基于SOA的模具行业知识管理与集成制造系统

1、立项依据

1.1 研究目的及意义

我国模具企业众多，但是规模和水平参差不齐，信息化技术应用水平普遍较低。在CAD/CAE/CAM 技术应用方面，有少数模具企业的应用水平较高，实现了全3D 设计，但主要还是采用通用CAD 系统，如UG、PRO/E、CATIA、SOLIDWORKS 等；多数企业仍是2D 和3D 设计并用，且CAE 技术没有受到重视。这就使得模具的设计水平、设计效率得不到有效的保证。尽管国内模具企业已认识到信息化技术的作用，并在企业内各部门配置了不少应用系统，但由于企业自身的认识水平的限制和IT 技术力量薄弱，配置系统时只考虑各部门的使用需求，很少考虑到信息的共享和应用系统间的集成，从而导致各部门间系统彼此孤立、信息也彼此孤立，使得设计、制造、管理等部门之间必须通过中间介质进行信息交换。在管理方面，除财务、库存等通用管理系统应用较普遍外，模具生产管理这一模具企业面临的管理瓶颈问题，仍主要采用粗放的人工跟单方式来进行管理，根本无法控制好模具的生产过程，导致延期、质量事故频发。另外，模具的设计和制造强烈依赖于工程师的经验和知识，在当前企业人员流动频繁，有经验的模具工程师非常缺乏，而模具的生产周期要求越来越短的情况下，如何有效地挖掘工程师的知识经验，加强对模具设计制造知识的管理，促进模具设计制造知识在模具生产中的重用，从而缩短模具生产周期，提高模具质量，是一个非常紧迫的问题。要在模具行业推广信息化技术，就必须使信息化系统能够有效地解决模具企业在设计制造过程对经验依赖的问题，以及模具生产过程动态多变难以控制的问题。这样才能使模具 企业的信息化系统切实解决实际问题，并取得效益。

针对上述问题，本项目将结合东莞康佳塑胶模具有限公司（以下简称康佳模具公司）与华中科技大学模具技术国家重点实验室的产业与技术优势，在华中科技大学已有的模具

CAD/CAE/CAM 系统、模具生产管理系统等成果基础上，进一步研究开发面向模具设计制造的知识管理和重用技术、基于CAE 的模具优化设计技术、模具CAD 系统的快速定制技术以及模具生产过程的动态优化调度技术，开展模具企业知识管理和知识运用系统的研究与产业化，帮助康佳模具公司减少模具设计和制造错误、提高模具质量、缩短模具生产周期，全面提升康佳模具公司的管理水平，增强企业模具自主开发能力和竞争能力。同时，该项目的实施，在珠江三角洲起到示范效应，加速广东省模具设计制造技术的提升，带动地区和我省模具产业的壮大与发展，促进广东省模具产业做大做强并参与国际竞争，促进广东省国民经济的可持续发展。

1.2 国内外的发展现状

模具是制造业的重要基础装备，没有高水平的模具，也就没有高水平的工业产品，因此模具技术也成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。《国家“十一五”模具工业发展战略和目标》中提出，经过“十一五”努力，使我国模具水平达到2010 年时进入亚洲先进水平的行列，再经过10 年的努力，2020 年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。2010 年的几项具体目标包括：1)模具精度达±

0.00lmm；2)模具生产周期比现在缩短30％左右；3)机床数控化率和CAD/CAM 技术应用率比现在提高1 倍。2010 年模具产业的总量目标达到1000～1200 亿元以上。要扩大模具标准件的品种，提高精度，提高生产集中度，实现大规模生产，模具标准件使用覆盖率从目前约45％提高到2010 年60％，2020 年达到70％以上。高水平模具比例要有较大提高，大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前约30％提高到2010 年的40％和2020 年的50％以上。目前，我国的模具工业虽然己有相当技术基础并在快速发展，模具总量已位居世界第三，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口量达到几亿美元，从地区

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分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。广东是中国现在最主要的模具市场，而且还是中国最大的模具出口与进口省。全国模具产值有40%多来自广东，而且模具加工设备数控化率及设备的性能、模具加工工艺、生产专业化水平和标准程度领先国内其它省市。目前在全国排序前10 名的企业中，广东占有5 家，世界最大的模架供应商和亚洲最大的模具制造厂都在广东。

