计算机辅助制造技术体系和 主要单元技术概述.docx

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计算机辅助制造技术体系和主要单元技术概述

计算机辅助制造技术体系及

主要单元技术概述

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摘要

为了让人们对计算机辅助制造技术有一个简单的认识和了解，简单概括的论述了计算机辅助制造技术的来源背景、发展现状以及未来的发展趋势。

同时简单的介绍了计算机辅助制造系统的组成以及一些构建和实现CAM系统的技术。

关键词：

CAM，成组技术，CAPP，数据通信，局域网

第一章计算机辅助制造技术体系

1.1课题的背景及来源

计算机辅助制造技术是20世纪中后期迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机使用系统技术。

20世纪50年代以来，科学家研发了很多科技产品，而电子计算机也是这些产品中最重要的产品之一。

在离散产品制造行业，计算机是数控、CAD和CAM等开发的基础。

第二次世界大战后不久，随着对复杂零件的增长，人们发明了数控机床，进而发展了CAM。

而这些都是为了产品实现柔性自动化提供基础，即在车间采用CAM，使得现代制造业在激烈的国际竞争中得以生存。

今天CAM和CAD已渗透到工程技术和人类生活得几乎所有领域，并日益向纵深发展。

迄今为止，在计算机技术的使用领域中，CAM和CAD的覆盖率可达70%以上。

计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，简称CAM）技术是20世纪中后期迅速发展起来的一门新兴的综合性计算机使用系统技术。

到目前为止，计算机辅助制造有广义和狭义两个概念。

CAM的狭义概念指的是从产品设计到加工制造之间的一切生产准备活动，它包括CAPP、NC变成、工时定额的计算、生产计划的制定、资源需求计划的制定等。

这是最初CAM系统的狭义概念。

到今天，CAM的狭义概念甚至更进一步缩小为NC编程的同义词。

所谓广义CAM，是指利用计算机辅助完成从生产准备工作到产品制造过程中的直接和间接的各种活动，包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等主要方面。

其中工艺准备包括计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助工装设计和制造、NC编程、计算机辅助工时定额和材料定额的编制等内容；物流过程的运行控制包括物料的加工、装配、检验、输送、储存等生产活动。

1.2计算机辅助制造技术体系的发展现状

不适应当今集成化的需求。

现代生产企业要求网络集成系统的模块分布、功能侧重必须和企业的组织形式、生产布局相匹配。

当今CAD、CAM混合化系统不等于集成化，更不利于网络集成化的实现。

不适合现代企业专业化分工的要求。

CAD、CAM混合化系统，无法实现设计和加工在管理上的分工，增加了生产管理和分工的难度，也极大地阻碍了智能化、自动化水平的提高。

当今CAM系统一般都是曲面CAM系统，是面向局部加工的处理方式。

它不能有效地利用CAD模型的几何信息，无法自动提取模型的工艺特征，只能够人工提取，甚至靠重新模拟计算来取得必要的控制信息，无疑增大了操作的烦琐性，影响了编程质量和效率，致使系统的自动化程度和智能化程度很低。

给生产组织和管理带来不便。

企业在生产组织和管理上要求CAD、CAPP、CAM在使用场合、操作人员、系统功能上按照生产布局合理安排。

CAM系统及操作人员远离生产现场，致使因不了解现场情况造成不应有的反复，浪费了时间，降低了效率，甚至造成废品。

传统的CAM系统不仅要求操作人员有深厚的工艺知识背景，还需要有很高的CAD使用技巧。

一般需三个月专门培训入门，1至3年的实践才能成为称职的工作人员。

对CAM的使用普及造成极大的困难，使CAM后备人员严重不足，因而造成人才竞争异常激烈，生产队伍不稳定，产生严重人才管理问题。

1.3制造业新技术对CAM的需求

近年来制造业新技术的最大热点是高速加工技术。

因此，下面主要分析该技术对CAM提出的新要求。

安全性要求。

在高速进给条件下，一旦发生过切、几何干涉等，后果将是灾难性的，故安全性要求是第一位的。

传统的CAM系统靠人工或半自动防过切处理方式，没有从根本上杜绝过切现象的发生。

靠操作者的细心、责任心等人的因素是没有安全保障的，无法满足高速加工安全性的基本要求。

工艺性要求。

高速加工要求刀路的平稳性，避免刀路突然转向、尽量避免空刀切削、减少切入、切出等，故要求CAM系统具有基于残余模型的智能化分析处理功能、符合高速加工工艺的优化处理功能及进给量优化处理功能等。

