制造信息化技術(shù)

制造信息化技術(shù)江蘇科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院現(xiàn)代制造技術(shù)研究所景旭文教授1課程計(jì)劃1.CIMS工程設(shè)計(jì)分系統(tǒng)（EDIS）的概念2.EDIS的單元技術(shù)3.EDIS的擴(kuò)展技術(shù)4.EDIS的集成技術(shù)5.EDIS的發(fā)展趨勢(shì)21EDIS的概念EDIS是CIMS中的一個(gè)重要的子系統(tǒng)，是利用計(jì)算機(jī)軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造準(zhǔn)備及產(chǎn)品性能測(cè)試等產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的功能系統(tǒng)。產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)包括產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工程與結(jié)構(gòu)分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)與數(shù)控編程。通常將它們劃分為CAD、CAE、CAPP和CAM四部分。32EDIS的的單元技術(shù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)群以三維CAD為代表的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì),通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化，縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力。42EDIS的的單元技術(shù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)群管路設(shè)計(jì)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)分析數(shù)字預(yù)裝配CAM裝配過(guò)程仿真裝配過(guò)程仿真造型設(shè)計(jì)52EDIS的的單元技術(shù)工程設(shè)計(jì)技術(shù)群數(shù)據(jù)/信息原料設(shè)備廠房產(chǎn)品實(shí)際制造人員報(bào)廢品設(shè)計(jì)虛擬樣機(jī)評(píng)價(jià)反饋信息虛擬加工虛擬裝配虛擬檢測(cè)市場(chǎng)信息62.1CAD2.1.1CAD的概念

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，利用計(jì)算機(jī)作為工具，幫助工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)的一切實(shí)用技術(shù)的總和稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD，ComputerAidedDesign）。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容很多，如：概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過(guò)程管理等。

隨著Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)和并行、高性能計(jì)算及事務(wù)處理的普及，異地、協(xié)同、虛擬設(shè)計(jì)及實(shí)時(shí)仿真也得到廣泛應(yīng)用。點(diǎn)擊播放72.1CAD2.1.2CAD技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展過(guò)程準(zhǔn)備和醞釀時(shí)期（50－60年代初）CAD技術(shù)處于被動(dòng)式的圖形處理階段；

蓬勃發(fā)展和進(jìn)入應(yīng)用時(shí)期（60年代）提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)、分層存儲(chǔ)符號(hào)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等新思想，從而為CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用打下了理論基礎(chǔ)；

廣泛使用的時(shí)期（70年代）

1970年美國(guó)Applicon公司第一個(gè)推出完整的CAD系統(tǒng)。出現(xiàn)了面向中小企業(yè)的CAD／CAM商品化系統(tǒng)；

突飛猛進(jìn)的時(shí)期（80年代）

CAD／CAM技術(shù)從大中企業(yè)向小企業(yè)擴(kuò)展；從用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)發(fā)展到用于工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)。

開(kāi)放式、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展時(shí)期（90年代）

82.1CAD2.1.2CAD技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展過(guò)程92.1CAD2.1.3CAD硬件組成網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)關(guān)網(wǎng)卡交換機(jī)CAD系統(tǒng)的硬件基本組成

102.1CAD2.1.4CAD軟件組成軟件分為兩大類：支撐軟件和應(yīng)用軟件。

應(yīng)用軟件，利用支撐軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的解決本工程領(lǐng)域特定問(wèn)題的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。應(yīng)用軟件系統(tǒng)包括：設(shè)計(jì)計(jì)算方法庫(kù)（常用數(shù)學(xué)方法庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)方法庫(kù)、常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算方法庫(kù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法庫(kù)、可靠性設(shè)計(jì)軟件、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)軟件等）和各種專業(yè)程序庫(kù)（常用機(jī)械零件設(shè)計(jì)計(jì)算方法庫(kù)、常用產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件包等）。112.1CAD2.1.5CAD系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)122.1CAD2.1.6計(jì)算機(jī)輔助繪圖類型

第一種是直接利用圖形支撐軟件提供的各種功能，利用人機(jī)交互方式將圖形一筆一筆地畫出來(lái);

第四種方法是采用三維造型系統(tǒng)完成零件的三維立體模型，然后采用投影和剖切方式由三維模型生成二維圖形，最后再對(duì)二維圖形進(jìn)行必要的修改和補(bǔ)充并標(biāo)注尺寸、公差和其它技術(shù)要求。

