摘 要：讲述一个数字级进模具设计与制造的框架。该框架包含数据和进程两种功能，就好比嵌入了一个轻量级的PDM/PLM和WM系统。考虑到进程的固有属性，我们采用一个基于CAD的可变积分方法来快速建立系统。引入集成框架能够有效改进级进模具设计与制造的动态特性。
关键词：模具；设计；智能
1 引言
随着计算机处理器性能的不断提高，模具制造对数字化加工环境有极大的依赖性。独立的DM软硬件工具固然重要，但是只有当这些工具能够集成到一个通用的数据和线程模块当中的时候，整个产品开发过程才是最有效的，这就促进了集成框架、基于代理的架构的发展，因而在加工过程、动力和资源信息方面建立起了牢固的关系。过去一些技术如CAD、CAE、CAM甚至产品规划都因此而成为一个流水线渠道，便于产品的升级、更新和检修[1]。
级进模具设计和加工工程实际上是采用一系列工具大规模生产金属零器件，用到好多工程技术，比如人工智能和虚拟现实工具，这些工具有效地改善了开发的进程。这些工具的数据处理和功能整合滞后于DM的技术的进步。例如，在最近的一份报道中在整个级进模具开发过程中使用了基于知识的黑板模型，然而这个模型本身次于当前流行的多代理系统（MAS）。本文中提出了一集成框架为从智能级进模具中发展来的工具组合提供一个通用的软件机制，进一步发展下游的元器件加工或者计算机辅助处理规划工具，因此整个模具开发从设计到加工会高度集成化[2]。
2 智能级进机制
本文中提出的集成框架是智能级进模具系统的一个拓展，由新加坡国立大学以及新加坡高性能计算研究院开发和持续升级维护[3]。智能级进模具系统包含5个功能模块，即基于特征的建模、处理规划模块、模具配置模块、绘制准备和两个补充模块（模板管理和基于知识的外壳）。设计过程和相应的功能模块同步进行， IPD主动性的贡献主要体现在两个方面。首先，每一个步骤的设计信息会以基于特征的形式存储，这样设计元素就可以实现复用；其次，可以用3D虚拟技术实现虚拟化设计，例如三维的条状布局。这样就提供了附加的校验层，在设计的早期会减少设计误差。
3 对集成框架的需求
尽管IPD系统为级进模具设计提供了一系列的人工智能和虚拟现实技术，然而这仅仅是外部工具的集成以及其他下游加工功能的改进。IPD系统中的集成问题事实上是不同功能模块只见的互动性。也就是说，该技术把设计过程中的复杂性分解成为一系列可操作的任务同时将它变成一种合适的描述信息，这样下游的描述可以直接使用上游步骤的结果。此外，IPD系统在基于知识的黑板的作用下还支持一些可操作的集成功能。可包含一个通用的知识对像基和一个参考引擎来实现每一个功能模块的运算功能。它在功能模块之间提供了一个附加层，支持对象检索，对过程集成很有益处。在最新的IPD系统中， 壳使得每一个功能模块具有智能计算功能，所有的功能模块被进一步分割因而变得更加自主。因此，很有必要为这些自主模块提供一个集成框架，就好比嵌入了一个特殊的产品数据管理/产品生命周期管理和流水线管理系统。
4 集成框架的设计
为了很快建立集成框架，我们从CAD框架中借鉴了一些基础的想法，该框架在20世纪初初步形成而且很快在电器设计自动化领域被广泛使用。此外，一系列先进的系统建模设计和分析技术，特别是面向对象和分布对象技术被使用来鉴定和优化系统功能。
4.1 数据集成和过程集成
提出集成框架的主要动机是为原来离散的设计活动提供一个数据集成和过程即成功能，之前这些都是由一些列的设计和制造工具完成的。对于数据集成功能，终端用户采用一种全局性的数据，并由一套配置和版本管理设施支持。特定项目的数据会立即被集中并优化便于搜索、共享，并会以特殊的形式存储来避免数据冲突。而对于过程集成功能终端用户可以采用标准的过程序列。为了完成整个产品的设计和加工，终端用户不断咨询设计流程确保每一项任务以及采用的数据都是正确的。每一个独立任务完成之后，相应的数据输出会自动进去数据存储模块并作为配置数据被存储下来[4]。
4.2 整个工程环境以及框架的功能
本文提出的框架中，真个工程环境包括级进模具设计加工工具、集成框架等。该框架还包括一个共享的工作台、框架内核、两个数据库（广利数据库和原始设计数据库）。管理数据存储包含指向原始数据库指针的元数据。框架内核被设计成一种交易处理系统，该系统保障依赖于系统数据库的功能在工作台应用程序GUI直接干预或者其他通过包装的工具干预之下正常运行。CAX工具能在框架的监督之下自主运行，所有展示项目进度的结果都被框架存放进一个集中的存储模块。然而，目前主要的问题是模具设计和加工要考虑到很多复杂的数据和管理功能。因此，框架内核被进一步分解为三个单元，即数据和进程管理内核、元数据处理单元以及设计数据处理单元。
