0 引言
在激烈的市场竞争中，高端、复杂、精密模具对企业的研发、制造能力提出高要求，单件、无批量的特点对模具企业的研发能力提出挑战，市场的快速变化和竞争加剧要求模具企业有更高的效率，被市场认可的产品能否快速上市往往是企业成败的关键。模具是高质量、高效率的产品生产工具，模具开发周期在整个产品开发周期中占有重要比重，客户对模具开发周期要求越来越短，不少客户甚至把模具的交货期放在第一位置，然后才是质量和价格。因此，在有限的资源下，如何在保证质量、控制成本的同时缩短模具开发周期，提高模具开发效率是模具研发的首要问题。
目前大多数模具制造业，虽采用了一些先进的CAD/CAE/CAM技术，并收到一定的效果，但在总体上，我国的模具开发技术仍与市场需求有一定的差距，模具结构详细设计阶段主要是单人作业而非协同，而协同设计是缩短模具开发周期、提高质量与降低成本的有效方法。本文探讨了实现模具协同设计需具备的几个关键要素：并行性、任务指派、权限控制、数据同步和冲突检测消除机制，给出在NX Moldwizard中实现模具结构协同设计的可行性分析；指出模具结构协同设计方法主要由产品、模具结构特点和可调配资源决定，总结了NX Moldwizard协同设计的常用流程，并给出了工程应用价值案例。
1 模具的协同设计分析
传统模具设计模式呈现单人作业过程（见图1）。
图1 传统的模具结构设计流程
典型的单人作业的模具设计过程：设计人员对用户提供的产品的质量即产品模型可塑性进行分析（如导人数据是否损坏，是否光顺，是否自相交，是否有锐刺，有否跨界面、判断模型倒扣位置，拔模角度、壁厚是否合理等等），将分析的结果反馈客户进行沟通、协调后得到优化的可塑性良好的产品结构，然后再串行（有穿插）的详细设计模具的成型部分、浇注系统、模架、脱模机构、侧向分型机构、温度调节系统、排气系统等，一般设计周期较长，当设计任务较为繁重时，无法及时完成设计任务，限制了CAD作用的发挥。
计算机协同设计是指在计算机支持下，各协作成员合作一个共同的项目，承担相应部分的设计任务，并交互地进行设计工作，最终得到符合要求结果的一种设计方法。模具开发过程中的协同设计同样强调设计开发的相关过程同时进行，模具结构协同设计的典型流程（见图2）。
图2 模具结构协同设计典型流程图
因此在模具总体方案布置时，应充分考虑模具协同设计需具备的几个关键要素：
(1)并行性：在模具协同设计过程中，多流水线的工作方式决定了设计过程不再是单线串行，每个开发任务作为一个整体有一个顺序，复杂设计任务根据设计输入条件分解成若干分阶段或若干子任务，每个分设计阶段或每个子功能设计由各协同设计人员并行完成。
(2)任务指派：多设计人员的协同设计是多设计人员共同完成统一设计项目，所以要依据现有的设计输入条件对子任务进行合理的规划和分解，要求分工合理、明确（如根据模具功能模块进行分工：型芯/型腔系统，顶出系统，流道系统，紧固件等并结合实际设计任务量进行合理指派）。
(3)权限控制：多设计人员的协同设计对数据的读、写访问权限应有明确的设定，各设计人员可以访问且只能访问自己被授权的数据，不多不少。
(4)数据同步性：模具协同设计过程中，要实现各项目组成员间的协同，必须考虑设计信息的交互，确保各子任务数据来源一致，实现设计子成果的存储和共享。
(5)集成性：模具协同设计的集成不仅仅是设计成果的集成，还包括各分阶段子任务的集成，所以要求对整体任务进度节点进行严格的控制。
(6)冲突检测消除机制：模具协同设计过程中，由不同的设计思路或设计阶段引发设计冲突时，应有冲突的检测和消除机制。
2 基于NX Moldwizard协同设计的实现