第三種是利用圖形支撐軟件提供的二次開(kāi)發(fā)工具，將一些常用的圖素參數(shù)化，并將這些圖素存在圖庫(kù)中。繪圖時(shí)，根據(jù)需要從圖庫(kù)中按菜單調(diào)用有關(guān)圖素，并將之拼裝成有關(guān)的零件圖形;

第二種是利用圖形支撐軟件提供的尺寸驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行繪圖（又稱參數(shù)化繪圖）;132.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

線框建模線框建模是最簡(jiǎn)單的建模系統(tǒng)，物體只通過(guò)棱邊（直線、圓弧、園）來(lái)描述，所需信息量少，所占存貯空間也最少。但沒(méi)有面的信息。142.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

線框建模152.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

表面建模表面建模是通過(guò)對(duì)物體各種表面或曲面進(jìn)行描述的建模方法。這種系統(tǒng)的重點(diǎn)在于由給出的離散數(shù)據(jù)構(gòu)造曲面，使該曲面通過(guò)或逼近這些點(diǎn)，一般都采用插值、逼近和擬合算法。常用的算法有Bezier曲線、B樣條曲線、Coons曲面、Bezier曲面和最近幾年發(fā)展起來(lái)的NUBERS曲面。表面建模還可以用于有限元網(wǎng)格劃分、多坐標(biāo)數(shù)控編程、計(jì)算刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡等。表面建模的缺點(diǎn)是不存在各個(gè)表面之間相互關(guān)系的信息，如果要同時(shí)考慮各個(gè)表面時(shí)，就不能采用表面建模方法。162.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

表面建模172.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

三維實(shí)體建模實(shí)體建模生成物體的方法有體素法、輪廓掃描法（二維平面封閉輪廓在空間平移或旋轉(zhuǎn)形成實(shí)體）和實(shí)體掃描法（剛體在空間運(yùn)動(dòng)以產(chǎn)生新的物體）。是目前應(yīng)用最多的一種技術(shù)，它在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、物理特性計(jì)算、裝配干涉檢驗(yàn)、有限元分析方面都已成為不可缺少的工具。三維實(shí)體建模在計(jì)算機(jī)內(nèi)部的表達(dá)方式（數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)）有多種，常用的邊界表示法Brep，構(gòu)造立體幾何法CSG，混合模式Brep＋CSG和空間單元表示法。邊界表示法采用“坐標(biāo)值－點(diǎn)－邊－面－物體”的方式表示物體，能提供較全面的關(guān)于點(diǎn)、邊、面的信息。182.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

三維實(shí)體建模192.1CAD2.1.7CAD系統(tǒng)的核心技術(shù)—幾何建模技術(shù)

特征建模常用的特征信息主要包括：（1）形狀特征（2）精度特征（3）技術(shù)特征（4）材料特征（5）裝配特征其中形狀特征按幾何形狀形狀的構(gòu)造特點(diǎn)可分為：通道、凹陷、凸起、過(guò)渡、面域、變形局部修正特征；交特征類：基本特征和附加特征相關(guān)的性質(zhì)；總體開(kāi)頭類：整個(gè)零件的屬性；寵類：基本類復(fù)合。202.1CAD2.1.8國(guó)內(nèi)外目前CAD主流軟件產(chǎn)品AutoCAD及MDT,美國(guó)Autodesk公司；Pro/Engineer,美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司。(3)CATIA,

法國(guó)達(dá)索(Dassault)飛機(jī)公司。(4)Unigraphics(UG),SilidEdge

美國(guó)麥道(MD)公司。(5)SolidWorks,

美國(guó)SolidWorks公司(6)PICAD,

中科院凱思軟件集團(tuán)及北京凱思博宏應(yīng)用工程公司；(7)高華CAD,

北京高華計(jì)算機(jī)有限公司。(8)開(kāi)目CAD,華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院開(kāi)發(fā)(9)CAXA,北京華正模具研究所。

212.2CAE

2.2.1CAE的概念現(xiàn)代產(chǎn)品正朝著高效、高速、高精度、低成本、節(jié)省資源、高性能等方面發(fā)展，傳統(tǒng)的計(jì)算分析方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足要求。20年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助工程分析這一新興學(xué)科（ComputerAidedEngineering）。采用CAE技術(shù)，即使在進(jìn)行復(fù)雜的工程分析時(shí)也無(wú)須作很多簡(jiǎn)化，并且計(jì)算速度快、精度高。

