第十五章-電腦輔助制造系統(tǒng)課件

第五章設(shè)計(jì)自動(dòng)化：電腦輔助工程(CAE)第五章設(shè)計(jì)自動(dòng)化：電腦輔助工程(CAE)5.1針對(duì)製造與組裝的設(shè)計(jì)

(DesignforManufacturingandAssembly)5.2電腦輔助工程分析

(Computer-AidedEngineeingAnalysis)

5.3電腦輔助工程評(píng)估

(Computer-AidedEngineeingEvaluation)第五章設(shè)計(jì)自動(dòng)化：電腦輔助工程(CAE)5.4群組技術(shù)

(GroupTechnology)5.5生產(chǎn)工程策略

(ProductionEngineeingStrategies)

5.6

設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工程網(wǎng)路(DesignAndProductionEngineeringNetwork)5.7摘要

(Summary)定義電腦輔助工程(CAE)CAE是使用電腦技術(shù)去計(jì)算產(chǎn)品作業(yè)性、功能性以及製造參數(shù)的工程設(shè)計(jì)之分析與評(píng)估;而這些工作對(duì)於傳統(tǒng)方法是太複雜的。產(chǎn)品的形式、配合及功能特性研究包含於此定義中的作業(yè)性及功能性兩項(xiàng)目上，而設(shè)計(jì)需求與生產(chǎn)能力之間的配合檢驗(yàn)包含於製造參數(shù)項(xiàng)目中。對(duì)於傳統(tǒng)方法是太複雜，指經(jīng)由CAE軟體所執(zhí)行的程序若改由人工處理的話，其量化困難度、計(jì)算數(shù)目及分析時(shí)間對(duì)於人工處理是不可能的。定義電腦輔助工程(CAE)CAE與綜合化、分析及評(píng)估階段的設(shè)計(jì)程序(如圖3-14)是相吻合的，而且與稍早所描述的並行工程(CE)原則是相一致的。在綜合化階段，最主要的CAE活動(dòng)是針對(duì)製造與組裝原則所設(shè)計(jì)的製造能力。在分析及評(píng)估階段，從CAE作業(yè)所得到的輸出由CE團(tuán)隊(duì)用來決定產(chǎn)品設(shè)計(jì)的品質(zhì)。定義電腦輔助工程(CAE)電腦輔助工程同樣地也提供具生產(chǎn)力的工具以輔助生產(chǎn)工程。支援群組技術(shù)(GT)、電腦輔助程序規(guī)劃(CAPP)以及電腦輔助製造(CAM)的軟體都包含於CAE的大標(biāo)題下。由於CAE在設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用與使用的結(jié)果，CAE對(duì)於第2章所描述的五個(gè)製造系統(tǒng)分類及四個(gè)生產(chǎn)策略而言都是需要的。5-1針對(duì)製造與組裝的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)程序中的綜合化階段增加了基本的工件幾何細(xì)節(jié)，而應(yīng)用針對(duì)製造與組裝設(shè)計(jì)(designformanufacturingandassembly,DFMA)的指導(dǎo)方針與限制重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，使得產(chǎn)品更加完整。DFMA的定義:DFMA是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的開始就考慮生產(chǎn)因素的任何程序或設(shè)計(jì)流程。這個(gè)定義指出從概念化到評(píng)估階段的每個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng)中，都必須強(qiáng)調(diào)產(chǎn)生一個(gè)滿足市場(chǎng)需求且可以成功地製造的設(shè)計(jì)。5-1針對(duì)製造與組裝的設(shè)計(jì)1.DFMA的主要?dú)v史2.DFMA的驗(yàn)證3.DFMA人工程序1.DFMA的主要?dú)v史DFMA的努力主要起源於兩個(gè)不同的推動(dòng)力:生產(chǎn)力工程及針對(duì)組裝之設(shè)計(jì)。生產(chǎn)力工程最主要?jiǎng)恿碓词钱a(chǎn)生可以個(gè)別容易製造的簡(jiǎn)單零件。生產(chǎn)力工程可以確保工件容易製造。整個(gè)產(chǎn)品對(duì)於製造與組裝而言是困難的且高成本的。針對(duì)組裝設(shè)計(jì)的原則是經(jīng)由減少或結(jié)合零件數(shù)目以達(dá)到簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的目的。雖然組裝效率增加，但是由於最佳製造程序並非是最主要的考量，產(chǎn)品的總成本並非最少的。1.DFMA的主要?dú)v史由於製成品的製造與組裝必須同時(shí)考慮，所以DFMA對(duì)於設(shè)計(jì)分析是一種全面性的方法。設(shè)計(jì)過程中同時(shí)考量製造與組裝可以降低總成本。2.DFMA的驗(yàn)證由於70%的產(chǎn)品成本是在產(chǎn)品離開最初設(shè)計(jì)時(shí)就決定了。因此，在設(shè)計(jì)階段早期的DFMA使用是必需的。由於重要決定如材料、程序以及組裝需求在設(shè)計(jì)早期就已經(jīng)決定，所以產(chǎn)品成本是固定的。DFMA對(duì)產(chǎn)品最大影響就是降低整體的零件數(shù)目，降低零件數(shù)目可降低總產(chǎn)品成本並增加產(chǎn)品的可靠度。3.DFMA人工程序DFMA程序包含了人工與電腦執(zhí)行。從人工觀點(diǎn)來看，DFMA提供了逐步程序去詢問設(shè)計(jì)者有關(guān)工件的功能、材料限制及組裝時(shí)工件組合方式。DFMA軟體可以計(jì)算組裝時(shí)間、產(chǎn)品成本以及理論上之最少零件數(shù)目。除此之外，軟體的製造部分可決定各種不同材料選項(xiàng)(鋼鐵和塑膠)及製造程序(切削加工和鑄造)以生產(chǎn)最有成本效益的零件產(chǎn)品。3.DFMA人工程序DFMA開始於針對(duì)組裝的有效設(shè)計(jì)，因?yàn)榻M裝仍然是製造成本中的最大部分。如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)的組裝更容易且更快速，則成本可以下降並得到高品質(zhì)產(chǎn)品。圖5-1轉(zhuǎn)軸/軸蓋之組裝圖5-2組裝方法評(píng)分表圖5-3轉(zhuǎn)軸/軸蓋組裝之另案DFMA領(lǐng)域中的CAE軟體可輔助設(shè)計(jì)者去計(jì)算其他

