計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)體系和主要單元技術(shù)概述

1、計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)體系及主要單元技術(shù)概述 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 院： 9 / 10文檔可自由編輯打印摘 要為了讓人們對(duì)計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)有一個(gè)簡(jiǎn)單的認(rèn)識(shí)和了解，簡(jiǎn)單概括的論述了計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)的來源背景、發(fā)展現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)簡(jiǎn)單的介紹了計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成以及一些構(gòu)建和實(shí)現(xiàn)CAM系統(tǒng)的技術(shù)。關(guān)鍵詞：CAM，成組技術(shù)，CAPP，數(shù)據(jù)通信，局域網(wǎng)目 錄摘 要1第一章 計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)體系31.1 課題的背景及來源31.2 計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)體系的發(fā)展現(xiàn)狀31.3 制造業(yè)新技術(shù)對(duì)CAM 的需求4第二章 計(jì)算機(jī)輔助制造單元技術(shù)52.1 成組技術(shù)52.2 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)62

2、.3 數(shù)據(jù)通信及局域網(wǎng)技術(shù)6第三章 計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)83.1 新一代CAM 的軟硬件平臺(tái)83.2 新一代CAM 的基本特征8參考文獻(xiàn)9第一章 計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)體系1.1 課題的背景及來源計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)是20世紀(jì)中后期迅速發(fā)展起來的一門新興的綜合性計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)。20世紀(jì)50年代以來，科學(xué)家研發(fā)了很多科技產(chǎn)品，而電子計(jì)算機(jī)也是這些產(chǎn)品中最重要的產(chǎn)品之一。在離散產(chǎn)品制造行業(yè)，計(jì)算機(jī)是數(shù)控、CAD和CAM等開發(fā)的基礎(chǔ)。第二次世界大戰(zhàn)后不久，隨著對(duì)復(fù)雜零件的增長(zhǎng)，人們發(fā)明了數(shù)控機(jī)床，進(jìn)而發(fā)展了CAM。而這些都是為了產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化提供基礎(chǔ)，即在車間采用CAM，使得現(xiàn)代制造業(yè)在激烈

3、的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中得以生存。今天CAM和CAD已滲透到工程技術(shù)和人類生活得幾乎所有領(lǐng)域，并日益向縱深發(fā)展。迄今為止，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域中，CAM和CAD的覆蓋率可達(dá)70%以上。計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing，簡(jiǎn)稱CAM）技術(shù)是20世紀(jì)中后期迅速發(fā)展起來的一門新興的綜合性計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)。到目前為止，計(jì)算機(jī)輔助制造有廣義和狹義兩個(gè)概念。CAM的狹義概念指的是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)，它包括CAPP、NC變成、工時(shí)定額的計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃的制定、資源需求計(jì)劃的制定等。這是最初CAM系統(tǒng)的狹義概念。到今天，CAM的狹義概念甚至更進(jìn)一步縮小為NC

4、編程的同義詞。所謂廣義CAM，是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備工作到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的各種活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流過程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等主要方面。其中工藝準(zhǔn)備包括計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與制造、NC編程、計(jì)算機(jī)輔助工時(shí)定額和材料定額的編制等內(nèi)容；物流過程的運(yùn)行控制包括物料的加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送、儲(chǔ)存等生產(chǎn)活動(dòng)。1.2 計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)體系的發(fā)展現(xiàn)狀不適應(yīng)當(dāng)今集成化的需求?，F(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)要求網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)的模塊分布、功能側(cè)重必須與企業(yè)的組織形式、生產(chǎn)布局相匹配。當(dāng)今CAD、CAM 混合化系統(tǒng)不等于集成化， 更不利于網(wǎng)絡(luò)集成化的實(shí)現(xiàn)。不適合現(xiàn)

