计算机辅助制造CAM

计算机辅助制造CIM摘要：由于世界市场动态多变的需要，以及计算机技术为主导的现代科学技术的发展，计算机集成制造(CIM)应运而生。本文阐述了CIM在国内外得到高度重视的背景；介绍了计算机辅助制造的系统组成和支撑环境以及国内外研究开发计算机集成制造系统（CIMS）的状况，提出了人在计算机集成制造系统中的核心地位。本文分析了制造系统的新发展，提出汲取精益生产、并行工程、智能制造系统、生物型制造系统、协同控制的制造系统、敏捷制造、业务过程重组等的有益思想，发展新一代的CIM。关键词：计算机集成制造、计算机集成制造系统、集成TheAbstract:Becausetheneedsoftheworldmarketdynamicschanging.Andthecomputertechnologyledthedevelopmentofmodernscienceandtechnology.Computerintegratedmanufacturingcameintobeing.Inthispaper,CIMgivenhighpriorityinthebackgroundathomeandabroad;Introducedcomputer-aidedmanufacturingofsystemcomponentsandsupportdomesticandinternationalresearchenvironmentanddevelopmentofcomputerintegratedmanufacturingsystem(CIMS)conditions,Proposedcomputerintegratedmanufacturingsysteminthecoreposition.Thispaperanalyzesthenewdevelopmentsinmanufacturingsystemisproposedtolearnleanmanufacturing,concurrentengineering,intelligentmanufacturingsystems,bio-basedmanufacturingsystems,cooperativecontrolofmanufacturingsystems,agilemanufacturing,businessprocessreengineeringandotherusefulideas,thedevelopmentofanewgenerationofCIM.TheKeywords:Computerintegratedmanufacturing,computerintegratedmanufacturingsystems,integrated引言（背景及意义）：进入70年代以后，世界市场发生了根本的变化，从原先那种相对稳定的市场变成了动态多变的市场：产品的生命周期缩短，产品的品种增加、批量减小，顾客对产品的交货期、价格和质量要求越来越高。市场对企业的要求可以归纳成T、Q、C、S四个要素：T—新产品的开发周期和上市时间；Q—产品质量；C—产品成本；S—为满足客户的需求而提供的增值服务。在这种背景下，人们提出了各种现代制造系统的新哲理和新模式，如计算机集成制造系统、精益生产、敏捷制造、智能制造系统等。这些现代制造系统的新哲理和模式或是已经在工业界得到实现，为制造企业解决了在激烈的市场竞争中得以生存和发展的问题。1973年，美国的哈林顿提出了计算机集成制造(CIM,computerintergratedmanufacturing)的概念，他认为，企业的各个生产环节是不可分割的，应该加以统一处理；整个生产过程实质上也是对信息的采集、传递和加工处理的过程，在企业中主要存在信息流和物流这两种运动过程，而物流又是受信息流控制的。CIM的要点在于“集成”。早在60年代，在信息处理技术中已经提出了“综合”和“集成”的概念。但是，由于当时计算机技术和企业的经营管理水平比较低，所以很难真正实现这个目标。企业中各个计算机应该用领域被人为划分成计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）、物料需要计划（MRP）等一个个“自动化孤岛”，相互之间很难沟通。70年代末80年代初，由于计算机技术为主导的现代科学技术的迅速发展，实现CIM的时机终于来到。研究内容：一般来说，计算机辅助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）是指应用计算机来进行产品制造的统称。有广义CAM和狭义CAM之分。广义CAM是指利用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，其中包括直接制造过程和间接制造过程。狭义CAM是指制造过程中某个环节应用计算机，在计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）中，通常是指计算机辅助机械加工（computeraidedmachining），更明确地说，是指数控加工，它的输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序。一、计算机辅助制造系统计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作，它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围，并根据一个总体的管理策略控制每项作业。