設(shè)計(jì)方案的成本DFMA軟體可用來分析這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸/軸蓋之組裝設(shè)計(jì)，圖5-4顯示出經(jīng)由DFMA軟體提供的成本分析，這些成本包括刀具、材料、製造及組裝。DFMA軟體並提供射出成型模具成本、加工成本及其他材料的額外分析。DFMA鼓勵(lì)設(shè)計(jì)者打破舊有設(shè)計(jì)概念並生產(chǎn)低成本產(chǎn)品。DFMA的設(shè)計(jì)經(jīng)常提供更複雜的個(gè)別零件，但是卻簡(jiǎn)化了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)且減少總生產(chǎn)成本。圖5-4DFMA成本分析5.2電腦輔助工程分析(CAE)設(shè)計(jì)程序中分析階段的設(shè)計(jì)測(cè)試需要很多CAE軟體，根據(jù)想要測(cè)試的功能以選擇軟體。CAE與CAD是緊密配合的，在大部分應(yīng)用例子中，CAD所產(chǎn)生產(chǎn)品圖形的資料與資訊經(jīng)常是CAE軟體的輸入部分，CAE軟體採用CAD所產(chǎn)生的工件幾何檔案圖形進(jìn)行分析。分析階段中的CAE應(yīng)用可分為兩類:

有限元素分析與質(zhì)量屬性分析。有限元素分析

CAE應(yīng)用最常使用的就是有限元素分析(FEA)，其定義如下：FEA是透過將物體分解成一堆小方塊(稱作有限元素)，對(duì)於結(jié)構(gòu)與電路之功能表現(xiàn)進(jìn)行分析與研究的一種數(shù)值程式技術(shù)。大部分的FEA應(yīng)用可分為兩類:機(jī)械系統(tǒng)與電子電路。機(jī)械系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的FEA程序開始於採用CAD軟體產(chǎn)生工件或結(jié)構(gòu)的幾何模型。3-D的CAD模型區(qū)分為有限數(shù)目之小區(qū)塊，這些小區(qū)塊在節(jié)點(diǎn)的地方彼此互相連結(jié)，圖5-5顯示出內(nèi)燃機(jī)活塞的FEA網(wǎng)格及節(jié)點(diǎn)。FEA軟體提供數(shù)學(xué)方程式去描述當(dāng)物體受到刺激或外力時(shí)節(jié)點(diǎn)的反應(yīng)。FEA軟體所包含的廣泛應(yīng)用範(fàn)圍有:1.靜力分析2.暫態(tài)動(dòng)力響應(yīng)分析3.自然頻率分析4.熱傳分析