美、日、欧等发达国家和地区的模具企业，之所以有很高的设计制造水平，除具有丰富的设计制造经验外，关键是全面使用了数字化设计制造技术，极大地提高了模具设计制造水平。这主要表现在，CAD/CAE/CAM 技术已获得广泛的应用，实现了全3D 设计和CAD/CAM 的集成，而且CAE 分析技术已成为模具设计过程中不可缺省的重要环节。通过利用CAE 技术预测成型过程可能出现的缺陷，改进设计，提高设计质量，减少试模次数，缩短试模时间，极大地缩短模具制造周期。另外，美、日、欧的模具企业，特别是一些较大规模的模具企业基本上都采用先进的管理信息系统，从生产计划、工艺制定，到质检、库存、统计等普遍使用了计算机，实现集成化管理，公司内各部门可通过计算机网络共享信息。然而，国内模具行业在采用CAD/CAM/CAE 等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。在应用CAD 技术设计模具方面，目前多数企业仍采用2D 与3D 并举的方式。3D 主要用于型面设计，2D 则用于结构设计，这种设计模式，不仅易出错，而且CAD 和CAM 不能有效地集成在一起，既费时，质量又得不到保证。而在CAE 技术应用方面，形式则更不容乐观。目前将CAE 分析作为模具设计过程中必不可缺少环节的企业不足1％，偶尔使用的企业也不超过10％，多数企业仍以经验分析为主。这就使得大多数模具企业的模具设计质量得不到保证，试模次数和试模时间大幅度增加，难以加工出高质量的模具。在模具的生产管理方面，由于模具生产过程的经验依赖性、订单的随机性，使得模具生产过程动态多变难以控制。目前国内大多数企业仍停留在粗放的人工跟模方式来管理，一旦模具数量较多时，管理已无 所适从，经常出现顾此失彼的现象，导致加工质量无法得到保证，延期交货极为普遍。 具体来讲，我国模具行业的发展现状表现在以下几个方面：

(1) 设计手段相对较落后，主要以二维设计为主

图1所示为与模具设计有关的CAX(CAD/CAM/CAE)技术现状及其发展。表1对这些设计新技术在国内的应用情况进行了对比。

图1 我国模具设计技术现状及发展趋势

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表1 国内模具CAX设计技术应用概况

(2) 企业管理水平较低

国内大多数模具企业还沿用过去作坊式管理模式，真正实现现代化企业管理的还不多。信息集成化较低，经常出现不一致，不能实时响应变化。企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 (3) 专业化程序低

我国模具生产厂家多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达60%左右，国外70%以上是商品模具；专业模具厂也大多数是“大而全”、“小而全”的组织形式，国外大多是“小而专”、“小而精”。 (4) 开发能力不足，经济效益欠佳

大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少;更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视，在市场经济中常处于被动地位。我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，国外模具工业发达国家大多10-20万美元，有的达到25-30万美元。我国模具企业经济效益差，不少企业亏损，缺乏后劲。大型复杂精密模具不能大规模生产，通常依赖进口。 1.3 国内外发展趋势

随着计算机科学和其他学科技术的发展，计算机技术、网络技术、先进制造技术得到迅速发展，而这些技术将更多的用于模具的设计制造过程中。具体来讲，从模具的设计制造等方面将有以下发展趋势。

(1) 全面推广CAD/CAM/CAE技术，实现3D设计

CAD/CAM/CAE技术的应用是模具制造技术发展的动力。随着计算机技术的发展，普及

CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟。开展三维实体设计，可使设计更为直观，并通过与相关过程的信息集成与应用，大大提高模具设计制造的质量，缩短生产周期。 (2) 模具加工设备向高速、一体化方向发展

国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达40000～100000r/ min，快速进给速度可达到30～40r/min，加速度可达1g，这样就大幅度提高了加工效率，并可获得Ra≤μm 的加工

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表面粗糙度。高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工技术的发展，特别是对汽车、家电行业中大型精密模具制造注入了新的活力。 (3) 模具生产专业化和标准化

由于长期以来受“ 大而全”“ 小而全”影响，模具专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务。模具结构的统一，有利于制造工艺的统一，有利于制造周期的缩短和生产成本的降低。 (4) 并行工程和知识工程的应用

并行工程和知识工程是随着CAD/CAM发展出现的新方法。CAx中各系统的专家系统的开发与完善、各专家系统之间以及专家系统与知识库之间的知识熔接问题、设计决策的冲突消解机制的完善、系统的一个子系统更新后系统的稳定性和兼容性问题等，都是今后在模具设计中应用研究方向。 (5) 管理信息化

采用信息化管理技术是模具企业发展到一定规模后的必由之路。实现企业信息化管理能保证将关键的准确的数据及时地传输到相应的决策人的手中，为企业的运作和决策提供数据。

参考文献

[1] 潘柏松.注塑模适应性重构设计方法研究[博士学位论文]，浙江工业大学.2007.

