《機械制造基礎(chǔ)》課件第7章

第7章先進制造技術(shù)7.1計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)技術(shù)7.2計算機輔助工藝過程設(shè)計(CAPP)7.3柔性制造技術(shù)(FM)7.4計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)復(fù)習(xí)思考題先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)在不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源及現(xiàn)代管理技術(shù)等先進技術(shù)成果,并將其綜合應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的機械制造全過程,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、清潔、靈活生產(chǎn),提高對動態(tài)市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。根據(jù)功能和研究對象,先進制造技術(shù)分為先進設(shè)計技術(shù)、先進制造工藝技術(shù)、制造自動化技術(shù)、先進生產(chǎn)制造模式和制造系統(tǒng)五個方面。

本章主要介紹CAD/CAM、CAPP、FMS和CIMS技術(shù)。7.1計算機輔助設(shè)計與制造(CAD/CAM)技術(shù)

7.1.1CAD/CAM基本概念

計算機輔助設(shè)計與制造(ComputerAidedDesignandComputerAidedManufacturing,簡稱CAD/CAM)是一項利用計算機協(xié)助人完成產(chǎn)品設(shè)計與制造的現(xiàn)代技術(shù)。它將傳統(tǒng)設(shè)計與制造彼此相對分離的任務(wù)作為一個整體來規(guī)劃和開發(fā),實現(xiàn)信息處理的高度一體化。

計算機輔助設(shè)計(CAD)是指工程技術(shù)人員以計算機為輔助工具,完成產(chǎn)品設(shè)計構(gòu)思和論證、產(chǎn)品總體設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、零部件設(shè)計及繪圖等工作的總和。

計算機輔助制造(CAM)是指計算機在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱,它可分為狹義CAM和廣義CAM。狹義CAM通常指工藝準(zhǔn)備中某些、某個活動應(yīng)用計算機輔助進行;廣義CAM是指利用計算機輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程的直接和間接的各種活動,包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計劃、物流過程的運行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。7.1.2CAD/CAM系統(tǒng)的組成

CAD/CAM系統(tǒng)一般由人、硬件和軟件組成。之所以把人放在第一位,是因為目前CAD/CAM系統(tǒng)的工作方式是人-機交互的,只有通過人-機對話才能完成CAD/CAM的各種作業(yè)過程。所以,人的作用是決定性的。硬件是系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ),如圖7-1所示。軟件是系統(tǒng)信息處理的載體,是系統(tǒng)的核心。軟件包括系統(tǒng)軟件(如操作系統(tǒng))、支承軟件(工程分析軟件、圖形處理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡(luò)工作軟件)和應(yīng)用軟件(模具設(shè)計軟件、組合機床設(shè)計軟件、電器設(shè)計軟件、機械零件設(shè)計軟件以及飛機、船舶、汽車等交通工具設(shè)計制造的專用軟件等)。顯然,軟件配置的水平和檔次決定了CAD/CAM系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。圖7-1CAD/CAM系統(tǒng)的硬件組成7.1.3CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程

CAD/CAM系統(tǒng)是設(shè)計、制造過程中的信息處理系統(tǒng)。它需要對產(chǎn)品設(shè)計、制造全過程的信息進行處理,包括設(shè)計、制造中的數(shù)值計算、設(shè)計分析、三維造型、工程繪圖、工程數(shù)據(jù)庫的管理、工藝分析、NC自動編程、加工仿真等各個方面,其工作過程如圖7-2所示。圖7-2CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程

7.2計算機輔助工藝過程設(shè)計(CAPP)

7.2.1CAPP的基本概念

計算機輔助工藝設(shè)計(ComputerAidedProcessPlanning,簡稱CAPP)是應(yīng)用計算機快速處理信息的功能及應(yīng)用具有各種決策功能的軟件，對產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果自動生成工藝文件的過程。工藝過程設(shè)計主要是在分析和處理大量信息的基礎(chǔ)上選擇加工方法、機床、刀具、加工順序等，以及計算加工余量、工序尺寸、公差、切削量、工時定額、繪制工序圖以及編制工藝文件等。7.2.2成組技術(shù)