5.運(yùn)動(dòng)分析

6.流體分析質(zhì)量屬性分析質(zhì)量屬性分析是設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常使用到的CAE功能，而且包含於大部分CAD軟體中，資料屬性指驅(qū)動(dòng)CAD系統(tǒng)去計(jì)算圖形幾何所描述的屬性數(shù)值資料。在基礎(chǔ)應(yīng)用2-DCAD形狀的面積或者3-D實(shí)體物件的體積可以被計(jì)算並顯示。更多複雜的資料屬性分析包含質(zhì)量、界限箱、形心、慣性矩、慣性積、迴轉(zhuǎn)半徑以及形心於X-Y-Z方向的主慣性矩。圖5-8擠出鋁製軌道模具圖形圖5-9DFMA輸入螢?zāi)粓D5-10其他設(shè)計(jì)方案的DFMA模具設(shè)計(jì)分析5.3電腦輔助工程評(píng)估設(shè)計(jì)分析流程提供各種不同設(shè)計(jì)方案的大量資料，決定真正設(shè)計(jì)與原始設(shè)計(jì)之目標(biāo)與規(guī)格間相關(guān)符合的檢驗(yàn)是評(píng)估過程的一部分。資料檢驗(yàn)是由並行工程團(tuán)隊(duì)中的每個(gè)成員所執(zhí)行，並建議設(shè)計(jì)上的改變。執(zhí)行CAE的分析與評(píng)估功能等活動(dòng)是困難的，重點(diǎn)是CAE軟體提供具備分析及評(píng)估設(shè)計(jì)品質(zhì)的功能。原型成型建構(gòu)設(shè)計(jì)的原型是一個(gè)長久以來的實(shí)務(wù)作法。原型是設(shè)計(jì)的最原始模型，在大量生產(chǎn)產(chǎn)品之前可用來評(píng)估產(chǎn)品的操作性能。例如汽車工業(yè)建構(gòu)新型汽車的縮小尺寸木製或金屬模型，進(jìn)行車身的空氣動(dòng)力學(xué)之風(fēng)洞測(cè)驗(yàn)。而相同公司建造新引擎設(shè)計(jì)的完整尺寸模型並進(jìn)行操作測(cè)試。原型成型然而，設(shè)計(jì)的原型仍然是一個(gè)重要的評(píng)估過程，為了縮短產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)的前置時(shí)間，需要更快速的原型成型技術(shù)。好幾種不同的快速成型技術(shù)可以減少發(fā)展原型工件的時(shí)間。快速原型成型

快速原型成型技術(shù)是可以快速地將新設(shè)計(jì)建構(gòu)出樣品的技術(shù)，快速原型成型在評(píng)估階段是一個(gè)可靠工具。這些系統(tǒng)將工件的3-DCAD模型切割成細(xì)薄的水平剖面，然後一層一層地將設(shè)計(jì)變換成一個(gè)物理模型或原型?？焖僭统尚拖到y(tǒng)可以由RISC工作站或大型微電腦平臺(tái)所驅(qū)動(dòng)。採用一個(gè)完全封閉的3-DCAD曲面或?qū)嶓w模型檔案;CAD軟體將幾何形狀轉(zhuǎn)換成快速原型成型系統(tǒng)可接受的檔案格式。例如3D-Systems公司所發(fā)展的立體平版印刷是採用STL檔案格式，而所有主要的CAD軟體均能轉(zhuǎn)換成STL檔案格式。快速原型成型系統(tǒng)的例子，下面將描述現(xiàn)今一些快速原型成型系統(tǒng)。1.立體平版印刷(圖5.11所示)

2.固體磨平硬化

3.選擇式雷射燒結(jié)(圖5.13所示)

4.三維列印

5.熔解沉澱模型(圖5.14所示)

