基于SOA的模具行业知识管理与集成制造系统

基于SOA的模具行业知识管理与集成制造系统1、立项依据1.1 研究目的及意义我国模具企业众多，但是规模和水平参差不齐，信息化技术应用水平普遍较低。

在CAD/CAE/CAM 技术应用方面，有少数模具企业的应用水平较高，实现了全3D 设计，但主要还是采用通用CAD 系统，如UG、PRO/E、CATIA、SOLIDWORKS 等；多数企业仍是2D 和3D 设计并用，且CAE 技术没有受到重视。

这就使得模具的设计水平、设计效率得不到有效的保证。

尽管国内模具企业已认识到信息化技术的作用，并在企业内各部门配置了不少应用系统，但由于企业自身的认识水平的限制和IT 技术力量薄弱，配置系统时只考虑各部门的使用需求，很少考虑到信息的共享和应用系统间的集成，从而导致各部门间系统彼此孤立、信息也彼此孤立，使得设计、制造、管理等部门之间必须通过中间介质进行信息交换。

在管理方面，除财务、库存等通用管理系统应用较普遍外，模具生产管理这一模具企业面临的管理瓶颈问题，仍主要采用粗放的人工跟单方式来进行管理，根本无法控制好模具的生产过程，导致延期、质量事故频发。

另外，模具的设计和制造强烈依赖于工程师的经验和知识，在当前企业人员流动频繁，有经验的模具工程师非常缺乏，而模具的生产周期要求越来越短的情况下，如何有效地挖掘工程师的知识经验，加强对模具设计制造知识的管理，促进模具设计制造知识在模具生产中的重用，从而缩短模具生产周期，提高模具质量，是一个非常紧迫的问题。

要在模具行业推广信息化技术，就必须使信息化系统能够有效地解决模具企业在设计制造过程对经验依赖的问题，以及模具生产过程动态多变难以控制的问题。

这样才能使模具企业的信息化系统切实解决实际问题，并取得效益。

针对上述问题，本项目将结合东莞康佳塑胶模具有限公司（以下简称康佳模具公司）与华中科技大学模具技术国家重点实验室的产业与技术优势，在华中科技大学已有的模具CAD/CAE/CAM 系统、模具生产管理系统等成果基础上，进一步研究开发面向模具设计制造的知识管理和重用技术、基于CAE 的模具优化设计技术、模具CAD 系统的快速定制技术以及模具生产过程的动态优化调度技术，开展模具企业知识管理和知识运用系统的研究与产业化，帮助康佳模具公司减少模具设计和制造错误、提高模具质量、缩短模具生产周期，全面提升康佳模具公司的管理水平，增强企业模具自主开发能力和竞争能力。

同时，该项目的实施，在珠江三角洲起到示范效应，加速广东省模具设计制造技术的提升，带动地区和我省模具产业的壮大与发展，促进广东省模具产业做大做强并参与国际竞争，促进广东省国民经济的可持续发展。

1.2 国内外的发展现状模具是制造业的重要基础装备，没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。

《国家“十一五”模具工业发展战略和目标》中提出，经过“十一五”努力，使我国模具水平达到2010 年时进入亚洲先进水平的行列，再经过10 年的努力，2020 年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。

2010 年的几项具体目标包括：1)模具精度达±0.00lmm；2)模具生产周期比现在缩短30％左右；3)机床数控化率和CAD/CAM 技术应用率比现在提高1 倍。

2010 年模具产业的总量目标达到1000～1200 亿元以上。

要扩大模具标准件的品种，提高精度，提高生产集中度，实现大规模生产，模具标准件使用覆盖率从目前约45％提高到2010 年60％，2020 年达到70％以上。

高水平模具比例要有较大提高，大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前约30％提高到2010 年的40％和2020 年的50％以上。

目前，我国的模具工业虽然己有相当技术基础并在快速发展，模具总量已位居世界第三，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口量达到几亿美元，从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。

广东是中国现在最主要的模具市场，而且还是中国最大的模具出口与进口省。

全国模具产值有40%多来自广东，而且模具加工设备数控化率及设备的性能、模具加工工艺、生产专业化水平和标准程度领先国内其它省市。

目前在全国排序前10 名的企业中，广东占有5 家，世界最大的模架供应商和亚洲最大的模具制造厂都在广东。

美、日、欧等发达国家和地区的模具企业，之所以有很高的设计制造水平，除具有丰富的设计制造经验外，关键是全面使用了数字化设计制造技术，极大地提高了模具设计制造水平。

这主要表现在，CAD/CAE/CAM 技术已获得广泛的应用，实现了全3D 设计和CAD/CAM 的集成，而且CAE 分析技术已成为模具设计过程中不可缺省的重要环节。

通过利用CAE 技术预测成型过程可能出现的缺陷，改进设计，提高设计质量，减少试模次数，缩短试模时间，极大地缩短模具制造周期。

另外，美、日、欧的模具企业，特别是一些较大规模的模具企业基本上都采用先进的管理信息系统，从生产计划、工艺制定，到质检、库存、统计等普遍使用了计算机，实现集成化管理，公司内各部门可通过计算机网络共享信息。