1.成組技術(shù)原理

成組技術(shù)(GroupTechnology,簡稱GT)是研究如何識別和發(fā)展生產(chǎn)活動中有關(guān)事務(wù)的相似性,并充分利用它把各種問題按其相似性歸類成組,尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案,以取得所期望的經(jīng)濟效益的一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)。它是提高多品種、中小批量機械制造業(yè)的生產(chǎn)效率和水平,增加生產(chǎn)效益的一種基礎(chǔ)技術(shù)。在機械制造中應(yīng)用成組技術(shù),就是將企業(yè)生產(chǎn)的多種產(chǎn)品、部件和零件,按照一定的相似性準(zhǔn)則分類,并以這種分類為基礎(chǔ)組織生產(chǎn),以實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、制造和生產(chǎn)管理的合理化及高效益。具體地說,就是在零件設(shè)計時,把與所設(shè)計零件形狀相似的零件分成一類,然后針對這類零件建立一個集這類零件全部特征的典型零件,新零件的設(shè)計就可以通過修改這個典型零件而形成。同理,對加工工藝過程類似的零件,也可以組建一個加工單元,該加工單元包含這類零件全部待加工的表面要素,在對該單元中的零件編制加工工藝時,通過對加工單元的修改就可以很方便地得到需要的工藝過程,從而使生產(chǎn)計劃工作及其控制變得簡單。所以,成組技術(shù)的核心就是充分利用零件的幾何形狀及加工工藝相似性進行設(shè)計和組織生產(chǎn),以獲得最大的經(jīng)濟效益。

2.成組工藝

成組工藝是以零件結(jié)構(gòu)和加工工藝相似為依據(jù),將零件分成相似形零件組,再針對每一組零件制定出工藝規(guī)程。成組工藝著眼于工藝過程和工序的相似性,不強求零件的結(jié)構(gòu)形狀必須屬于同一類型,只要一群零件的某道工序能在同一型號的設(shè)備上、采用相同的工藝裝備進行少量的調(diào)整工作即可加工,便可歸并成組,一并在這道工序加工。如果有多個工序具有這種相似性,則可合并為成組工藝。

1)復(fù)合零件法

復(fù)合零件法也稱為樣件法。它是利用一個所謂的復(fù)合零件來設(shè)計成組工藝的方法。圖7-3所示是這種方法的一個示例,圖中復(fù)合零件包括了四個零件的所有待加工表面的特征,由于組內(nèi)其他零件所具有的待加工表面特征都比復(fù)合零件少,所以按復(fù)合零件設(shè)計的成組工藝自然便能適用于加工零件組內(nèi)的所有零件。換句話說,只要從成組工藝中刪除某一零件所不用的工序(或工步)內(nèi)容,便可形成該零件的加工工藝。如圖中第四個零件的加工工藝,就是刪除鉆孔工序Z后的復(fù)合零件加工工藝。圖7-3復(fù)合零件法示例復(fù)合零件法適用于不太復(fù)雜的回轉(zhuǎn)零件。

在復(fù)合零件法中,復(fù)合零件可以是真實的零件,也可以是虛擬的零件。

2)復(fù)合路線法

復(fù)合路線法是在零件分類成組時,把同組零件的工藝過程文件收集在一起,然后從中選出組內(nèi)最復(fù)雜,也就是最長的工藝路線作為加工該組零件的基本路線,再將此工藝路線與組內(nèi)其他零件的工藝路線比較,并將其他零件有的而此基本路線沒有的工序按合理的順序一一添加,便可最終得出滿足全組零件要求的復(fù)合工藝。如表7-1中,選第一個零件的工

藝路線作為基本工藝路線,在此基礎(chǔ)上,添加C(車)工序,就形成全組零件的復(fù)合工藝路線。表7-1復(fù)合工藝路線法復(fù)合路線法主要用于非旋轉(zhuǎn)體,因其形狀不規(guī)則,虛擬零件困難。

綜上所述,成組工藝可以概括為確定相似工序并盡可能標(biāo)準(zhǔn)化,為一組零件設(shè)計的復(fù)合工藝。7.2.3CAPP的功能及組成

利用成組技術(shù)CAPP能實現(xiàn)工藝設(shè)計自動化,同時還能把生產(chǎn)實踐中行之有效的若干工藝原則及方法轉(zhuǎn)換成工藝決策模型,建立科學(xué)的決策邏輯,從而編制出最佳的制造方案。

CAPP系統(tǒng)通常具有輸入設(shè)計信息,選擇工藝路線,決定工序、機床及刀具,決定切削用量,估算工時與成本,輸出工藝文件以及向CAM提供零件加工所需設(shè)備、工裝、切削參數(shù)、裝夾參數(shù),反映零件切削過程的刀具軌跡等功能。

