，并支持零部件間的參數(shù)與裝配約束牡整。同時(shí)藐吮，通過為群組工作提供網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境，能支持異地的電子評審逃贝，并提供在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)召開CAD/CAM會(huì)議的能力谣辞。

　　2.3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM） 面向裝配意味著面向關(guān)聯(lián)信息秋泳，面向產(chǎn)品生命周期意味著面向過程信息潦闲，對復(fù)雜的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工作流程管理技術(shù)的迫切需求使得PDM成為EPD的支撐技術(shù)之一。PDM的功能包括：① 文檔管理：PDM的文檔管理取代人工方式的檔案管理迫皱，使用戶能夠方便歉闰、快捷、安全地存取卓起、維護(hù)及處理各種有關(guān)產(chǎn)品的文檔和敬。從調(diào)研階段的市場報(bào)告，到設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的圖形數(shù)據(jù)文件戏阅、CAE分析報(bào)告肚乓，制造階段可能產(chǎn)生的變更單等都是文檔管理的對象。② 基于裝配的產(chǎn)品管理：產(chǎn)品管理主要是建立產(chǎn)品裝配樹做法、對產(chǎn)品本身裝配結(jié)構(gòu)及其相關(guān)支持?jǐn)?shù)據(jù)的管理案帆、對零件族及產(chǎn)品配置的管理。數(shù)據(jù)管理軟件允許用戶在裝配樹的節(jié)點(diǎn)上反饲，在權(quán)限許可的范圍內(nèi)訪問和修改數(shù)據(jù)捎梢，不必考慮數(shù)據(jù)存放的具體位置邓刻，這樣，就能將異地分布的設(shè)計(jì)隊(duì)伍完全結(jié)合在一起摹搂。③ 工作流程管理：工作流程管理是對已建立的工作流程進(jìn)行運(yùn)行锦是、維護(hù)、控制工作狀態(tài)以及對工作歷史過程進(jìn)行記載的管理方式指佳，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)與其相關(guān)的過程有機(jī)地結(jié)合起來漓琢，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品生命周期的多用戶的分布式管理。④ 其它功能：項(xiàng)目管理捏梯、電子協(xié)作稿施、組織與資源管理等。

　　3.基于EPD的模具CAD系統(tǒng)的特點(diǎn)與優(yōu)勢

　　由于EPD方法與傳統(tǒng)的產(chǎn)品建模方法比較具有的無比優(yōu)越性某弦，基于EPD的模具CAD系統(tǒng)具有如下的顯著特點(diǎn)：

　　3.1 面向裝配 傳統(tǒng)的模具CAD/CAM局限于模具單個(gè)零件的設(shè)計(jì)桐汤，雖然目前有些模具CAD系統(tǒng)在單個(gè)零件建模的基礎(chǔ)上通過建立裝配模型來考慮裝配而克，但是由于其零件建模本身的局限靶壮，其應(yīng)用效果不如人意。EPD的基本數(shù)學(xué)模型就是面向裝配體的產(chǎn)品（在模具CAD系統(tǒng)中就是模具整體）而非單個(gè)零件员萍，它集成了零部件和裝配的全部可用信息腾降，形成了一個(gè)包括各種信息的全局的電子化產(chǎn)品模型，這一模型可被不同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的眾多工程師使用碎绎。

　　3.2面向產(chǎn)品生命周期 所謂面向產(chǎn)品生命周期建模意味著從產(chǎn)品開發(fā)螃壤、制造到發(fā)布的信息的集成，產(chǎn)品生命周期中各個(gè)環(huán)節(jié)的信息均被統(tǒng)一到模型中并得到相應(yīng)的管理維護(hù)筋帖。模具的設(shè)計(jì)制造通常是單件少批量奸晴，縮短其設(shè)計(jì)制造周期的關(guān)鍵是采用基于產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)。

　　3.3具有統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型 傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法中的同一產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段具有多種定義模式日麸，且相互獨(dú)立寄啼，絕少參考。同一產(chǎn)品在不同設(shè)計(jì)階段的重復(fù)定義使得最終產(chǎn)品的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度不斷累加和放大代箭，增加了額外的協(xié)調(diào)與組織過程诬簇。其結(jié)果將導(dǎo)致最終產(chǎn)品品質(zhì)的降低、研制費(fèi)用上升和開發(fā)時(shí)間的延遲人薯。EPD摒棄了傳統(tǒng)的產(chǎn)品重復(fù)定義模式芜既，建立從概念設(shè)計(jì)到制造的單一計(jì)算機(jī)化產(chǎn)品定義，覆蓋了整個(gè)設(shè)計(jì)制造及管理過程吸辑。

　　模具的設(shè)計(jì)制造具有單件少批庵锰、復(fù)雜裝配的特點(diǎn)，特別適合于應(yīng)用EPD建模方法串飘，采用EPD將產(chǎn)生的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：

