CAD-CAM技術(shù)基礎(chǔ)課件：CADCAM集成技術(shù)及其應(yīng)用

CAD/CAM集成技術(shù)及其應(yīng)用

CAD/CAMintegrationandapplication引例CIMS概念模型內(nèi)容8.1概述8.2集成產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)8.4PDM技術(shù)集成方案8.5先進(jìn)制造技術(shù)中的CAD/CAM應(yīng)用8.1概述8.1.1CAD/CAM集成的概念CAD/CAM技術(shù)是伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用而逐步發(fā)展起來的，這些應(yīng)用首先都是從局部環(huán)節(jié)的突破開始而逐漸擴(kuò)展開來，從而形成一系列較為成熟的單元設(shè)計(jì)制造技術(shù)，如CAD、CAE、CAPP、CAFD、CAM等。CAD/CAM系統(tǒng)的集成有信息集成、過程集成和功能集成等多種形式。為了實(shí)現(xiàn)CAD/CAM各模塊之間數(shù)據(jù)資源的集成和共享，必須滿足兩個(gè)條件：一是要有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型定義體系；二是要有統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，這是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM集成的關(guān)鍵。8.1.2CAD/CAM集成的基本方式1)基于數(shù)據(jù)接口技術(shù)的CAD/CAM集成(1)基于專用數(shù)據(jù)接口的CAD/CAM信息集成8.1概述(2)基于數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的通用接口CAD/CAM信息集成2)基于特征建模技術(shù)的CAD/CAM集成8.1概述3)基于工程數(shù)據(jù)庫的CAD/CAM集成8.1概述8.2集成產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)體系零件總體信息基體信息零件特征信息零件幾何拓?fù)湫畔?.2集成產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型基于特征的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型層次結(jié)構(gòu)8.2集成產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)模型8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)1．初始圖形交換規(guī)范(IGES)1)

IGES的實(shí)體幾何實(shí)體，如點(diǎn)、直線段、圓弧、B樣條曲線和曲面等描述實(shí)體，如尺寸標(biāo)注、繪圖說明等結(jié)構(gòu)實(shí)體，如組合項(xiàng)、圖組、特性等2)

IGES的文件結(jié)構(gòu)IGES的定義可改變復(fù)雜結(jié)構(gòu)及其關(guān)系IGES文件格式便于各種CAD/CAM系統(tǒng)的處理IGES的文件結(jié)構(gòu)8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)2．產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP1)

STEP的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型STEP產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型在產(chǎn)品生命周期中的作用8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)2)

STEP的概念模型STEP的三層結(jié)構(gòu)8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)3)

