快速模具网络化制造服务平台的研究与开发(下)

HEATS

　　客户管理主要包括客户信息的登记和修改、自有客户的维护、客户档案的查询、售后服务的管理。通过客户信息的登记和修改模块可以将远程用户的信息存储到服务中心，并可实现用户对其信息的远程修改；自有客户的维护主要是对那些不能通过Internet进行服务的用户(通过电话、传真等方式联系业务)的信息的维护；客户档案的查询和售后服务的管理主要为服务中心日后与用户业务往来和进行客户关系管理所用。电子商务主要包括在线商务洽谈、在线报价、制作时间的预估和电子合同管理4个功能子模块。通过视频会议系统实现客户与服务方在线商务洽谈；通过成本估计器和时间估计器实现在线报价和生产周期的预估；电子合同管理主要实现在线合同签订、远程用户合同的查询和存储等管理。制造服务由制造任务管理器、协同制造服务器、生产过程监控器和协同制造企业工艺能力管理四大功能子模块组成。

* I- c8 ]: e0 |: i% U, x- d# O : v6 A d& `" x! I

　　制造任务管理器主要实现任务的登记和管理、零件排队等服务；协同制造服务器主要是将本服务中心不能完成的任务分配到各个协同制造企业中，构建虚拟企业，动态优化资源，实现制造资源的共享，最大潜力发挥各个RE/RP/RT设备能力；生产过程监控器主要是为了保证对用户任务的及时完成而对生产制造的全过程实施监控，采用监控点来不时的获得协同制造企业的最新任务完成情况，对可能出现的差错及时处理，最大限度地降低出错率。协同制造企业工艺能力管理主要对协同制造企业的工艺能力和设备使用状况进行综合的管理，以为协同制造服务器提供规划的依据。在电子商务、制造服务和信息咨询活动中，客户与服务方需要进行信息的时实交流，这主要通过协同工具中的视频会议系统、电子白板系统和文件传输系统来实现。最后，还可通过系统导航模块实现在线帮助、使用指南和问题解答等功能，使远程用户尽快熟练使用本系统，快速排除系统使用过程中的疑难问题。

7 O0 ~- C i n

　　根据服务平台的工艺流程和系统包括的功能模块，构建了如下快速模具网络化制造服务平台的总体结构框架图和研究与开发路线。

# \# S- y2 O5 U

　　3快速模具网络化制造服务平台关键技术的实现

2 X0 p- g& p+ P8 K. o. C) C# a

　　(1)RE/CAD/CAE/RP/RT系统的数据集成

" D4 J* t2 b4 Z7 u$ R, }

　　在快速模具制造过程中，数据流起到了重要作用。但是RE的输出一般为IGES格式，而RP采用的是STL格式，CAD采用的是IGES，DXF，STEP等格式。这种数据格式的不统一造成了系统难以集成。系统需要频繁的进行数据格式的转化，造成精度和效率的损失。因此，本系统采用基于STEP格式进行数据的集成，采用STEP格式一方面可以提高原型的表面质量，另一方面，由于STEP数据量小，更适宜远程服务。为了提高RE到CAE的效率和精度，开发了RE与CAE直接集成的软件，将反求测量点云数据经过平滑、分段、对接、布尔运算、保精度减缩等处理，用点云数据直接生成STL网格，再由STL网格根据一定的准则和算法划分为有限元网格(如双面算法、Delaunay准则、投影准则)，最后进行有限元分析。RE必须实现与CAD的高度集成才能有效发挥两者的功能，开发了基于RE的三维CAD几何模型复构软件。

' R: [0 D$ Q3 [& U8 `

　　(2)基于Web的RE/RP/RT多工艺动态规划

　　根据远程用户提交的任务，服务平台必须规划出最优的RE，RP，RT实现方法，以供后续的快速模具制造成本计算、远程报价、制造生产周期预估和动态资源优化所用。因为对于一个具体的制造任务，快速模具制造过程采用的工艺方法与工艺路线是不同的，一个完整的制造路线是不同技术环节(RE，RP，RT)中的不同工艺方法(如RP技术中SL，SLS，LOM，FDM等，RT技术中的硅橡胶制模、环氧树脂制模、电铸制模、金属喷涂制模、基于RP的精密铸造等)的组合,各种不同的工艺方法组合制造出的产品的质量、材料、极限数量是截然不同的,而目前RE, RP, RT各项技术都有多种工艺方法,每种工艺方法除了有本身的工程特点(精度、表面质量、材料、成本等)以外,在实施RP&M集成制造与其他技术工艺组合时,又有其适配的工程特点(如RP与RT工艺组合时其原型材料的消失性、热膨胀特性、与异构材料的亲和性、导电与电解特性等)。在网络化环境下,这个规划过程需要由服务平台的工艺规划器自动完成。为此开发基于ASP模式的3个选择器即“RE Selector”、“RP Selector”,和“RT Selector”。根据零件数量、精度和制作时间等条件自动决策选择出最优的RE、RP、RT实现方法，它们以WWW门户网站形式提供给客户。针对快速模具的制造工艺决策与优化是多方案、多目标的特点，首先建立了指标评价体系，然后采用最小加权均方差法进行多目标优化。最后同时考虑零件几何特征对工艺指标的影响，建立了表达零件几何特征映射关系的产生式规则库，并用数据库管理系统实现对数据库和知识库的统一管理和维护。整个工艺规划过程由Java Servlet在服务器端由创成式规划实现。