5、代企業(yè)專業(yè)化分工的要求。CAD、CAM 混合化系統(tǒng)， 無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與加工在管理上的分工， 增加了生產(chǎn)管理與分工的難度， 也極大地阻礙了智能化、自動(dòng)化水平的提高。當(dāng)今CAM 系統(tǒng)一般都是曲面CAM 系統(tǒng)， 是面向局部加工的處理方式。它不能有效地利用CAD 模型的幾何信息， 無法自動(dòng)提取模型的工藝特征， 只能夠人工提取， 甚至靠重新模擬計(jì)算來取得必要的控制信息， 無疑增大了操作的煩瑣性， 影響了編程質(zhì)量與效率， 致使系統(tǒng)的自動(dòng)化程度與智能化程度很低。 給生產(chǎn)組織與管理帶來不便。企業(yè)在生產(chǎn)組織與管理上要求CAD、CAPP、CAM 在應(yīng)用場(chǎng)合、操作人員、系統(tǒng)功能上按照生產(chǎn)布局合理安排。CAM 系統(tǒng)及操

6、作人員遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)， 致使因不了解現(xiàn)場(chǎng)情況造成不應(yīng)有的反復(fù)， 浪費(fèi)了時(shí)間， 降低了效率， 甚至造成廢品。傳統(tǒng)的CAM 系統(tǒng)不僅要求操作人員有深厚的工藝知識(shí)背景， 還需要有很高的CAD 應(yīng)用技巧。一般需三個(gè)月專門培訓(xùn)入門， 1 至3 年的實(shí)踐才能成為稱職的工作人員。對(duì)CAM 的應(yīng)用普及造成極大的困難， 使CAM后備人員嚴(yán)重不足， 因而造成人才競(jìng)爭(zhēng)異常激烈， 生產(chǎn)隊(duì)伍不穩(wěn)定， 產(chǎn)生嚴(yán)重人才管理問題。1.3 制造業(yè)新技術(shù)對(duì)CAM 的需求近年來制造業(yè)新技術(shù)的最大熱點(diǎn)是高速加工技術(shù)。因此， 下面主要分析該技術(shù)對(duì)CAM提出的新要求。安全性要求。在高速進(jìn)給條件下， 一旦發(fā)生過切、幾何干涉等， 后果將是災(zāi)難性

7、的， 故安全性要求是第一位的。傳統(tǒng)的CAM系統(tǒng)靠人工或半自動(dòng)防過切處理方式， 沒有從根本上杜絕過切現(xiàn)象的發(fā)生?？坎僮髡叩募?xì)心、責(zé)任心等人的因素是沒有安全保障的， 無法滿足高速加工安全性的基本要求。 工藝性要求。高速加工要求刀路的平穩(wěn)性， 避免刀路突然轉(zhuǎn)向、盡量避免空刀切削、減少切入、切出等， 故要求CAM 系統(tǒng)具有基于殘余模型的智能化分析處理功能、符合高速加工工藝的優(yōu)化處理功能及進(jìn)給量?jī)?yōu)化處理功能等。 高效率要求。高效率體現(xiàn)在兩個(gè)方面: 編程的高效率； 高速加工的工藝要求比傳統(tǒng)數(shù)控加工高了很多， 刀路長(zhǎng)度是傳統(tǒng)加工的上百倍， 一般編程時(shí)間遠(yuǎn)大于加工時(shí)間， 所以編程效率已成為影響總體效率的關(guān)鍵因

8、素之一。傳統(tǒng)的CAM 系統(tǒng)采用面向局部曲面的編程方式， 系統(tǒng)無法提供工藝特征，編程復(fù)雜程度很大， 對(duì)編程人員除工藝水平之外， 還要求有很高的使用技巧。迫切需要具有高速加工知識(shí)庫(kù)的、智能化程度高的、面向整體模型的、新一代CAM 系統(tǒng)。優(yōu)化的刀路確保高效率的數(shù)控加工。第二章 計(jì)算機(jī)輔助制造單元技術(shù)2.1 成組技術(shù)成組技術(shù)GT揭示和利用事物間的相似性， 按照一定的準(zhǔn)則分類成組， 同組事物采用同一方法進(jìn)行處理， 以便提高效益的技術(shù)， 稱為成組技術(shù)。在機(jī)械制造工程中， 成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助制造的基礎(chǔ)， 將成組哲理用于設(shè)計(jì)、制造和管理等整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)， 改變多品種小批量生產(chǎn)方式， 從而獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。成