然而，国内模具行业在采用CAD/CAM/CAE 等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。

在应用CAD 技术设计模具方面，目前多数企业仍采用2D 与3D 并举的方式。

3D 主要用于型面设计，2D 则用于结构设计，这种设计模式，不仅易出错，而且CAD 和CAM 不能有效地集成在一起，既费时，质量又得不到保证。

而在CAE 技术应用方面，形式则更不容乐观。

目前将CAE 分析作为模具设计过程中必不可缺少环节的企业不足1％，偶尔使用的企业也不超过10％，多数企业仍以经验分析为主。

这就使得大多数模具企业的模具设计质量得不到保证，试模次数和试模时间大幅度增加，难以加工出高质量的模具。

在模具的生产管理方面，由于模具生产过程的经验依赖性、订单的随机性，使得模具生产过程动态多变难以控制。

目前国内大多数企业仍停留在粗放的人工跟模方式来管理，一旦模具数量较多时，管理已无所适从，经常出现顾此失彼的现象，导致加工质量无法得到保证，延期交货极为普遍。

具体来讲，我国模具行业的发展现状表现在以下几个方面：(1) 设计手段相对较落后，主要以二维设计为主图1所示为与模具设计有关的CAX(CAD/CAM/CAE)技术现状及其发展。

表1对这些设计新技术在国内的应用情况进行了对比。

图1 我国模具设计技术现状及发展趋势表1 国内模具CAX设计技术应用概况(2) 企业管理水平较低国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。

信息集成化较低，经常出现不一致，不能实时响应变化。

企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。

(3) 专业化程序低我国模具生产厂家多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，国外70%以上是商品模具；专业模具厂也大多数是“大而全”、“小而全”的组织形式，国外大多是“小而专”、“小而精”。

(4) 开发能力不足，经济效益欠佳大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。

一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少;更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视，在市场经济中常处于被动地位。

我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，国外模具工业发达国家大多10-20万美元，有的达到25-30万美元。

我国模具企业经济效益差，不少企业亏损，缺乏后劲。

大型复杂精密模具不能大规模生产，通常依赖进口。

1.3 国内外发展趋势随着计算机科学和其他学科技术的发展，计算机技术、网络技术、先进制造技术得到迅速发展，而这些技术将更多的用于模具的设计制造过程中。

具体来讲，从模具的设计制造等方面将有以下发展趋势。

(1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术，实现3D设计CAD/CAM/CAE技术的应用是模具制造技术发展的动力。

随着计算机技术的发展，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。

开展三维实体设计，可使设计更为直观，并通过与相关过程的信息集成与应用，大大提高模具设计制造的质量，缩短生产周期。

(2) 模具加工设备向高速、一体化方向发展国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达40000～100000r/ min，快速进给速度可达到30～40r/min，加速度可达1g，这样就大幅度提高了加工效率，并可获得Ra≤μm 的加工表面粗糙度。

高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工技术的发展，特别是对汽车、家电行业中大型精密模具制造注入了新的活力。

(3) 模具生产专业化和标准化由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，模具专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。

模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务。

模具结构的统一，有利于制造工艺的统一，有利于制造周期的缩短和生产成本的降低。

(4) 并行工程和知识工程的应用并行工程和知识工程是随着CAD/CAM发展出现的新方法。

CAx中各系统的专家系统的开发与完善、各专家系统之间以及专家系统与知识库之间的知识熔接问题、设计决策的冲突消解机制的完善、系统的一个子系统更新后系统的稳定性和兼容性问题等，都是今后在模具设计中应用研究方向。

(5) 管理信息化采用信息化管理技术是模具企业发展到一定规模后的必由之路。

实现企业信息化管理能保证将关键的准确的数据及时地传输到相应的决策人的手中，为企业的运作和决策提供数据。

参考文献[1] 潘柏松.注塑模适应性重构设计方法研究[博士学位论文]，浙江工业大学.2007.2、研究内容、技术路线及目标2.1 主要研究开发内容本课题的研究目标是从康佳模具的数字化设计、制造、管理需求出发，在课题组已有的模具CAD/CAE/CAM 系统、模具生产管理系统等成果基础上，进一步研究开发面向模具设计制造的知识重用技术、基于CAE 的模具优化设计技术、模具CAD 系统快速定制技术以及模具生产过程的动态优化调度技术，为模具企业提供系列设计、制造、管理应用系统（工具集），并采用基于SOA(Service-OrientedArchitecture)的架构集成相关应用系统，从而构成一可伸缩、可客户化定制、可集成企业已有系统的数字化模具设计制造集成系统。

为提高模具企业的技术水平提供信息化总体解决方案和成套技术。

2.2 拟解决的关键技术问题针对上述研究目标和任务，本项目拟解决以下几方面的技术难点问题：1）知识管理和重用。

由于模具的设计制造过程对经验的依赖性强，因此如何收集、整理、并应用模具企业已有的经验知识以及设计制造过程中产生的新经验知识，实现知识重用，是本项目要解决的技术难点之一。