計算機輔助制造習題作業(yè)

1、2-24 試述工程數據庫的特點和應用。 答：在系統中，圖形處理、產品造型、文檔生成、人工智能和工程分析等工作都有大量的數據處理工作，稱為工程數據庫（EDB），它與一般的數據庫有所不同。工程數據庫的主要特點為：（1） 工程數據類型和數據間的聯系均比較復雜，所要處理的數據大多與產品設計和制造有關。（2） 工程數據經常是一些動態(tài)數據，數據模式和數據間的聯系需要動態(tài)修改。（3） 要能支持對不同版本數據庫產品的管理。支持工程應用的數據庫管理系統應有以下一些功能：（1） 能描述復雜的數據類型和結構，能動態(tài)的定義和修改數據模式。（2） 有嚴格的約束管理功能，保證數模結構的一致性；能有效的管理多卷數據，提供數

2、據共享；有靈活的數據管理能力，支持工程設計中的長事物處理；具有版本管理機制。（3） 具有客戶之間的交互通信服務功能和有效地存儲管理機制，可快速訪問和提取數據。（4） 提供功能完備的數據庫程序設計語言和好友的交互式圖形界面。（5） 有良好的集成性、可擴展性和兼容性。（6）支持多個工程應用程序（7）支持動態(tài)模式的修改和擴充（8）支持反復的試探性設計（9）支持在數據庫中嵌入語義信息（10）支持存儲和管理各種設計結果版本（11）支持復雜的抽象層次表示工程數據庫的應用： 新一代數據庫系統，它會在CAD/CAM,CIM,CASE,OIS(辦公信息系統),GIS(地理信息系統)、知識庫系統、實時系統等這些新

3、的數據庫應用領域大大發(fā)展，如它給人們的生活、經濟帶來的影響是深遠無比的，它自身的市場潛力也將是潛力無限的。從小型單項事務處理系統到大型信息系統，從聯機事務處理到聯機分析處理，從傳統的企業(yè)管理到計算機輔助設計與制造、計算機集成制造系統、辦公信息系統、地理信息系統等，都離不開數據庫管理系統。數據庫的應用已經滲透到各個領域，在信息時代的今天，面對信息爆炸式的增長以及計算機技術的飛速發(fā)展，我們已經離不開數據庫技術。參考文獻:1 邵新宇，蔡麗彤.工程數據庫的特點 M.北京：機械工業(yè)出版社，2004，10.2 王先逵 計算機輔助制造 北京：清華大學出版社，2008.126-16 試述德國OPITZ零件分類

4、編碼系統的結構和特點。答：OPITZ零件分類編碼系統是在20世紀60年代初由當時聯邦德國Achen工業(yè)大學H.Opitz教授領導的機床和生產工程實驗室開發(fā)的，是一個典型的有參考意義的系統，在組成技術中受到廣泛應用。（1） 系統結構 OPITZ零件分類編碼系統是一個十進制9位代碼的組合結構系統。其橫向分類環(huán)節(jié)分為主碼和輔助碼，主碼為5位，主要用來描述零件的基本形狀要素。 其中，第1位為零件類別碼，將零件分為回轉體類類零件和非回轉體類零件兩大類；第2-5位是描述零件的形狀細節(jié)，按外部形狀內部形狀平面加工輔助孔、齒形和成型加工的順序描述。（2） 系統特點 結構較簡單，橫向分類環(huán)節(jié)數適中，便于記憶和分

5、類。 主碼雖主要用來描述零件的基本形狀要素，但實際上隱含著工藝信息。 縱向分類環(huán)節(jié)的信息排列中，有些采用了選擇排列法，結構上欠嚴密，易出現多義性。 通過輔助碼考慮了工藝信息的描述，雖粗糙一些，但卻是一個進步。 與VUOSO系統相比，該系統所描述的信息要詳盡的多，因此應用廣泛。參考文獻1 王先逵 計算機輔助制造 北京：清華大學出版社，2008.128-1試述計算機輔助工藝過程設計（CAPP）的含義和意義。答：（1）CAPP的含義： 計算機輔助工藝過程設計（computer aided process planning，CAPP）是計算機輔助加工工藝過程設計的簡稱。 CAPP（computer a