9、組技術(shù)的核心是成組工藝， 它是將結(jié)構(gòu)、材料、工藝相近似的零件組成一個(gè)零件族( 組)， 按零件族制定工藝進(jìn)行加工， 擴(kuò)大批量、減少品種、便于采用高效方法、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。零件的相似性是廣義的， 在幾何形狀、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性為基本相似性， 以基本相似性為基礎(chǔ)， 在制造、裝配等生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理等方面所導(dǎo)出的相似性，稱為二次相似性或派生相似性。成組技術(shù)的基本原理 是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)， 它研究如何識(shí)別和發(fā)掘生產(chǎn)活動(dòng)中有關(guān)事務(wù)的相似性， 并對(duì)其進(jìn)行充分利用。即將相似的問題歸類成組， 尋求解決這一組問題相對(duì)統(tǒng)一的最優(yōu)方案， 取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。長(zhǎng)期以來， 人們以一種傳統(tǒng)的觀點(diǎn)來看待

10、機(jī)械制造技術(shù)。即無論是大批量生產(chǎn)、或是單件小批量生產(chǎn)， 工廠所采用的制造方法和制造手段必須與加工類型相適應(yīng)， 這就導(dǎo)致在設(shè)計(jì)和制造過程中出現(xiàn)許多不合理現(xiàn)象。例如， 在大批大量生產(chǎn)中， 由于工作地集中化和專業(yè)化， 高效能、自動(dòng)化專用加工設(shè)備及機(jī)械化、自動(dòng)化流水生產(chǎn)線的使用， 勞動(dòng)生產(chǎn)率可得到提高， 但是， 對(duì)單件、中小批量生產(chǎn)的工廠， 一般按機(jī)群式布置車間的加工設(shè)備并組織生產(chǎn)， 由于零件的加工按各自的工藝流程交叉、往返于各生產(chǎn)班組之間， 為滿足不同零件的加工需要采用所謂萬能性的生產(chǎn)設(shè)備， 勢(shì)必造成這一生產(chǎn)類型的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、效率低、成本高、管理困難等缺點(diǎn)。成組技術(shù)就是解決這些問題而產(chǎn)生和發(fā)展起來的

11、一項(xiàng)新技術(shù)。實(shí)際上它是一個(gè)關(guān)于制造的哲學(xué)概念。它將相似的零件進(jìn)行識(shí)別和分組， 并在零件設(shè)計(jì)和制造中充分利用它們的相似性。相似的零件被列入一個(gè)零件組成或零件族。例如，一個(gè)能生產(chǎn)10000種不同零件的工廠可以將其分類歸納成50或60個(gè)零件族， 每一個(gè)零件族必須具有相似的設(shè)計(jì)和加工特點(diǎn)。因此， 一個(gè)給定零件族， 其每個(gè)成員的工藝過程應(yīng)該是相似的， 這樣可通過將生產(chǎn)設(shè)備分成加工組或加工單元來提高其加工效率。同樣， 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造業(yè)的其它領(lǐng)域中， 通過零件分組的方法也可得到許多益處。成組技術(shù)不僅用于零件加工、裝配等制造工藝方面， 還用于產(chǎn)品零件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工廠設(shè)計(jì)、市場(chǎng)預(yù)測(cè)、勞動(dòng)量測(cè)定、生產(chǎn)管理和

