PDM、NX深度应用于“福田模具”

2003年福田模具应用Teamcenter搭建了PDM系统平台，经过多年的数据积累和完善，目前已经建成了独具特色的PDM知识积累平台。所有技术资料数据都非常规范的保存在PDM数据库中，形成了一个丰富的知识库。2003年底在PDM系统基础上成功推广三维实体设计，2005年福田模具三维实体设计与模具FMC实型三维加工技术得到了有效的结合应用。通过NX软件的干涉检查功能，对模具进行工作状态、非工作状态和机构运动状态干涉检查，铸件壁厚检查，避免干涉现象出现。

1 前言

    山东潍坊福田模具有限责任公司（以下简称福田模具）是北汽福田汽车股份有限公司下属一个专业模具厂，面向行业和社会从事汽车覆盖件的模具设计和制造。为福田公司和国内二十几个汽车厂家提供汽车覆盖件模具、检验夹具及技术服务。企业“全装配三维实体设计技术”、“全系列模具运动仿真技术”、“FMC全型面泡塑加工技术”、“车门窗口内外同时压合技术”、“NC全程序化加工技术”、“螺孔同步制造技术”、“逆向工程技术”、“精加工技术”、“汽车模具检具技术” “无人自动化加工”等先进技术的应用，使福田模具走了在汽车模具行业的前列。

    福田模具PDM系统通过多年的推广应用，现在所有的设计工作都在PDM平台展开，在PDM平台内，建立了全系列三维标准件库、各种产品数据库，产品零部件分类管理库,模具设计检查用用机床刀具库，提高了设计效率，规范了设计过程，为下游的CAPP、ERP、MES提供数据基础，保证数据的一致性。同时结合三维实体设计、编程技术的推广，技术管理及车间生产一线全面应用PDM系统。

2 应用案例

    2.1 全项目全过程在PDM中管理

    按照不同的项目分类，与项目开展相关的所有数据均放在PDM中，保证全公司所有的部门能够基于同一个数据平台查询和调用数据。主要的类别如图1所示。每个文件夹中又分别存放来自各个生产环节的相关数据。例如设计数据文件夹包含每个零件的各序模具相关数据（如图2所示）。

图1 项目管理结构树

图2 具体零件结构树

    更重要的是：通过TC二次开发，可以自动创建项目树形文件夹结构

    2.2 知识积累的PDM深度应用

    福田模具数据库的平台不但有完整的全三维标准件库；各种设计规范；每个项目的技术协议、产品数据、开发计划、设计数据、质量信息、模具的调试记录、模具的交付信息、CAM数据、设备参数等;而且还有经过整理的典型冲压件的工艺方案，CAE分析过程以及各种应用软件的使用说明、常见问题和解决办法、使用技巧等。下面仅就在应用软件方面的知识积累做简单介绍。

    在应用软件方面，福田模具安排专人对Teamcenter和NX相关技巧和常见问题及解决办法进行不断的总结和汇总，最终在数据库中实现共享。当设计人员遇到问题时会主动在数据库中查找相对应的解决办法。如果没有找到适合当前问题的解决办法，接着将带有问题实例提交给管理员，由专职管理员对问题进行研究，找出问题的最佳解决办法，并随后对解决办法进行整理，形成文档后添加到数据知识库中共享。同时将出现问题的文件一并挂在数据知识库中方便设计人员练习问题的解决办法。（如图3所示）

图3 PDM知识积累——软件常见问题及解决办法

    2.3 全三维设备参数库

    福田模具针对不同的项目、不同的使用厂家分别建立全三维机床参数，包含工作台大小、顶出杆位置及最大顶出高度、工作台面距离地面高度、上滑块大小、打杆位置、油盒位置、工作台移动方向、机床气源位置等，全三维机床参数可以直观验证模具安装是否可行，提前预防模具安装缺陷。（如图4所示）nextpage

图4 全三维机床参数

    2.4 全系列三维标准件库、标准件批量“再生”

    本着分步实施，全面完善，先是用什么建什么后是用什么有什么的整体思路，目前全类型全系列的全三维标准件库已经建造完成。目前已有汽模模具标准、三住标准、三协标准、大连盘起标准、各种氮气弹簧标准、多种企业标准、福田模具标准等数万个标准件。

    另外由于国家标准变化，行业标准变化等，同样的标准件，仅仅因为编码的改变就需要在系统中重新创建,这些新建的数据并未在生产过程中得到验证，其准确性无法保证，一旦数据有误，将对后续生产带来不可估量的损失，甚至严重影响生产制造周期。为此我们专门开发了标准件批量再生成功能，基于该功能企业可以沉着应对标准件编号的各种变化。

    2.5 全标准模板和局部标准模板相结合

    拉延模、修冲模、翻边模等标准模板与标准端头、标准吊耳等模板相结合，统一了模具外观、提高了设计效率、减少了设计失误。图5为模具标准端头示意图：该标准端头全部通过后台参数控制.

