CIMS-B4-工程集成技术

现代集成制造系统技术

——CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术CIMS（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem）西北工业大学许建ujx@CIMS提纲概念、技术和功能1数字化设计2数字化管理4数字化制造3集成与协同5结束语6提纲P4C集成技术1集成实例2CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术由于CAD/CAPP/CAM等是从生产过程的不同侧面分别发展起来的、分别独立的自动化孤岛，各自的信息处理过程都存在着特殊性，彼此间的模型定义、实现手段和存取方法均有差异，信息难以交换，资源不能共享。两个出发点：开发新一代Cax集成系统：人力、物力、资源建立接口，实现信息集成：通过不同CAX系统数据结构的映射与数据传递，实现异构数据源和分布环境下的数据互操作和数据共享，实现集成CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术集成方式通过专用数据格式文件交换产品信息的集成方式通过标准数据格式的文件交换产品信息的集成方式通过统一的产品模型交换信息的集成方式：采用统一的产品数据模型，并采用统一的数据管理软件来管理产品数据。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术产品模型数据交换标准STEP是国际标准化组织在这些标准的基础上所提出来的,其目标是提供一种独立于任何特殊系统的能描述产品整个生命周期中有关数据的机制。在STEP标准的基础上，各CAx系统只需准备STEP文件输入和输出翻译器，即可实现各系统间的通信和衔接。STEP为CAD/CAM信息集成提供了一整套方法和理论，其中包括模型描述方法和语言、STEP文件文本规范、标准数据存取界面规范、集成资源、应用协议开发指南、一致性测试方法论，以及实现数据交换三种模式（文件交换、应用编程接口和数据库实现）。作为产品整个生命周期的数据表示与交换标准，STEP在实际需求中产生，也在实际应用中发展。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术STEP的目标是提供整个产品生命周期的产品信息描述和交换机制，且独立于任何应用系统。该标准的基本功能有两个，一是产品信息的表达；二是产品信息的交换，包括存取、转换和归档。应用层：该层面向具体应用，包括应用协议及对应的抽象测试集，以形式化定义语言或图表的方式表达各应用领域定制的产品信息参考模型。逻辑层：该层从实际应用中抽象出来，包括通用集成资源和应用集成资源，与各个应用领域提供实体几何关系及，用来描述不同的产品信息模型，并通过形式化规格说明与物理层建立联系。物理层：该层为最低层，包括事实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。这种层次结构的组织方法使得STEP能够提供应用逻辑上更加完整、语义层次更高、且面向各种应用的资源信息模型，以保障应用系统数据交换逻辑层次上的正确性。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术STEP标准包括五部分内容:描述方法、集成资源、应用协议、实现形式和一致性测试。五部分内容中,描述方法用于集成资源的定义,由资源模型产生应用协议,应用协议和实现形式相结合产生一种STEP实现,一致性测试则用于测试STEP实现是否与标准相一致。五部分内容互相溶为一体,共同构成STEP标准。CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术提纲P4C集成技术1集成实例2飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统飞机结构件是构成飞机机体骨架和气动外型的重要组成部分。飞机结构件的品种繁多、形状复杂、材料各异。与一般机械零件相比，机械加工零件加工难度大，对制造水平要求高。例如，壁板、梁、框、座舱盖骨架等结构件，由构成飞机气动外型的流线型曲面、各种异型切面、结合槽口、交点孔结合成复杂的实体。结构件加工不但对形位精度要求高，而且有严格的重量控制和使用寿命要求。由于现代飞机性能不断提高，整体结构件成为广泛采用的主要承力构件。整体结构件的外型准确，结构刚性好、比强度高、重量轻、气密性好，采用整体结构件可减少零件和连接件的数量，装配变形小，可大大降低制造成本。飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统从数控加工的观点来看，梁、框、肋、壁板、接头等飞机结构件具有以下特点：结构件轮廓与飞机外型有关，大部分为直纹曲面。为了减轻重量，进行强度设计，往往在结构件上形成各种复杂型腔。型腔靠近外型的槽腔壁常为直纹曲面，一般加工比较困难。整体结构件的尺寸大、壁薄、易变形。零件槽腔间距离仅3~5mm，腹板厚度也仅有4~5mm，筋顶形状复杂。例如，波音737-700水平尾翼肋长为1900mm，宽为650mm，其腹板厚度仅为0.5~0.7mm，隔板厚度为12mm，材料总利用率为2%。某新型飞机的整体框零件毛坯重量为1000kg，加工后的重量只有50kg左右。加工精度要求高，有严格的重量控制和使用寿命要求。零件的加工部位大部分集中在上、下两面。零件整体设计方式为装夹带来了便利，可以采用工艺凸台、真空吸盘等装夹方案设计。零件设计采用坐标尺寸，为工序设计、数控加工带来便利。典型零件工艺程编人员