6、ided process planning,計算機輔助工藝過程設計）的作用是利用計算機來進行零件加工工藝過程的制訂，把毛坯加工成工程圖紙上所要求的零件。它是通過向計算機輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內容等工藝文件的過程。 計算機輔助工藝過程設計也常被譯為計算機輔助工藝規(guī)劃。國際生產工程研究會（CIRP）提出了計算機輔助規(guī)劃(CAP-computer aided planning)、計算機自動工藝過程設計 (CAPP-computer automated process planning)等名稱，CAPP一詞強調了

7、工藝過程自動設計。實際上國外常用的一些，如制造規(guī)劃(manufacturing planning)、材料處理(material processing)、工藝工程(process engineering)以及加工路線安排(machine routing)等在很大程度上都是指工藝過程設計。 計算機輔助工藝規(guī)劃屬于工程分析與設計范疇，是重要的生產準備工作之一。由于計算機集成制造系統(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出現，計算機輔助工藝規(guī)劃上與計算機輔助設計 (CAD-computer aided design)相接，下與計算機輔助制造（C

8、AM-computer aided manufacturing）相連，是連接設計與制造之間的橋梁，設計信息只能通過工藝設計才能生成制造信息，設計只能通過工藝設計才能與制造實現功能和信息的集成。由此可見CAPP在實現生產自動化中的重要地位。（2） CAPP的意義：代替工藝工程師的繁重勞動 CAPP可以代替大量的工藝工程師繁重的重復勞動，利用人工智能，如專家系統等，減少工藝過程設計上所需要的某些人工決策，降低對工藝人員技能的要求。提高工藝過程設計質量 CAPP可以編制出一致性好、精確的工藝過程。在人工編制工藝過程時，由于受到個人經歷和知識的限制，在同樣生產條件下，可能會編制出不同的工藝過程，影響了

9、生產組織工作。同時，計算機能按程序要求編制出詳盡的工藝過程，精確性好，減少了人為因素的影響縮短生產準備周期，提高生產率 人工設計工藝過程繁瑣、費時、速度慢，不能適應多品種生產、產品更新換代、市場變化等要求。一個產品的開發(fā)周期包括設計、生產準備、加工生產、報廢處理等四大階段，其中，生產準備階段包括工藝過程設計、專用夾具、專用刀具、專用檢具以及專用機床等的設計。人工設計工藝過程所需時間約占整個生產準備時間的40.CAPP能大大縮短生產準備周期，從而縮短產品開發(fā)周期，提高對市場變化的響應速度和競爭能力。減少工藝過程設計費用及制造費用 一個先進的CAPP系統可以大大減少工藝工程師的勞動，縮短產品開發(fā)周

10、期，提高生產率，減少在質品數量，使生產制造費用、產品成本大為縮減。在計算機集成制造系統中，CAPP是連接CAD與CAM的橋梁（3） CAPP的發(fā)展階段性：1） 基于自動化思想的專用型CAPP系統 專用型CAPP不但環(huán)境依賴性很強,而且對零件 類型也非常敏感,無法與制造系統的其它環(huán)節(jié)進行柔性接口,各專用系統不可重用,因此沒能得到推廣應用. 2）基于Word/Excel/AutoCAD及其它圖形系統的填表型CAPP系統 針對CAPP的不確定性特點,填表型CAPP徹底放棄了工藝決策的自動化目標7,是一種純粹的人工填表操作方式.這類系統片面強調工藝設計的“所見即所得”,完全以文檔為核心,忽視企業(yè)信息化

11、中產品工藝數據的重要性,存在難以保證產品工藝數據準確性、一致性和進行工藝信息集成的致命問題.3） 基于結構化數據的框架/工具型CAPP系統 從信息系統開發(fā)角度,分析產品工藝文件中所涉及的數據/信息,建立結構化的數據模型,并以模型驅動進行工藝設計.一些企業(yè)開發(fā)的專用CAPP系統基本屬于該類系統,如CAPPFramework,其思想是構造一個支持多種零件和相異生產環(huán)境的框架系統,并設計一些可以針對具體環(huán)境生成決策模型的工具,通過重組工具來組成實際的CAPP系統,這樣的框架不僅難于做到真正支持多種零件和不同生產環(huán)境,而且要求用戶深入了解設計技術,才能利用“工具”構造出具體的CAPP系統,難以使產品實