常見(jiàn)的工程分析包括：對(duì)質(zhì)量、體積、慣性力矩、強(qiáng)度等的計(jì)算分析；對(duì)產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)精度，動(dòng)、靜態(tài)特征等的性能分析；對(duì)產(chǎn)品的應(yīng)力、變形（FiniteElementMethod)等的結(jié)構(gòu)分析。222.2CAE

2.2.2有限元（FiniteElementMethod）有限元方法的基本思想是將結(jié)構(gòu)離散化，用有限個(gè)容易分析的單元來(lái)表示復(fù)雜的對(duì)象，單元之間通過(guò)有限個(gè)節(jié)點(diǎn)相互連接，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件綜合求解。由于單元的數(shù)目是有限的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。這種方法靈活性很大，只要改變單元的數(shù)目，就可以使解的精確度改變，得到與真實(shí)情況無(wú)限接近的解。有限元方法的基本理論要用到數(shù)學(xué)、力學(xué)方面的各種知識(shí)。232.2CAE

2.2.3

CAE

分析

流程零件三維建模網(wǎng)格自動(dòng)生成或人工生成顯示修改細(xì)化輸入材料數(shù)據(jù)給定載荷有限元分析滿意否顯示、輸出修改來(lái)自CAD有限元分析程序結(jié)束YN242.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析1.整體幾何建模252.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析2.劃分網(wǎng)格262.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析3.加邊界約束條件272.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析4.靜力分析整體應(yīng)力分布MISES282.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析5.靜力分析局部應(yīng)力分布292.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析6.溫度變化時(shí)程曲線302.2CAE

2.2.4CAE分析實(shí)例－發(fā)動(dòng)機(jī)分析7.改進(jìn)方案的溫度變化時(shí)程曲線312.3CAPP2.3.1CAPP的概念計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（ComputerAidedProcessPlanning),從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是模擬人的編程工藝方式，代替人完成編程工藝的工作。零件幾何信息加工工藝信息CAPP輸入輸出零件工藝路線工序內(nèi)容故：制造系統(tǒng)中，CAD→CAPP→CAM，CAPP是橋梁322.3CAPP2.3.2CAPP發(fā)展過(guò)程CAPP的研究是以1966年在巴黎的國(guó)際生產(chǎn)工程研究會(huì)（CIRP）年會(huì)上成立的CAPP工作組為標(biāo)志開(kāi)始的。綜觀CAPP技術(shù)30多年的研究歷程，可以將其分為三個(gè)有代表性的發(fā)展階段332.3CAPP

基于成組技術(shù)基礎(chǔ)上的派生式工藝發(fā)展階段第一代CAPP系統(tǒng)表性的設(shè)計(jì)模式：檢索式和派生式。第一代CAPP系統(tǒng)以零件族為特征，工藝規(guī)劃模式：檢索+編輯=工藝規(guī)劃。工藝規(guī)程庫(kù)輸入編碼或圖號(hào)修改工藝規(guī)程輸出工藝規(guī)程檢索工藝規(guī)程342.3CAPP

基于成組技術(shù)基礎(chǔ)上的派生式工藝發(fā)展階段第一代CAPP系統(tǒng)表性的設(shè)計(jì)模式：檢索式和派生式。第一代CAPP系統(tǒng)以零件族為特征，工藝規(guī)劃模式：檢索+編輯=工藝規(guī)劃。輸入零件編碼修改標(biāo)準(zhǔn)工藝輸出工藝規(guī)程檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝決策邏輯零件信息標(biāo)準(zhǔn)工藝庫(kù)352.3CAPP

基于人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)成式工藝發(fā)展階段第二代CAPP系統(tǒng)代表性的設(shè)計(jì)模式：創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)和CAPP專家系統(tǒng)。第二代CAPP系統(tǒng)以信息集成與智能決策為特征，工藝規(guī)劃模式為：信息集成+人工智能=自動(dòng)工藝規(guī)劃。

輸入零件信息工藝過(guò)程創(chuàng)成輸出工藝規(guī)程工藝數(shù)據(jù)庫(kù)工藝知識(shí)庫(kù)推理機(jī)制362.3CAPP