2、研究内容、技术路线及目标 2.1 主要研究开发内容

本课题的研究目标是从康佳模具的数字化设计、制造、管理需求出发，在课题组已有的模具CAD/CAE/CAM 系统、模具生产管理系统等成果基础上，进一步研究开发面向模具设计制造的知识重用技术、基于CAE 的模具优化设计技术、模具CAD 系统快速定制技术以及模具生产过程的动态优化调度技术，为模具企业提供系列设计、制造、管理应用系统（工具集），并采用基于SOA(Service-OrientedArchitecture)的架构集成相关应用系统，从而构成一可伸缩、可客户化定制、可集成企业已有系统的数字化模具设计制造集成系统。为提高模具企业的技术水平提供信息化总体解决方案和成套技术。

2.2 拟解决的关键技术问题

针对上述研究目标和任务，本项目拟解决以下几方面的技术难点问题：

1）知识管理和重用。由于模具的设计制造过程对经验的依赖性强，因此如何收集、整理、并应用模具企业已有的经验知识以及设计制造过程中产生的新经验知识，实现知识重用，是本项目要解决的技术难点之一。

2）模具CAD 的快速客户化定制技术。由于模具企业面对的客户多种多样，不同类型的模具，其设计内容与方法也存在较大的区别。因此，如何快速定制开发基于不同系统平台上及不同类型模具的CAD 系统，是本项目需要解决的又一个技术难点。

3）基于CAE 的模具优化设计技术。目前，CAE 技术主要还是作为事后评估工具之用，而且对设计人员要求较高，如何降低CAE 技术应用的难度，并将其转变为可辅助模具优化设计的工具，需解决从模拟分析数据中，提取可直接用于设计的参数问题，这是本项目需要解决的另一个技术难点。

4）模具生产过程的动态优化管理。对于模具企业而言，其管理的最大问题，就是由于模具生产的经验性和订单的随机性所导致的模具生产过程的动态多变和难以控制，因此，如何针对模具生产过程的动态多变的特性，快速地响应模具生产过程中的各种突发事件，并动态地调整作业计划和生产过程，是本项目需要解决的另一个技术难点。

5）可伸缩和可配置的系统集成平台。围绕模具的设计、制造和企业管理，模具企业需应用到多种应用系统，如CAD、CAM、CAE、生产管理、财务管理、人事管理、办公管理、物料管理、

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客户关系管理等；另一方面，随着企业的发展，各应用系统也需要不断更新，企业的业务流程也需要不断的完善。而不同的模具企业所使用的系统也不一定相同，业务流程也可能存在差别。因此，除了为模具企业提供相关应用工具集外，如何将模具企业所采用的应用系统低耦合度地集成在一起，实现业务流程可优化配置，并通过业务流程的管理，实现应用数据的共享与及时传递，也是本项目需解决的关键技术问题。

2.3 技术路线

本课题的研究目标是面向模具行业开发基于SOA 的数字化模具设计制造集成系统，为提高康佳模具公司的信息化技术应用水平，进而提高整个广东省和我国模具行业的技术水平，提供总体解决方案。该系统应集成模具设计、制造、管理过程所关联的应用子系统，并可动态地集成模具企业已有系统，而且可使各系统间的数据获得共享和及时传递。基于这一要求和课题组已有研究成果，本课题将研究开发的集成系统总体结构如图2 所示，主要研究内容和技术路线如下所述。

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图2 基于SOA 的数字化模具设计制造集成系统总体结构

1）基于功能插件的专用模具CAD 系统开发技术

目前，在开发模具CAD 系统时，多种类型模具及每个模具企业都有自己的设计规范等问题。这就使得每个模具企业都可能对模具CAD 系统提出特殊的需求，导致推广专用模具CAD 技术时，开发工作量大。为此，本课题提出基于功能插件的3D 模具CAD 系统开发方法。其基本思想就是，针对不同的客户需求和CAD 平台，可通过配置平台无关的功能插件，加上部分平台相关的开发，即可在较短的时间内构建出所需的模具CAD 系统，并可允许用户自己添加新的插件功能。采用该方法需解决功能插件的构建、功能插件与平台无关的描述方法、以及不同CAD 平台上的功能插件的引用等问题。本课题拟采用以下方法解决这些问题：