12、用化.4） 基于產品數據的綜合智能化CAPP系統 即開發(fā)面向產品的CAPP系統,首先應是以產品工藝數據為核心的集工藝設計與信息管理為一體的交互式計算機應用系統,并逐步集成檢索、修訂、創(chuàng)成等多工藝決策混合技術及多人工智能技術,實現人機混合智能(Human2MachineHybridIntelligence)和人、技術與管理的集成,逐步和部分實現工藝設計與管理的自動化,從設計和管理等多方面提高工藝人員的工作效率,且在應用中不斷積累工藝設計人員的經驗.因此基于產品數據的CAPP系統應是以交互式為基礎,以知識庫為核心,并采用檢索、修訂、創(chuàng)成等多工藝決策混合技術及多人工智能技術的綜合智能化,從而形成基于

13、知識庫的智能化交互式CAPP框架.此類系統以產品數據庫為核心,能夠實現CAPP系統的通用性、柔性及實用性,是目前CAPP系統發(fā)展的理想模式. 參考文獻：1 呂琳.數字化制造技術國內外發(fā)展研究現狀J.現代零部件，2009（3）:76-79.2 呂琳，胡海明.CAPP正在進化嗎？J.2009，22（1）:87-88.3 楊海成，敬石開.CAPP的研究發(fā)展與應用實踐J.數字制造科學，2003,1（1_4）:39-51.4 王先逵 計算機輔助制造 北京：清華大學出版社，2008.128-2試述CAPP的內容與步驟答：（一）CAPP的內容： 由上圖可知，過程為 毛坯的選擇及毛坯圖的生成； 定位基準與夾緊

14、方案的選擇； 加工 方法的選擇； 加工順序的安排； 通用機床、刀具、夾具、量具等工藝裝備的選擇； 工藝參數的計算； (7)專用機床、刀具、夾具、量具等工藝裝備設計方案的提出； 工藝文件的輸出。 （2） CAPP的步驟：（1）輸入產品圖紙信息；（2）擬定工藝路線和工序內容；（3）確定加工設備和工藝裝備；（4）計算工藝參數；（5）輸出工藝文件參考文獻：1 邵新宇，蔡麗彤.現代CAPP技術與應用M.北京：機械工業(yè)出版社，2004，10.2 張振明，徐新，等.現代CAPP技術與應用M.西安：西北工業(yè)大學出版社，2003.3 呂琳.數字化制造技術國內外發(fā)展研究現狀J.現代零部件，2009（3）:76-7

15、9.11-2 試述計算機輔助夾具設計過程。夾具圖生成 答：從夾具設計的設計階段來考慮，可以分為功能設計、結構設計、結構分析、性能評價、家具圖生成等階段。在功能設計階段，要考慮工件的定位方案、夾緊方案、對刀和刀具導向、夾具與機床的關系等功能是否滿足加工要求。在結構設計階段，要具體設計定位元件、夾緊元件和裝置、對刀元件以及夾具體等總體結構。在結構分析階段，主要進行一些必要的工程分析。例如，利用有限元法分析結構的剛度，夾具在進行夾緊時使工件產生的變形，在切削時由于切削力對定位、夾緊等的變形而造成的對加工精度的影響；又如，定位精度的分析、夾緊力的計算校核等。性能評價是指對夾具設計的技術經濟分析。家具圖

16、生成是指輸出夾具裝配圖、非標零件圖和標準元件明細表等。下圖為計算機輔助夾具設計的過程：12-2 試述計算機集成質量系統信息流中各種信息的關系。CAD質量改進質量成本統計信息反饋售后服務儲運 產品檢驗 產品制造產品檢驗計劃工序質量控制工序控制計劃 CAQ仿真CAPP質量功能展開市場調查 答：計算機集成質量系統的循環(huán)周期是從市場調查階段開始到售后服務階段結束的。下圖為計算機集成質量系統的信息流： 在市場調查階段，了解用戶需求和競爭對手的情況，并以調查的結果作為設計階段的輸入信息。以此為基礎，利用CAD技術設計出滿足客戶需求的產品，然后通過CAPP將設計信息轉化為生產工藝計劃。通過在線仿真系統對加工

