CAD-CAM技术基础课件：CADCAM集成技术及其应用

CAD/CAM集成技术及其应用

CAD/CAMintegrationandapplication引例CIMS概念模型内容8.1概述8.2集成产品定义数据模型8.3产品数据交换标准8.4PDM技术集成方案8.5先进制造技术中的CAD/CAM应用8.1概述8.1.1CAD/CAM集成的概念CAD/CAM技术是伴随计算机技术在产品设计制造中的应用而逐步发展起来的，这些应用首先都是从局部环节的突破开始而逐渐扩展开来，从而形成一系列较为成熟的单元设计制造技术，如CAD、CAE、CAPP、CAFD、CAM等。CAD/CAM系统的集成有信息集成、过程集成和功能集成等多种形式。为了实现CAD/CAM各模块之间数据资源的集成和共享，必须满足两个条件：一是要有统一的产品数据模型定义体系；二是要有统一的产品数据交换标准，这是实现CAD/CAM集成的关键。8.1.2CAD/CAM集成的基本方式1)基于数据接口技术的CAD/CAM集成(1)基于专用数据接口的CAD/CAM信息集成8.1概述(2)基于数据交换标准的通用接口CAD/CAM信息集成2)基于特征建模技术的CAD/CAM集成8.1概述3)基于工程数据库的CAD/CAM集成8.1概述8.2集成产品定义数据模型集成产品数据模型结构体系零件总体信息基体信息零件特征信息零件几何拓扑信息8.2集成产品定义数据模型基于特征的集成产品数据模型层次结构8.2集成产品定义数据模型8.3产品数据交换标准1．初始图形交换规范(IGES)1)

IGES的实体几何实体，如点、直线段、圆弧、B样条曲线和曲面等描述实体，如尺寸标注、绘图说明等结构实体，如组合项、图组、特性等2)

IGES的文件结构IGES的定义可改变复杂结构及其关系IGES文件格式便于各种CAD/CAM系统的处理IGES的文件结构8.3产品数据交换标准2．产品模型数据交换标准STEP1)

STEP的产品数据模型STEP产品数据模型在产品生命周期中的作用8.3产品数据交换标准2)

STEP的概念模型STEP的三层结构8.3产品数据交换标准3)