[1] 通过对课题组已开发的塑料模CAD 系统以及其它商用模具CAD 系统的分析，结合各类模具的设计特点，总结出通用功能插件类，并将其分为与模具类型无关的插件类（如BOM 表、开孔、工程图转换、标准件库管理、设计过程等），以及与模具类型相关的插件类（如型腔布置、流道设计、典型结构设计等）。

[2] 采用XML 描述各插件类，以及各插件间的关系，并采用索引树的方式将插件类组织在文件库中。

[3] 针对不同的CAD 平台，通过其提供的二次开发接口，解释XML 中的数据，转换为CAD 系统的系列命令操作和数据操作。

[4] 通过消息订阅与发送的方式，与知识库管理系统、CAE 系统相关联，以获取设计过程中所需知识和数据。

2）知识的收集、管理与应用技术

在模具设计、制造、管理过程中，将需用到多种类型的知识，并关联到企业的不同部门，以及不同的应用系统。这些知识的表达和组织形式千差万别，来源也不同，包括经验知识、决策知识、实例知识等，还包括数据、模型、文档以及相关规则、准则等，而且其中大量的知识与几何形状相关。如何收集、整理这些知识，并采用统一的模式加以描述和应用，是本研究内容所要解决的关键问题。为此，拟采用以下研究方案：

[1] 基于本体论，总结规范出模具设计、制造、管理相关知识术语（词汇）和特征。

[2] 将相关知识首先按模具类型进行分类，再按设计、制造、管理进行分类，并转换成由上述本体词汇组成的规范说明，最后，在此基础上，采用XML 统一描述这些知识，构成以XML 文档组成的知识库。

[3] 对与几何形状相关的知识，采用实例和形状特征相结合的方式进行描述，而实例及特征则采用XML 进行定义。

[4] 知识的获取采用人机对话和XML 文本编辑两种方式。人机对话方式获取的知识将被自动转换为XML 文档，并存储到对应的知识库中；而文本编辑的方式，则需经过相应的文法检测后，才被存储到知识库中。这两种方式简单易行、实用可靠。

[5] 为了提高检索效率，降低维护难度，保证知识库的完整性，将在相关XML 文档之间建立分类编码标识和引用、参考标识。

[6] 通过检索、推理两种方式来实现知识的应用。其中，检索是根据分类及关键词从知识库中找出所需的知识或数据；而推理则包括基于规则的推理和基于实例的推理（常用的两种），推理过程本身亦采用XML 描述。

[7] 通过消息订阅与发送机制为其它应用系统和使用者提供数据和信息。 3）基于数据挖掘技术的CAD/CAE 集成

成形过程CAE 作为对模具设计进行评价和分析的工具，可以使模具设计过程不再仅仅依靠以往积累的经验知识。通过CAE 与CAD 等技术的有效集成，共同实现“设计—评价—再设计”任务的自动化，可提高模具设计的质量和效率。但将CAE 软件集成到CAD 系统的过程中，

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目前存在的主要困难是：如何根据CAE 的分析结果评价和修改模具的设计。

为此，本研究内容将着重解决如何根据CAE 分析结果，自动分析出成形缺陷， 并根据这种缺陷和导致这些缺陷的设计参数，调整设计方案。为到达这一目的， 本研究内容将采取以下方法：

[1] 预先建立各种缺陷所对应数据场（应力场、应变场、温度场、压力场等）的特征模式； [2] 采用特征模式匹配的方法确定各种缺陷；

[3] 采用神经元网络的方法，确定导致相关缺陷的原因；

[4] 结合实例推理和基于规则的推理，进一步给出修改方案，并自动生成反馈给CAD 系统的设计数据。

4）模具生产过程的动态优化管理

由于模具生产过程动态多变，难以控制，成为模具企业的管理瓶颈。针对这一问题，课题组已于2005 年开发出模具生产管理系统EMAN，并在多家模具企业中获得应用。该系统包括项目管理、主计划管理、设计管理、工艺规划、资源管理、车间监控、作业调度、统计分析等功能模块。但在作业调度时，没有考虑调整相关工件的工艺方案对调度结果的影响，仍采用原工艺方案进行调度，因而有时得不到满意得结果；另一方面则是调度算法的效率偏低，当有5000 个以上工件的加工任务时，运算时间有时超过30 分钟。目前，EMAN 系统在企业应用时，采取每天调整一次计划的方式，这样有些事件就不能及时处理，也不能及时预测出可能出现的问题。为此，在现有成果基础上，应进一步深入研究模具生产过程中各种因素（包括工件的工艺方案）对模具生产计划的影响，探讨模具生产作业计划的快速优化算法，从而使得模具企业能够快速响应模具生产过程中各种不可预测事件，适时调整模具的生产计划和加工工艺，以保证模具的交货期。为此采用如下研究方案：