17、過程進行模擬，發(fā)現可能出現的問題并反饋給CAD/CAPP系統，進行修改設計，直到將所有設計以及工藝等方面的問題全部解決，以保證按工藝計劃生產的產品能滿足設計要求。 系統根據設計及工藝信息制定工序質量及產品質量監(jiān)測計劃，對產品的加工過程及加工質量進行質量控制，保證產品的質量。 產品售出后，通過售后的技術服務收集用戶對產品質量的反映，并進行分析和歸納，同時統計產品質量控制的成品。這些信息有助于確定產品實際使用中用戶意見和期望所反映的問題的性質范圍，為改進設計和管理提供信息。參考文獻：1 王先逵 計算機輔助制造 北京：清華大學出版社，2008.1213-12 試述柔性制造的含義、特點、應用以及存在的

18、問題。答：（一）柔性制造系統的含義： 柔性制造系統一般由多臺數控機床和加工中心組成，并有自動上下料裝置、倉庫和輸送系統，在計算機及其軟件的集中控制下，實現加工自動化。它具有高度柔性，是一種計算機直接控制的自動化可變加工系統。（2） 柔性制造系統的特點： 與傳統的剛性自動線相比，柔性制造系統有下列突出的特點：（1） 具有高度的柔性，能實現多種工藝要求不同的同族零件加工，實現自動更換工件、夾具、刀具及裝夾，有很強的系統軟件功能。成組技術與制造單元是進行柔性制造系統設計的基礎，她按照成組的加工對象確定單元過程，選擇相適應的數控加工設備和工件、工具等物料的儲運系統，并由計算機進行控制，故能自動調整并實

19、現一定范圍內多種工件的成批生產，并能及時的改變產品以滿足市場需求。（2） 具有高度的自動化程度、穩(wěn)定性和可靠性，能實現長時間的無人連續(xù)工作，提高產品質量的一致性。（3） 減少調整、準備終結等輔助時間，縮短生產周期，具有高生產率。（4） 兼有加工和部分生產管理功能，能及時安排零件的加工，實現及時生產，從而減少毛坯和在質品的庫存量以及相應的流動資金占有量，提高設備的利用率，減少設備數量和廠房面積，綜合提高生產效率。（5） 減少直接勞動力，可實現晝夜24小時連續(xù)無人生產，降低直接勞動費用，增加經濟收益。（3） 柔性制造的應用：大 小少多中零件品種數中100 100010柔性制造生產線數控機床通用機床

20、柔性制造單元柔性制造系統專用機床自動線柔性生產率 10 1000 100 10000批量生產 柔性制造系統的應用范圍很廣，如下圖。 圖中，柔性制造單元、柔性制造線都屬于柔性制造系統的范疇。柔性制造系統主要解決單件小批量生產的自動化，把高柔性、高質量、高效率結合和統一起來，具有很強的生命力，是當前最有實效的生產手段，并逐漸向中大批多品種生產的自動化發(fā)展。柔性制造系統的工藝范疇正在不斷擴大，可以包括毛坯制造、機械加工、裝配和質量檢驗等。1）柔性系統在加工回轉類零件中的應用（1)加工對象為軸、盤類零件（2)加工系統為以5臺國產數控機床為基礎模塊(CNC車床2臺，數控磨床1臺，立式和臥式加工中心各1臺

21、)與4臺搬運型工業(yè)機器人結合構成的加工單元。（3)物流系統采用自動認址感應式無軌小車，機床前設有托板站，系統設有平面托板存儲庫。（4)控制系統。中央管理系統(MAIN CPU)：總體管理和決策控制。由主計算機(CPU)通過光纜 與各單元、物流系統、控制機和自動編程機等聯成控制網絡。單元控制裝置(CCU)：單元生產過程控制。 搬運控制和管理裝置(MCU)：物流控制。計算機數控(CNC)：切削加工控制。其他：中心孔清洗和工業(yè)監(jiān)視電視系統等裝置。2）柔性系統在箱體加工中的應用(1)加工對象為箱體類零件。(2)加工系統是由3臺立式數控機床和7臺加工中心結合構成的加工單元。(3)物流系統采用無軌導向小車

22、自動完成零件的運送。(4)控制系統。中央管理系統(MAIN CPU)：總體管理和決策控制單元控制裝置(CCU)：單元生產過程控制搬運控制和管理裝置(MCU)：物流控制計算機數控(CNC)：切削加工控制其他：托盤庫和裝卸站零件的識別采用托盤庫里托盤編碼方式識讀在裝卸站由人工完成零件裝卸，采用無軌導向車自動完成零件的運送。零件加工切削由地下冷卻液和切削系統集中處理，冷卻液可循環(huán)利用。機床主軸和機床刀庫之間自動換刀，機床刀庫和外界換刀、測量和檢驗都是在每道工序加工完成后由人工進行。采用本系統后，獲得的主要效益是提高機床利用率50，縮短生產周期35。提高了產品的質量，保證了產品質量的一致性3。（4）

