1 绪 论
1.1 模具产品开发的面临主要问题及发展趋势
大部分企业的模具开发模式仍以传统串行为主，即：首先由客户提出需要，然后设计人员凭经验进行模具设计，接着由制造工程师进行工艺规划，最后交付加工车间进行模具制造和加工装配，装配完毕由模具分析师进行试模，根据试件对模具的设计和加工进行评价，如发现问题则进行相应的反馈和改进，这是典型的“抛过墙”开发模式，会造成频繁的大循环；在组织管理上，管理观念陈旧，信息化程度不高。最终导致模具开发周期长，资源利用率不高，人均产值底，很难适应现代工业高速发展的需要。
我国的模具开发主要面临以下问题：
① 大部分模具设计生产厂家缺乏新产品设计与制造能力，即使有一定开发能力的企业，也大多采用传统串行的开发模式；
② 企业与企业之间，企业和客户的合作协商日益迫切，但有效信息交流不多，反馈不顺畅；
③ 在开发管理上，缺乏一个合理的、有柔性的、高效的过程模型。整个开发过程呈现一个刚性序列，灵敏度不高，设计制造中存在的问题只有等到下游的试模时才暴露出来，人力资源利用率不高，数据信息缺乏统一有效的管理；
④ 模具开发过程过程中信息化程度不高，CAD、CAE、CAM、PDM、CIMS以及 ERP 等在企业中应用层次比较底；
⑤ 大型、复杂、精密、长寿命模具的产需矛盾十分突出，已成为制约我国制造业发展的严重瓶颈，而低水平的模具过多重复开发。
1.1.2 模具产品开发的发展趋势
在市场竞争日趋激烈的今天，快速、高质量地设计和制造出产品模具，使成形的产品“质量高、成本低、上市快”已成为赢得竞争的首要因素。为了适应当今动态多变的全球化市场需求，20 世纪 80 年代以来国外制造业先后出现了网络协同制造、集成制造、并行工程、敏捷制造、虚拟制造和快速成形制造等一系列新的制造理念和技术，取得了明显的效益。同样，成功的模具制造既需要传统的经验，又需要先进的技术与设备。因此，在模具制造行业，这些新的制造理念和技术也得到了越来越广泛的应用，推动着现代模具开发模式向网络化、集成化、并行化等方向发展。
一个模具企业要想在激烈的市场竞争中不被淘汰，那么它一定要在某一个或几个方面拥有很强的竞争力，比如在模具设计、模具加工、模具标准件的生产方面等。而模具开发是一个涉及很多学科知识的复杂过程，需要很多人或部门或企业的协同合作才能完成。计算机和网络的快速发展使企业之间的协作变得更加方便，为了在市场竞争中不被淘汰，企业进行强强合作，于是就出现了动态联盟企业，出现了网络协同制造。在协同平台的支持下，具有不同核心竞争力的企业通过发挥各自的优势协同生产制造，快速生产出“质量高、成本低”的模具产品是可行的。目前，网络协同制造是一个研究热点。
计算机集成制造模式以实现不同计算机辅助系统间的信息共享和企业全局优化为目标，它通过建立各制造环节间的内在联系，实现全企业各生产过程中平顺的信息流和物流，目前计算机集成制造方兴未艾，被广泛的用于制造业的各个方面。模具的典型特点是单件或小批量生产，不仅要求高，而且涉及面广，影响因素多。因此，在模具开发过程中，必须将产品（零件）设计、用于观察、测试和评估的样件制作、模具设计、用于优化模具设计的工艺分析、数控加工、电极制作、电火花加工、表面质量与抛光、产品、模具和电极的尺寸控制等作为一个统一体加以考虑，也就是要对大量信息进行综合处理。可见，模具制造从产品的概念设计到最后试模，实质上是根据各种专门知识或经验将产品设计信息在各生产环节间进行不断的传输与处理，并反馈信息的过程。由于人工处理这些信息的困难，而传统的计算机辅助工具又缺乏一种有效的信息交换机制，致使迄今的模具设计大多凭经验或使用传统 CAD 工具进行，而计算机集成制造可以很好的帮助模具开发解决这样的问题。
模具的设计与制造是一个非常复杂的过程，是一个不断反复的过程，其中还包括根据试模结果对实际模具的反复修改。而传统的串行模具设计制造方法导致模具设计制造频繁循环，从而导致模具开发周期长、成本高，甚至造成模具的报废。并行工程是把整个模具开发过程作为一个生命周期，在开发的每一步骤都考虑后续步骤，即：在模具设计阶段就要考虑相应的模具制造等因素。因此，产品（零件）设计、工艺分析和模具设计最好同时考虑或进行，这样就可以大大降低模具重复设计和制造的频率，从而提高产品质量高、降低成本低和提高交货速度。