[1] 采用条码技术，快速采集生产信息，并通过对所采集事件的分析，评价其对生产计划的影响程度，以确定是否需重新调度。

[2] 基于约束图，快速确定事件所关联的模具生产任务及相关工件；通过对资源负荷状态分析，采用工艺方案调整规则，确定出可调整工艺方案的工件，并生成新的工艺方案（加工任务），然后将所有未完成的加工任务重新进行调度，以获得新的调整后的作业计划。

[3] 对于算法效率的改进，则通过约束网络图，将调度任务分片处理。片与片之间的任务集只有单一时间关联，这样就将问题转变为在多个小调度域内优化问题，从而可提高运算效率，实现快速优化调度。

5）模具业务流程管理

业务流程管理在企业信息系统集成方案中处于核心的位置。业务流程管理要为企业提供业务过程建模、管理、监控、分析等全生命周期的管理职能，负责组织企业的运营过程，协调部门与部门、人与人之间的协作过程，调度工作项在业务人员之间的分配。数据层面的集成也是通过业务流程管理来决定何时进行数据的抽取与转移。

因此，采用如下方案实现模具业务流程的管理：

[1] 针对模具设计、制造及企业管理业务的特点，分析总结出业务流程上的最小粒度的任务单元，构建任务单元库。

[2] 基于BIZTALK 提供的工作流管理功能，利用上述任务单元库，定义模具设计、制造过程的业务流程，并定义在该过程中所关联的应用、数据、以及部门和人员，以确保模具企业在统一集成的环境下协调工作。业务流程可预先定义使用，也可根据需要临时创建，并动态地修改。

[3] 针对模具业务特点，建立流程优化规则，并通过工作流引擎驱动相关应用系统或与人交互。

[4] 采用BIZTALK 提供工作流管理功能，实现模具业务流程的监控、分析和优化。

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6）设计、制造、管理一体化应用集成平台由于在模具的设计、制造及管理过程中需采用多种应用系统，实现这些应用系统及其应用数据的集成，将可极大地提高模具企业信息化技术的应用水平。为此，针对模具行业的现状，本研究将需要着重解决以下几方面的问题： [1] 能按一定的规范将模具企业现有的应用集成起来，同时还能随时按需增加新的应用服务； [2] 支持业务流程的管理和集成，以及企业应用数据的集成； [3] 支持消息订阅与发送，以使各应用系统间可互相传递数据；

[4] 能够实现“即插即用”的灵活性和应用系统间的“松散耦合”的集成特性； [5] 保证系统使用的安全性。

针对以上问题，该平台将采用具有SOA特性的Microsoft的Biztalk来构建，如图2所示。在建立企业的数据（信息）总线（EIB）方面，通过其所提供的连接器/适配器和消息中间件的应用，可实现与CAD模型、CAE分析数据、模具设计知识库等应用数据库的连接以及数据的传输和转换。在企业服务总线（ESB）方面，可把模具CAD、成形模拟CAE、生产管理、及企业其它应用和数据整合起来按照业务逻辑以服务的方式进行封装和发布；在企业的业务总线（EBB）方面，则通过业务流程和业务规则把上述封装的服务按照企业集成的需要串接起来，实现应用的驱动。各应用系统间的数据传递与共享则通过消息中间件，以消息订阅与发布的方式来实现。系统使用的安全性，则通过BIZTALK提供的安全机制来保证。

2.4 项目的特色和创新突破点

从上述研究内容和技术路线可看出，本课题创新点主要体现在以下几方面：

1）基于功能插件技术，实现模具CAD 系统的快速开发，解决了多系统平台和多类型模具所造成的模具CAD 系统开发的差异性及复杂性；

2）基于CAE 分析结果的模具优化设计，使CAE 由被动式验证工具，转变为主动式设计工具，简化了CAE 的应用难度； 3）采用KBE 和XML 相结合的方式，构建模具设计知识库管理平台，并与其它应用系统相分离，通过消息订阅和发送的方式为其它应用系统提供相关信息，即简化了知识库系统的开发，也简化了其它应用系统的开发。

4）首次面向模具行业开发基于SOA的数字化模具设计制造集成系统，不仅简化了应用系统的开发难度，更重要的是降低了企业信息化建设的实施难度，并在应用过程中可得到不断完善。