STEP的基本组成STEP的标准体系8.3产品数据交换标准描述方法标准实现方法标准一致性测试方法与工具标准应用协议信息模型标准8.3产品数据交换标准8.4PDM技术集成方案1．基于PDM的CAD/CAM集成系统体系结构基于PDM的CAD/CAM集成系统体系结构封装接口集成CAD/CAM集成三个层次8.4PDM技术集成方案2．基于PDM的CAD/CAM集成系统的主要功能产品结构与配置管理图文档管理工作流程管理动态权限设置工程变更管理项目管理外部集成工具。8.4PDM技术集成方案2010.098.5先进制造技术中的CAD/CAM应用CAD/CAMapplicationsinAdvancedmanufacturingtechnology计算机、微电子、信息和自动化技术的迅速发展给产品设计、制造工艺与装备生产管理和企业经营带来了重大变革，先后诞生了数控(NC)，计算机辅助制造(CAM)，计算机辅助设计(CAD)，计算机辅助工艺过程设计(CAPP)，柔性制造系统(FMS)，并行工程(CE)，智能制造技术(IMT)，敏捷制造(AM)，虚拟制造(VM)，计算机集成制造(CIM)等一系列新制造技术和新制造模式。内容8.5.1柔性制造系统8.5.2计算机集成制造系统8.5.3并行工程8.5.4虚拟制造8.5.5敏捷制造8.5.6绿色制造8.5.1柔性制造系统①柔性自动化制造技术；②成组技术；③CNC机床；④自动化物料传输装卸；⑤机床设备与物料装卸的计算机控制。是以先进的制造技术和组织方式为基础的适应多品种、中小批量、高效率、低成本和具有快速响应市场能力的生产系统。什么是柔性制造系统概念与技术包括8.5.1柔性制造系统1．FMS的产生FMS的概念诞生于伦敦，由DavidWilliamson在20世纪60年代提出。他构思并研制开发了世界上第一个柔性加工系统(FlexibleMachiningSystem)。它的基本思想是利用数控机床自动地加工一系列产品零件，零件加工的程序预先储存在机床上，事先被安装在托盘(Pallet)上的工件可以自动地装卸，每台机床装有刀库可以实现刀具的自动更换，同时系统中配备有排屑和清洗设备，系统大部分由计算机实现控制。随着计算机控制设备和应用的扩展，柔性自动化系统的应用也从金属成型发展到装配等其他的领域。柔性加工系统的概念也发展到柔性制造系统。社会的生产需求——市场需求和市场竞争。2．FMS的组成柔性制造系统一般是由多台数控机床和加工中心组成，并有自动上、下料装置，仓库和输送系统，在计算机及其软件的集中控制下，实现加工自动化，它具有高度柔性，是一种计算机直接控制的自动化可变加工系统。特点：(1)具有高度的柔性；(2)具有高度的自动化程度、稳定性和可靠性；(3)提高设备利用率；(4)具有高生产率；(5)降低直接劳动费用，增加经济收益。8.5.1柔性制造系统FMS由下述基本单元组成：加工处理工作站物流系统计算机控制系统FMS的软件系统FMS中的计算机网络技术FMS的刀具管理系统FMS的检测监控系统8.5.1柔性制造系统3．FMS的分类(1)柔性制造单元(FMC)(2)柔性制造系统(FMS)(3)柔性制造生产线(FlexibleManufacturingLine，FML)8.5.1柔性制造系统4．FMS的工作过程柔性制造系统接到上一级控制系统的有关生产计划信息和技术信息后，由其控制系统进行数据信息的处理、分配、执行。8.5.1柔性制造系统8.5.2计算机集成制造系统20世纪90年代的CIMS轮图1．CIMS的相关技术CIMS的现代化特征是数字化、网络化、虚拟化、集成化和绿色化。它是信息集成、过程集成和企业间集成优化，企业活动中三要素(人、经营、技术)和三流(物流、信息流、资金流)的集成优化，以及CIMS相关技术和各类人员的集成优化；突出了管理与技术的结合，以及人在系统中的重要作用。缩短企业新产品(P)开发的时间(T)、提高产品质量(Q)、降低成本(C)、改善服务(S)、有益于环保(E)，从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。8.5.2计算机集成制造系统敏捷制造(AgileManufacturing)；网络的协同产品商务(CPC)；虚拟制造(VirtualManufacturing)；用来加速新产品开发过程的并行工程(ConcurrentEngineering)；大批量定制(MassCustomizationProduction)的生产模式；可持续发展的绿色制造…………8.5.2计算机集成制造系统2．CIMS的功能构成设计功能。加工制造功能。生产经营管理功能。8.5.2计算机集成制造系统3．CIMS结构构成公司工厂车间单元工作站设备8.5.2计算机集成制造系统4．CIMS学科技术构成1)总体技术(1)生产系统总体模式。(2)系统集成方法论。(3)系统集成技术。(4)标准化技术。

(5)企业建模和仿真技术及CIMS系统开发与实施技术等。2)支撑环境技术3)设计自动化技术4)加工生产自动化技术5)经营管理与决策系统技术6)生产过程控制技术8.5.2计算机集成制造系统5．CIMS的集成模式1)

CIMS信息集成企业建模、系统设计方法、软件工具和规范。异构环境下的信息集成。2)

CIMS的过程集成3)