STEP的基本組成STEP的標(biāo)準(zhǔn)體系8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)描述方法標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)方法標(biāo)準(zhǔn)一致性測試方法與工具標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用協(xié)議信息模型標(biāo)準(zhǔn)8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)8.4PDM技術(shù)集成方案1．基于PDM的CAD/CAM集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)基于PDM的CAD/CAM集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)封裝接口集成CAD/CAM集成三個(gè)層次8.4PDM技術(shù)集成方案2．基于PDM的CAD/CAM集成系統(tǒng)的主要功能產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理圖文檔管理工作流程管理動(dòng)態(tài)權(quán)限設(shè)置工程變更管理項(xiàng)目管理外部集成工具。8.4PDM技術(shù)集成方案2010.098.5先進(jìn)制造技術(shù)中的CAD/CAM應(yīng)用CAD/CAMapplicationsinAdvancedmanufacturingtechnology計(jì)算機(jī)、微電子、信息和自動(dòng)化技術(shù)的迅速發(fā)展給產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝與裝備生產(chǎn)管理和企業(yè)經(jīng)營帶來了重大變革，先后誕生了數(shù)控(NC)，計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)，計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)(CAPP)，柔性制造系統(tǒng)(FMS)，并行工程(CE)，智能制造技術(shù)(IMT)，敏捷制造(AM)，虛擬制造(VM)，計(jì)算機(jī)集成制造(CIM)等一系列新制造技術(shù)和新制造模式。內(nèi)容8.5.1柔性制造系統(tǒng)8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)8.5.3并行工程8.5.4虛擬制造8.5.5敏捷制造8.5.6綠色制造8.5.1柔性制造系統(tǒng)①柔性自動(dòng)化制造技術(shù)；②成組技術(shù)；③CNC機(jī)床；④自動(dòng)化物料傳輸裝卸；⑤機(jī)床設(shè)備與物料裝卸的計(jì)算機(jī)控制。是以先進(jìn)的制造技術(shù)和組織方式為基礎(chǔ)的適應(yīng)多品種、中小批量、高效率、低成本和具有快速響應(yīng)市場能力的生產(chǎn)系統(tǒng)。什么是柔性制造系統(tǒng)概念與技術(shù)包括8.5.1柔性制造系統(tǒng)1．FMS的產(chǎn)生FMS的概念誕生于倫敦，由DavidWilliamson在20世紀(jì)60年代提出。他構(gòu)思并研制開發(fā)了世界上第一個(gè)柔性加工系統(tǒng)(FlexibleMachiningSystem)。它的基本思想是利用數(shù)控機(jī)床自動(dòng)地加工一系列產(chǎn)品零件，零件加工的程序預(yù)先儲(chǔ)存在機(jī)床上，事先被安裝在托盤(Pallet)上的工件可以自動(dòng)地裝卸，每臺(tái)機(jī)床裝有刀庫可以實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)更換，同時(shí)系統(tǒng)中配備有排屑和清洗設(shè)備，系統(tǒng)大部分由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制。隨著計(jì)算機(jī)控制設(shè)備和應(yīng)用的擴(kuò)展，柔性自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用也從金屬成型發(fā)展到裝配等其他的領(lǐng)域。柔性加工系統(tǒng)的概念也發(fā)展到柔性制造系統(tǒng)。社會(huì)的生產(chǎn)需求——市場需求和市場競爭。2．FMS的組成柔性制造系統(tǒng)一般是由多臺(tái)數(shù)控機(jī)床和加工中心組成，并有自動(dòng)上、下料裝置，倉庫和輸送系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)及其軟件的集中控制下，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化，它具有高度柔性，是一種計(jì)算機(jī)直接控制的自動(dòng)化可變加工系統(tǒng)。特點(diǎn)：(1)具有高度的柔性；(2)具有高度的自動(dòng)化程度、穩(wěn)定性和可靠性；(3)提高設(shè)備利用率；(4)具有高生產(chǎn)率；(5)降低直接勞動(dòng)費(fèi)用，增加經(jīng)濟(jì)收益。8.5.1柔性制造系統(tǒng)FMS由下述基本單元組成：加工處理工作站物流系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)FMS的軟件系統(tǒng)FMS中的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)FMS的刀具管理系統(tǒng)FMS的檢測監(jiān)控系統(tǒng)8.5.1柔性制造系統(tǒng)3．FMS的分類(1)柔性制造單元(FMC)(2)柔性制造系統(tǒng)(FMS)(3)柔性制造生產(chǎn)線(FlexibleManufacturingLine，F(xiàn)ML)8.5.1柔性制造系統(tǒng)4．FMS的工作過程柔性制造系統(tǒng)接到上一級(jí)控制系統(tǒng)的有關(guān)生產(chǎn)計(jì)劃信息和技術(shù)信息后，由其控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理、分配、執(zhí)行。8.5.1柔性制造系統(tǒng)8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)20世紀(jì)90年代的CIMS輪圖1．CIMS的相關(guān)技術(shù)CIMS的現(xiàn)代化特征是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、集成化和綠色化。它是信息集成、過程集成和企業(yè)間集成優(yōu)化，企業(yè)活動(dòng)中三要素(人、經(jīng)營、技術(shù))和三流(物流、信息流、資金流)的集成優(yōu)化，以及CIMS相關(guān)技術(shù)和各類人員的集成優(yōu)化；突出了管理與技術(shù)的結(jié)合，以及人在系統(tǒng)中的重要作用。縮短企業(yè)新產(chǎn)品(P)開發(fā)的時(shí)間(T)、提高產(chǎn)品質(zhì)量(Q)、降低成本(C)、改善服務(wù)(S)、有益于環(huán)保(E)，從而提高企業(yè)的市場應(yīng)變能力和競爭能力。8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)敏捷制造(AgileManufacturing)；網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同產(chǎn)品商務(wù)(CPC)；虛擬制造(VirtualManufacturing)；用來加速新產(chǎn)品開發(fā)過程的并行工程(ConcurrentEngineering)；大批量定制(MassCustomizationProduction)的生產(chǎn)模式；可持續(xù)發(fā)展的綠色制造…………8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)2．CIMS的功能構(gòu)成設(shè)計(jì)功能。加工制造功能。生產(chǎn)經(jīng)營管理功能。8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)3．CIMS結(jié)構(gòu)構(gòu)成公司工廠車間單元工作站設(shè)備8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)4．CIMS學(xué)科技術(shù)構(gòu)成1)總體技術(shù)(1)生產(chǎn)系統(tǒng)總體模式。(2)系統(tǒng)集成方法論。(3)系統(tǒng)集成技術(shù)。(4)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)。