CAPP系統(tǒng)的構(gòu)成與其開發(fā)環(huán)境、產(chǎn)品對象和規(guī)模有關(guān),一般由輸入模塊、數(shù)據(jù)庫、工藝生成模塊、工序圖繪制模塊、輸出模塊和工藝規(guī)程排印模塊等組成。其中,數(shù)據(jù)庫和工藝生成各功能模塊是CAPP系統(tǒng)的核心。

7.3柔性制造技術(shù)(FM)

7.3.1FM技術(shù)的概念

柔性制造是用計算機控制的數(shù)控機床(ComputerNumericalControl,簡稱CNC)在制造中使用而產(chǎn)生的一種先進制造技術(shù)。所謂的柔性,就是不用改動制造設(shè)備,只通過計算機改變程序的辦法即可制造出多種零件中任何一種零件的制造方法。柔性制造適合多品種、中小批量生產(chǎn)過程中高效、高精度的零件制造。目前主要有柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造自動生產(chǎn)線(FML)和柔性制造工廠(FMF或FA),其中柔性制造系統(tǒng)最具有代表性。在我國的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中,柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem,簡稱FMS)是指由數(shù)控加工設(shè)備、物流儲運裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。國外有關(guān)專家把柔性制造系統(tǒng)定義為至少由兩臺機床、一套物流儲運系統(tǒng)和一套計算機控制系統(tǒng)所組成的制造系統(tǒng)。7.3.2FMS的組成

FMS的組成如圖7-4所示。

除上述三個主要組成部分外,FMS系統(tǒng)還包括冷卻系統(tǒng)、排屑系統(tǒng)、刀具監(jiān)控和管理等附屬系統(tǒng)。圖7-4FMS組成框圖7.3.3FMS的主要功能

一般的FMS主要具有以下功能:

(1)自動制造功能,由數(shù)控機床類設(shè)備來承擔(dān)。

(2)自動交換和輸送功能,包括工件和刀具的交換和輸送。(3)自動保管功能,包括毛坯、工件、半成品、工具、卡具、模具的保管。

(4)自動監(jiān)視功能,主要對刀具進行監(jiān)視,還有自動補償和自診斷等。

(5)作業(yè)計劃與調(diào)度。要實現(xiàn)FMS的上述功能,必須由計算機系統(tǒng)控制,使其協(xié)調(diào)一致、連續(xù)、有序地進行。作業(yè)計劃、加工或裝配等系統(tǒng)運行必需的信息,要預(yù)先存放在計算機系統(tǒng)中。作業(yè)時,物流系統(tǒng)根據(jù)作業(yè)計劃從倉庫調(diào)出相應(yīng)的毛坯、刀具和卡具,并將它們交換到對應(yīng)的機床上,機床則依據(jù)已經(jīng)傳送來的程序執(zhí)行預(yù)定的制造任務(wù)。

7.4計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)

7.4.1CIMS的概念

計算機集成制造(ComputerIntegratedManufacturing,簡稱CIM)是組織企業(yè)生產(chǎn)的一種新概念,這一概念是由美國的JosephHarrington博士在1974年提出的。主要內(nèi)容是:①企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié),包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、經(jīng)營管理及售后服務(wù)的全部經(jīng)營活動,是一個不可分割的整體,要緊密連接,統(tǒng)一考慮;②整個經(jīng)營活動過程實質(zhì)上是一個數(shù)據(jù)采集、傳遞和加工測量的過程,其最終形成的產(chǎn)品可以看做是數(shù)據(jù)的物質(zhì)表現(xiàn);③在企業(yè)中主要存在信息流和物質(zhì)流兩種運動過程,物質(zhì)流受信息流控制。