4.3 实现图谱
建立框架结构包含三个步骤。第一个步骤就是在不考虑细节的情况将主要步骤构造成一个大致框架；第二个步骤就是开发数据集库管理机制或者相关的信息模块，同时需要进一步明确框架其他模块的单元；第三个步骤就是开发工作台界面图形用户界面。简单的工具包装会使得他们能够在当前界面直接使用框架功能，因此，在原型设计过程中美誉考虑封装的具体实现途径。
4.4 轮廓框架
初级框架中功能被分为客户端功能和服务端功能。主要的相关实现策略如下所示。在这里企业级的基于Windows的以太网应该是主要的工作平台，元数据以及设计数据在服务端集中存放作为信息Hub。常用的面向对象的编程语Java用来实所有新建的框架单元。一个面向对象的数据库管理系统备用来作为存储元数据的管理数据库。远程访问数据库需要和一个应用服务器通信，该服务器和元数据库以及远实现线程之间交互。设计对象文件的传送使用CIFS协议，高协议能够使Java应用远程访问共享文件以及存放在SMB文件服务器路径中的文件。
4.5 系统建模以及数据库管理机制
根据面向对象的设计原则，实例化一个对象的软件系统就等同于一系列对象以相互关系的认定。一旦一个面向对象的模型建立，整个项目的开发工作也接近尾声。对于像现在设计的集成框架。这些对象可以被分为两个部分：要么是短暂的要么是持久可用的。先期需要一定的理论准备来奠基基础。尤其是在该系统中，一系列的IDEF0模型被用来定义相关性，其中整个框架和相关的工具协同工作。通过对整个框架提取特征来捕捉设计改变衰减属性。采用了一个先进的设计版本控制工具和配置管理模型来支持设计传播管理。最终，整个进程管理模型建立在产品管理模型的基础之上。
5 进程动态
一般而言，改进的集成框架没有改变级进模具设计和加工过程。然而，进程的动态性能可能会更具用户的想法得到有效的改进。在集成框架下工作，用户在进行局部设计和加工的同时能够对整个进程有所掌握。潜入的进程及其相互作用是为了得到更好的虚拟化的结果，这样可以降低用户对于IPD系统节能的掌握程度，从而降低技术压力。
产品数据管理功能保确保所有对于操作项以及产品版本的改进能够永久保留。这样用户在对多个未完成的进程进行操作的时候就不容器出错。而且，单一更改对于整个产品版本的改进也是对立与其他相关的更改。如果没有这些保障措施，对于不同原始设计的改进都可能会很麻烦。集成框架不仅能够使开发者共享最新的产品版本信息，而且还能提供并发工程策略。它能够对复杂的从序列化模具进行分解，使得不同的设计任务能够平行进展。例如，要在CAPP上完成的不同模具任务以及不同的版本配置更改任务都可以被分给不同的工程师来同时完成，这样就加快了产品的开发进度。
6 结语
本文中提出并设计了集成级进模具设计框架。为模具设计中产品数据以及多设计版能够进行智能管理。受到CAD设计框架的启发，全局性的系统架构以及功能要求被采用到模具设计过程中。开发过程中还采用了其他三个步骤。首先，在做出一系列设计实施计划的同时搭建起了一个空的数据库管理框架；第二个步骤就是开发管理数据库模块以及先关的信息模块，并进一步细化框架中的其他元素，同时还进行了先关的理论准备。最后，开发了一个工作台图形用户界面来测试和评估框架的性能。
本文中设计出的集成框架可以在许多方面进行扩展，而且在今后的工作中也要测试完成这些扩展功能。例如，该系统在更新之后可以进行新建管理以及项目进度报告，同时也可以让它支持不同用户较色的管理。在开发过程如果有工程师轮换或者替代开发之类带来的交割问题也很容易解决。
甘肃省自然科学基金项目号1112RJZA045 项目名称 基于混合智能学习算法的并行多机作业调度问题研究
参考文献：
[1]屈贤明.装备制造业的振兴和产品创新.中国机械工程，2002.4
[2]国家自然科学基金委员会， 先进制造技术基础 北京：高等教育出版社，施普林格出版社，1998
[3]张伯鹏，孟威，赵大泉等. 新型机器人化制造装备设计研究及建造清华大学学报（自然科学版），2000.8
[4]王治森，董伯麟，高荣等.车间数字化制造模式和web服务移动控制数控系统研究[J].数字制造科学，2006，4（3）：130.