(5)企業(yè)建模和仿真技術(shù)及CIMS系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施技術(shù)等。2)支撐環(huán)境技術(shù)3)設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)4)加工生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)5)經(jīng)營管理與決策系統(tǒng)技術(shù)6)生產(chǎn)過程控制技術(shù)8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)5．CIMS的集成模式1)

CIMS信息集成企業(yè)建模、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法、軟件工具和規(guī)范。異構(gòu)環(huán)境下的信息集成。2)

CIMS的過程集成3)

CIMS的企業(yè)集成8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)6．我國CIMS的特點(diǎn)系統(tǒng)論方法管理在CIMS中的關(guān)鍵性作用充分利用信息技術(shù)8.5.2計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)8.5.3并行工程什么是并行工程并行工程是一種系統(tǒng)的集成方法，它采用并行方法處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)及相關(guān)的過程，包括制造過程和支持過程。這種方法可以使產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始就能考慮到產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到消亡整個(gè)生命周期里的所有因素，包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度及用戶需求并行工程指的是一種工作模式，即在產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)的全過程中涉及的各種各樣的工程行為被集成在一起，并且盡可能并行起來(而不是串行)統(tǒng)籌考慮和實(shí)施。1.定義2．主要特點(diǎn)并行特性(時(shí)序特性)整體特性協(xié)同特性集成特性8.5.3并行工程2．主要特點(diǎn)并行工程過程重構(gòu)技術(shù)并行工程的組織結(jié)構(gòu)協(xié)同工作環(huán)境和協(xié)調(diào)管理并行工程的使能技術(shù)8.5.3并行工程8.5.4虛擬制造人的需求、社會(huì)環(huán)境、生產(chǎn)競爭及生產(chǎn)技術(shù)的快速多變令人無法預(yù)測，因此可以說制造業(yè)本身就處在一個(gè)湍流、混沌多變的環(huán)境中，要求以高的柔性與之相適應(yīng)；發(fā)展以人為中心的組織模式，通過人機(jī)高度集成來提高產(chǎn)品質(zhì)量。制造活動(dòng)對(duì)人類生存環(huán)境不可避免地會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，從可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略出發(fā)，發(fā)展綠色清潔制造以控制這些負(fù)面影響是制造業(yè)發(fā)展的必然。1．虛擬制造的定義借助計(jì)算機(jī)及相關(guān)環(huán)境模擬產(chǎn)品的制造和裝配過程。換句話說，虛擬制造就是把實(shí)際制造過程，通過建模、仿真及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)映射到以計(jì)算機(jī)為手段的虛擬制造空間，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度，加工制造、性能分析與評(píng)價(jià)、質(zhì)量檢驗(yàn)以及企業(yè)各級(jí)的管理與控制等涉及產(chǎn)品制造本質(zhì)的全部過程，以確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)的合理性，增強(qiáng)實(shí)際制造時(shí)各級(jí)的決策和控制能力。8.5.4虛擬制造產(chǎn)品與制造環(huán)境是虛擬模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測試，甚至設(shè)計(jì)人員或用戶可“進(jìn)入”虛擬的制造環(huán)境檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配和操作，而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改；還可將已開發(fā)的產(chǎn)品(部件)存放在計(jì)算機(jī)里，不但大大節(jié)省倉儲(chǔ)費(fèi)用，更能根據(jù)用戶需求或市場變化快速改變?cè)O(shè)計(jì)，快速投入批量生產(chǎn)，從而能大幅度壓縮新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間，提高質(zhì)量、降低成本；可使分布在不同地點(diǎn)、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個(gè)產(chǎn)品模型上同時(shí)工作，相互交流，信息共享，減少大量的文檔生成及其傳遞的時(shí)間和誤差，從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。