2.5 预期实现的技术、经济指标 （1）主要技术指标

本课题完成后，将面向模具行业开发出一套基于SOA 的数字化模具设计制造集成系统。该系统的应用，将可全面提升康佳模具公司的信息化技术应用水平，进而极大地促进我省和我国模具技术的进步，使模具企业逐步实现“甩图纸”和“甩账本”的目标。

（1） 开发出一套完整的具有自主知识产权的注塑模具设计制造工程应用软件系统，主要包括注塑模智能设计系统、和生产管理信息系统等，达到国内领先水平。

（2） 通过注塑模智能设计系统和生产管理系统的实施，使康佳模具公司的模具生产周期比传统方法缩短30％。

（3） 通过全3D 设计和仿真技术的应用，验证模具设计的合理性与正确性，使试模和修模时间比传统工艺缩短50％以上。

（4） 全面实现康佳公司的生产信息化管理，使其管理水平与西方先进工业国家同类公司相当。

同时，在广东省和全国模具行业全面推广基于SOA 的数字化模具设计制造技术，可使模具企业的信息化技术应用水平快速获得提升。通过集成系统所提供的专业CAD/CAE/CAM 技术、生产管理技术，以及信息集成和共享技术，可使模具企业能够快速响应市场需求，明显缩短模具设计制造周期，降低成本，提高企业的经济效益，并极大地提升我国模具行业的创新开

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发能力、快速应变能力和国际市场竞争力，对于尽快地实现大型、精密、复杂模具的完全国产化，迅速地扩大我国模具的出口量，将发挥重要的作用。

（2） 主要经济指标和水平

（1） 本项目完成，使康佳模具公司具有年生产600 套精密注塑模生产能力，模具质量居国内领先水平。

（2） 本项目完成后，仅模具的每年将新增产值2000 万元，新增利税350 万元。项目的实施将在本地新增就业人数100 人。

我国的模具工业，改革开放以来，发展非常迅速。1984 年，全国大约有6000家模具生产厂家，模具产值只有15 亿元人民币。到2005 年，模具厂家已增加到20000 余家，模具产值已达600 亿人民币，增长了40 倍。这些年来，中国的模具工业一直以每年20%左右的增长速度快速发展。港台及外商企业也纷纷在内地投资建立模具厂，国外已有许多企业把中国特别是珠江三角洲和长江三角洲地区作为重要的模具供应基地。

尽管，我国模具工业发展迅速，但模具技术水平同发达国家相比，仍存在较大的差距。采用高新技术改造我国模具行业，增强我国模具行业的国际竞争力，已成为国家政府部门与企业的共识。在世界模具市场供不应求，模具已成为全球采购的一种重要工业产品的时候，我国模具行业要在国际模具市场上具有国际竞争力，国内的模具企业必须在高新技术和先进的管理技术应用等方面加大力度，通过信息化技术提升企业的技术水平，挖掘企业的潜力。这一点已获得到行业的普遍认同，很多企业已开始行动，为企业的信息化建设投入大量的资金，其重点就是在企业全面推行3D 设计技术，CAE 技术和信息化生产管理技术。因此，基于SOA 数字化模具设计制造集成系统，将具有巨大的市场需求。

目前，我国95％以上模具企业的信息化技术应用仍停留在单元技术应用上，各系统间互不关联，信息传递依靠人工方式进行。一些有一定规模和技术实力的企业，如海尔模具、一汽模具、天津模具、东风模具等，已开始认识到将应用系统和应用数据集成在一起，对提高模具设计制造水平的作用。而且，一些企业通过实施信息化技术已取得了显著效益。近3－5 年内，保守估计也将会有100 家以上的具有一定规模的企业将全面实施信息化技术，按每家实施费用50 万计算，将有5000 万的市场规模。按每年实施信息化技术给企业带来的直接效益500 万元（效率提高、模具产量增加、成本降低）记，企业通过实施信息化技术所产生的效益将超过5 亿元以上，模具是一种效益放大器，因而，由此产生的社会效益将会超过50 亿元以上。

3、产学研合作优势分析（包括工作基础、合作优势分析等） 3.1 康佳模具公司基本情况简介和工作基础

东莞康佳模具塑料有限公司成立于二○○三年七月，由深圳康佳精密模具制造有限公司和康电股份有限公司共同投资建立。同时，公司于二○○六年，与东洋一通商株式会社合作资。公司现有员工约1600 人，其中模具制造关联员工480人，成型部门人员约1100 人。公司主要业务范围：注塑模具制造、塑胶制品制造、生产成套电视机底座。至今已成功地为国内外（深圳、韩国、日本、香港、法国、美国、土耳其等）多家知名跨国企业开发生产了液晶电视机、手机、复印机、打印机、摩托车、汽车等各种模具和注塑产品，并以高质量、高速度的模具 开发，为母公司康佳集团公司创造优质产品和跨入国内著名企业做出了重要贡献。