第二代CAPP系統(tǒng)實(shí)例372.3CAPP

基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式、工具化CAPP發(fā)展階段第三代CAPP系統(tǒng).基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式、工具化CAPP發(fā)展階段第三代CAPP系統(tǒng).第三代CAPP系統(tǒng)以分布式網(wǎng)絡(luò)化與智能混合決策為特征，工藝規(guī)劃模式為：分布式信息集成+人工智能+人的智能=自動(dòng)工藝規(guī)劃。382.3CAPP

基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式、工具化CAPP發(fā)展階段第三代CAPP系統(tǒng).盟主企業(yè)操作界面盟員企業(yè)操作界面

系統(tǒng)配置系統(tǒng)維護(hù)資源定制模塊信息輸入模塊工藝設(shè)計(jì)模塊制造資源維護(hù)工藝結(jié)果維護(hù)制造資源定制設(shè)計(jì)方式定制信息輸入定制集成輸入CADCAPPD零件編碼輸入檢索式設(shè)計(jì)派生式設(shè)計(jì)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)工藝文件輸出設(shè)備清單輸出定制后的CAPP系統(tǒng)

WebServer(IIS4.0/HTML/ASP/Vbscript/Jscript)Http://www.abc.aspHTMLwebpage………….Internet/Intranet盟員n瀏覽器盟主瀏覽器盟員i瀏覽器

制造資源數(shù)據(jù)庫(kù)LAN/WANDatabaseServer(

ADO/ODBC/SQL)……..工藝輸出工藝規(guī)劃信息輸入資源定制392.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（1）CAPP系統(tǒng)CAPP構(gòu)造平臺(tái)數(shù)據(jù)模型知識(shí)表達(dá)應(yīng)用數(shù)據(jù)/知識(shí)工藝設(shè)計(jì)決策/系統(tǒng)功能工具集CAPP工具系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)操作界面零件、特征描述庫(kù)工藝知識(shí)庫(kù)設(shè)備資源庫(kù)工藝結(jié)果庫(kù)

工藝決策推理檢索匹配推理……

工藝結(jié)果輸出存儲(chǔ)編輯……

零件信息輸入編碼基于特征提取……CAPP通用功能結(jié)構(gòu)圖知識(shí)決策402.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（2）Internet數(shù)據(jù)庫(kù)防火墻防火墻防火墻Intranet盟主企業(yè)Modem用戶數(shù)據(jù)庫(kù)WEB服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器盟員企業(yè)nWEB服務(wù)器IntranetWEB服務(wù)器Intranet盟員企業(yè)i數(shù)據(jù)庫(kù)RR-CAPP系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)412.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（3）制造資源庫(kù)，模塊化組件庫(kù)資源支持層

制造資源定制器工序生成規(guī)則工序排序規(guī)則工藝計(jì)算規(guī)則實(shí)列匹配規(guī)則零件特征信息實(shí)列匹配特征工序生成零件工序排序工藝參數(shù)計(jì)算特征參數(shù)提取資源組織層功能實(shí)現(xiàn)層RR-CAPP系統(tǒng)的邏輯控制結(jié)構(gòu)圖制造資源設(shè)備設(shè)備選擇422.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（4）盟主企業(yè)操作界面盟員企業(yè)操作界面

系統(tǒng)配置系統(tǒng)維護(hù)資源定制信息輸入工藝規(guī)劃工藝輸出資源定制模塊信息輸入模塊工藝設(shè)計(jì)模塊制造資源維護(hù)工藝結(jié)果維護(hù)制造資源定制設(shè)計(jì)方式定制信息輸入定制集成輸入CADCAPPD零件編碼輸入檢索式設(shè)計(jì)派生式設(shè)計(jì)創(chuàng)成式設(shè)計(jì)工藝文件輸出設(shè)備清單輸出定制后的CAPP系統(tǒng)

WebServer(IIS4.0/HTML/ASP/Vbscript/Jscript)Http://www.abc.aspHTMLwebpage………….Internet/Intranet盟員n瀏覽器盟主瀏覽器盟員i瀏覽器

制造資源數(shù)據(jù)庫(kù)LAN/WANDatabaseServer(ADO/ODBC/SQL)……..系統(tǒng)的框架體系結(jié)構(gòu)圖432.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（5）LegacyCADActiveXDBMSProcessPlanningmodelProcessPlanningFounctionModulesJDBCDriverWWWServerApplicationServerDCOMServerWEBBrowserInternetDCOMFTPhttpJDBCSOLLAN/WANClientMachineServerMachineXMLParserDOMXSL系統(tǒng)的技術(shù)體系結(jié)構(gòu)ADO442.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（6）452.3CAPP

