葉福源，秦 松，崔樹標(biāo)

（1.廣東科龍模具有限公司，廣東佛山 528303；2.華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074）

隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代周期迅速縮減，模具的設(shè)計(jì)加工周期也相應(yīng)縮短。注塑模并行設(shè)計(jì)在此背景下開始被廣泛應(yīng)用且迅速推廣，大大縮短了注塑模具設(shè)計(jì)加工的周期，給企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

沖突管理作為注塑模并行設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一，對模具并行設(shè)計(jì)周期及模具設(shè)計(jì)效果起著至關(guān)重要的作用。目前，企業(yè)進(jìn)行并行設(shè)計(jì)沖突管理的方式為模具設(shè)計(jì)完成后進(jìn)行沖突檢查與修改，許多在設(shè)計(jì)初期便存在的設(shè)計(jì)沖突隨著并行設(shè)計(jì)過程的進(jìn)行被不斷放大，導(dǎo)致后續(xù)需進(jìn)行大范圍修改。這不僅延誤設(shè)計(jì)周期，且設(shè)計(jì)質(zhì)量難以保證。過往研究側(cè)重于注塑模并行設(shè)計(jì)沖突檢查方法[1-3]，對并行設(shè)計(jì)模型管理及沖突解決方式涉及很少，缺乏實(shí)用性。本文通過搭建主模型對并行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，使用C/S模型服務(wù)器與設(shè)計(jì)師客戶端的通信更新并行設(shè)計(jì)主模型，在服務(wù)器端進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)計(jì)沖突，將檢查結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)師。設(shè)計(jì)師之間以服務(wù)器為橋梁進(jìn)行在線協(xié)商，服務(wù)器端保存設(shè)計(jì)沖突解決方案，供后續(xù)注塑模并行設(shè)計(jì)參考。

1 并行設(shè)計(jì)沖突管理流程分析

注塑模沖突管理流程主要分為3個(gè)部分：一是建立主模型，保存并行設(shè)計(jì)任務(wù)信息及任務(wù)模型；二是并行設(shè)計(jì)沖突檢查模塊，負(fù)責(zé)更新并行設(shè)計(jì)主模型并進(jìn)行實(shí)時(shí)沖突檢查；三是并行設(shè)計(jì)在線協(xié)商模塊，負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)師之間針對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行的在線協(xié)商。注塑模沖突管理模塊框架見圖1。

2 并行設(shè)計(jì)主模型的創(chuàng)建

注塑模具主模型技術(shù)是以CAD軟件為中心的一個(gè)知識數(shù)據(jù)庫，包含了與產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具有關(guān)的所有幾何與非幾何信息，用于為產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)生命周期中的并行設(shè)計(jì)各階段提供服務(wù)[4-5]。在并行設(shè)計(jì)過程中，主模型就像一個(gè)交通樞紐，協(xié)調(diào)與監(jiān)控各項(xiàng)并行設(shè)計(jì)過程，是并行設(shè)計(jì)開發(fā)過程的核心。所有設(shè)計(jì)師均可在并行設(shè)計(jì)過程中與主模型進(jìn)行信息交互，完成其設(shè)計(jì)任務(wù)，從而保證并行設(shè)計(jì)過程的數(shù)據(jù)一致性及各項(xiàng)并行設(shè)計(jì)任務(wù)的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性。

圖1 注塑模沖突管理模塊

主模型技術(shù)面向產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的整個(gè)生命周期，并行設(shè)計(jì)各項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)所需的全部數(shù)據(jù)均保存在主模型中，以此作為并行設(shè)計(jì)過程中的核心數(shù)據(jù)樞紐。圍繞主模型活動(dòng)的并行設(shè)計(jì)任務(wù)均作為主模型的一部分，并行設(shè)計(jì)過程是分布式工作的。主模型以計(jì)算機(jī)技術(shù)作為支撐，綜合了建模、數(shù)據(jù)庫管理等技術(shù)，通過研究改善了產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的總體過程，提高了并行設(shè)計(jì)的綜合效益。注塑模主模型層次結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 注塑模主模型層次結(jié)構(gòu)

對于注塑模具并行設(shè)計(jì)來說，產(chǎn)品的主模型實(shí)體框架部分建立在以UG作為CAD平臺的工具下。主模型的創(chuàng)建依據(jù)注塑模并行設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行，將注塑模并行設(shè)計(jì)任務(wù)以裝配樹的形式在UG中進(jìn)行表現(xiàn)。主模型的數(shù)據(jù)信息以XML文件進(jìn)行保存，XML文件具有與平臺無關(guān)的特性，且便于自定義，適合用于主模型數(shù)據(jù)管理。主模型創(chuàng)建完成后，服務(wù)器會將主模型設(shè)計(jì)任務(wù)分發(fā)給設(shè)計(jì)師進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師通過客戶端反饋細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)進(jìn)度等信息。