工艺模型结构设计CAD

工艺规程设计CAPP

数控程编CAMPDM

审批发放管理更改控制

车间生产作业计划工段月计划工段日班作业计划管理人员信息入库通知信息出库临时放置，每日更新：工艺规程文件数控代码文件和程序下载直接输入DNC质量控制与管理QIS信息入库检验人员数控车间信息管理模式飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统飞机结构件的特征定义用显式和隐式的混合方式来描述特征：显式表达即用特征所包括的几何元素来表达，而隐式表达则通过特征的参数来表达。CAPP主要关心特征的属性部分（参数部分），它们关系到加工方法、加工方向、刀具参数等。特征参数是CAPP进行工艺决策的依据。CAM主要关心特征的几何部分，它要利用特征的几何元素来进行刀位计算，但也要用到某些特征参数。从加工制造的观点而不是从描述零件实际结构的观点来归纳特征：例如，槽壁为曲面的槽腔，可以归纳为槽腔特征或曲壁槽腔特征。工厂在进行粗加工时，为了在提高加工效率，往往不管侧壁是否为变斜角（曲面壁），而先沿槽腔的最内边界按三坐标方式加工直壁槽腔；在半精加工和精加工时才用五坐标方式加工整个槽壁腔，包括其中的曲面壁（即变斜角侧壁）。在归纳特征时，可以认为槽腔都是直壁的，而把曲面壁定义为另一特征——内壁（或称曲壁），作为槽腔的子特征。这种定义方法为CAPP的工序安排和CAM的刀位自动生成带来很大好处。飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统飞机结构件的特征定义特征的层次结构：特征之间可以形成树状的层次结构。特征之间是否形成父子关系。不取决于它们的位置，而是取决于加工时是否互相影响。例如，槽腔底上有一个空，加工整体槽腔时不影响以后孔的加工，他们之间就可以不形成父子关系。如果考虑对加工顺序的影响，则也可以处理成父子关系，这取决于CAPP的加工顺序原则；但槽腔与槽腔中的凸台则一定要形成父子关系，因为加工槽腔时必须要考虑凸台的存在。特征分类码的应用：特征名可以由特征分类码、属性分类码和序号构成。他们在特征模型中是唯一的。其中的属性分类码实际上是把成组技术GT在特征层加以运用，方便了描述特征的语义信息，且具有较大的信息容量。飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统飞机结构件的特征定义参数的设置依据CAPP和CAM的需求而定：大多数特征参数的设定是为了满足CAPP的需求。例如，轮廓特性的正、负最大摆角参数可供CAPP选择切削方式。这是因为各种四坐标和五坐标数控机床的最大摆角是各不相同的，CAPP应该选择适当的机床来进行加工。如果加工这种特征要求的摆角过大，则不能采用四坐标或五坐标机床加工，而应当采用三坐标行切的方式来加工。附加工艺特征：是产品模型上没有的，是为了制造的需要另外加上去的特征。例如，在加工整体框时，为了装夹方便可以采用工艺凸台。如图中工艺凸台上的孔用来上螺丝固定零件，加工轮廓时留下厚约5mm的材料，待加工完后切断。这种装夹方式的好处是，加工时不用移动夹板，轮廓加工刀位的计算简单，没有接刀痕迹。飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统平底r2斜底r1pos(x,y)·hdr1h1轮廓底面h2r2飞机结构件CAD/CAPP/CAM/PDM集成系统工艺凸台下陷槽轮廓筋基于PDM平台的飞机结构件CAD/CAPP/CAM集成制造系统框架基础层用户接口应用层用户层PDM产品数据管理集成平台计算机协同工作环境PDM技术的应用开发进行工艺制造流程定义工艺结构模型及文档管理版本及更改管理实现PDM与3C

的集成。数控车间质量管理系统提供数控加工全过程中质量信息的管理进行质量控制和质量状况分析

与高效数控系统（FA）的接口NC车间生产计划调度、资源管理生产成本管理、经营考核管理和工艺信息集成CAD/CAPP/CAM集成系统工程化基于CATIA的3CSGI工作站的3C基于UG的3C实现特征模式的程编方式和无缝集成CAD/CAPP/CAM集成流程几何/特征模型制造资源库CATIA特征定义NCSet生成后置处理特征接口文件CAPP工艺指令文件NC文件CAM前置工艺文档刀位文件PDM集成应用开发模式PDM技术应用开发零件级工序级Jx-04321-1Jx-04321-1.5Jx-04321-1.10.1Jx-04321-1.10Jx-04321-1.10.2零件级工序级工步级PM电子仓库CATIA模型数控质量信息CAQ数控车间质量管理系统数控零件质量信息特征定义CAPPCAM“3C”集成系统工步级BOM信息工艺结构树工艺卡片数控加工模型数控加工程序数控加工模型数控加工程序工艺结构信息工艺卡片PM电子仓库CATIA模型接收设计信息BOM信息CATIA2D/3D模型特征定义

零件斜横梁

零件整体框CAPP系统流程刀具库（Oracle）物料库（Oracle）切削参数库（Oracle）CAPP(WindowsNTLAN)CAD(CATIA、UGII)CAM(CATIA、UGII)特征加工指令文件特征模型(CATIA、UGII)几何文件(DXF)工序图编辑(AutoCAD)