CIMS的企业集成8.5.2计算机集成制造系统6．我国CIMS的特点系统论方法管理在CIMS中的关键性作用充分利用信息技术8.5.2计算机集成制造系统8.5.3并行工程什么是并行工程并行工程是一种系统的集成方法，它采用并行方法处理产品设计及相关的过程，包括制造过程和支持过程。这种方法可以使产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到消亡整个生命周期里的所有因素，包括质量、成本、作业调度及用户需求并行工程指的是一种工作模式，即在产品开发和生产的全过程中涉及的各种各样的工程行为被集成在一起，并且尽可能并行起来(而不是串行)统筹考虑和实施。1.定义2．主要特点并行特性(时序特性)整体特性协同特性集成特性8.5.3并行工程2．主要特点并行工程过程重构技术并行工程的组织结构协同工作环境和协调管理并行工程的使能技术8.5.3并行工程8.5.4虚拟制造人的需求、社会环境、生产竞争及生产技术的快速多变令人无法预测，因此可以说制造业本身就处在一个湍流、混沌多变的环境中，要求以高的柔性与之相适应；发展以人为中心的组织模式，通过人机高度集成来提高产品质量。制造活动对人类生存环境不可避免地会产生负面影响，从可持续发展战略出发，发展绿色清洁制造以控制这些负面影响是制造业发展的必然。1．虚拟制造的定义借助计算机及相关环境模拟产品的制造和装配过程。换句话说，虚拟制造就是把实际制造过程，通过建模、仿真及虚拟现实技术映射到以计算机为手段的虚拟制造空间，实现产品设计、工艺规划、生产计划与调度，加工制造、性能分析与评价、质量检验以及企业各级的管理与控制等涉及产品制造本质的全部过程，以确定产品设计及生产的合理性，增强实际制造时各级的决策和控制能力。8.5.4虚拟制造产品与制造环境是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型进行产品设计、制造、测试，甚至设计人员或用户可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖于传统的原型样机的反复修改；还可将已开发的产品(部件)存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需求或市场变化快速改变设计，快速投入批量生产，从而能大幅度压缩新产品的开发时间，提高质量、降低成本；可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上同时工作，相互交流，信息共享，减少大量的文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。虚拟制造的特点8.5.4虚拟制造2．虚拟制造的特征(1)信息高度集成(2)敏捷灵活性更高(3)分布合作(4)可视性强，修改方便8.5.4虚拟制造3．虚拟制造系统的分类以设计为中心的虚拟制造以生产为中心的虚拟制造以控制为中心的虚拟制造8.5.4虚拟制造4．虚拟制造的内涵虚拟制造的基础是产品、工艺规划及生产系统的信息模型；现有的可制造性评价方法主要是针对零部件制造过程，因而面向产品生产过程的可制造性评价方法需要研究开发，包括各工艺步骤的处理时间，生产成本和质量的估计等；制造系统的布局，生产计划和调度是一个非常复杂的任务，它需要丰富的经验和知识，支持生产系统的计划和调度规划的虚拟生产平台需要拓展和加强；分布式环境，特别是适应敏捷制造的公司合作，信息共享，信息安全性等方法和技术需要研究和开发，同时经营管理过程重构方法的研究也需加强。8.5.4虚拟制造5．虚拟制造环境基于产品技术复合化的产品设计与分析，除了几何造型与特征造型等环境外，还包括运动学、动力学、热力学模型分析环境等；基于仿真的零部件制造设计与分析，包括工艺生成优化、工具设计优化、刀位轨迹优化、控制代码优化等；基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验——虚拟加工、虚拟机器人等；材料加工成形仿真，包括产品设计，加工成形过程温度场、应力场、流动场的分析，加工工艺优化等；产品虚拟装配，根据产品设计的形状特征，精度特征，三维真实地模拟产品装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。8.5.4虚拟制造6．虚拟技术在生产制造上的应用虚拟技术在产品开发中的作用利用虚拟技术设计布置车间8.5.4虚拟制造8.5.5敏捷制造通过把动态灵活的虚拟组织机构或动态联盟、先进的柔性生产技术和高素质的人员进行全面集成，从而使企业能够从容应付快速变化和不可预测的市场需求，获得企业的长远经济效益。1．敏捷制造的概念在不断变化与不可预测的环境中，企业赢得成功的一种技能与方法。敏捷制造系统与传统的制造系统在功能上的不同(1)传统制造业的目标是：制造为了销售。敏捷企业的目标是：按订单安排生产。(2)传统制造业的管理目标是：减少与优化库存。敏捷企业管理的目标是：创新。(3)传统企业提高生产效率的主要方法是：增加批量。敏捷企业提高效率的主要方法是：提高企业的灵活性。8.5.5敏捷制造2．敏捷制造的组织结构生产基础结构社会基础结构信息基础结构8.5.5敏捷制造3．虚拟企业敏捷制造的关键是在计算机网络和信息集成基础结构之上构成虚拟制造环境，根据用户需求和社会经济效益组成虚拟制造公司。虚拟公司是实