12、工資管理等各個(gè)領(lǐng)域， 成為企業(yè)生產(chǎn)全過程的綜合性技術(shù)。2.2 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)當(dāng)今， 機(jī)械制造生產(chǎn)技術(shù)迅速發(fā)展， 生產(chǎn)趨于多品種小批量， 而由于傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求。 與此同時(shí)， 高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)科技為工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)， 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)CAPP( Computer-Aided Process Planning) 應(yīng)運(yùn)而生， 對(duì)機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)生了重大的影響。 CAPP的工藝生成原理有三種，即派生法、創(chuàng)成法和專家系統(tǒng) 。這三種方法各有優(yōu)點(diǎn):派生式系統(tǒng)易于實(shí)現(xiàn)，但是柔性差，可移植性差；但要使創(chuàng)成式系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力，開發(fā)起來就比較困難；專家系統(tǒng)具有啟發(fā)性、透明性

13、、靈活性等特點(diǎn)，前景廣闊，但是存在著知識(shí)獲取的瓶頸等一系列的尚待解決的問題。 除了專家系統(tǒng)方法， 一些人工智能領(lǐng)域的最新研究成果也逐漸應(yīng)用于工藝設(shè)計(jì)過程中。CAPP系統(tǒng)按開發(fā)模式可以歸納為: 專用型CAPP系統(tǒng)和工具型CAPP系統(tǒng)。 專用型CAPP系統(tǒng)是指專門為特定企業(yè)環(huán)境和零件對(duì)象而開發(fā)的CAPP系統(tǒng)。工具型CAPP系統(tǒng)的基本特征是其工藝決策方法和其他系統(tǒng)功能是通用化的，因此它必須采用新的CAPP 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論。從體系結(jié)構(gòu)上看，工具型CAPP系統(tǒng)又可以分為框架型CAPP系統(tǒng)和開發(fā)平臺(tái)型CAPP 系統(tǒng) 。在將來，從我國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略和國(guó)情出發(fā), CAPP的發(fā)展應(yīng)在符合新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的前提

14、下, 從系統(tǒng)化角度對(duì)面向產(chǎn)品(以整個(gè)產(chǎn)品為對(duì)象) 的CAPP集成化(包含工藝信息管理)、智能化、工程化技術(shù)進(jìn)行深入研究；并應(yīng)更加強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)需求, 在工程化、商品化軟件開發(fā)方面投入足夠的力量, 把CAPP技術(shù)的研究、開發(fā)推向新階段。2.3 數(shù)據(jù)通信及局域網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。要在兩地間傳輸信息必須有傳輸信道，根據(jù)傳輸媒體的不同，有線數(shù)據(jù)通信與無線數(shù)據(jù)通信之分。但它們都是通過傳輸信道將數(shù)據(jù)終端與計(jì)算機(jī)聯(lián)結(jié)起來，而使不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)終端實(shí)現(xiàn)軟、硬件和信息資源的共享。數(shù)據(jù)通信的分類，按信息分：電話通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，有線電視系統(tǒng)；按調(diào)制分：基帶傳輸，調(diào)制傳

15、輸；按傳輸信號(hào)特征分：模擬通信系統(tǒng)，數(shù)字通信系統(tǒng)。為了使計(jì)算機(jī)輔助制造設(shè)備正常運(yùn)行，要將工廠中許多設(shè)備連在一起。不僅要在裝置與計(jì)算機(jī)之間交換數(shù)據(jù)文件，如數(shù)控零件程序、數(shù)據(jù)文件等，而且還需要交換控制命令和裝置狀態(tài)信息。局域網(wǎng)（Local Area Network, LAN），又稱內(nèi)網(wǎng)。指覆蓋局部區(qū)域（如辦公室或樓層）的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。按照網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域（距離）不同，其他的網(wǎng)絡(luò)類型還包括個(gè)人網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)等。早期的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)都是各不同廠家所專有，互不兼容。后來，電機(jī)電子工程師學(xué)會(huì)推動(dòng)了局域網(wǎng)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，由此產(chǎn)生了IEEE 802系列標(biāo)準(zhǔn)。這使得在建設(shè)局域網(wǎng)時(shí)可以選用不同廠家的設(shè)備，并能保證其