第三代CAPP實(shí)例（7）462.3CAPP2.3.3CAPP的基本工作原理檢索式設(shè)計(jì)：輸入零件編碼或圖號(hào)，從工藝規(guī)程庫(kù)中調(diào)出該工藝，對(duì)工藝進(jìn)行人工交互式修改。工藝規(guī)程庫(kù)輸入編碼或圖號(hào)修改工藝規(guī)程輸出工藝規(guī)程檢索工藝規(guī)程472.3CAPP2.3.3CAPP的基本工作原理派生式設(shè)計(jì)：零件按結(jié)構(gòu)與工藝的相似性分類歸族，為每一族零件設(shè)計(jì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)工藝過(guò)程，零件按結(jié)構(gòu)工藝特征進(jìn)行編碼，計(jì)算機(jī)檢索相應(yīng)零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝，按決策邏輯與零件信息對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行自動(dòng)修改。輸入零件編碼修改標(biāo)準(zhǔn)工藝輸出工藝規(guī)程檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝決策邏輯零件信息標(biāo)準(zhǔn)工藝庫(kù)482.3CAPP2.3.3CAPP的基本工作原理創(chuàng)成式設(shè)計(jì)：計(jì)算機(jī)內(nèi)存入決策規(guī)則及相應(yīng)的決策參考信息（各種數(shù)據(jù)庫(kù)）－－輸入零件幾何與工藝信息－－按照一定的推理機(jī)制自動(dòng)創(chuàng)制一個(gè)新的優(yōu)化的工藝過(guò)程。輸入零件信息工藝過(guò)程創(chuàng)成輸出工藝規(guī)程工藝數(shù)據(jù)庫(kù)工藝知識(shí)庫(kù)推理機(jī)制492.3CAPP2.3.3CAPP的基本工作原理綜合式設(shè)計(jì)：綜合式（半創(chuàng)成式）＝派生式＋創(chuàng)成式工序設(shè)計(jì)－－派生式工步設(shè)計(jì)－－創(chuàng)成式。502.3CAPP2.3.4CAPP的的發(fā)展趨勢(shì)

進(jìn)一步研究人工智能技術(shù)在CAPP系統(tǒng)中的應(yīng)用

應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決傳統(tǒng)CAPP系統(tǒng)中最困難的知識(shí)獲取問(wèn)題，應(yīng)用模糊理論對(duì)工藝設(shè)計(jì)中不確定性推理方法進(jìn)行決策，提高決策的合理性，將會(huì)繼續(xù)成為CAPP領(lǐng)域研究的熱點(diǎn);；

面向各種先進(jìn)制造技術(shù)模式的CAPP技術(shù)研究一步研究并行工程模式下的CAPP系統(tǒng)、適用于敏捷環(huán)境下的CAPP系統(tǒng)等。近階段隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)化制造模式研究的深入，研究以人、技術(shù)和組織相融合的分布式網(wǎng)絡(luò)化快速工藝規(guī)劃系統(tǒng)將成為CAPP熱點(diǎn)。

集成化、通用化的CAPP工具系統(tǒng)的研究

隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，基于“軟總線”技術(shù)的成熟與應(yīng)用，研究基于模塊化、組件重構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)上的工具化CAPP系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的“即插即用”，將推動(dòng)CAPP通用化的進(jìn)程。512.4CAM2.4.1CAM的概念CAM是計(jì)算機(jī)在產(chǎn)品制造方面有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱，可有廣義的CAM和狹義的CAM之分。廣義CAM指利用計(jì)算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中的直接和間接的活動(dòng)。其中工藝裝備包含了CAPP、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與制造，計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程（NCP），工時(shí)定額和材料定額的編制等內(nèi)容。狹義CAM常指工藝準(zhǔn)備或它的某些活動(dòng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行，大多指數(shù)控程序的編制。點(diǎn)擊播放522.4CAM2.4.2數(shù)控技術(shù)的發(fā)展歷程

NC.零件的加工信息是存儲(chǔ)在數(shù)控紙帶上的，通過(guò)光電閱讀機(jī)讀取數(shù)控紙帶上的信息，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的加工控制。

CNC.在計(jì)算機(jī)上編程，或者直接接收來(lái)自CAPP的信息，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程