6.層狀物體製造

1.立體平版印刷(圖5.11所示)此程序採用裝有光感應(yīng)聚合物液體的容器;具有垂直控制平臺(tái)及可以在聚合物表面對(duì)焦的伺服控制雷射(圖5-11所示)。平臺(tái)位置是在聚合物容器中液體下方，系統(tǒng)中的電腦可以讀取原型工件的STLCAD檔案，且將工件由上往下分割剖面，剖面厚度一般從0.0015到0.005英吋之間。較薄切片以產(chǎn)生更平滑的模型，但是相對(duì)的處理與製造時(shí)間也會(huì)增加。雷射會(huì)將聚合物硬化，當(dāng)平臺(tái)上工件的第一個(gè)剖面產(chǎn)生時(shí)，電腦會(huì)控制平臺(tái)高度往下降低一個(gè)厚度，因此另一層薄聚合物層會(huì)蓋住下剖面，然後雷射將下一層薄表面硬化。當(dāng)產(chǎn)生工件後，工件必須被徹底地清理然後保存於爐中以得到良好的材料強(qiáng)度。圖5.113D立體平版印刷系統(tǒng)選擇式雷射燒結(jié)(圖5.13所示)選擇式雷射燒結(jié)(SLS)採用高能量雷射去熔解或燒結(jié)粉末使之變成固狀物體(圖5-13)。使用類似立體平面印刷技術(shù)，SLS雷射會(huì)沿著每個(gè)剖面形狀軌跡熔解薄層的粉末;接著機(jī)械滾軸將粉末灑在已完成表面的上端，雷射沿著下一個(gè)剖面軌跡行走。現(xiàn)今的SLS系統(tǒng)可採用三種材料:蠟、聚碳酸脂及乙烯氯化物。未來圖5.13DTM公司的選擇式雷射燒結(jié)亦可採用ABS、尼龍及其他陶瓷材料。精度變化根據(jù)工件尺寸大小介於0.00到0.015英吋之間。層狀厚度變化介於0.003到0.02英吋之間。5.13DTM公司的選擇式雷射燒結(jié)熔解沉澱模型(圖5.14所示)熔解沉澱模型(FDM)如圖5-14所示，是透過移動(dòng)一個(gè)塑膠或蠟的薄擠出線去建構(gòu)每個(gè)剖面;將塑膠或蠟線放在工件上方並加熱溶化。同樣地，工件也是一次建構(gòu)一個(gè)剖面，這種技術(shù)相當(dāng)快速而且所使用的材料便宜。由FDM技術(shù)所產(chǎn)生的幾何形狀會(huì)有粒狀表面且材料被限制於鑄造蠟與類似尼龍之材料。圖5-15由FDM技術(shù)所建造的原型。由Stratasys公司開發(fā)的系統(tǒng)所產(chǎn)生的FDM模型如圖5-16所示。注意!必須使用可以在電腦螢?zāi)簧巷@示出實(shí)體模型的CAD工作站。5.14Stratasys公司的熔解沉澱模型5.15熔解沉澱模型所產(chǎn)生的工件5.16熔解沉澱模型之快速原型成型系統(tǒng)5.4群組技術(shù)群組技術(shù)(GT)並非是與設(shè)計(jì)或生產(chǎn)工程領(lǐng)域相關(guān)的自動(dòng)化策略。舉例而言，GT對(duì)將描述的電腦輔助程序規(guī)劃與生產(chǎn)工程活動(dòng)是最重要的首要步驟。群組技術(shù)定義如下:GT是一種利用所有元件中其設(shè)計(jì)或製造的相似性去進(jìn)行小或中批量生產(chǎn)的製造哲學(xué)。執(zhí)行群組技術(shù)可以產(chǎn)生專業(yè)的生產(chǎn)單元，由編碼系統(tǒng)組成的工件族可以在針對(duì)此工件族所選擇的生產(chǎn)機(jī)器中生產(chǎn)。舉例而言，研究圖5-17所顯示的工件並列出所有工件的共同特徵。共同特徵與加工操作:(1)類似的尺寸及形狀(2)原料都是鑄造件(3)都需要在同一個(gè)方向鑽內(nèi)孔(4)都必須經(jīng)過面銑處理

(5)大部分在同一個(gè)方向上均有孔洞。從圖5-17的圖示中看起來並不明顯的其他共同特徵包括所需要的尺寸公差、材料種類及表面精度要求。GT對(duì)於幾何及生產(chǎn)特徵的工件分類提供了一種結(jié)構(gòu)性方法。將所有工件進(jìn)行GT編碼，公司可將所有製造零件分類成可在某單一生產(chǎn)單元加工的工件族。轉(zhuǎn)換成GT與單元製造可支持下列的贏得訂單準(zhǔn)則:更短的前置與準(zhǔn)備時(shí)間、減少加工中工件與製成品的庫存及更少之物料管理。圖5-17群組技術(shù)的工件族零件的編碼與分類