23、存在的問題： 投資大、制造周期長、系統復雜，控制和管理難度大、其柔性限制在一定范圍內，只能加工某一大類的零件。參考文獻：1 柔性制造系統的關鍵技術及發(fā)展趨勢 徐坤 黑龍江工程學工程訓練中心 黑龍江哈爾濱1500502 柔性制造系統及其應用 高 紅 (沈陽工程學院機械工程系，沈陽 110136)3 王先逵 計算機輔助制造 北京：清華大學出版社，2008.1213-15 試述集成制造系統的概念、意義和存在的問題。答：（一）CIMS的概念： 計算機集成制造系統是在自動化技術、信息技術和制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，將制造工廠全部生產活動所需的各種分散的自動化系統有機的集成起來，成為適合于多品

24、種、小批量生產的總體高效益、高柔性的智能制造系統。 CIMS又稱計算機綜合制造系統，它是在網絡和數據庫的支持下，由以CAD為核心的工程信息處理系統，以CAM為中心的加工、裝配、檢測、儲運、監(jiān)控自動化工藝系統和經營管理信息系統所組成的綜合體。 在CIMS的概念中應強調說明以下兩點： （1）在功能上，CIMS包含了一個工廠的全部生產經營活動，即從市場預測、產品設計、加工工藝設計、制造、管理至售后服務的全部過程。因此CIMS比傳統的工廠自動化的范圍要大得多，是一個復雜的大系統，是工廠自動化的發(fā)展方向，也是未來制造工廠的模式。 （2）在集成上，CIMS涉及的自動化不是工廠各個環(huán)節(jié)的自動化的簡單疊加，而

25、是在計算機網絡和分布式數據庫支持下的有機集成。這種集成主要體現在以信息和功能為特征的技術集成，即信息集成和功能集成，以縮短產品開發(fā)周期、提高質量、降低成本。這種集成不僅是物質的集成，而且是人的集成。(二）CIMS的意義： CIMS是一種觀念,一種哲理,它是生產發(fā)展的一定階段的產物,在信息時代中,它是用信息集成方式來提高生產效益,使之符合不斷變化的社會與市場需求的新方法.CIMS的概念和內容并不是一成不變的,它必須隨著生產水平、生產方式的發(fā)展和人類社會的進步、信息技術的提高而在不斷發(fā)展. CIMS的研究必須不斷更新,永遠不會停止在一個水平上,就我國的情況來說,CIMS的目的是提升加工制造產業(yè)的現

26、代化水平,適應不斷變化的市場需求,增大經濟效益和社會效益,以滿足不斷提高的日新月異的人民的生活需求.目前的各種CIMS方法、工具,只是適應目前的生產方式,是在人類加工業(yè)發(fā)展過程中的一個階段.認為CIMS用處不大,或者認為CIMS完全可用,只要照搬世界上現存的軟件方法就萬事大吉的想法,都是片面的.CIMS的生命力就在于它必須與時俱進,必須不斷地從日益變化的市場與日益更新的技術中得到發(fā)展.CIMS的定義,概念與內涵都不是一成不變的.展望未來,CIMS是我國加工制造業(yè)前進中不可缺少的觀念,而它又必須不斷地完善自己,特別在開放性與創(chuàng)新性方面繼續(xù)開拓,才能真正起到促進企業(yè)發(fā)展,增強效益,為我國社會主義經濟建設服務的目的。（3） CIMS存在的問題：1） 在CIMS總體設計中存在的問題 在CIMS設計過程中，系統需求分析、初步設計和詳細設計階段均產生大量的文檔資料。目前在CIMS開發(fā)過程中存在較嚴重的問題是：（1） CIMS分析和設計兩個階段脫節(jié)，形成“分析一堆紙，設計又一堆紙”的現象，分析成果未得到很好地利用，甚至是完全丟棄，設計階段工作又從頭開始。這不僅造成CIMS前期工作成果的極大浪費，更為重要的是，由于設計脫離