CIMS-B4-工程集成技術(shù)

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)技術(shù)

——CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)CIMS（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem）西北工業(yè)大學許建ujx@CIMS提綱概念、技術(shù)和功能1數(shù)字化設(shè)計2數(shù)字化管理4數(shù)字化制造3集成與協(xié)同5結(jié)束語6提綱P4C集成技術(shù)1集成實例2CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)由于CAD/CAPP/CAM等是從生產(chǎn)過程的不同側(cè)面分別發(fā)展起來的、分別獨立的自動化孤島，各自的信息處理過程都存在著特殊性，彼此間的模型定義、實現(xiàn)手段和存取方法均有差異，信息難以交換，資源不能共享。兩個出發(fā)點：開發(fā)新一代Cax集成系統(tǒng)：人力、物力、資源建立接口，實現(xiàn)信息集成：通過不同CAX系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的映射與數(shù)據(jù)傳遞，實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)源和分布環(huán)境下的數(shù)據(jù)互操作和數(shù)據(jù)共享，實現(xiàn)集成CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)集成方式通過專用數(shù)據(jù)格式文件交換產(chǎn)品信息的集成方式通過標準數(shù)據(jù)格式的文件交換產(chǎn)品信息的集成方式通過統(tǒng)一的產(chǎn)品模型交換信息的集成方式：采用統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，并采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理軟件來管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準STEP是國際標準化組織在這些標準的基礎(chǔ)上所提出來的,其目標是提供一種獨立于任何特殊系統(tǒng)的能描述產(chǎn)品整個生命周期中有關(guān)數(shù)據(jù)的機制。在STEP標準的基礎(chǔ)上，各CAx系統(tǒng)只需準備STEP文件輸入和輸出翻譯器，即可實現(xiàn)各系統(tǒng)間的通信和銜接。STEP為CAD/CAM信息集成提供了一整套方法和理論，其中包括模型描述方法和語言、STEP文件文本規(guī)范、標準數(shù)據(jù)存取界面規(guī)范、集成資源、應(yīng)用協(xié)議開發(fā)指南、一致性測試方法論，以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換三種模式（文件交換、應(yīng)用編程接口和數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)）。作為產(chǎn)品整個生命周期的數(shù)據(jù)表示與交換標準，STEP在實際需求中產(chǎn)生，也在實際應(yīng)用中發(fā)展。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)STEP的目標是提供整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品信息描述和交換機制，且獨立于任何應(yīng)用系統(tǒng)。該標準的基本功能有兩個，一是產(chǎn)品信息的表達；二是產(chǎn)品信息的交換，包括存取、轉(zhuǎn)換和歸檔。