16、兼容性。這一系列標(biāo)準(zhǔn)覆蓋了雙絞線、同軸電纜、光纖和無線等多種傳輸媒介和組網(wǎng)方式，并包括網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和管理的內(nèi)容。隨著新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，這一系列標(biāo)準(zhǔn)仍在不斷的更新變化之中。以太網(wǎng)（IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)）是最常用的局域網(wǎng)組網(wǎng)方式。以太網(wǎng)使用雙絞線作為傳輸媒介。在沒有中繼的情況下，最遠(yuǎn)可以覆蓋200米的范圍。最普及的以太網(wǎng)類型數(shù)據(jù)傳輸速率為100Mb/s，更新的標(biāo)準(zhǔn)則支持1000Mb/s和10000Mb/s的速率。其他主要的局域網(wǎng)類型有令牌環(huán)和FDDI（光纖分布數(shù)字接口，IEEE 802.8）。令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)采用同軸電纜作為傳輸媒介，具有更好的抗干擾性；但是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不能很容易的改變。FDDI采用光纖傳輸

17、，網(wǎng)絡(luò)帶寬大，適于用作連接多個(gè)局域網(wǎng)的骨干網(wǎng)。近兩年來，隨著802.11標(biāo)準(zhǔn)的制定，無線局域網(wǎng)的應(yīng)用大為普及。這一標(biāo)準(zhǔn)采用2.4GHz 和5.8GHz 的頻段，數(shù)據(jù)傳輸速度可以達(dá)到11Mb/s和54Mb/s，覆蓋范圍為100米。局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義了傳輸媒介、編碼和介質(zhì)訪問等底層（一二層）功能。要使數(shù)據(jù)通過復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)傳輸?shù)竭_(dá)目的地，還需要具有尋址、路由和流量控制等功能的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的支持。TCP/IP（傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議）是最普遍使用的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。它也是互聯(lián)網(wǎng)所使用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。其他常用的局域網(wǎng)協(xié)議包括，IPX、AppleTalk等?；谝蕴W(wǎng)的局域網(wǎng)是許多車間通信網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)，無線網(wǎng)絡(luò)于

18、2000年初開始流行，而且在制造業(yè)也得到了很好的應(yīng)用。隨著局域網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)在一個(gè)芯片裝置上實(shí)現(xiàn)，許多這樣的裝置有了板載局域網(wǎng)接口?，F(xiàn)在，很容易在車間的裝置中交換數(shù)據(jù)。但是，重要的是要保證數(shù)據(jù)交換的正確性以及數(shù)據(jù)發(fā)送的安全性。第三章 計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3.1 新一代CAM 的軟硬件平臺(tái)今后CAM 的軟件平臺(tái)無疑將是Windows NT 或Windows 2000， 硬件平臺(tái)將是高檔PC或NT工作站系列。3.2 新一代CAM 的基本特征面向?qū)ο蟆⒚嫦蚬に?。系統(tǒng)將能夠按照工藝要求自動(dòng)識(shí)別并提取所有的工藝特征及具有特定工藝特征的區(qū)域，使CAD、CAPP、CAM 的集成化、一體化、自動(dòng)化、智能化成為可能。智能化。新一代的CAM 系統(tǒng)不僅可繼承并智能化判斷工藝特征， 而且具有模型對(duì)比、殘余模型分析與判斷功能。同時(shí)面向整體模型的形式也具有對(duì)工件的防過切、防碰撞修理功能。提高操作的安全性， 更符合高速加工的工藝要求。參考文獻(xiàn)1 Groover, M.P. Automation, Pr