" n9 B2 ]$ O4 R9 T; _1 i! p, [ 1 r" \0 d1 {5 u

　　(3)基于Web的RE/CAD/CAE/RP/RT多工艺生产成本计算及远程报价系统

" V! i: r8 ]( Y7 k# z ; a! n% x9 V# y$ s. J$ l. \

　　基于RE/CAD/CAE/RP/RT多工艺生产成本的计算是一个非常复杂的过程。因为远程用户所提交的任务类型不同(实物反求、CAD模型、CAE分析、功能样件、快速模具)、任务的复杂程度不同(简单、中等、复杂)和交货周期不同，造成影响生产成本的因素太多，因此快速模具生产成本的计算是一个多目标、动态、优化计算过程。但是，不管远程用户提交何种任务类型，快速模具的总成本无非就是RE，CAD，CAE，RP，RT各单项成本的叠加组合。所以，根据工艺规划器对所提交任务规划的结果，分别计算出各单项工艺的生产成本，然后对该制造任务的所有单项工艺(可能是RE+CAD+CAE+RP+RT，也可能是CAD+RP+RT，或是RP+RT，总之，就是RE，CAD，CAE，RP，RT各工艺的组合)进行相加，即得到该任务的生产总成本。对于单项工艺成本RE，CAD，CAE，RP，RT因其原理、设备、材料不同，又有不同的计算方法，但是这些技术的报价都可以根据零件的包围盒、材料的价格进行精确的计算。例如，对于光固化快速成型(SLA)，通过对其制造成本的分析，可以以模型的加工时间为基础，同时兼顾其他一些较次要的因素，进行成本计算[C=F(K,T);T= s+tf)+ltn]。又如LOM快速成型工艺，可根据零件的包围盒、材料的价格进行精确的计算。为了实现远程报价，还开发了相应的软件平台，以支持向远程用户提供在线报价。

) I3 S* H& i' r- a. c9 ^ ; c1 G' Y; R; T) b* o6 Q: D9 _3 X

　　(4)基于Web的RE/CAD/CAE/RP/RT多工艺生产工时计算及生产制造周期预估

4 V8 B$ l6 U) R, j

　　基于生产制造成本同样的分析，对于远程用户所提交的任务，生产制造总的时间就是工艺规划器对所提交任务规划的各单项工艺所需时间的总和。因此，开发各单项工艺的时间估计器。即“RE Time Estimator”“RP Time Estimator”和“RT Time Estimator”。例如，对于RP工艺中的光固化成型(SL)的制作时间估计采用基于模型几何特征(一种基于STL文件，RP行业的实际工业标准)的光固化快速原型制作的时间估计算法，利用体积、有效表面积等参数和经过统计分析支撑结构因素来快速的估算模型的制作时间。

! w; [- l$ `" r# q( v / C7 W* K. ^, Y. R. m

　　(5)制造任务管理及生产过程监控

- R) u) z0 _. q9 m ( ?' L$ H0 T4 K h' {( P; h5 H8 U

　　对于制造任务管理及生产过程监控主要包括协同制造服务器、生产过程监控器和客户进度查询服务3个功能子模块。协同制造服务器就是针对用户所提交的制造任务，根据其时间和价格要求，将本服务中心不能完成的任务分配到各个协同制造企业。服务中心把具体的任务分为RE，CAD，CAE，RP和RT，最后规划出来的时间是这5种任务的某一个或几个的和再加上所有的商业交接时间以及邮寄所花的时间，如果这样的时间总和大于远程用户在制造任务中的时间要求，需要重新规划，或反馈给远程用户信息，需要远程用户进行重新调整。服务中心在实际工艺规划管理与控制中，还必须以下列规划原则作为约束：企业的信誉度；协同制造企业的工艺能力必须空闲；协同制造企业登记的工艺能力与远程用户提交的任务必须匹配；协同制造企业的工艺水平；协同制造企业工艺报价尽量最低；远程用户与协同制造企业商务运输线路要合理等。因为整个制造过程对RP&M服务中心而言是在异地协同进行的，这样对制造过程及质量的控制不再是按传统的人工管理方式进行，所以服务中心必须采用了一套完善的时间、质量管理与控制和合同监控方法，一方面协同制造企业需要及时将任务的完成情况提交到服务中心，以供客户对其制造任务的进度进行查询；另一方面采用监控点来不时的获得协同制造企业的最新任务完成情况，对可能出现的差错及时处理，最大限度地降低出错率。监控点是设在每个具体的协同制造企业中。

　　4结论

　　目前，该系统已在西北快速成形生产力促进中心投入使用。系统运行良好，实现了企业和用户的“双赢”，缩短了模具的开发制造周期。例如，四川长虹集团DVD机面板模具的开发项目，整个项目由四川长虹集团、西北快速成形生产力促进中心、陕西模具工程中心3家异地协同开发单位组成，与传统制造模式相比：开发制造周期缩短了60%，开发费用降低了75%。实践证明，本系统具有功能齐全、可靠性高、运行稳定、便于操作与维护、人机界面友好等特点。当今世界已进入了“信息化、知识化、全球化、市场化”的时代。“数字化和网络化”已成为当今企业最为显著的生产特征。制造企业和客户的分散化和国际化，市场竞争的激烈化，都提出了远程制造服务的需求。笔者以快速模具的开发制造为背景，研究和开发了快速模具网络化制造服务平台，为我国制造业的信息化、网络化做出了有益的探索。

- Y" S) d& V: H# i- r 3 q& V9 I" {* N( K! ?