研发系统：

公司拥有美国EDS 公司三维虚拟产品开发软件UG 80 套以及MOLDFLOW 公司的MPI、MPA CAE 系统，并采用计算器网络作为支撑环境，实现了CAD/CAM/CAE的集成， CAD/CAM/CAE 的应用普及率已达100%。

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质量体系：

模塑公司于2004 年顺利通过ISO9001 质量管理体系、ISO14001 环境管理体系及OHSAS18001 职业健康安全体系三合一管理体系的认证。公司通过一体化管理体系的综合管理，从不同层面优化人力、物力资源的投入，消除和控制生产经营过程中存在的质量、环境和职业健康安全方面的有害影响因素，使公司资源共享，建立了质量、环境和职业健康安全的协调发展，从而使公司的生产经营、劳动安全、环境保护实现了科学、高效、可靠的管理，产生了良好的经济效益和社会效益。

管理系统：

ERP 系统 公司引进德国SAP 公司的R/3 系统。实现对每项任务从合同签订、设计、生产、采购、成本核算到成品发货全过程的动态跟踪，真正做到数出一家、数据共享，避免冗余。实现了复杂成本结构下的成本准确归集，对每套在制模具的成本耗用进行实时监控和分析，达到了成本控制的目的。OA 系统 公司采用IBM 公司的LOTUS NOTES OA 管理系统，实现网上无纸化办公。从而提高了整体企业工作的效率和质量。

3.2 华中科技大学基本情况简介

华中科技大学是国家教育部直属的全国重点大学，是首批列入国家\"211 工程\"重点建设的大学，国家“985 工程”建设高校之一，综合办学实力和整体水平居全国重点大学前列。华中科技大学师资力量雄厚，拥有一支以两院院士、博士生导师为中坚的师资队伍。有中国科学院院士7 人，中国工程院院士9 人，博士生导师610 人，教授1025 人，副教授1387 人。项目承担单位华中科技大学模具技术国家重点实验室，是我国模具行业唯一的国家重点实验室，以模具技术为核心的本科生“材料成型及其控制专业”全国同类排名第一。实验室拥有一支高水平的研究队伍，有中国工程院院士1 名，博士生导师20 余名，副教授20 名，正在攻读学位的博士生和硕士生分别超过50名和200 人。近年来，实验室先后承担了国家自然科学基金29 项、863 项目9项、国家攻关项目6 项、省部委重点科研项目81 项、企业委托和国际合作的课题100 余项，取得了一批高水平的研究成果，先后获得国家级奖励8 项，省部级奖励20 余项，发明专利14 项，实用新型专利21 项。这样一支年龄结构和知识结构合理的研究队伍，既具有完成高难度科研攻关任务的能力，也具有承担实际工程项目的丰富经验。

3.3 现有工作基础

课题申请单位华中科技大学模具技术国家重点实验室，在模具技术、系统集成技术及协同设计制造单元技术等方面开展了广泛而深入的研究，为本课题的顺利执行提供了坚实的基础。 华中科技大学模具技术国家重点实验室自1980 年即开始模具CAD/CAE/CAM技术研究工作，90 年代开始面向模具的计算机集成制造技术研究，2000 年后，又开展了面向模具的动态联盟设计制造技术及面向模具生产过程管理的信息化技术研究，先后在相关领域承担国家攻关、“863 计划”、国家自然科学基金和省部级项目、以及国际合作项目和企业合作项目40 余项。获得多项国家级、省部级奖励。在近20 年的研究开发工作中，培养了一批技术骨干，积累了丰富的软件开发经验和大量的硬软件支撑条件。 （1） 国内领先的模具CAD/CAM 研究

本实验室是我国最早从事模具CAD 技术的单位，1984 年就成功开发了我国第一个模具CAD/CAM 系统——精冲模CAD/CAM 系统。在“七五”、“八五”期间又研制成功冲裁模、塑料注射模、多工位级进模CAD/CAM 系统和汽车覆盖件模具CAD/CAPP/CAM 系统。90 年代中后期以来，获得多项国家自然科学基金资助，在模具的智能化、参数化、关联设计技术、虚拟设计和基于网络的协同设计等方面取得重要成果。由于模具技术国家重点实验室雄厚的研究实力和在国内无可争议的学术地位，美国UGS 公司、法国MATRA 公司与实验室签订了合