CIMS是在CIM思想指導(dǎo)下,逐步實現(xiàn)企業(yè)全過程的計算機化的綜合人機系統(tǒng)。它被認為是未來機械制造工業(yè)的生產(chǎn)模式。CIMS的核心是集成,這種集成不是簡單的組合,而在于企業(yè)內(nèi)的人、生產(chǎn)經(jīng)營和技術(shù)這三者的信息集成。傳統(tǒng)的機械制造廠是一個多層次、多環(huán)節(jié)的離散型生產(chǎn)系統(tǒng),各子系統(tǒng)都是獨立地運行,由于各子系統(tǒng)既要調(diào)用其他子系統(tǒng)共用的數(shù)據(jù)和信息,又要處理本系統(tǒng)的特有數(shù)據(jù)和信息,因此,如何劃分層次結(jié)構(gòu),準(zhǔn)確處理集中與分散的關(guān)系,又能有序地使各子系統(tǒng)形成一個集成環(huán)境,就成為實施CIMS的關(guān)鍵之一。7.4.2CIMS的組成

CIMS不是一種具體的制造技術(shù),而是組織、管理生產(chǎn)的一種新概念,所以,從技術(shù)組成的角度來講,它包含了四個應(yīng)用分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)。

1.管理信息系統(tǒng)(ManagementInformationSystem,簡稱MIS)

管理信息是指一個企業(yè)整個生產(chǎn)經(jīng)營過程中產(chǎn)、供、銷、人、財、物的有關(guān)信息,一般可將MIS分解為經(jīng)營管理(BusinessManagement,簡稱BM)、物料管理(Material

Management,簡稱MM)、生產(chǎn)管理(ProductManagement,簡稱PM)、人力資源管理(Laborresource

Management,簡稱LM)和財務(wù)管理(FinanceManagement,簡稱FM)等子系統(tǒng)。

2.工程設(shè)計系統(tǒng)(EngineeringDesignSystem,簡稱EDS)

產(chǎn)品設(shè)計是產(chǎn)品成本和質(zhì)量的最重要部分。工程設(shè)計系統(tǒng)通常指CAD/CAPP/CAM的集成,有時還包括工程分析CAE。其基本功能為:

(1)面向產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品建模。

(2)CAD/CAE/CAPP/CAM集成的實現(xiàn)。CAD/CAE/

CAPP/CAM集成是指通過信息交換、共享技術(shù)將各分系統(tǒng)有機地集成在一起。

3.質(zhì)量保證系統(tǒng)(QualityAssuranceSystem,簡稱QAS)

質(zhì)量保證系統(tǒng)QAS一般由三個部分組成:

(1)質(zhì)量計劃制定。

(2)制造過程質(zhì)量信息管理。

(3)質(zhì)量綜合信息管理。包括質(zhì)量指標(biāo)考核與分析、質(zhì)量成本管理、質(zhì)量文檔管理等。

4.制造自動化系統(tǒng)(ManufacturingAutomationSystem,簡稱MAS)

制造自動化系統(tǒng)是通過計算機將企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)活動所需的各自分散的自動化過程有機地集成起來,使其成為適用多品種、小批量生產(chǎn)的高效益、高柔性的智能化的生產(chǎn)制造

系統(tǒng)。MAS的基本功能如下:

(1)實現(xiàn)遞階控制。

(2)工具、卡具、量具集中管理與調(diào)度。

(3)滿足多品種小批量生產(chǎn)需求,實現(xiàn)加工過程柔性化。(4)信息采集自動化,加強工件檢測、刀具監(jiān)控和故障診斷的功能,使工作可靠,保證無故障運行。

(5)對零件加工質(zhì)量進行統(tǒng)計分析,并反饋給質(zhì)量保證系統(tǒng)。

5.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(DB)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是CIMS信息集成的關(guān)鍵之一。CIMS環(huán)境下的管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計系統(tǒng)、質(zhì)量保證系統(tǒng)和制造自動化系統(tǒng)四個應(yīng)用系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)都要在一個結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫里進行存儲和調(diào)用,以滿足各子系統(tǒng)信息的交換和共享。

6.通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(NET)

通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是信息集成的工具,它是通過計算機通信網(wǎng)絡(luò)將物理上分布的CIMS各個功能子系統(tǒng)的信息聯(lián)系起來,達到共享的目的。依照企業(yè)的規(guī)模,可采用局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。CIMS在數(shù)據(jù)庫和計算機網(wǎng)絡(luò)的支持下,即可方便地實現(xiàn)各個功能子系統(tǒng)之間的通信,從而有效地完成全系統(tǒng)的集成。7.4.3CIMS的發(fā)展