編碼是根據(jù)工件的特徵建立符號(hào)與數(shù)字的系統(tǒng)化過程。分類是根據(jù)編碼的數(shù)值進(jìn)行工件分組。因?yàn)榫幋a系統(tǒng)必須被設(shè)計(jì)以產(chǎn)生具有共同特徵的正確組合之分類族群，所以GT的編碼與分類彼此互相具有交互作用。採用層級(jí)、鏈狀或混合編碼結(jié)構(gòu)可將工件特徵相類似的工件歸類到同一族群。層級(jí)編碼結(jié)構(gòu)層級(jí)編碼結(jié)構(gòu)又稱單獨(dú)編碼又稱樹狀結(jié)構(gòu);將所有工件根據(jù)相同尺寸區(qū)分成幾個(gè)不同的次族群。研究圖5-18中所有工件都是圓柱型態(tài)的例子，根據(jù)長度與直徑的比例將所有工件分成兩個(gè)族群(>1.5與<1.5)，因此每個(gè)族群的次族群大小是大約相等的。編碼中數(shù)字的數(shù)目是依據(jù)樹形圖裏不同層級(jí)的數(shù)目所決定，在相同層級(jí)的編碼數(shù)目中只有一個(gè)數(shù)字是不同的。層級(jí)結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)採用較少編碼數(shù)字可以代表很多資訊，缺點(diǎn)就是定義所有分支所產(chǎn)生的複雜性。圖5-18GT的單一編碼方式鏈狀結(jié)構(gòu)鏈狀結(jié)構(gòu)又稱多重編碼;它是從如圖5-19所示例子的編碼表或矩陣所產(chǎn)生的。研究這個(gè)例子矩陣，注意工件的特徵型態(tài)與數(shù)字的位置是由左邊垂直欄所定義的，而數(shù)字位置的數(shù)值是由每一列的特徵描述所決定的。多重編碼最主要的優(yōu)點(diǎn)就是簡(jiǎn)潔且容易使用與發(fā)展。對(duì)於相同可資比較的編碼大小而言，多重編碼最主要的缺點(diǎn)就是缺乏如層級(jí)結(jié)構(gòu)般更仔細(xì)的資訊。圖5-19GT多重編碼結(jié)構(gòu)混合式編碼系統(tǒng)而混合式編碼系統(tǒng)同時(shí)擷取了層級(jí)結(jié)構(gòu)與多重編碼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。Optiz編碼與分類系統(tǒng)是最佳的混合式編碼範(fàn)例(圖5-20)此編碼系統(tǒng)發(fā)展於1970年。注意此種編碼的開始與結(jié)束是屬於多重編碼式，而中間部分則是屬於層級(jí)編碼式?，F(xiàn)今工業(yè)界使用超過90個(gè)GT編碼系統(tǒng);編碼系統(tǒng)的選擇是依據(jù)產(chǎn)品型態(tài)、生產(chǎn)系統(tǒng)以及所有零件的結(jié)合所決定。圖5-20採用結(jié)合單一編碼與多重編碼結(jié)構(gòu)的

Optiz型態(tài)編碼GT生產(chǎn)單元

傳統(tǒng)上，批次量製造是在功能性的工廠配置中進(jìn)行，亦即在生產(chǎn)設(shè)備中將類似的機(jī)器聚合在一起。在批次量生產(chǎn)過程中，工件根據(jù)特別的作業(yè)程序在不同工作中心沿著固定路徑進(jìn)行。舉例：典型的工作站置配置如圖5-21所示，注意所有類似的機(jī)器被安置在工廠中相同的地理位置，工件跟據(jù)設(shè)計(jì)所需作業(yè)進(jìn)行加工。對(duì)於應(yīng)用GT工件族的批次量生產(chǎn)需要將生產(chǎn)設(shè)備重新安排圖5-21傳統(tǒng)程序或工廠配置GT生產(chǎn)單元將GT技術(shù)應(yīng)用到圖5-2中的生產(chǎn)工件時(shí)，產(chǎn)生工件族及開發(fā)出三條線性生產(chǎn)線單元(圖5-22)去處理相同的生產(chǎn)，不採用繞著相同機(jī)器的生產(chǎn)方式。不論用編碼、分類及重新安排工廠的方法，從實(shí)施GT中所得到最主要的好處就是對(duì)產(chǎn)品的製造有更好安排、確認(rèn)以及了解。圖5-22GT配置5-5生產(chǎn)工程策略