加工中心.具有

(1)多坐標(biāo)軸聯(lián)動(dòng)控制;(2)刀具位置補(bǔ)償;(3)系統(tǒng)故障診斷;(4)在線編程;(5)加工、編程并行作業(yè);(6)加工仿真;(7)刀具管理和監(jiān)控;(8)在線檢測(cè)等功能。

532.4CAM2.4.3數(shù)控系統(tǒng)功能542.4CAM2.4.4數(shù)控編程根據(jù)來(lái)自CAD的零件幾何信息和來(lái)自CAPP的零件工藝信息自動(dòng)或在人工干預(yù)下生成數(shù)控代碼的過(guò)程。數(shù)控編程方式手工編程；數(shù)控語(yǔ)言編程；CAD/CAM系統(tǒng)編程；自動(dòng)編程下面將對(duì)這4種編程方式做進(jìn)一步的介紹552.4CAM

手工編程手工編程是編程人員按照數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的加工程序段和指令格式，手工編寫出待加工零件的數(shù)控加工程序。手工編程的主要步驟如下：

（1）根據(jù)零件圖紙對(duì)零件進(jìn)行工藝分析；

（2）確定加工路線和工藝參數(shù)（裝夾順序、表面 加工先后順序、切削參數(shù)）；

（3）確定刀具移動(dòng)軌跡（起點(diǎn)、終點(diǎn)、運(yùn)動(dòng)形 式）；

（4）計(jì)算機(jī)床運(yùn)動(dòng)所需要數(shù)據(jù)；

（5）書寫零件加工程序單；

（6）紙帶穿孔562.4CAM

數(shù)控語(yǔ)言編程使用數(shù)控語(yǔ)言編程往往被稱為“自動(dòng)編程”，這種叫法來(lái)源于APT（AutomaticallyProgrammedTools）數(shù)控編程語(yǔ)言。事實(shí)上，它并不是自動(dòng)化的編程工具，只是比手工編程前進(jìn)一步，實(shí)現(xiàn)了用“高級(jí)編程語(yǔ)言”來(lái)編寫數(shù)控程序。572.4CAM

數(shù)控語(yǔ)言編程582.4CAMCAD/CAM系統(tǒng)編程采用數(shù)控語(yǔ)言編程雖比手工編程簡(jiǎn)化許多，但仍需要編程人員編寫源程序，仍比較費(fèi)時(shí)。為此，后來(lái)又發(fā)展了CAD/CAM編程技術(shù)。到目前幾乎所有大型CAD/CAM應(yīng)用軟件都具備數(shù)控編程功能。在使用這種系統(tǒng)編程時(shí)，編程人員不需要編寫數(shù)控源程序，只需要從CAD數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)出零件圖形文件，并顯示在屏幕上，采用多級(jí)功能菜單作為人機(jī)界面。編程過(guò)程中，系統(tǒng)還會(huì)給出大量的提示。這種方式操作方便，容易學(xué)習(xí)，又可大大提高編程效率。一般CAD/CAM系統(tǒng)編程部分都包括下面的基本內(nèi)容：查詢被加工部位圖形元素的幾何信息；對(duì)設(shè)計(jì)信息進(jìn)行工藝處理；刀具中心軌跡計(jì)算；定義刀具類型；定義刀位文件數(shù)據(jù)592.4CAMCAD/CAM系統(tǒng)編程CAD系統(tǒng)CAD系統(tǒng)后處理程序連接模塊（零件工藝規(guī)劃）EXAPT系統(tǒng)工作文件EXAPT程序接口IGES工具數(shù)據(jù)NC源程序NC數(shù)據(jù)602.4CAM

自動(dòng)編程

上述CAD/CAM系統(tǒng)編程仍需要編程人員過(guò)多地干預(yù)才能生成數(shù)控源程序。隨著CAPP技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控自動(dòng)編程成為可能。系統(tǒng)從CAD數(shù)據(jù)庫(kù)獲取零件的幾何信息，從CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)獲取零件加工過(guò)程的工藝信息，然后調(diào)用NC源程序生成數(shù)控源程序，再對(duì)源程序進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，如果正確無(wú)誤，則將加工指令送到機(jī)床進(jìn)行加工。CADCAD數(shù)據(jù)庫(kù)CAPP數(shù)據(jù)庫(kù)CAPP幾何信息工藝信息NC源程序生成器后置處理程序動(dòng)態(tài)仿真正確NC機(jī)床修改NC代碼庫(kù)612.4CAM