    a、可以很方便更改模具端头的宽度、高度和相对中心的位置；

    b、在同一个模版可以只改1个参数达到更改导柱、导套安装部分；

    c、安全区着色并且位置可以跟着改变；

    d、加强筋可以根据高度值自动出现或者消失；

    e、中部减轻孔的数量可以自动增加或减少，大小可以自动调整；

    f、上下模中部的定位键槽及相关面形式可以根据减轻空的数量变化自动变化。

图5 标准端头示意图

    2.6 完全基于PDM系统的标准件全装配式三维实体设计

    三维实体设计是整个模具开发工作的源头，通过三维实体设计可以为后续工作提供非常直观的三维数据，对后续的工作效率有很大提高。PDM系统对于模具的三维实体设计有着非常规范和严格的管理，对部件的权限和版本的管理非常严格，确保系统内数据的唯一。同样的部件在PDM系统中只有一个，数据量小，操作方便，所有的人员在PDM中都可以共同使用。基于PDM的三维设计还可以自动汇总生成模具的明细表，其中包括模具部件的零件号，名称，规格，标准件号，热处理等各种相关信息，这些工作都是PDM系统自动完成的，大大提高了工作效率和准确性。

    尤其是标准件、标准结构（如标准吊耳）、非标零部件全部采用装配式设计可以有效提高设计效率、减少设计失误、可以更方便数据管理、便于图纸审查和查询、便于开展各种设计验证（动态和静态干涉检查）、可以做到全公司数据的无交接传递。

图6 标准件全装配式三维模具示意

    2.7 弹性标准件实现可变形装配

    对于类似弹簧、氮气弹簧、回程弹簧的弹性标准件由于设计者在调用的过程中对于变形量有着不同的需求，而传统意义的装配只能通过引用集来实现，如果想实现装配不同变形量的弹性标准件则需要建立无数个引用集。

    福田模具针对此问题进行了深入研究，率先将弹性标准件可变装配技术应用到标准件库的建立过程。为企业解决如下问题：弹性标准件无法正常参与装配干涉检查问题、弹性标准件压碎现象和氮气弹簧爆炸隐患。

图7 模具用弹性标准件示例nextpage

    2.8 模具静态干涉检查

    静态干涉检查对于三维实体设计是非常重要的一步，可以全面发掘意想不到的干涉现象，可以将未来在生产环节才能发现的干涉问题消灭在设计验证阶段，可以大大减少原材料成本和生产制造周期。

    2.9 模具动态干涉检查

    单纯的静态三维干涉检查只能保证模具所有零部件在最终工作状态不干涉，并不能保证模具在工作过程中不存在干涉现象，所以需要对整个运动过程进行模拟分析。

    福田模具针对复杂模具运动过程中易出现干涉现象，借助先进的机构运动仿真技术，对复杂模具的运动全过程进行仿真分析，并依据仿真计算结果对模具结构进行优化，从而在设计阶段发现问题、消除隐患.有效提高设计阶段的效率和准确性，最大限度地减少装配调试的时间和降低成本，降低了如压合模、子母斜楔、侧冲、侧修边、侧翻整类复杂模具的设计难度和减少了三维实体模具的干涉、提高了三维实体设计水平、缩短了模具生产制造周期.

    2.10 铸件壁厚检查智能化

    通常我们检查模具铸件壁厚是否符合要求多采用动态数字样机的方式（也就是动态截面），这种方式的优点是可以直观地看到需要检查的部位壁厚情况，但是缺点也是很显然的，那就是偶然性强，由于鼠标的拖拽速度不同和关注的角度不同容易出现检查疏漏。

    通过NX软件的壁厚检查功能可以完整地检查某个零件不同部位的壁厚情况，并能通过不同的颜色加以区分。（如图8）

图8 铸件壁厚智能化检查

    2.11 零部件信息发布纠错检查机制保证数据正确性、完整性

    完整性检查：在填写属性表单时系统将自动检查所填内容是否完整，如果不完整将不予通过并给出相应提示信息指导设计人员完成。。

    关键内容检查：在零部件信息向下游数据库系统发布时会检查关内容，如果存在则检查其完整性，如果不存在会弹出对话框提示。

    设计规范性检查：在BOM输出或发布时会检查一些设计规则，如果在表单填写时规则错误，则系统会中止相应的操作，将错误信息汇总为错误报表自动打开，方便设计者快速查找错误源头，提高设计效率。

    2.12 FMC全型面泡塑加工

    三维实体设计与FMC实型（消失模）全型面加工作为一种先进的设计、加工方式，改变了以往模具实型手工制作的生产组织形式，提高了铸件质量和制作效率，减少了加工余量；提高了生产效率及模具外观质量。目前，福田模具已经全部实施了三维实体设计，并全部推行了FMC全数控加工方式。

    2.13 产品图号更改时，批量修改ITEM ID，数据集等的编号

    时常我们会遇到以下问题，某个车型编号方式和内容发生了更改，那么该车型的所有零部件的编号都需要修改，每个零件对应的所有模具的编号都需要更改，需要手动修改所有信息的Item ID编号和其他多项内容，工作量大，易出错。批量修改功能在更改产品图号时，会自动批量的修改所有零部件的相同部分的编号：例如产品图号为ABCDE8080049，此产品下所有数据集图号为ABCDE28080049-*,当该产品的图号修改为EDCBA8080049时，此产品下所有数据集图号也随之修改为EDCBA8080049-*。

    2.14 文件的批量导入、导出 

    可以非常快速地将一批技术资料从PDM数据库中导出以后发给某某厂家；将来自某某厂家的一批技术资料导入数据库中实现数据资源共享。

3 分析与结论

    基于功能强大PDM系统，利用先进的NX设计软件进行汽车覆盖件模具三维设计和FMC全数控加工，具有多方面的优点。它能大大提高设计效率和设计质量、节约成本、缩短模具生产制造周期.

    信息化系统实施的成功与否不仅仅取决于企业什么时间选择、购买了某个系统或者某种软件，更重要的是企业的使用部门利用这些软件做了哪些工作，在哪些方面为企业提高了效率、规范了数据管理。