　　3.3.1 EPD結(jié)合了先進(jìn)的基于計(jì)算機(jī)的自動(dòng)化設(shè)計(jì)軟件和數(shù)據(jù)管理技術(shù)陪孩，通過縮短產(chǎn)品研制周期和降低成本写雾，為長期生產(chǎn)效率的巨大提高奠定了基礎(chǔ)。

　　3.3.2 EPD允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)在制造實(shí)物模型（即真實(shí)下料生產(chǎn)）之前竹砾，在計(jì)算機(jī)屏幕上完成設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作蓬抖。一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作可由多個(gè)設(shè)計(jì)隊(duì)伍在不同的地域并行分頭設(shè)計(jì)、共同裝配吊违，形成一個(gè)完整的數(shù)字化模型肝浴，該模型不僅可完成強(qiáng)度、可制造性雷猪、成本和功能測試睛竣，而且還能展示給用戶和買主。

　　3.3.3 EPD在計(jì)算機(jī)上定義完整的抽象產(chǎn)品模型求摇，將大大節(jié)省生產(chǎn)實(shí)物模型的資金投入射沟，由于設(shè)計(jì)原型能被反復(fù)引用，部件裝配在系統(tǒng)中的干涉在計(jì)算機(jī)上能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并予以解決与境，產(chǎn)品研制費(fèi)用將降低验夯，并減少由于設(shè)計(jì)問題出現(xiàn)的工程反復(fù)，加速產(chǎn)品上市摔刁。

　　3.3.4 EPD是面向裝配的挥转，它能夠使工程師們在整個(gè)產(chǎn)品的裝配環(huán)境下進(jìn)行各自的設(shè)計(jì)，顯示給工程師和項(xiàng)目管理者層次化的樹狀結(jié)構(gòu)的裝配模型共屈，描述零部件之間面向大型裝配的相互關(guān)系绑谣。EPD可跟蹤查尋高度復(fù)雜的零部件和大型裝配之間的內(nèi)部關(guān)系，例如：項(xiàng)目經(jīng)理可在任何時(shí)候查尋并顯示那些超過設(shè)定重量的零件拗引，并且在早期的產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期內(nèi)借宵，不花費(fèi)什么代價(jià)就可方便地更改設(shè)計(jì)。在模具中椿烂，各個(gè)零件之間的相關(guān)因素比較多策谅，考慮裝配是模具設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)。

　　3.3.5 面向產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品模型由于信息的完備性而有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)兼容性分析（Design Compatibility Analysis优狡，DCA）及以此為基礎(chǔ)的考慮裝配的設(shè)計(jì)（Design for Assembly呻舆，DFA）、考慮制造的設(shè)計(jì)（Design for Manufacturing铣瞒，DFM）芯拇、考慮維修的設(shè)計(jì)（Design for Serviceability，DFS）和考慮注塑成型的設(shè)計(jì)（Design for Injection Molding腔资，DFIM）等的DFX設(shè)計(jì)双漫，而DFX的設(shè)計(jì)在提高模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量與速度方面具有重要的意義。

　　3.3.6 EPD能夠使設(shè)計(jì)者用最少的零件實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)淡厦，極大地提高了企業(yè)針對市場情況變化的反應(yīng)速度刑吕。因?yàn)樵O(shè)計(jì)者可設(shè)計(jì)單個(gè)復(fù)雜零件來代替中等復(fù)雜程度的子裝配從而簡化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)復(fù)雜程度巫庵。有調(diào)查結(jié)果顯示，一個(gè)大型裝配件的零件數(shù)量從9250減少到3700端伪，相應(yīng)的工作量可從445000個(gè)工作日減少到60000個(gè)右冻。更為重要的是，零部件減少意味著在無附加值的繁雜工作上花費(fèi)的時(shí)間相應(yīng)減少著拭∩磁ぃ　

　　4.結(jié)束語

　　制造業(yè)發(fā)展的需要和計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的進(jìn)步使得先進(jìn)新型的產(chǎn)品建模方法。EPD將得到迅速地發(fā)展和應(yīng)用儡遮，并將顯示其顯著的優(yōu)越性乳蛾。目前，EPD方法仍在研究之中鄙币，CAD/CAM領(lǐng)域著名的軟件供應(yīng)商CV公司已經(jīng)開始向用戶提供基于EPD技術(shù)的CAD軟件肃叶。圖1所示是CV公司的用戶Shorts公司使用過的各種產(chǎn)品建模方法及工作效率的對比圖。模具作為一種制造產(chǎn)品的工具,一直是制造業(yè)中的高技術(shù)基礎(chǔ)和最有生命力的一個(gè)分支十嘿，在模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)中應(yīng)用EPD技術(shù)將有助于整個(gè)模具制造業(yè)競爭優(yōu)勢的提高,真正實(shí)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)制造的高速因惭、高效、高質(zhì)详幽。

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