模具管理系统设计与开发

摘 要

　　模具行业多品种小批量的特点导致了传统的人工管理模式已经不能适应现代模具企业的发展，这就使得信息化的应用成为必然。本文在分析模具行业的特点和企业实际需求的基础上，将 CBR 技术和甘特图结合到模具的生产过程中，针对模具的生产过程开展课题“模具生产管理系统的研究与开发”。主要结论如下：

　　1. 结合模具生产的特点，对系统的需求进行了详细的分析，建立了客户端/服务器（C/S）结构的系统框架，对系统进行了功能模块的划分并具体阐述了各模块的功能，对系统的总体流程进行了详细说明。对系统的数据库进行了设计，利用E-R 模型图进行了工艺库的概念设计，并用 SQL Server 数据库管理系统实现了工艺库的逻辑设计。

　　2. 研究了系统所用的关键技术。根据工件内部与外部的工艺相关性约束以及时间约束，利用甘特图实现了生产排程；采用了基于案例推理的设计方法进行加工工艺的制定，研究了零件案例的表达以及检索方法，有效提高零件工艺制定的效率。

　　3. 对电极的数控加工工艺进行了研究。根据电极的分类，建立与每类电极相对应的加工模板，利用 MFC 和 MenuScript 对 UG NX 软件进行二次开发，实现电极编程过程中坐标系、几何体的建立和加工模板的调用，最终完成电极的自动编程。

　　4. 利用实例对模具生产管理系统和电极的自动编程进行了可行性的验证，并说明了系统的运行过程。

　　关键词：生产管理；模具；CBR；甘特图；电极；编程

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;

　　“模具是工业生产的基础工艺装备”已经得到越来越多的人的认可。模具加工是材料成型的重要方式之一，与机械加工相比，具有工序少、材料利用率高、能耗低、易生产、效益高等优点，因而在汽车、能源、机械、电子、信息、航空航天工业和日常生活用品的生产中被广泛应用。据统计，工业产品中粗加工零件的 75%、精加工零件的 50%、机电产品中零件的 70%以上和家用电器中 80%的零件都需要模具进行成型加工。正因如此，在国际上，模具行业被称为“工业之母”[1-2]。

　　此外，模具还可以起到放大效益的作用，利用模具生产的产品，其价值一般可以达到模具本身价值的几十倍甚至上百倍。根据国外统计资料显示，模具可带动其相关产业的比例大约是 1:100，即模具发展 1 亿元，可带动相关产业 100 亿元。

　　模具行业的快速发展极大地促进了各个行业产品的发展，因此被世界各地各行业的人们称赞。美国的工业界把模具行业视为“工业发展的基石”；模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”；在联邦德国，模具被冠之以“金属加工业中的帝王”之称；在罗马尼亚，有“模具就是黄金”之说。由此可见模具工业在世界各国经济发展中具有极其重要的地位。模具设计制造的水平决定了其后续加工产品的质量，从而关系着产品的经济效益，对于企业新产品的开发尤其重要。总而言之，模具技术的高低反映了一个国家产品制造水平的高低[3]。

　　近二十年来，随着我国经济和工业水平的发展，模具工业也得到了快速发展，2010 年中国模具行业产值达 1120 亿元，同比增长 14%。《中国模具工业“十二五”规划》提出 2015 年中国模具工业总销售额 1740 亿元，其中出口模具达到 40 亿美元的目标，明确指出在“十二五”期间，国内市场国产模具自配率达到 85%以上，中高档模具的比例达到 40%以上，重点骨干企业达到 160 个左右，其中 10 亿元级企业 10 个左右，这为中国模具制造企业提出了发展的明确方向。经济发展的同时带来的是产品的快速更新换代，而一切产品的更新都离不开模具，因而只有缩短模具的生产周期，才能使我国的工业产品在世界上占有一席之地[4-5]。

　　缩短模具生产周期的一个重要手段就是实现生产的信息化，信息化可以把企业中设计、计划、加工有机地结合起来，将企业运作过程中的不同阶段、不同部门紧密地联合在一起，更好地实现生产的并行过程，从而缩短模具生产周期，使企业更好地适应市场需求。

　　制造业信息化是现代制造业发展的大趋势，也是国家信息化发展战略的重要任务。模具企业的信息化建设对于模具行业的发展、提升模具企业的核心竞争力有重大的意义。我国目前正处于由制造业大国向制造业强国转变的过程中，信息化是这种转变的助推器，因此信息化的建设是模具行业所面临的一个重要任务[6]。

　　模具行业的信息化主要包括两个方面：技术方面的信息化和管理方面的信息化。技术方面的信息化指的是模具设计制造过程中 CAD/CAE/CAM 技术的应用，在这一方面，国内模具企业的应用较早一些，应用较多的 CAD/CAM 软件包括 UGNX、ProE 等，CAE 软件主要是 MoldFlow、DYNAFORM 等。但是，这些企业应用的大都是面向机械行业应用较广的通用的 CAD/CAE/CAM 软件，这些软件功能都很强大，但对于模具行业来说，其针对性较弱，不能有效地提高模具设计制造的效率。如何更好地应用这些软件，使其更好地发挥作用成为高校和公司研究的方向。近些年，面对模具行业发展的需求，国内一些高校和公司开发了面向模具企业的 CAD/CAE/CAM 系统，具有较高的实用水平，如 Progressive Die Wizard 和Mold Wizard、FASTAMP 系统、KBE 系统、CAXA 系列软件和 IPMCAD 系统等。

　　但是，在模具企业中，不仅需要在模具设计制造中利用信息化，在模具管理方面更需要信息化。随着产品更新换代速度的加快，模具的发展趋势为制造周期更短、成本更低、质量更好，想实现这个目标靠传统的人工管理方式是不可能的。