CIMS工程經(jīng)過多年的研究與實踐,已基本實現(xiàn)了從實驗室走進工廠。但早期的研究設(shè)計中過于強調(diào)技術(shù)集成,忽視人的集成,其CIMS并不盡人意。20世紀(jì)80年代中期開始,人們先后提出并行工程、敏捷制造、智能制造、虛擬制造等涉及技術(shù)和管理的新理念,并在國內(nèi)外興起了研究和實踐的熱潮。

1.并行工程技術(shù)(ConcurrentEngineering,簡稱CE)

傳統(tǒng)產(chǎn)品制造的工作方式是串行的,即市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、計劃調(diào)度、生產(chǎn)制造是按順序依次進行的。因此,產(chǎn)品開發(fā)的周期長,新產(chǎn)品上市慢,而且設(shè)計與制造脫節(jié),一旦制造出現(xiàn)問題,就要修改設(shè)計,產(chǎn)品的市場競爭能力弱。為了提高產(chǎn)品的市場競爭能力,1988年美國國防分析研究所提出了并行工程的概念,如圖7-5所示。圖7-5并行設(shè)計過程

CE是站在產(chǎn)品整個生命周期的高度,從而打破了傳統(tǒng)的部門分割和封閉的制造模式,更加強調(diào)參與者的協(xié)同工作,特別重視產(chǎn)品開發(fā)過程的重組、重構(gòu)。換句話說,在并行工程環(huán)境下,特別強調(diào)的是把正確的信息、在正確的時間里、以正確的方式送給正確的人,以便作出正確的決策,從而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期,實現(xiàn)提高產(chǎn)品競爭能力的目的。

2.敏捷制造(AgileManufacturing,簡稱AM)

敏捷制造是美國通用汽車公司與美國Lehigh大學(xué)工業(yè)工程系于1991年在《21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略》報告中提出的。敏捷制造與CIMS的概念一樣,是改變傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn),利用先進制造技術(shù)和信息技術(shù)對市場的變化做出快速響應(yīng)的一種生產(chǎn)方式,指的是制造企業(yè)能夠把握市場機遇,及時、動態(tài)地重組生產(chǎn)系統(tǒng),在最短的時間內(nèi)向市場推出有利可圖的、用戶認可的、高質(zhì)量的產(chǎn)品。敏捷制造的特點是通過先進的柔性生產(chǎn)技術(shù)與動態(tài)的組織結(jié)構(gòu)和高素質(zhì)的工作人員的集成,獲取企業(yè)長期的經(jīng)濟效益。敏捷制造的目標(biāo)是要實現(xiàn)企業(yè)間的集成。敏捷制造的核心問題是組建動態(tài)聯(lián)盟(也稱虛擬企業(yè))。動態(tài)聯(lián)盟是充分利用現(xiàn)代通信技術(shù)把地理位置上分開的兩個或兩個以上的成員公司組成在一起的一種有時限(非固定化)的,相互依賴、信任、合作的組織,通過競爭被核心公司吸收加入。為了共同的利益,每個成員只做自己特長的工作。把各個成員的專長、知識和信息集成起來,以最短響應(yīng)時間和最少的投資為目標(biāo),來滿足用戶的需求。敏捷制造的具體方式體現(xiàn)為迅速地研制全新的產(chǎn)品,并不斷改造老產(chǎn)品;在整個產(chǎn)品生命周期中滿足用戶要求;采用多變的動態(tài)組織結(jié)構(gòu);生產(chǎn)成本與生產(chǎn)批量無關(guān);最大限度地發(fā)揮人的作用。

實現(xiàn)敏捷制造的關(guān)鍵技術(shù)包括:計算機集成制造(CIM)、計算機建模與仿真、虛擬制造技術(shù)、企業(yè)經(jīng)營過程重構(gòu)、快速原型制造、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、并行工程與協(xié)同工作環(huán)境、企業(yè)資源計劃(ERP)、人工智能等。

敏捷制造在運行時采用的是優(yōu)化的、聯(lián)盟的組合,運作協(xié)調(diào),同時對運行效益和風(fēng)險事前有充分的估計和評價,從而保證了在市場競爭中的取勝能力。

3.智能制造系統(tǒng)(IntelligentManufacturingSystem,簡稱IMS)