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作协议；新加坡南洋理工大学采用本实验室开发的模块作为其软件系统核心。模具技术国家重点实验室还先后为科龙模具公司、康佳模具公司、圣都模具公司、成飞模具公司等多家模具公司，定制开发了专用模具CAD 系统，在企业获得成功应用，取得良好的效果。所开发的注塑成型模拟软件HSCAE、冲压成形模拟软件FASTAMP、铸造成形模拟软件HZCAE，已在300 家企业获得应用，为企业创造了良好的经济效益。

另外，模具技术国家重点实验室于2000 年开始与美国UGS 公司合作开发多工位级进模CAD 系统UG/PDW,至今已合作6 年多的时间，荣获美国UGS 公司全球最佳合作伙伴，并获创新合作奖。在此期间，除与其合作开发了国际领先的

UG/PDW 产品外，还参与了UG 平台下的注塑模设计、电极设计、覆盖件模设计、知识重用等软件产品的开发。通过合作，实验室已掌握了UGS 公司软件开发项目管理方法和质量控制方法，并结合实验室的特点形成了自己的软件开发管理规范，为实验室优质完成软件开发项目奠定了良好的基础。

（2）面向模具企业的信息化技术

模具企业是典型的定制化生产企业，一般的企业ERP 系统主要着眼于财务和仓库管理。本实验室将现代企业运作理论通过网络和数据库技术运用于模具企业，采用B/S 模式，在J2EE 平台上，开发了针对模具企业生产运作特点的行业通用化ERP 系统，对模具的报价、模具设计、生产制造工艺的准备、生产制造的排程排期、生产的进度监控、库存状况等通过企业局域网进行了全程实时管理，为建立模具开发的质量保障体系提供了有效的先进管理手段自2005 年推出后，已在15 家以上企业获得应用。这些企业包括一汽模具公司、上海比亚迪模具公司、贝尔罗斯精密模具公司、科尔模具公司、福建浔兴模具公司等。上述面向模具企业的信息化定制服务工作，为本课题工作的开展提供了有益的经验积累。

本项目的研究和开发工作将以现有的EMAN系统为基础，添加相应的知识管理和重用模块，并将现有的EMAN模块按照知识管理的要求进行改进，和模具CAD/CAE系统集成在一起，构成新的基于知识的EMAN系统。

（3）实验室和康佳模具公司的合作情况介绍

自2003年起，模具技术国家重点实验室和康佳模具公司开展技术合作，现已完成3期，正进入第4阶段。模具重点实验先后为康佳完成了注塑模CAD专用系统，注塑模数控加工自动编程系统等技术的研究开发工作。这些成果极大地提高了康佳模具公司的设计开发效率和设计质量，使康佳模具公司的设计周期缩短了3～5天，有力地提升了康佳模具的核心竞争力。

4、以往承担项目完成情况及主要成果

4.1 所承担的省部级以上的主要相关项目情况

[1] 教育部骨干教师资助计划“面向模具的动态联盟设计制造技术”，2001

[2] 国家十五科技攻关重点项目“智能化大型复杂模具设计、制造成套技术与装备的开发和应用示范”2002

[3] 国家自然科学基金“面向装配的塑料注射模设计方法研究”，2002

[4] 湖北省国际合作基金“基于工作流的面向模具企业的可重构ERP 技术”，2003 [5] 教育部重点项目“大型复杂模具智能化仿真设计集成系统的研究开发”,2004 [6] 国家自然科学基金“基于知识发现的汽车覆盖件冲压工艺自适应设计理 论和方法的研究”，2004

[7] 国家自然科学基金“面向自主设计的汽车覆盖件成形性快速仿真及工艺优化技术研究”，2005

4.2 近期主要获奖成果

[1] “塑料注射成形过程仿真系统的开发和应用”，获2002 年国家科技进步二等奖、2001 年

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中国高校科学技术一等奖，同时该研究成果还被评为2002 年度中国机械工业科学技术五项重大进展之一。

[2] “材料成形过程模拟技术及应用”，获2007 年国家科技进步二等奖。

[3] “模具生产过程动态优化调度技术及应用”，获2007 年教育部科技进步二等奖。

4.3 主要软件产品

[1] 注塑成型模拟软件HSCAE [2] 冲压成形模拟软件FASTAMP [3] 铸造成形模拟软件HZCAE [4] 模具生产管理软件EMAN [5] 模具标准件建库系统 [6] 级进模设计软件UG/PDW

[7] 基于UG 平台的注塑模设计工具集

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