自動(dòng)編程左上圖：3D實(shí)體動(dòng)態(tài)模擬左下圖：參數(shù)選擇右圖：代碼自動(dòng)生成①②③623EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.1智能CAD3.2概念設(shè)計(jì)3.3面向X的設(shè)計(jì)3.4并行工程3.5快速原型法3.6反求工程技術(shù)3.7綠色設(shè)計(jì)633EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.1.1智能CAD智能CAD是將人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與工程設(shè)計(jì)的過(guò)程。643EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.1.2智能CAD功能該系統(tǒng)能智能地支持設(shè)計(jì)者，即在知識(shí)庫(kù)的支持下，系統(tǒng)具有搜索、推理決策的能力，包括理解設(shè)計(jì)者的意圖、設(shè)計(jì)條件和約束，提出各種可行的設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)，能正確解釋設(shè)計(jì)者提出的問(wèn)題，查找并改正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。這就要求系統(tǒng)具有一個(gè)內(nèi)容豐富的知識(shí)庫(kù)和一個(gè)進(jìn)行理解推理和決策的模塊。系統(tǒng)具備相應(yīng)的設(shè)計(jì)資料數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算分析程序庫(kù)，還應(yīng)有圖形支撐系統(tǒng)和文件產(chǎn)生系統(tǒng)。系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)能力，即能夠不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，自動(dòng)地從知識(shí)庫(kù)將過(guò)時(shí)的、不合理的知識(shí)刪除掉，并能不斷地吸收新的知識(shí)。653EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.1.3智能CAD組成結(jié)構(gòu)圖663EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.1.4示例－基于PRO的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)（1）673EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.1.4示例－基于PRO的快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)（2）683EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.2概念設(shè)計(jì)2.1概念設(shè)計(jì)它是根據(jù)產(chǎn)品總的功能要求，創(chuàng)造出相應(yīng)的原理方案來(lái)。一般有兩種方法：功能分析法和創(chuàng)造性思維法。而概念設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)都是基于功能分析法上的。輸入設(shè)計(jì)要求功能分解確定總功能功能元求解功能元組合成多個(gè)方案選擇分析與評(píng)價(jià)最佳原理方案黑箱法功能樹(shù)功能分解知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)目錄數(shù)據(jù)庫(kù)形態(tài)學(xué)矩陣評(píng)價(jià)方法庫(kù)專家規(guī)則知識(shí)庫(kù)設(shè)計(jì)流程693EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.3面向X的設(shè)計(jì)(1)面向X設(shè)計(jì)的概念該方法克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中只注重產(chǎn)品的功能要求的思想，強(qiáng)調(diào)在設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始考慮產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段、各方面的因素的要求，采用“teamwork”的工作方式，設(shè)計(jì)出好造、好修、好用…..的產(chǎn)品。(2)面向X設(shè)計(jì)的內(nèi)容面向制造的設(shè)計(jì);面向裝配的設(shè)計(jì);面向維修的設(shè)計(jì);

面向回收的設(shè)計(jì);面向質(zhì)量的設(shè)計(jì);面向包裝運(yùn)輸?shù)脑O(shè)計(jì);

面向壽命的設(shè)計(jì);面向環(huán)保的設(shè)計(jì);面向可靠性的設(shè)計(jì);703EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.4并行工程3.4.1傳統(tǒng)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方法產(chǎn)品總是從一個(gè)部門遞交給下一部門，每次都根據(jù)各自需要進(jìn)行修改。“新產(chǎn)品在各部門間的拋接”是早期電子工業(yè)的生動(dòng)寫照。無(wú)法加工裝配困難713EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.4.2并行設(shè)計(jì)的概念并行設(shè)計(jì)是一種系統(tǒng)化、集成化的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)，它以計(jì)算機(jī)作為主要技術(shù)手段，除了通常意義下的CAD、CAPP、CAM、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（ProductDataManagementSystem——PDMS）等單元技術(shù)的應(yīng)用外，還要著重解決以下一些關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題:

產(chǎn)品并行開(kāi)發(fā)過(guò)程建模及優(yōu)化。

支持并行設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)模擬仿真技術(shù)。產(chǎn)品性能綜合評(píng)介和決策系統(tǒng)。并行設(shè)計(jì)中的管理技術(shù)723EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.4.3并行設(shè)計(jì)方法的組成DFX是并行工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。FX是CE的思想核心，是CE的支撐工具。而CE是DFX在產(chǎn)品生命周期上的拓展.733EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.5快速原型法3.5.1快速原型(RPM)概念快速原型制造技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱。它的特征是：