2 基于工作流的模具产品协同设计平台的架构
从制造业发展的历史长河中来看，制造业遵循着“劳动密集、设备密集、信息密集、知识密集”的发展轨迹，并正在经历着从信息集成走向知识集成的新的发展阶段，对市场响应时间将成为 21 世纪企业赢得竞争优势的最主要因素。现代设计方法不外为设计集成化、智能化和网络化。集成化要支持信息集成，过程集成与企业集成，它涉及的技术如：数字化建摸、产品数据管理、过程协调与管理、产品数据交换、CAx 工具、DFx 工具等；智能化是指在设计过程中所采用的智能技术，如人工智能、专家系统等；网络化是指设计所需的环境和设计技术。而计算机支持的协同设计则是网络化设计发展到一定阶段的产物。
模具开发的趋势之一就是网络协同开发，把计算机支持的协同设计合理地应用到模具产品开发中，不仅可以缩短产品开发周期，提高工作效率，而且使各合作企业的优势充分发挥出来。本论文在总结前人研究的基础上，架构了一个基于工作流的模具产品协同设计平台系统 MDWfSystem（Mold Design based WorkflowSystem），该系统支持不同的模具开发小组在不同的工作地点协作完成一项模具开发任务。计算机支持的协同设计 CSCD 是 CSCW(Computer Supported CooperativeWork)的一个重要应用，因此，CSCD 的支撑环境就是 CSCW。
Petri 网是工作流网的基础，先简单介绍一下 Petri 网。Petri 网是德国人 CarlAdam Petri 于 1962 年在他的博士论文中首次提出来的，此后很多学者对其进行了研究。Petri 网业已成为一种功能强大的面向图形的建模语言，同时具有很强的动态分析能力，是过程建模首选的建模工具。目前 Petri 网已扩展成多种高级形式，如时间 Petri 网、有色 Petri 网、层次 Petri 网，其表达能力也越来越强。Petri网以及经过扩展得到的高级 Petri 网是后续章节建立的模具产品开发工作流网模型的基础，但限于篇幅，并且由于 Petri 网理论的逻辑性强，关于 Petri 网的详细内容可参阅相关文献。
3 模具开发过程模型的建立......................... 36-52
3.1 过程建模方法分析 .........................36-39
3.1.1 产品开发过程建模的概念......................... 36-37
3.1.2 产品开发过程建模的目标......................... 37-38
3.1.3 产品开发过程建模的方法 .........................38-39
3.2 对基于 Petri 网的工作流网的改进......................... 39-43
3.3 基于层次时间有色工作流网的模具......................... 43-51
3.4 本章小结 .........................51-52
4 模具开发工作流模型的性能分析......................... 52-63
4.1 模具开发工作流模型的合理性分析......................... 52-55
4.1.1 工作流合理性......................... 52-53
4.1.2 工作流合理性的验证 .........................53-55
4.2 模具开发工作流模型的性能分析......................... 55-62
4.2.1 模具开发时间仿真分析......................... 56-59
4.2.2 模具开发过程中的资源仿真分析......................... 59-62
4.2.3 模具开发过程中成本分析......................... 62
4.3 本章小结......................... 62-63