NX Moldwizard应用自顶向下的设计方法，根据模具结构件的功能划分来组织模具文件结构并提供（见图3）树形文件装配结构管理形式：模具文件结构细分为模架、冷却系统（冷却水管）、浇注系统（浇口流道）、成型部分（型芯型腔）、侧抽芯（滑块斜顶）、顶出机构等在设计中通过数据锁定机制即对数据读取权不限，严格控制存写权唯一来实现对数据访问权限的控制；应用wave关联技术；针对复杂结构产品，将产品模型的同一层或不同层次之间关键几何模型进行关联拷贝，建立几何元素间的尺寸联系，从而方便实现复杂零件关联设计的方法，并接合NX提供的时间戳记方法来实现数据同步与设计结果集成（如重新打开选定的文件，重新打开所有被修改过的文件等）；并通过提供方便的干涉检查机制（静态干涉检查，模具运动仿真等）来解决集成中遇到的设计冲突。
图3 NX Moldwizard树形文件结构
NX Moldwizard环境下典型的模具协同设计过程见图4。主任设计师在对用户提出的产品可塑性进行分析，并将分析结果和客户进行反馈、沟通、协调后，得到优化的可塑性良好的产品结构，然后根据产品、模具结构特点和可调配资源（实际工作量大小/项目设计人员多少）对项目任务进行合理的规划和分解，并设定相关的数据访问权限，一般是根据NX Moldwizard提供的模具文件结构将项目分解成各相关子任务，项目组成员协同设计各子任务，在规定的进度节点，由主任设计师集成各设计子任务结果，并进行设计冲突检查和排除。
图4 NX Moldwizard模具协同设计工作流程
NX Moldwizard协同设计文件管理常见的两种方式见图5，通常协同设计可以采用同一档案或不同档案两种方式，前一种方式：协同设计人员将档案拷贝在各自电脑里，分别设计指定模块，然后定期将档案集成在一起；后一种方式是：协同设计人员打开同一档案，然后将自己不直接参与设计的模块关闭，并分别对自己设计的模块数据进行写操作且只能对自己负责的模块相关文件进行写操作。一般采用后一种方法进行文件管理，易于实现数据共享与同步。
图5 NX Moldwizard协同设计文件管理常见两种方式
对具有复杂结构的产品，可采用产品模型分割法来进行模具协同设计子任务规划，产品模型分割法是以化繁为简、化整为零为指导思想来简化复杂产品的模具协同开发任务．产品模型分割法协同设计的一般执行过程：建立项目，执行NX Moldwizard项目初始化命令，分别导人所有的切割部分，每导入一个部分就增加一个分模产品节点，把Moldwizard装配结构里不同的分模产品(Prod)及其子结点分别指派给不同设计者，各子任务设计结束后进行设计结果的集成，同时与其它完成的子任务模块：模架设计、侧抽芯机构、流道系统、顶出机构、冷却系统等的设计结果进行集成。
分割法在分模子任务协同设计规划中的具体实现见图6。首先将产品模型分割成若干个连续的块单元，一般对称分布，再对这些块单元分别执行协同设计，最后利用NX Moldwizard提供的一模多穴功能，将设计结果进行集成。
图6 复杂产品分割法协同分模工作流程
3 典型案例分析
图7是应用NX Moldewizard协同设计一款具有复杂零件结构的相机外壳的注塑模的工程实例，将复杂的模具结构设计流程分解为甲乙丙三个子系统同时进行：甲负责产品质量检测，分模，同时乙根据零件结构完成模架设计；分型后，甲乙分别协同设计顶出机构和浇注系统；甲乙丙协同完成冷却系统后，甲集成各设计子任务并进行设计冲突检查和排除，如通过静态干涉检查是否存在冷却系统与顶出系统存在干涉等，确定设计结果合理，之后，甲乙丙协同完成整个塑料模各功能模块的详细出图工作。
图7 Moldewizard协同设计工程应用实例
从图7中可知，与传统的串行设计相比，协同设计显著缩短了模具的设计时间，大大提高了模具设计开发的效率。
4 结语
NX Moldwizard模具结构协同设计采用的具体方法主要取决于注塑件和模具的结构特点，在模具协同设计具体过程中要做到分工明确，数据访问权限设定合理，数据同步性好，设计者在协同设计过程中要做到多交流，并分别管理好各自的设计模块。协同设计在NX moldwizard注塑模结构设计过程中的应用，显著的提高了注塑模设计效率，缩短了产品的设计开发周期，提高了企业的竞争力。
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