1）可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。

2）CAD模型直接驅(qū)動(dòng)。

3）成形設(shè)備無(wú)需專用夾具或工具。

4）成形過(guò)程中無(wú)人干預(yù)或較少干預(yù)743EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.5快速原型法3.5.2快速原型法的原理和過(guò)程快速原型技術(shù)采用離散/堆積成型的原理，其過(guò)程是：先由三維CAD軟件設(shè)計(jì)出所需要零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型（亦稱電子模型），然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，把原來(lái)的三維電子模型變成二維平面信息（截面信息），即離散的過(guò)程；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼，在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層并使它們自動(dòng)粘接而成形，這就是材料堆積的過(guò)程。753EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.5快速原型法3.5.2快速原型法的原理和過(guò)程763EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.5快速原型法3.5.2快速原型法的原理和過(guò)程CAD模型層面信息處理Z軸向離散化（分層）層面加工與粘接層層堆積后處理分解過(guò)程組合過(guò)程計(jì)算機(jī)信息處理成型機(jī)堆積成型773EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.5快速原型法3.5.3快速原型法的應(yīng)用領(lǐng)域783EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.6反求工程技術(shù)3.6.1反求工程技術(shù)的概念反求工程(ReverseEngineering)是針對(duì)現(xiàn)有三維實(shí)物（樣品或模型），在沒(méi)有技術(shù)文檔的情況下，利用三維數(shù)字化測(cè)量設(shè)備準(zhǔn)確、快速測(cè)得輪廓的幾何數(shù)據(jù)，并加以建構(gòu)、編輯、修改生成通用輸出格式的曲面數(shù)字化模型，再送入通用CAD/CAM系統(tǒng)中，作進(jìn)一步的處理，從而生成NC加工路徑或RP所需的模型截面輪廓數(shù)據(jù)，最后復(fù)制出實(shí)物或其原型的過(guò)程。793EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.6反求工程技術(shù)3.6.2關(guān)鍵技術(shù)它所涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：三維實(shí)體幾何形狀數(shù)據(jù)的快速獲取，大型密集離散數(shù)據(jù)處理及其三維實(shí)體模型重構(gòu)，快速原型及快速加工等技術(shù)。803EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.6反求工程技術(shù)3.6.3反求工程工作流程813EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.7綠色設(shè)計(jì)3.7.1綠色產(chǎn)品概念綠色設(shè)計(jì)是由綠色產(chǎn)品的誕生所引申的一種設(shè)計(jì)方法，因此，要進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)，首先有必要弄清什么樣的產(chǎn)品是綠色產(chǎn)品？綠色產(chǎn)品就是在其生命周期全程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無(wú)害或危害極少，資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。823EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.7綠色設(shè)計(jì)3.7.2綠色設(shè)計(jì)的定義綠色設(shè)計(jì)是這樣一種設(shè)計(jì)，即在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品環(huán)境屬性（可拆卸性、可回收性、可維護(hù)性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿足環(huán)境目標(biāo)要求的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的基本功能、使用壽俞、質(zhì)量等。綠色設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)必須按環(huán)境保護(hù)的指標(biāo)選用合理的原材料、結(jié)構(gòu)和工藝，在制造和使用過(guò)程中降低能耗、不產(chǎn)生毒副作用，其產(chǎn)品易于拆卸和回收，回收的材料可用于再生產(chǎn)。833EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.7綠色設(shè)計(jì)3.7.3綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容綠色產(chǎn)品的描述與建模綠色設(shè)計(jì)的材料選擇與管理產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品的成本分析843EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.7綠色設(shè)計(jì)3.7.4綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)綠色產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系、方法的研究;

綠色設(shè)計(jì)模型的建立;

綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料的收集整理與數(shù)據(jù)庫(kù)的建立;

綠色設(shè)計(jì)方法的系統(tǒng)研究及知識(shí)庫(kù)的建立。853EDIS的擴(kuò)展技術(shù)3.7綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)可拆卸性、可回收性等評(píng)價(jià)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)結(jié)果評(píng)價(jià)結(jié)果環(huán)境特征信息綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)……3.7.5綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖864EDIS的集成技術(shù)4.1EDIS的集成技術(shù)產(chǎn)生及存在的問(wèn)題集成度低。由于CAD、CAPP、CAM是相互獨(dú)立發(fā)展起來(lái)