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)交換標準8.4PDM技術(shù)集成方案8.5先進制造技術(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)是伴隨計算機技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計制造中的應(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展開來，從而形成一系列較為成熟的單元設(shè)計制造技術(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)交換標準，這是實現(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)交換標準的通用接口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撲信息8.2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)交換標準1．初始圖形交換規(guī)范(IGES)1)

IGES的實體幾何實體，如點、直線段、圓弧、B樣條曲線和曲面等描述實體，如尺寸標注、繪圖說明等結(jié)構(gòu)實體，如組合項、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)交換標準2．產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準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)交換標準2)

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

STEP的基本組成STEP的標準體系8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準描述方法標準實現(xiàn)方法標準一致性測試方法與工具標準應(yīng)用協(xié)議信息模型標準8.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準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態(tài)權(quán)限設(shè)置工程變更管理項目管理外部集成工具。8.4PDM技術(shù)集成方案2010.098.5先進制造技術(shù)中的CAD/CAM應(yīng)用CAD/CAMapplicationsinAdvancedmanufacturingtechnology計算機、微電子、信息和自動化技術(shù)的迅速發(fā)展給產(chǎn)品設(shè)計、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)，計算機輔助制造(CAM)，計算機輔助設(shè)計(CAD)，計算機輔助工藝過程設(shè)計(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)，計算機集成制造(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計算機集成制造系統(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柔性自動化制造技術(shù)；②成組技術(shù)；③CNC機床；④自動化物料傳輸裝卸；⑤機床設(shè)備與物料裝卸的計算機控制。是以先進的制造技術(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60年代提出。他構(gòu)思并研制開發(fā)了世界上第一個柔性加工系統(tǒng)(FlexibleMachiningSystem)。它的基本思想是利用數(shù)控機床自動地加工一系列產(chǎn)品零件，零件加工的程序預(yù)先儲存在機床上，事先被安裝在托盤(Pallet)上的工件可以自動地裝卸，每臺機床裝有刀庫可以實現(xiàn)刀具的自動更換，同時系統(tǒng)中配備有排屑和清洗設(shè)備，系統(tǒng)大部分由計算機實現(xiàn)控制。隨著計算機控制設(shè)備和應(yīng)用的擴展，柔性自動化系統(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)一般是由多臺數(shù)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(tǒng)，在計算機及其軟件的集中控制下，實現(xiàn)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(tǒng)。特點：(1)具有高度的柔性；(2)具有高度的自動化程度、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)降低直接勞動費用，增加經(jīng)濟收益。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)計算機控制系統(tǒng)FMS的軟件系統(tǒng)FMS中的計算機網(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)接到上一級控制系統(tǒng)的有關(guān)生產(chǎn)計劃信息和技術(shù)信息后，由其控制系統(tǒng)進行數(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計算機集成制造系統(tǒng)20世紀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?？s短企業(yè)新產(chǎn)品(P)開發(fā)的時間(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計算機集成制造系統(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計算機集成制造系統(tǒng)2．CIMS的功能構(gòu)成設(shè)計功能。加工制造功能。生產(chǎn)經(jīng)營管理功能。8.5.2計算機集成制造系統(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計算機集成制造系統(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)標準化技術(shù)。

(5)企業(yè)建模和仿真技術(shù)及CIMS系統(tǒng)開發(fā)與實施技術(shù)等。2)支撐環(huán)境技術(shù)3)設(shè)計自動化技術(shù)4)加工生產(chǎn)自動化技術(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計算機集成制造系統(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計算機集成制造系統(tǒng)6．我國CIMS的特點系統(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計算機集成制造系統(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)計到消亡整個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)籌考慮和實施。1.定義2．主要特點并行特性(時序特性)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，通過人機高度集成來提高產(chǎn)品質(zhì)量。制造活動對人類生存環(huán)境不可避免地會產(chǎn)生負面影響，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算機及相關(guān)環(huán)境模擬產(chǎn)品的制造和裝配過程。換句話說，虛擬制造就是把實際制造過程，通過建模、仿真及虛擬現(xiàn)實技術(shù)映射到以計算機為手段的虛擬制造空間，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)計劃與調(diào)度，加工制造、性能分析與評價、質(zhì)量檢驗以及企業(yè)各級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)計及生產(chǎn)的合理性，增強實際制造時各級的決策和控制能力。8.5.4虛擬制造產(chǎn)品與制造環(huán)境是虛擬模型，在計算機上對虛擬模型進行產(chǎn)品設(shè)計、制造、測試，甚至設(shè)計人員或用戶可“進入”虛擬的制造環(huán)境檢驗其設(shè)計、加工、裝配和操作，而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機的反復(fù)修改；還可將已開發(fā)的產(chǎn)品(部件)存放在計算機里，不但大大節(jié)省倉儲費用，更能根據(jù)用戶需求或市場變化快速改變設(shè)計，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)時間，提高質(zhì)量、降低成本；可使分布在不同地點、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個產(chǎn)品模型上同時工作，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，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)有的可制造性評價方法主要是針對零部件制造過程，因而面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程的可制造性評價方法需要研究開發(fā)，包括各工藝步驟的處理時間，生產(chǎn)成本和質(zhì)量的估計等；制造系統(tǒng)的布局，生產(chǎn)計劃和調(diào)度是一個非常復(fù)雜的任務(wù)，它需要豐富的經(jīng)驗和知識，支持生產(chǎn)系統(tǒng)的計劃和調(diào)度規(guī)劃的虛擬生產(chǎn)平臺需要拓展和加強；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)，同時經(jīng)營管理過程重構(gòu)方法的研究也需加強。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)計與分析，除了幾何造型與特征造型等環(huán)境外，還包括運動學(xué)、動力學(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)計與分析，包括工藝生成優(yōu)化、工具設(shè)計優(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及運動軌跡檢驗——虛擬加工、虛擬機器人等；材料加工成形仿真，包括產(chǎn)品設(shè)計，加工成形過程溫度場、應(yīng)力場、流動場的分析，加工工藝優(yōu)化等；產(chǎn)品虛擬裝配，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的形狀特征，精度特征，三維真實地模擬產(chǎn)品裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產(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)計布置車間8.5.4虛擬制造8.5.5敏捷制造通過把動態(tài)靈活的虛擬組織機構(gòu)或動態(tài)聯(lián)盟、先進的柔性生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)的人員進行全面集成，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)的長遠經(jīng)濟效益。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)的目標是：制造為了銷售。敏捷企業(yè)的目標是：按訂單安排生產(chǎn)。(2)傳統(tǒng)制造業(yè)的管理目標是：減少與優(yōu)化庫存。敏捷企業(yè)管理的目標是：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)鍵是在計算機網(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)用戶需求和社會經(jīng)濟效益組成虛擬制造公司。虛擬公司是實