3 并行設(shè)計(jì)沖突檢查

3.1 沖突檢查原理

設(shè)計(jì)師通過設(shè)計(jì)任務(wù)反饋工具將實(shí)時(shí)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)反饋給服務(wù)器端，服務(wù)器端對主模型進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，更新完成后即啟動(dòng)沖突檢查。沖突檢查使用包圍盒算法進(jìn)行，且逐步縮小檢查范圍，最終確定沖突面對集。沖突檢查完成后，對沖突面對集進(jìn)行高亮顯示，并將檢查結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)師針對設(shè)計(jì)沖突進(jìn)行后續(xù)處理。

3.2 沖突檢查過程

沖突檢測過程見圖3，包括設(shè)計(jì)實(shí)體傳輸、主模型動(dòng)態(tài)更新、打開UG裝配主模型、檢查沖突裝配體對集合、檢查沖突零件對集合、檢查沖突面對集合及高亮顯示沖突面對集合。

圖3 沖突檢測過程

對于使用包圍盒算法進(jìn)行沖突檢查，其沖突集合是逐步縮小的，通過從裝配件、零件、最后到面的方式一步一步縮小范圍，最后找到?jīng)_突面對集合。具體執(zhí)行過程如下：

（1）設(shè)計(jì)任務(wù)集合為 Ti={ti0,ti1,ti2,…,tin}，其中，i為設(shè)計(jì)任務(wù)層次，集合中的每一項(xiàng)代表一項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)層次為j。當(dāng)前判斷設(shè)計(jì)任務(wù)為K，該設(shè)計(jì)任務(wù)從設(shè)計(jì)任務(wù)集合Ti中去掉。

（2）對設(shè)計(jì)任務(wù)集合Ti進(jìn)行遍歷，對其中的?tij∈Ti生成幾何任務(wù)包圍盒，判斷其是否與K的包圍盒相交；如果相交，則將設(shè)計(jì)任務(wù)tij加入沖突設(shè)計(jì)任務(wù)集合A中。

（3）遍歷沖突設(shè)計(jì)任務(wù)集合A，對?ai∈Ti判斷ai是否為裝配體。如果為裝配體，則將ai進(jìn)行分解，得到零件集合B={b1,b2,b3,…,bn}。對零件集合B中的元素進(jìn)行再判斷，判斷其是否仍為子裝配體。如果是，則繼續(xù)拆分，直到拆分結(jié)果全部為零部件即可。拆分完成的集合仍為B。

（4）判斷沖突零部件集合B是否為空。如果B為空，則沖突檢查完畢，直接退出，設(shè)計(jì)任務(wù)K與設(shè)計(jì)任務(wù)集合Ti沒有發(fā)生沖突；否則，執(zhí)行下一步，沖突零件集合為B。

（5）判斷設(shè)計(jì)任務(wù)K是否為裝配體。如果不是，則設(shè)計(jì)任務(wù)零件集合C={K}，只包含一個(gè)零件；如果K為裝配體，則將設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行分解，分解的設(shè)計(jì)零件集合為C={c1,c2,c3,…,cn}。對C進(jìn)行再判斷，將其中仍為子裝配的結(jié)構(gòu)繼續(xù)分解，一直分解到C中的元素全部為零件即可。

（6）遍歷集合C和B中的元素，對?ci∈C，?bi∈B建立其包圍盒。如果包圍盒相交，則ci、bi作為沖突零件對存入集合D中。沖突零件對集合為D={d1,d2,d3,…,dn}，其中，di=(cm,bn)(cm∈C,bn∈B)。

（7）判斷沖突零件對集合D是否為空。如果D為空，則零件集合C和B不存在沖突；如果D不為空，則標(biāo)記零件對 D={(ci,bj)｜i=1,2,3,…,m，j=1,2,3,…,n}。

（8）將沖突零件對集合中的元素bj分解為面集合 E={e1,e2,e3,…,en}。

（9）遍歷集合 E，對?ei∈E 求面 ei和零件 ci的包圍盒是否相交。如果相交，則將加入到?jīng)_突集Fj={fj1,fj2,fj3,…,fjn}中。

（10）判斷沖突集Fj是否為空。如果Fj為空，則零件bj和ci沒有產(chǎn)生沖突；如果Fj不為空，則進(jìn)行下一步。

（11）將零件 ci分解為面集合 Gi={g1，g2，g3，…，gn}，對?gi∈G判斷gi是否與bj的包圍盒相交。如果相交，則將G中的元素gi加入到?jīng)_突集Hi={hi1,hi2,hi3,…,hin}中待處理。