　　由于模具行业与其他行业的不同，只有信息化才能提升模具企业管理水平。在模具行业发达的欧美国家中，基本上已经实现了信息化管理，但我国模具行业开始较晚，基础薄弱，再加上科技水平低，造成模具管理水平较低，信息化管理水平更是远低于国际水平。即使有一些管理系统，也只是对库存、职工、财务等方面的应用，但这对模具企业是远远不够的。在管理方面建设信息化，可以有效解决管理上的瓶颈，实现信息的快速传递与转换，提高管理的效率[6-7]。

　　国内的大多数模具企业规模并不大，但是模具行业的特征造成了模具在生产过程中计划多变、不能有效控制总体进度的现象。因此，对于我国的模具行业来说，生产管理的信息化是不可避免的。根据我国模具行业的发展现状来看，模具企业在生产管理的过程中主要存在以下问题：

　　（1）客户和模具订单的随意性，造成企业的计划不断调整，管理人员不能有效的控制模具制造的整个过程。

　　（2）模具生产制造比较复杂，比其他行业更依赖于工人的经验，往往工艺员在编制工艺的同时会进行生产计划的安排，而计划员也会对车间进行调度和管理，从而导致模具的制造过程变化频繁。

　　（3）加工设备的具体使用情况如机床的使用、暂停、故障状况不能及时掌握，在排程时，上述情况就会造成生产计划的不准确，有可能导致订单的拖期。

　　（4）企业管理人员无法对各个零件及工艺实行有效的追踪和控制，当模具产品出现问题时，不能及时找到责任人；零件加工结束时不能及时反馈到管理人员，使其不能及时了解任务的进度。

　　对模具行业而言，与企业信息化相关联的技术主要包括企业资源计划（ERP）和制造执行系统（MES）。如何针对模具行业的特点，结合 ERP、MES 技术，建立适用于模具行业的管理系统是提高模具企业管理水平的关键。

　　企业资源计划（ERP）是 90 年代初期由美国着名的咨询公司美国加特纳公司（Gartner Group Inc.）首先提出的一种管理理念，它是在物料需求计划（MRP：

　　Material Requirement Planning）和制造资源计划（MRPⅡ：Manufacturing ResourcesPlanning）的基础上发展起来的更高层次的管理理念和模式。ERP 对传统的 MRPⅡ系统来讲是一次大的飞跃，它着眼于供应链上各个环节的信息管理，能满足同时具有多种生产类型企业的需要，扩大了软件的应用范围。目前，ERP 已经拥有很多非常成熟的商用产品，如 SAP、ORACLE、BAAN 等，国内许多知名企业如海尔集团、长虹集团、红塔集团、联想集团等纷纷实施 ERP 项目[8]。但是，现有的成熟商用 ERP 产品更适用于生产大批量产品的企业，而不适用于模具企业，主要原因在于 ERP 产品的功能更多的是面向大批量生产定制的，模具企业想要应用，就必须结合行业自身特点进行定制化改进。

　　模具管理系统设计:

系统登陆界面

 密码修改

工艺路径窗口

工艺相似度查询

生产排程

工件接收

加工统计

生产进度

目 录

　　摘要
　　Abstract
　　第 1 章 绪论
　　　　1.1 引言
　　　　1.2 模具企业的信息化现状与需求
　　　　1.3 模具生产管理的国内外研究概况
　　　　1.4 课题的主要研究内容
　　　　1.5 本章小结
　　第 2 章 相关技术及理论
　　　　2.1 开发环境
　　　　2.2 数据库技术
　　　　　　2.2.1 数据库的选择
　　　　　　2.2.2 数据库访问技术
　　　　2.3 CBR 技术
　　　　　　2.3.1 概述
　　　　　　2.3.2 关键技术
　　　　2.4 甘特图
　　　　2.5 本章小结
　　第 3 章 系统的结构与功能
　　　　3.1 系统需求分析
　　　　　　3.1.1 模具生产的特点
　　　　　　3.1.2 系统的需求分析
　　　　3.2 系统总体设计
　　　　　　3.2.1 系统框架结构
　　　　　　3.2.2 系统功能设计
　　　　　　3.2.3 系统总体流程
　　　　3.3 工艺库设计
　　　　　　3.3.1 工艺库概念设计
　　　　　　3.3.2 工艺库逻辑设计
　　　　3.4 关键技术
　　　　　　3.4.1 生产排程
　　　　　　3.4.2 加工工艺的编制
　　　　3.5 本章小结
　　第 4 章 基于 UG NX 的电极自动编程
　　　　4.1 UG NX 二次开发技术
　　　　4.2 电极在 UG NX 中的编程
　　　　4.3 电极的数控加工工艺
　　　　　　4.3.1 电极的结构
　　　　　　4.3.2 电极的加工工艺
　　　　　　4.3.3 电极加工模板及其建立
　　　　4.4 电极自动编程的实现
　　　　4.5 本章小结
　　第 5 章 系统的实例验证
　　　　5.1 模具生产管理系统实例验证
　　　　　　5.1.1 系统登陆
　　　　　　5.1.2 用户管理与系统管理
　　　　　　5.1.3 零件工艺
　　　　　　5.1.4 生产计划
　　　　　　5.1.5 生产管理
　　　　　　5.1.6 统计
　　　　5.2 电极自动编程实例验证
　　　　　　5.2.1 启动电极自动编程
　　　　　　5.2.2 自动调整电极
　　　　　　5.2.3 调用加工模板
　　　　　　5.2.4 生成刀具路径
　　　　5.3 本章小结
　　第 6 章 总结与展望
　　参考文献
　　攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
　　致谢

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