應(yīng)用層：該層面向具體應(yīng)用，包括應(yīng)用協(xié)議及對應(yīng)的抽象測試集，以形式化定義語言或圖表的方式表達各應(yīng)用領(lǐng)域定制的產(chǎn)品信息參考模型。邏輯層：該層從實際應(yīng)用中抽象出來，包括通用集成資源和應(yīng)用集成資源，與各個應(yīng)用領(lǐng)域提供實體幾何關(guān)系及，用來描述不同的產(chǎn)品信息模型，并通過形式化規(guī)格說明與物理層建立聯(lián)系。物理層：該層為最低層，包括事實現(xiàn)方法，給出具體在計算機上的實現(xiàn)形式。這種層次結(jié)構(gòu)的組織方法使得STEP能夠提供應(yīng)用邏輯上更加完整、語義層次更高、且面向各種應(yīng)用的資源信息模型，以保障應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換邏輯層次上的正確性。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)STEP標準包括五部分內(nèi)容:描述方法、集成資源、應(yīng)用協(xié)議、實現(xiàn)形式和一致性測試。五部分內(nèi)容中,描述方法用于集成資源的定義,由資源模型產(chǎn)生應(yīng)用協(xié)議,應(yīng)用協(xié)議和實現(xiàn)形式相結(jié)合產(chǎn)生一種STEP實現(xiàn),一致性測試則用于測試STEP實現(xiàn)是否與標準相一致。五部分內(nèi)容互相溶為一體,共同構(gòu)成STEP標準。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技術(shù)提綱P4C集成技術(shù)1集成實例2飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)件是構(gòu)成飛機機體骨架和氣動外型的重要組成部分。飛機結(jié)構(gòu)件的品種繁多、形狀復(fù)雜、材料各異。與一般機械零件相比，機械加工零件加工難度大，對制造水平要求高。例如，壁板、梁、框、座艙蓋骨架等結(jié)構(gòu)件，由構(gòu)成飛機氣動外型的流線型曲面、各種異型切面、結(jié)合槽口、交點孔結(jié)合成復(fù)雜的實體。結(jié)構(gòu)件加工不但對形位精度要求高，而且有嚴格的重量控制和使用壽命要求。由于現(xiàn)代飛機性能不斷提高，整體結(jié)構(gòu)件成為廣泛采用的主要承力構(gòu)件。整體結(jié)構(gòu)件的外型準確，結(jié)構(gòu)剛性好、比強度高、重量輕、氣密性好，采用整體結(jié)構(gòu)件可減少零件和連接件的數(shù)量，裝配變形小，可大大降低制造成本。飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)從數(shù)控加工的觀點來看，梁、框、肋、壁板、接頭等飛機結(jié)構(gòu)件具有以下特點：結(jié)構(gòu)件輪廓與飛機外型有關(guān)，大部分為直紋曲面。為了減輕重量，進行強度設(shè)計，往往在結(jié)構(gòu)件上形成各種復(fù)雜型腔。型腔靠近外型的槽腔壁常為直紋曲面，一般加工比較困難。整體結(jié)構(gòu)件的尺寸大、壁薄、易變形。零件槽腔間距離僅3~5mm，腹板厚度也僅有4~5mm，筋頂形狀復(fù)雜。例如，波音737-700水平尾翼肋長為1900mm，寬為650mm，其腹板厚度僅為0.5~0.7mm，隔板厚度為12mm，材料總利用率為2%。某新型飛機的整體框零件毛坯重量為1000kg，加工后的重量只有50kg左右。加工精度要求高，有嚴格的重量控制和使用壽命要求。零件的加工部位大部分集中在上、下兩面。零件整體設(shè)計方式為裝夾帶來了便利，可以采用工藝凸臺、真空吸盤等裝夾方案設(shè)計。零件設(shè)計采用坐標尺寸，為工序設(shè)計、數(shù)控加工帶來便利。典型零件工藝程編人員