从自动化的角度看，数控机床加工是一个工序自动化的加工过程，加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化，计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程，而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络，它由两级或三级计算机组成，中央计算机控制全局，提供经过处理的信息，主计算机管理某一方面的工作，并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控，计算机工作站或微型计算机承担单一的工艺控制过程或管理工作。计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面：硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等，软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。二、支撑环境计算机辅助制造的支撑环境总的来说可分为硬件和软件两大方面，具体来说可分为计算机硬件、计算机软件、数据库、网络与通信等。计算机硬件一般是指计算机的实体，是相对于计算机软件而言，计算机硬件和软件共同组成计算机系统，计算机必须同时具备硬件和软件才能工作。计算机硬件通常可分为主机和外部设备两部分。主机通常包括运算器、控制器、电源、接口电路、输入输出通道（总线）、内存储器等。外部设备通常是指输入装置、输出装置、外存储器等。计算机软件可以分为系统软件和应用软件。系统软件主要包括计算机操作系统和支持软件，支持软件一般指为用户进行二次开发的工具（或平台），应用软件是指用户自行开发的专用软件。数据库是通用化的综合性的数据集合，可以提供各种用户共享而具有最小的多余度和较高的数据和程序的独立性，能有效地、及时地处理数据，并提供安全性及可靠性。数据库系统是在计算机系统的基础上建立起来的，它由计算机硬件、数据库管理系统、用户及其应用程序、数据库管理员等组成。计算机网络是指将地理上分散配制而又具有独立功能的多台计算机、终端设备、传输设备和网络软件实现相互连接，形成资源共享的计算机群体。计算机网络由硬件和软件两大部分组成。网络硬件包括计算机系统、终端设备、通信传输设备等。网络软件包括网络操作系统、网络数据库、网络协议、通信协议、通信控制程序等。数据通信是指信息的传输、交换和处理。它是继电报、电话之后的第三代通信。它不是单纯的数据通信，而是把原始信息进行整理、系统化，将其精华在适当的时空进行传输，以发挥起作用。三、CIM的发展现状1、国外CIM发展现状国外自80年代以来对CIM的研究给予了很大的关注。例如，美国政府将CIM列为影响国家经济的22项关键技术和提高国际制造业的国际市场竞争能力的6项关键技术之一，欧洲共同体的欧洲信息技术研究发展战略计划也将CIM列为主要内容，在日本则制定了应用激光技术的高效综合生产系统研究项目“智能制造系统（IMS）”计划等项目。美国麻省理工学院、斯坦福大学、普渡大学、IBM公司、通用汽车公司、波音飞机公司等都在CIM的研究和实施方面做了大量的开创性工作。在CIM的关键技术如NC、CAD、MRP、CAM、FMS和计算机网络及数据库技术等方面始终保持着优势。但反过来说，美国CIM的研究工作似乎不如德国和日本那样得到政府的统一规划和支持。与美国和德国相比，日本企业在CIM的工业应用的深度和广度方面处于国际领先水平，这是与日本企业在组织集成和充分发挥人的积极性方面的良好素质是分不开的。FANUC公司、富士通公司、东芝公司、日立公司、冲电气公司、YHP公司等都在其下属工厂开发出一大批高质量的CIMS。2、国内CIM发展现状CIMS是我国高技术研究和发展计划，即863计划的一个主题，863/CIMS主题的主要任务是促进我国CIMS的开发和研究工作。近年来，在国家科委高技术司和CIMS主题专家组的领导下，我国的CIMS的开发和应用工作取得了很大的成就：建立了清华大学CIMS试验工程研究中心;f分别在北京航空航天大学、上海交通大学等7所高等院校和研究机构建立了CAD/CAM、CAPP、FMS等单元技术实验室，完成了大量高水平的科研课题；选择了10余家不同行业、不同规模的企业作为CIMS典型应用工厂，为全国推广CIMS打下了良好的基础。其中清华大学CIMS实验室研究中心获得了1994年SEM（美国制造工程师协会）“大学领先奖”，标志了我国CIMS的开发和研究工作已经达到了世界先进水平。四、CIM的发展趋势1、制造系统的新模式和新哲理进入80年代以来，以计算机代表的新技术开始对制造系统产生越来越深刻的影响，出现了一些制造系统的新模式和新哲理，如精益生产、并行工程、智能制造系统、生物型制造系统、独立制造岛、协同控制的制造系统、敏捷制造、业务过程制造系统等，这些新模式和新哲理都特别强调高效率和高性能的统一，特别注意发挥人的积极性、特别强调系统的简化。制造系统的新模式和新哲理并不是由少数专家学者凭空制造的，而是在各种因素综合作用下的结果，是生产力发展过程中一个必然的中间结果。这些新模式和新哲理中吸取符合国情和企业具体情况的成分，有机的与CIM哲理加以组合并将其用于工程实践，是摆在我们面前的一个重要课题。2、新一代的CIMCIM强调的是“集成”，精益生产强调的是“简化”，并行工程强调的是“同时”，智能制造系统、生物制造系统、敏捷制造和业务过程重组强调的是“灵活”，协同控制强调的是“分布”等都具有十分丰富的内涵，而且有很多相似的地方。去过从这些制造系统的新哲理和新模式中吸取新的成分，博采众长，丰富 CIM的内涵，将是一件十分有意义的工作，表1表示吸收了上述制造系统的新哲理和新模式中有益成分后新一代 CIMS与传统制造系统的比较。研究结语与CIM有关的技术也有很多尚未完成的研究课题。此外，面向对象技术在CIMS开发中的应用，产品数据交换规范等在CIMS信息集成系统的应用，并行工程框架的开发，CIM系统方法论的研究与应用等都是十分有意义的课题，还需要人们进一步研究。参考文献：1