電腦發(fā)展對(duì)於設(shè)計(jì)功能改變的程度與電腦對(duì)於生產(chǎn)工程是一樣的。電腦輔助製造引進(jìn)到生產(chǎn)機(jī)器以促進(jìn)生產(chǎn)工程與及製造功能的自動(dòng)化。電腦自動(dòng)化進(jìn)入到生產(chǎn)工程領(lǐng)域的例子持續(xù)地增加。生產(chǎn)工程負(fù)責(zé)產(chǎn)品製造與企業(yè)服務(wù)的規(guī)劃，規(guī)劃中的內(nèi)容包括程序規(guī)劃、撰寫生產(chǎn)機(jī)器程式、工具工程、工作與生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、廠務(wù)工程、製造與組裝分析及製造成本估算等。5-5生產(chǎn)工程策略5-5.1電腦輔助程序規(guī)劃(CAPP)5-5.2電腦輔助製造(CAM)5-5.3生產(chǎn)與程序模型5-5.4生產(chǎn)與程序模擬

5-5.5維修自動(dòng)化5-5.6生產(chǎn)成本分析

5-5.1電腦輔助程序規(guī)劃人工程序規(guī)劃包括產(chǎn)生原料與生產(chǎn)組裝所需零件之流程的所有文件資料，程序規(guī)劃師決定這些程序(圖5-23)與將原料加工成製成品的機(jī)器種類。例如在一個(gè)典型的工廠中，規(guī)劃者研究工件圖形;從加工資料手冊(cè)中選擇資料;檢查可用的工具與夾具;選擇原料庫存;以及最後選擇生產(chǎn)工件所需的金屬切削作業(yè)。圖5-23四位不同規(guī)劃師的程序規(guī)劃比較圖5-23四位不同規(guī)劃師的程序規(guī)劃比較變動(dòng)式程序規(guī)劃變動(dòng)式CAPP方法使用已經(jīng)規(guī)劃好的資料庫，從相類似工件中已存在的製程規(guī)劃擷取出符合新工件的製程。族群技術(shù)中的變動(dòng)式系統(tǒng)其擷取方法與邏輯在工件族群中是可預(yù)測(cè)的。當(dāng)完成工件族的標(biāo)準(zhǔn)程序規(guī)劃並儲(chǔ)存於變動(dòng)式資料庫中時(shí)(圖5-24)。變動(dòng)式程序規(guī)劃對(duì)於新工件，變動(dòng)式程序的流程如圖5-25所示，賦予新生產(chǎn)零件一個(gè)家族編碼，然後經(jīng)由工件家族搜尋方式去尋找此工件所屬的家族，然後擷取此家族的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃。圖5-25顯示出變動(dòng)式程序規(guī)劃流程，研究圖5-24與5-25直到了解此變動(dòng)式程序。變動(dòng)式技術(shù)的最主要優(yōu)點(diǎn)就是程序規(guī)劃的時(shí)間減少了50%。圖5-24發(fā)展一個(gè)變動(dòng)式程序規(guī)劃系統(tǒng).A圖5-24發(fā)展一個(gè)變動(dòng)式程序規(guī)劃系統(tǒng).B圖5-24發(fā)展一個(gè)變動(dòng)式程序規(guī)劃系統(tǒng).B圖5-25變動(dòng)式程序規(guī)劃系統(tǒng)創(chuàng)成式CAPP的程序規(guī)劃創(chuàng)成式CAPP的程序規(guī)劃技術(shù)是比較困難的;但卻是較動(dòng)化的。創(chuàng)成式程序規(guī)劃系統(tǒng)不需要參考已存在的工件資料就可以產(chǎn)生新工件的規(guī)劃。創(chuàng)成式CAPP採用由專家所使用的決策邏輯之程序資訊知識(shí)庫。由人工智慧(AI)軟體稱做專家系統(tǒng)所主導(dǎo)。圖5-26顯示一般化系統(tǒng)的創(chuàng)成式CAPP作業(yè)。創(chuàng)成式CAPP的程序規(guī)劃從設(shè)計(jì)到工作圖;產(chǎn)生製造程序規(guī)劃，經(jīng)常使用的三種技術(shù)包含編碼、描述性語言以及CAD。