工藝模型結(jié)構(gòu)設(shè)計CAD

工藝規(guī)程設(shè)計CAPP

數(shù)控程編CAMPDM

審批發(fā)放管理更改控制

車間生產(chǎn)作業(yè)計劃工段月計劃工段日班作業(yè)計劃管理人員信息入庫通知信息出庫臨時放置，每日更新：工藝規(guī)程文件數(shù)控代碼文件和程序下載直接輸入DNC質(zhì)量控制與管理QIS信息入庫檢驗人員數(shù)控車間信息管理模式飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)件的特征定義用顯式和隱式的混合方式來描述特征：顯式表達即用特征所包括的幾何元素來表達，而隱式表達則通過特征的參數(shù)來表達。CAPP主要關(guān)心特征的屬性部分（參數(shù)部分），它們關(guān)系到加工方法、加工方向、刀具參數(shù)等。特征參數(shù)是CAPP進行工藝決策的依據(jù)。CAM主要關(guān)心特征的幾何部分，它要利用特征的幾何元素來進行刀位計算，但也要用到某些特征參數(shù)。從加工制造的觀點而不是從描述零件實際結(jié)構(gòu)的觀點來歸納特征：例如，槽壁為曲面的槽腔，可以歸納為槽腔特征或曲壁槽腔特征。工廠在進行粗加工時，為了在提高加工效率，往往不管側(cè)壁是否為變斜角（曲面壁），而先沿槽腔的最內(nèi)邊界按三坐標方式加工直壁槽腔；在半精加工和精加工時才用五坐標方式加工整個槽壁腔，包括其中的曲面壁（即變斜角側(cè)壁）。在歸納特征時，可以認為槽腔都是直壁的，而把曲面壁定義為另一特征——內(nèi)壁（或稱曲壁），作為槽腔的子特征。這種定義方法為CAPP的工序安排和CAM的刀位自動生成帶來很大好處。飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)件的特征定義特征的層次結(jié)構(gòu)：特征之間可以形成樹狀的層次結(jié)構(gòu)。特征之間是否形成父子關(guān)系。不取決于它們的位置，而是取決于加工時是否互相影響。例如，槽腔底上有一個空，加工整體槽腔時不影響以后孔的加工，他們之間就可以不形成父子關(guān)系。如果考慮對加工順序的影響，則也可以處理成父子關(guān)系，這取決于CAPP的加工順序原則；但槽腔與槽腔中的凸臺則一定要形成父子關(guān)系，因為加工槽腔時必須要考慮凸臺的存在。特征分類碼的應(yīng)用：特征名可以由特征分類碼、屬性分類碼和序號構(gòu)成。他們在特征模型中是唯一的。其中的屬性分類碼實際上是把成組技術(shù)GT在特征層加以運用，方便了描述特征的語義信息，且具有較大的信息容量。飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)飛機結(jié)構(gòu)件的特征定義參數(shù)的設(shè)置依據(jù)CAPP和CAM的需求而定：大多數(shù)特征參數(shù)的設(shè)定是為了滿足CAPP的需求。例如，輪廓特性的正、負最大擺角參數(shù)可供CAPP選擇切削方式。這是因為各種四坐標和五坐標數(shù)控機床的最大擺角是各不相同的，CAPP應(yīng)該選擇適當?shù)臋C床來進行加工。如果加工這種特征要求的擺角過大，則不能采用四坐標或五坐標機床加工，而應(yīng)當采用三坐標行切的方式來加工。附加工藝特征：是產(chǎn)品模型上沒有的，是為了制造的需要另外加上去的特征。例如，在加工整體框時，為了裝夾方便可以采用工藝凸臺。如圖中工藝凸臺上的孔用來上螺絲固定零件，加工輪廓時留下厚約5mm的材料，待加工完后切斷。這種裝夾方式的好處是，加工時不用移動夾板，輪廓加工刀位的計算簡單，沒有接刀痕跡。飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)平底r2斜底r1pos(x,y)·hdr1h1輪廓底面h2r2飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系統(tǒng)工藝凸臺下陷槽輪廓筋基于PDM平臺的飛機結(jié)構(gòu)件CAD/CAPP/CAM集成制造系統(tǒng)框架基礎(chǔ)層用戶接口應(yīng)用層用戶層PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理集成平臺計算機協(xié)同工作環(huán)境PDM技術(shù)的應(yīng)用開發(fā)進行工藝制造流程定義工藝結(jié)構(gòu)模型及文檔管理版本及更改管理實現(xiàn)PDM與3C

的集成。數(shù)控車間質(zhì)量管理系統(tǒng)提供數(shù)控加工全過程中質(zhì)量信息的管理進行質(zhì)量控制和質(zhì)量狀況分析

與高效數(shù)控系統(tǒng)（FA）的接口NC車間生產(chǎn)計劃調(diào)度、資源管理生產(chǎn)成本管理、經(jīng)營考核管理和工藝信息集成CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)工程化基于CATIA的3CSGI工作站的3C基于UG的3C實現(xiàn)特征模式的程編方式和無縫集成CAD/CAPP/CAM集成流程幾何/特征模型制造資源庫CATIA特征定義NCSet生成后置處理特征接口文件CAPP工藝指令文件NC文件CAM前置工藝文檔刀位文件PDM集成應(yīng)用開發(fā)模式PDM技術(shù)應(yīng)用開發(fā)零件級工序級Jx-04321-1Jx-04321-1.5Jx-04321-1.10.1Jx-04321-1.10Jx-04321-1.10.2零件級工序級工步級PM電子倉庫CATIA模型數(shù)控質(zhì)量信息CAQ數(shù)控車間質(zhì)量管理系統(tǒng)數(shù)控零件質(zhì)量信息特征定義CAPPCAM“3C”集成系統(tǒng)工步級BOM信息工藝結(jié)構(gòu)樹工藝卡片數(shù)控加工模型數(shù)控加工程序數(shù)控加工模型數(shù)控加工程序工藝結(jié)構(gòu)信息工藝卡片PM電子倉庫CATIA模型接收設(shè)計信息BOM信息CATIA2D/3D模型特征定義

零件斜橫梁

零件整體框CAPP系統(tǒng)流程刀具庫（Oracle）物料庫（Oracle）切削參數(shù)庫（Oracle）CAPP(WindowsNTLAN)CAD(CATIA、UGII)CAM(CATIA、UGII)特征加工指令文件特征模型(CATIA、UGII)幾何文件(DXF)工序圖編輯(AutoCAD)