5 过程挖掘在过程建模中的应用 .........................63-70
5.1 过程挖掘的概念......................... 63-64
5.2 过程挖掘的基本原理......................... 64-68
5.3 过程挖掘的现状......................... 68-69
5.4 本章小结 .........................69-70
结论
模具制造业在国民经济中占着极其重要的地位，面对当前越来越激烈的市场竞争，如何使模具企业在最短的时间内，把高质量、低成本的模具产品推向市场，是很多人研究者都在思考的问题。本文在结合当前模具发展趋势的基础上提出通过构建基于工作流的模具开发协同设计平台来提高企业的竞争力的方法，并架构了协同设计平台 MDWfSystem。工作流过程模型是整个模具开发业务过程的蓝图，所以必须保证所建立的过程模型是合理的，并且和实际业务过程是吻合的。
本文采用人工建模和过程挖掘相互配合的方法建立过程模型，从而尽可能保证所建立的过程模型是客观的，和实际业务过程是一致的。最后本文建立了一个基于层次时间有色工作网的模具开发工作流过程模型，并利用计算机软件 CPN Tools 对该过程模型进行仿真，并作定量分析。
总结全文，得出以下结论：
① 通过网络进行协同制造开发是制造业发展的必然趋势，把计算机支持的协同设计合理地应用到模具开发中，可以大大提高模具企业的竞争力。
② 计算机支持的协同设计是当前世界学术界研究的热点，将基于工作流的协同系统应用模具开发中是一种先进的、可行的技术方案。
③ 基于 Petri 网工作流网不仅具有强大的建模能力，而且还具有比较成熟的分析方法，是当前过程建模的首选方法。从本文建立的基于层次时间有色工作流网的模具开发过程模型的实践中，证明它作为一种建模语言具有建模能力强大、分析方法成熟、易用等方面优势。
④ 对模具开发过程模型进行合理性分析，并对过程模型的时间、资源利用率、成本等参数进行定量分析，能够对模具生产起着重要的指导作用。
⑤ CPN Tools 可以轻松实现对非有色时间 Petri 网和有色时间 Petri 网的仿真，还可以对 Petri 网的性能（如有界性、活性、时间性能等）进行分析，是一个功能强大的 Petri 网分析工具。
⑥ 过程挖掘是一种建立工作流过程模型的重要方法。人工建模和过程挖掘相互配合建立过程模型，不仅可以提高过程模型的准确性，还可以提高建模效率。
参考文献
[1] 周永泰. 我国塑料模具现状与发展趋势[J]. 模具工业, 2000 , N0 .6 : 3－6.
[2] 李发致. 模具先进制造技术[M]. 北京：机械工业出版社, 2003.3.
[3] 阮雪榆, 李志刚, 武兵书等. 中国模具工业和技术的发展[J]. 模具技术, 2001, (2)72－74.
[4] 黄毅宏, 李明辉. 模具制造工艺[M］. 北京：机械工业出版社, 1999.6.
[5] 周雄辉, 彭颖红. 现代模具设计制造理论与技术[M]. 上海：上海交通大学出版社, 2000.
[6] 王小新, 于听世, 刘亚东. 基于并行思想的模具开发与制造过程[J]．模具技术，2001,(5): 10－12.
[7] 任柏林等. 面向模具制造企业的 CAD/CAE/CAM 集成模型研究[J]. 湖北汽车工程学院学报, 2003, 17 ( 2 ):11－15.
[8] Jonathan Grudin. Computer-supported cooperativehttp://www.1daixie.com/mjbylw/ work. History and focus[J]. IEEE Computer ,1954, (5):19－26.
[9] 史美林, 杨光信. 计算机支持协同工作：过去、现在和未来[A]. 史美林, 第一次全国CSCW 学术会议论文集[C]. 北京：电子工业出版社，1998 年.
[10] 于海斌, 朱云龙. 协同制造—e 时代的制造策略与解决方案[M]. 北京：清华大学出版社，2004.