智能制造是指利用計算機模擬制造專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動,并將這些智能活動與智能機器有機地融合起來,將其貫穿應(yīng)用于整個制造企業(yè)的各個子系統(tǒng),以實現(xiàn)整個制造企業(yè)經(jīng)營運作的高度柔性化和高度集成化,從而取代或延伸制造環(huán)境中專家的部分腦力勞動,并對制造業(yè)專家的智能信息進行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展。智能制造系統(tǒng)是綜合應(yīng)用人工智能技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、制造技術(shù)、并行工程、生命科學(xué)、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)工程理論與方法,在國際標(biāo)準(zhǔn)化和互換性的基礎(chǔ)上,使整個企業(yè)制造系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)分別智能化,并使制造系統(tǒng)成為網(wǎng)絡(luò)集成、高度自動化的一種制造系統(tǒng)。其主要特征有自律能力、自組織能力、自學(xué)能力、自我修復(fù)能力、人機一體化、虛擬現(xiàn)實及智能集成。

智能制造系統(tǒng)的研究領(lǐng)域有智能設(shè)計、智能機器人、智能調(diào)度、智能診斷、智能辦公系統(tǒng)、智能控制等。

4.虛擬制造(VirtualRealityTechnology,簡稱VRT)

虛擬制造(VRT)是用虛擬的方法在計算機上對產(chǎn)品的設(shè)計、制造、裝配的全過程進行全面仿真的虛擬現(xiàn)實技術(shù),是一種新的人-機界面形式。虛擬現(xiàn)實是指用計算機和其他交互設(shè)備產(chǎn)生一個虛擬環(huán)境,能用人類自然的技能和感知能力與虛擬世界中的對象進行交互作用,使得參與者能與虛擬環(huán)境進行自然交流。在虛擬環(huán)境下,操作者會產(chǎn)生身臨其境的感覺,并可以通過看、聽、觸摸等交互方式與虛擬世界進行交流。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、靈境虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)三大類。桌面虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)的CRT顯示器和立體顯示技術(shù),通過六自由度鼠標(biāo)和三維操縱桿來和系統(tǒng)交互,常用于工程CAD和建筑設(shè)計。靈境虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)利用頭盔顯示器把用戶的視覺、聽覺和其他感覺封閉起來,產(chǎn)生一種身在虛擬環(huán)境中的錯覺,常用于模擬駕駛。分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是在靈境式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,將不同的用戶連接在一起,共享同一個虛擬空間,使用戶達到一個更高的境界。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境可以是工作站或PC機,一般以工作站為佳。系統(tǒng)中應(yīng)專門配備圖形加速卡,以提高圖形的處理速度,增加真實感,軟件則選用專門用來開發(fā)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的軟件。在此虛擬現(xiàn)實環(huán)境下,就能進行虛擬制造系統(tǒng)的仿真和實驗,模擬產(chǎn)品設(shè)計、制造和裝配的全過程。

5.快速原型技術(shù)(RapidPrototypingTechnology,簡稱RPT)

快速原型技術(shù)RPT是快速形成所需實體制件的制造技術(shù),它綜合利用CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)、材料技術(shù)、測試傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)等機械電子技術(shù)和計算機技術(shù),通過固化、燒結(jié)、粘結(jié)、熔結(jié)等方式,將材料逐層或逐點堆積成形?？焖僭图夹g(shù)制造實體樣件的步驟如下:

(1)由CAD軟件設(shè)計出樣件的實體模型,并按照一定的厚度在Z坐標(biāo)方向?qū)ι傻腃AD模型進行切面分層,生成每個截面的二維平面信息。

(2)對二維平面信息進行工藝處理,選擇合適的加工參數(shù),系統(tǒng)自動生產(chǎn)刀具移動軌跡和數(shù)控加工代碼。

(3)對加工過程進行仿真。

(4)利用數(shù)控裝置控制激光束或其他工具的運動,在當(dāng)前層上進行輪廓掃描,加工出適當(dāng)?shù)慕孛嫘螤睢?/p>

(5)鋪上一層新的成型材料,進行下一層面的加工,重復(fù)上面過程,直至樣件加工完畢。

快速原型技術(shù)用于產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計評價、功能驗證、可制造性和可裝配性檢驗、非功能性樣品制作、快速模具制造、快速制造金屬型零件以及快速反求工程等?？焖僭图夹g(shù)能大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品開發(fā)成本,它與虛擬制造技術(shù)一起,被稱為是未來制造業(yè)的兩大支柱技術(shù)。

RPT技術(shù)的主要方法有光固化法、疊層法、燒結(jié)法和熔融沉積法。

1)光固化法(LaserSteroLitho