（12）判斷沖突集Hi是否為空。如果Hi為空，則零件bj和ci沒有產(chǎn)生沖突；如果Hi不為空，則進(jìn)行下一步。

（13）對?fjm∈Fj，?hin∈Hi，判斷 fjm和 hin的包圍盒是否相交。如果相交，則將沖突面對fjm和hin加入到?jīng)_突面對集合I中進(jìn)行后續(xù)操作。沖突面對集合為 I={(fjm,hin)｜m=1,2,3,…,s，n=,1,2,3,…,t}。

（14）判斷集合沖突面對集I是否為空。如果I為空，則零件bj和ci沒有產(chǎn)生沖突；如果I不為空，則輸出沖突面對集供后續(xù)處理。

根據(jù)上述步驟，對設(shè)計(jì)任務(wù)集與當(dāng)前設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行逐層判斷，確定最終的沖突面對集。生成完成后，需進(jìn)行2項(xiàng)處理：一是在UG平臺上高亮顯示沖突面對；二是輸出沖突面對集。服務(wù)器將處理沖突檢查結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)師，設(shè)計(jì)師據(jù)此進(jìn)行下一步修改處理。沖突檢查及信息反饋功能框架見圖4。

4 并行設(shè)計(jì)在線協(xié)商

4.1 在線協(xié)商原理

圖4 主模型沖突檢查與結(jié)果反饋

并行設(shè)計(jì)沖突檢查是對細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)的評價(jià)，服務(wù)器將沖突檢查結(jié)果反饋給客戶端，設(shè)計(jì)師便可根據(jù)反饋結(jié)果對設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評價(jià)。如果需要與相關(guān)設(shè)計(jì)師進(jìn)行溝通協(xié)商，共同解決設(shè)計(jì)沖突，就需由系統(tǒng)對設(shè)計(jì)師之間的在線協(xié)商提供技術(shù)支持。通過采用相應(yīng)的功能模塊，就能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師之間良好的溝通與協(xié)商。

建立主模型時(shí)采用的框架結(jié)構(gòu)是所有客戶端都與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和信息往來，在線協(xié)商系統(tǒng)也采用該框架結(jié)構(gòu)，由主模型擔(dān)當(dāng)設(shè)計(jì)師們相互間溝通的中間人，起到橋梁的作用。同時(shí)，主模型對整個(gè)溝通協(xié)調(diào)信息進(jìn)行備份，作為并行設(shè)計(jì)過程的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行保存。在線協(xié)商功能框架見圖5。

圖5 在線協(xié)商功能框架

4.2 在線協(xié)商過程

依據(jù)主模型及在線協(xié)商原理，在線協(xié)商過程的單向階段主要分為3個(gè)階段。

第一階段為設(shè)計(jì)師A向服務(wù)器提交協(xié)商申請，包括沖突代號、沖突信息、沖突原因、沖突發(fā)生時(shí)間、協(xié)商方法、協(xié)商建議、申請者、協(xié)商對象及協(xié)商階段。其中，沖突代號標(biāo)識沖突檢查中檢查出的沖突序列號；沖突信息標(biāo)識產(chǎn)生沖突的面對集合；沖突原因標(biāo)識沖突面對集合產(chǎn)生的原因，由工程師分析給出；沖突發(fā)生時(shí)間為檢測到?jīng)_突的時(shí)間，由沖突檢測指定；協(xié)商方法包含在線協(xié)商和線下協(xié)商，由協(xié)商申請者分析給出；協(xié)商建議包含工程師對沖突提出的解決方案，由沖突設(shè)計(jì)師分析給出；申請者為申請協(xié)商的工程師；協(xié)商對象為與設(shè)計(jì)任務(wù)產(chǎn)生沖突的任務(wù)設(shè)計(jì)工程師；協(xié)商階段包含初始申請、繼續(xù)協(xié)商和協(xié)商完成等3個(gè)協(xié)商階段選項(xiàng)。