高效率要求。

高效率体现在两个方面:

编程的高效率；高速加工的工艺要求比传统数控加工高了很多，刀路长度是传统加工的上百倍，一般编程时间远大于加工时间，所以编程效率已成为影响总体效率的关键因素之一。

传统的CAM系统采用面向局部曲面的编程方式，系统无法提供工艺特征，编程复杂程度很大，对编程人员除工艺水平之外，还要求有很高的使用技巧。

迫切需要具有高速加工知识库的、智能化程度高的、面向整体模型的、新一代CAM系统。

优化的刀路确保高效率的数控加工。

第二章计算机辅助制造单元技术

2.1成组技术

成组技术GT揭示和利用事物间的相似性，按照一定的准则分类成组，同组事物采用同一方法进行处理，以便提高效益的技术，称为成组技术。

在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础，将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生产方式，从而获得最大的经济效益。

成组技术的核心是成组工艺，它是将结构、材料、工艺相近似的零件组成一个零件族（组），按零件族制定工艺进行加工，扩大批量、减少品种、便于采用高效方法、提高劳动生产率。

零件的相似性是广义的，在几何形状、尺寸、功能要素、精度、材料等方面的相似性为基本相似性，以基本相似性为基础，在制造、装配等生产、经营、管理等方面所导出的相似性，称为二次相似性或派生相似性。

成组技术的基本原理是一门生产技术科学，它研究如何识别和发掘生产活动中有关事务的相似性，并对其进行充分利用。

即将相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，取得所期望的经济效益。

长期以来，人们以一种传统的观点来看待机械制造技术。

即无论是大批量生产、或是单件小批量生产，工厂所采用的制造方法和制造手段必须和加工类型相适应，这就导致在设计和制造过程中出现许多不合理现象。

例如，在大批大量生产中，由于工作地集中化和专业化，高效能、自动化专用加工设备及机械化、自动化流水生产线的使用，劳动生产率可得到提高，但是，对单件、中小批量生产的工厂，一般按机群式布置车间的加工设备并组织生产，由于零件的加工按各自的工艺流程交叉、往返于各生产班组之间，为满足不同零件的加工需要采用所谓万能性的生产设备，势必造成这一生产类型的生产周期长、效率低、成本高、管理困难等缺点。

成组技术就是解决这些问题而产生和发展起来的一项新技术。

实际上它是一个关于制造的哲学概念。

它将相似的零件进行识别和分组，并在零件设计和制造中充分利用它们的相似性。

相似的零件被列入一个零件组成或零件族。

例如，一个能生产10000种不同零件的工厂可以将其分类归纳成50或60个零件族，每一个零件族必须具有相似的设计和加工特点。

因此，一个给定零件族，其每个成员的工艺过程应该是相

似的，这样可通过将生产设备分成加工组或加工单元来提高其加工效率。

同样，在产品设计及制造业的其它领域中，通过零件分组的方法也可得到许多益处。

成组技术不仅用于零件加工、装配等制造工艺方面，还用于产品零件设计、工艺设计、工厂设计、市场预测、劳动量测定、生产管理和工资管理等各个领域，成为企业生产全过程的综合性技术。

2.2计算机辅助工艺过程设计

当今，机械制造生产技术迅速发展，生产趋于多品种小批量，而由于传统的工艺设计方法已远远不能满足要求。

和此同时，高速发展的计算机科技为工艺设计的自动化奠定了基础，计算机辅助工艺设计CAPP（Computer-AidedProcessPlanning）应运而生，对机械制造业产生了重大的影响。

CAPP的工艺生成原理有三种，即派生法、创成法和专家系统。

这三种方法各有优点:

派生式系统易于实现，但是柔性差，可移植性差；但要使创成式系统具有一定的适应能力，开发起来就比较困难；专家系统具有启发性、透明性、灵活性等特点，前景广阔，但是存在着知识获取的瓶颈等一系列的尚待解决的问题。

除了专家系统方法，一些人工智能领域的最新研究成果也逐渐使用于工艺设计过程中。

CAPP系统按开发模式可以归纳为:

专用型CAPP系统和工具型CAPP系统。

专用型CAPP系统是指专门为特定企业环境和零件对象而开发的CAPP系统。

工具型CAPP系统的基本特征是其工艺决策方法和其他系统功能是通用化的，因此它必须采用新的CAPP系统设计理论。

从体系结构上看，工具型CAPP系统又可以分为框架型CAPP系统和开发平台型CAPP系统。

在将来，从我国先进制造技术发展战略和国情出发,CAPP的发展应在符合新技术发展趋势的前提下,从系统化角度对面向产品（以整个产品为对象）的CAPP集成化（包含工艺信息管理）、智能化、工程化技术进行深入研究；并应更加强调市场需求,在工程化、商品化软件开发方面投入足够的力量,把CAPP技术的研究、开发推向新阶段。

2.3数据通信及局域网技术

数据通信是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。

要在两地间传输信息必须有传输信道，根据传输媒体的不同，有线数据通信和无线数据通信之分。

但它们都是通过传输信道将数据终端和计算机联结起来，而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

数据通信的分类，按信息分：

电话通信系统，数据通信系统，有线电视系统；按调制分：

基带传输，调制传输；按传输信号特征分：

模拟通信系统，数字通信系统。

为了使计算机辅助制造设备正常运行，要将工厂中许多设备连在一起。

不仅要在装置和计算机之间交换数据文件，如数控零件程序、数据文件等，而且还需要交换控制命令和装置状态信息。

局域网（LocalAreaNetwork,LAN），又称内网。

指覆盖局部区域（如办公室或楼层）的计算机网络。

按照网络覆盖的区域（距离）不同，其他的网络类型还包括个人网、城域网、广域网等。

早期的局域网网络技术都是各不同厂家所专有，互不兼容。

后来，电机电子工程师学会推动了局域网技术的标准化，由此产生了IEEE802系列标准。

这使得在建设局域网时可以选用不同厂家的设备，并能保证其兼容性。

这一系列标准覆盖了双绞线、同轴电缆、光纤和无线等多种传输媒介和组网方式，并包括网络测试和管理的内容。

随着新技术的不断出现，这一系列标准仍在不断的更新变化之中。

以太网（IEEE802.3标准）是最常用的局域网组网方式。

以太网使用双绞线作为传输媒介。

在没有中继的情况下，最远可以覆盖200米的范围。

最普及的以太网类型数据传输速率为100Mb/s，更新的标准则支持1000Mb/s和10000Mb/s的速率。

其他主要的局域网类型有令牌环和FDDI（光纤分布数字接口，IEEE802.8）。

令牌环网络采用同轴电缆作为传输媒介，具有更好的抗干扰性；但是网络结构不能很容易的改变。

FDDI采用光纤传输，网络带宽大，适于用作连接多个局域网的骨干网。

近两年来，随着802.11标准的制定，无线局域网的使用大为普及。

这一标准采用2.4GHz和5.8GHz的频段，数据传输速度可以达到11Mb/s和54Mb/s，覆盖范围为100米。

局域网标准定义了传输媒介、编码和介质访问等底层（一二层）功能。

要使数据通过复杂的网络结构传输到达目的地，还需要具有寻址、路由和流量控制等功能的网络协议的支持。

TCP/IP（传输控制协议/互联网络协议）是最普遍使用的局域网网络协议。

它也是互联网所使用的网络协议。

其他常用的局域网协议包括，IPX、AppleTalk等。

基于以太网的局域网是许多车间通信网络的主干网，无线网络于2000年初开始流行，而且在制造业也得到了很好的使用。

随着局域网和无线网络在一个芯片装置上实现，许多这样的装置有了板载局域网接口。

现在，很容易在车间的装置中交换数据。

但是，重要的是要保证数据交换的正确性以及数据发送的安全性。

第三章计算机辅助制造技术发展趋势

3.1新一代CAM的软硬件平台

今后CAM的软件平台无疑将是WindowsNT或Windows2000，硬件平台将是高档PC或NT工作站系列。

3.2新一代CAM的基本特征

面向对象、面向工艺。

系统将能够按照工艺要求自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域，使CAD、CAPP、CAM的集成化、一体化、自动化、智能化成为可能。

智能化。

新一代的CAM系统不仅可继承并智能化判断工艺特征，而且具有模型对比、残余模型分析和判断功能。

同时面向整体模型的形式也具有对工件的防过切、防碰撞修理功能。

提高操作的安全性，更符合高速加工的工艺要求。

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