CAPP系統(tǒng)的決策部分使用製造資料庫資訊及設(shè)計(jì)規(guī)格以產(chǎn)生作業(yè)的程序規(guī)劃。圖5-26創(chuàng)成式程序規(guī)劃系統(tǒng)CAPP與企業(yè)CAPP與企業(yè)間的介面如圖5-27所示，請(qǐng)注意CAPP軟體如何在設(shè)計(jì)與工廠之間形成介面，並提供從初始設(shè)計(jì)到最後工件生產(chǎn)的產(chǎn)品資料之重要整合。創(chuàng)成式CAPP所提供的優(yōu)點(diǎn)包括:1.快速且一致性地產(chǎn)生程序規(guī)劃。2.快速地產(chǎn)生完整如工件規(guī)劃的新程序規(guī)劃。3.使得介於MRP與ERP軟體間的介面是可能的。4.即使無經(jīng)驗(yàn)的工作者亦可完成ISO或QS9000標(biāo)準(zhǔn)的文件紀(jì)錄並提升最好的實(shí)務(wù)表現(xiàn)。圖5-27企業(yè)系統(tǒng)中的CAPP5-5.2電腦輔助製造(CAM)由於電腦使工廠自動(dòng)化快速發(fā)展的結(jié)果，CAM這個(gè)名詞不再只是應(yīng)用到自動(dòng)化工具機(jī)上。為了充分了解CAM在整個(gè)整合企業(yè)中所扮演的角色，全新的CAM定義是需要的。CAM是有效率地使用電腦技術(shù)於整個(gè)企業(yè)生產(chǎn)的規(guī)劃、管理以及控制。使用於工業(yè)界分散式工件製造的主要CAM應(yīng)用之一是直接從設(shè)計(jì)圖資料中所得到的資訊進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)。通常稱為CAD/CAM;設(shè)計(jì)工程領(lǐng)域中CAD所產(chǎn)生的工件幾何被用於CAM軟體中，以產(chǎn)生可以在大部分CNC機(jī)器加工工件的加工程式碼。圖5-28的方塊圖顯示CAD圖形檔案與用來加工工件的CAM檔案之間強(qiáng)韌的資料介面。例如大部分在微電腦上執(zhí)行的CAM軟體系統(tǒng)如SmartCAM與MasterCAM具備2-D與3-DCAD能力。在RISC電腦領(lǐng)域中如CATIA軟體可提供完整的CAD/CAM應(yīng)用模組包含:1.3-D設(shè)計(jì):3-D圖形建模。2.繪圖:基本的繪圖系統(tǒng)。3.高階曲面:如雕刻般的曲面模組。4.實(shí)體幾何:實(shí)體幾何建模。5.建築設(shè)計(jì):建築設(shè)計(jì)建模。6.資料庫:常用符號(hào)與物件資料庫。7.數(shù)值控制:NC工件程式產(chǎn)生器。8.機(jī)器手臂:機(jī)器手臂模擬器與程式編寫器。分散式工件生產(chǎn)機(jī)器的程式編碼是CAM技術(shù)在工廠中最普遍的應(yīng)用。從CAD幾何形狀編寫程式以產(chǎn)生產(chǎn)品的機(jī)器包括大部分的金屬切削機(jī)器:銑床、車床、車削中心、沖床、切片機(jī)、搪孔、放電加工機(jī)以及雷射加工機(jī)。此外，CAM包含了一連串工廠中其他電腦控制的應(yīng)用。因?yàn)橛性S多製造的CAM軟體可供選擇，工廠中不同系統(tǒng)與程序之間的控制才有可能圖5-28CAD/CAM之連結(jié)5-5.3生產(chǎn)與程序模型工件、產(chǎn)品與製造系統(tǒng)採用數(shù)學(xué)方程式建立解析模式;這些方程式可以獨(dú)特地描述加工件的行為與生產(chǎn)系統(tǒng)。圖5-36指出一個(gè)用來分析包括工業(yè)機(jī)器手臂的製造單元設(shè)計(jì)之解析電腦模式。製造單元與機(jī)器手臂的3-D線架構(gòu)模型採用運(yùn)動(dòng)學(xué)分析進(jìn)行測(cè)試;以決定最佳的機(jī)器手臂位置與相關(guān)單元機(jī)器和硬體。圖5-36工作單元模擬的螢?zāi)惠敵鰧?duì)於解析模式的兩個(gè)重要關(guān)鍵(1)模型的使用對(duì)於決定設(shè)計(jì)極限是經(jīng)濟(jì)且快速的方法。