第二階段為服務(wù)器處理設(shè)計(jì)師提交的協(xié)商請求，服務(wù)器處理設(shè)計(jì)師請求的方式為更改沖突集合對應(yīng)沖突代號的沖突狀態(tài)。對應(yīng)于服務(wù)器端的沖突處理模塊，設(shè)計(jì)沖突未開始協(xié)商時(shí)，設(shè)計(jì)沖突狀態(tài)為未開始協(xié)商；當(dāng)設(shè)計(jì)師對設(shè)計(jì)沖突進(jìn)行協(xié)商時(shí)，狀態(tài)變?yōu)檎趨f(xié)商，并顯示最近一次協(xié)商時(shí)間；當(dāng)設(shè)計(jì)師之間對設(shè)計(jì)沖突完成協(xié)商時(shí)，其狀態(tài)變?yōu)閰f(xié)商完成，并顯示協(xié)商完成時(shí)間。

當(dāng)協(xié)商請求到達(dá)時(shí)，設(shè)計(jì)沖突解決模塊對請求進(jìn)行響應(yīng)。修改完成設(shè)計(jì)沖突狀態(tài)后，對協(xié)商請求信息進(jìn)行保存，作為沖突解決依據(jù)。設(shè)計(jì)信息保存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與協(xié)商申請數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)類似，增加了信息協(xié)商時(shí)間與是否完成協(xié)商等兩類信息。協(xié)商信息保存完成后，服務(wù)器通過協(xié)商信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的協(xié)商對象信息，將該協(xié)商信息發(fā)送給協(xié)商對象工程師，下一階段工作便由協(xié)商對象工程師完成。

服務(wù)器將在線協(xié)商信息發(fā)送到協(xié)商對象后，第三階段正式開始。協(xié)商對象根據(jù)沖突信息、沖突原因及協(xié)商建議等信息，結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)節(jié)進(jìn)行綜合判斷。如果設(shè)計(jì)師對協(xié)商申請者所提出的協(xié)商建議表示同意，則不需反饋協(xié)商建議，直接將協(xié)商階段信息改為協(xié)商完成即可；如果設(shè)計(jì)師不同意申請者提出的協(xié)商建議時(shí)，則需分析沖突原因并反饋協(xié)商建議，等待協(xié)商申請者處理信息。

如果設(shè)計(jì)師之間通過線上協(xié)商可解決問題，則沖突處理即可完成；如果線上協(xié)商不能解決問題，設(shè)計(jì)師就需修改協(xié)商方式為線下協(xié)商，通過線下面對面溝通的方式處理設(shè)計(jì)沖突。

5 應(yīng)用實(shí)例

以塑料螺紋齒輪產(chǎn)品為例，使用注塑模沖突管理系統(tǒng)，通過對螺紋齒輪進(jìn)行分析，設(shè)定其并行設(shè)計(jì)任務(wù)集為{① 澆注設(shè)計(jì)方案；② 分型設(shè)計(jì)方案；③ 產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案；④ 頂出設(shè)計(jì)方案；⑤ 前模設(shè)計(jì)方案；⑥ 標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)方案；⑦ 后模設(shè)計(jì)方案；⑧ 冷卻設(shè)計(jì)方案；⑨旋轉(zhuǎn)脫模方案}，并對該設(shè)計(jì)任務(wù)集建立主模型裝配框架（圖6）。

用注塑模并行設(shè)計(jì)沖突檢查模塊，對設(shè)計(jì)任務(wù)細(xì)節(jié)進(jìn)行沖突實(shí)時(shí)檢查，結(jié)果見圖7。通過在線協(xié)商模塊，設(shè)計(jì)師對設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行在線協(xié)商，服務(wù)器對協(xié)商結(jié)果進(jìn)行保存，以便后續(xù)設(shè)計(jì)使用。在線協(xié)商過程見圖8。

圖6 主模型裝配框架

圖7 實(shí)際沖突實(shí)時(shí)檢查結(jié)果

圖8 在線協(xié)商過程

沖突解決方案為修改水路走向，使水路避開頂針，沖突由此解決。修改結(jié)果見圖9。

6 結(jié)語

本文研究了注塑模并行設(shè)計(jì)沖突管理流程，設(shè)計(jì)了注塑模沖突管理模塊，搭建了主模型，對注塑模數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，用C/S模式進(jìn)行服務(wù)器與客戶端之間的信息交換。在并行設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)更新主模型，完成了注塑模并行設(shè)計(jì)沖突的實(shí)時(shí)檢查。設(shè)計(jì)師針對產(chǎn)生設(shè)計(jì)沖突的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行在線協(xié)商，提出了協(xié)商解決方案。最后，通過塑料齒輪實(shí)例對沖突管理模塊的可靠性及實(shí)用性進(jìn)行了驗(yàn)證。

圖9 協(xié)商解決方案

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