虛擬制造的特點(diǎn)8.5.4虛擬制造2．虛擬制造的特征(1)信息高度集成(2)敏捷靈活性更高(3)分布合作(4)可視性強(qiáng)，修改方便8.5.4虛擬制造3．虛擬制造系統(tǒng)的分類以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造以生產(chǎn)為中心的虛擬制造以控制為中心的虛擬制造8.5.4虛擬制造4．虛擬制造的內(nèi)涵虛擬制造的基礎(chǔ)是產(chǎn)品、工藝規(guī)劃及生產(chǎn)系統(tǒng)的信息模型；現(xiàn)有的可制造性評(píng)價(jià)方法主要是針對(duì)零部件制造過程，因而面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可制造性評(píng)價(jià)方法需要研究開發(fā)，包括各工藝步驟的處理時(shí)間，生產(chǎn)成本和質(zhì)量的估計(jì)等；制造系統(tǒng)的布局，生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度是一個(gè)非常復(fù)雜的任務(wù)，它需要豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，支持生產(chǎn)系統(tǒng)的計(jì)劃和調(diào)度規(guī)劃的虛擬生產(chǎn)平臺(tái)需要拓展和加強(qiáng)；分布式環(huán)境，特別是適應(yīng)敏捷制造的公司合作，信息共享，信息安全性等方法和技術(shù)需要研究和開發(fā)，同時(shí)經(jīng)營管理過程重構(gòu)方法的研究也需加強(qiáng)。8.5.4虛擬制造5．虛擬制造環(huán)境基于產(chǎn)品技術(shù)復(fù)合化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析，除了幾何造型與特征造型等環(huán)境外，還包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)模型分析環(huán)境等；基于仿真的零部件制造設(shè)計(jì)與分析，包括工藝生成優(yōu)化、工具設(shè)計(jì)優(yōu)化、刀位軌跡優(yōu)化、控制代碼優(yōu)化等；基于仿真的制造過程碰撞干涉檢驗(yàn)及運(yùn)動(dòng)軌跡檢驗(yàn)——虛擬加工、虛擬機(jī)器人等；材料加工成形仿真，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)，加工成形過程溫度場、應(yīng)力場、流動(dòng)場的分析，加工工藝優(yōu)化等；產(chǎn)品虛擬裝配，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特征，精度特征，三維真實(shí)地模擬產(chǎn)品裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。8.5.4虛擬制造6．虛擬技術(shù)在生產(chǎn)制造上的應(yīng)用虛擬技術(shù)在產(chǎn)品開發(fā)中的作用利用虛擬技術(shù)設(shè)計(jì)布置車間8.5.4虛擬制造8.5.5敏捷制造通過把動(dòng)態(tài)靈活的虛擬組織機(jī)構(gòu)或動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、先進(jìn)的柔性生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)的人員進(jìn)行全面集成，從而使企業(yè)能夠從容應(yīng)付快速變化和不可預(yù)測的市場需求，獲得企業(yè)的長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益。1．敏捷制造的概念在不斷變化與不可預(yù)測的環(huán)境中，企業(yè)贏得成功的一種技能與方法。敏捷制造系統(tǒng)與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)在功能上的不同(1)傳統(tǒng)制造業(yè)的目標(biāo)是：制造為了銷售。敏捷企業(yè)的目標(biāo)是：按訂單安排生產(chǎn)。(2)傳統(tǒng)制造業(yè)的管理目標(biāo)是：減少與優(yōu)化庫存。敏捷企業(yè)管理的目標(biāo)是：創(chuàng)新。(3)傳統(tǒng)企業(yè)提高生產(chǎn)效率的主要方法是：增加批量。敏捷企業(yè)提高效率的主要方法是：提高企業(yè)的靈活性。8.5.5敏捷制造2．敏捷制造的組織結(jié)構(gòu)生產(chǎn)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)社會(huì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)8.5.5敏捷制造3．虛擬企業(yè)敏捷制造的關(guān)鍵是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之上構(gòu)成虛擬制造環(huán)境，根據(jù)用戶需求和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益組成虛擬制造公司。虛擬公司是實(shí)