(2)只有在方程式能夠精確地描述工件、產(chǎn)品或製造系統(tǒng)時(shí)，解析模型所得到的結(jié)果才是有效的。當(dāng)無法建立電腦模式時(shí)，模擬提供了另一種可靠方法以分析複雜工件與製造系統(tǒng)的解析模式。5-5.4生產(chǎn)與程序模擬用來分析產(chǎn)品與程序的物理模式之建構(gòu)稱為原型成型。為了避免建構(gòu)物理模型的高成本，許多製造商採用電腦所產(chǎn)生的模型(稱作模擬)去研究系統(tǒng)。製造中的電腦模擬其定義如下：電腦模擬是程序或生產(chǎn)系統(tǒng)的理論或圖形模式的發(fā)展;以評(píng)估在瞬息萬變的環(huán)境中各種不同條件下的行為。用來測(cè)試製造系統(tǒng)的兩個(gè)電腦模擬技術(shù)是分散式與連續(xù)式。分散式分散式模擬是在製造模式的建構(gòu)中，採用符號(hào)代表物件與資源如工件及機(jī)器，符號(hào)之間的交互作用是由數(shù)學(xué)來定義或經(jīng)由邏輯關(guān)係來定義。連續(xù)式連續(xù)式程序需要不同型態(tài)的模擬策略;因?yàn)橄到y(tǒng)的狀態(tài)持續(xù)地隨著時(shí)間而改變。連續(xù)式系統(tǒng)的例子包括合成纖維、橡膠以及油類產(chǎn)品的生產(chǎn)。連續(xù)式系統(tǒng)採用上一節(jié)所描述的生產(chǎn)元件之間的數(shù)學(xué)與邏輯關(guān)係來建立模型。製造模擬的優(yōu)點(diǎn)包括:1.確認(rèn)最佳的製造配置與生產(chǎn)流程。2.快速地評(píng)估製造過程中的替代方案(新產(chǎn)品)與改變(產(chǎn)品的數(shù)量與混合)。3.確認(rèn)生產(chǎn)流程與物料移動(dòng)相關(guān)的生產(chǎn)問題。4.可容易地研究各種不同生產(chǎn)率的製造表現(xiàn)。5.可分析在執(zhí)行之前可能改變製造環(huán)境或產(chǎn)品流程的決定。5-5.5維修自動(dòng)化機(jī)器與工廠維修佔(zhàn)製造中最大的成本來源，所花費(fèi)金錢並沒有直接增加到企業(yè)中所生產(chǎn)的產(chǎn)品中;然而，假如忽略了維修是無法維持一個(gè)成功的CIM執(zhí)行。維修自動(dòng)化包括硬體與軟體，硬體包括設(shè)計(jì)更好的工具去縮短維修工廠與機(jī)器的時(shí)間。設(shè)計(jì)用於增加工廠與機(jī)器維修的軟體有兩部分(1)快速且正確地辨識(shí)生產(chǎn)硬體與製造系統(tǒng)的缺陷;(2)更佳的維修作業(yè)之管理。人工智慧技術(shù)中的專家系統(tǒng)使得維修軟體的發(fā)展可用來協(xié)助維修人員更快速且簡(jiǎn)單地確認(rèn)機(jī)器問題。專家系統(tǒng)是一個(gè)包含一連串模擬專家的邏輯程序規(guī)則的程式。舉例：發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)機(jī)器中的錯(cuò)誤電路時(shí)，用來偵錯(cuò)的專家系統(tǒng)採用與一位具有多年經(jīng)驗(yàn)的偵錯(cuò)人員相同的邏輯。對(duì)於較沒有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)師使用專家系統(tǒng)軟體時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的邏輯經(jīng)驗(yàn)可用來幫助他們?nèi)ゴ_認(rèn)不良品與工件。5-5.6生產(chǎn)成本分析建立正確成本分析對(duì)於所有五種製造系統(tǒng)(專案式、工單式、重複式、生產(chǎn)線式及連續(xù)式)是重要的，因?yàn)閮r(jià)格對(duì)於大部分產(chǎn)品而言是贏得訂單或合格訂單準(zhǔn)則。成本估算的正