企業(yè)設(shè)計(jì)與加工自動(dòng)化選型

1、企業(yè)設(shè)計(jì)與加工自動(dòng)化選型淺析摘要本文介紹了在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)平臺(tái)上，充分整合CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)), CAPP（計(jì)算機(jī)輔助工藝）、CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）三部分資源，完成機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)工藝制造一體化。關(guān)鍵詞 CAD，CAPP，CAM引言近年來(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)界也正面臨著更激烈的競(jìng)爭(zhēng)、對(duì)北京中麗制機(jī)化纖工程技術(shù)有限公司（原中國(guó)紡織科學(xué)研究院機(jī)械廠，簡(jiǎn)稱“中麗制機(jī)”）如此的制造業(yè)企業(yè)也提出了更高的要求：一個(gè)產(chǎn)品必須從最初的概念構(gòu)思到制造完成再到銷售所需的時(shí)刻要盡量短；產(chǎn)品質(zhì)量盡可能優(yōu)良，制造成本要盡量低因此我們專門快統(tǒng)一了思想：要想在以后的制造市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一席之地，保持持續(xù)穩(wěn)定的進(jìn)展，

2、就必須要狠抓產(chǎn)品創(chuàng)新，尤其是新品的開發(fā)。作為一個(gè)成熟的機(jī)械加工企業(yè)，不但要有高素養(yǎng)的設(shè)計(jì)人員和先進(jìn)的加工設(shè)備，還要有適合自己企業(yè)進(jìn)展的設(shè)計(jì)加工軟件。我們進(jìn)行了大量的市場(chǎng)調(diào)查和分析，試圖選擇一個(gè)能適應(yīng)這種新進(jìn)展需求的三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，適應(yīng)企業(yè)的進(jìn)展需要以下作簡(jiǎn)單介紹構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖依照中麗制機(jī)的具體情況，我對(duì)我公司的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：（1） 把該公司網(wǎng)絡(luò)要緊分為三大部分：設(shè)計(jì)部門網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)工藝部門網(wǎng)絡(luò)和生產(chǎn)加工部門網(wǎng)絡(luò)，并在各個(gè)部門內(nèi)部以星形結(jié)構(gòu)將其互連(2)以一條高速總線以總線結(jié)構(gòu)完成對(duì)幾個(gè)小局域網(wǎng)絡(luò)的互連。(3）畫出結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。以上只是完成了硬件部分的建設(shè)，但企業(yè)設(shè)計(jì)與加工自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)要依

3、靠于軟件的支撐，下面就具體介紹一下軟件方面的選擇。設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)各軟件的選擇三維CAD軟件的選擇隨著傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)在工業(yè)界的應(yīng)用普及以及現(xiàn)代設(shè)計(jì)問題的復(fù)雜化、智能化，人們不再僅僅滿足于用計(jì)算機(jī)取代人進(jìn)行手工繪圖。所幸隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)展和計(jì)算機(jī)集成制造、并行工程、協(xié)同設(shè)計(jì)等現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的研究，使得CAD系統(tǒng)也由單純二維繪圖向三維智能設(shè)計(jì)、物性分析、動(dòng)態(tài)仿真方向進(jìn)展，參數(shù)化設(shè)計(jì)向變量化和VGX（超變量化）方向進(jìn)展，幾何造型、曲面造型、實(shí)體造型向特征造型以及語(yǔ)義特征造型等方向進(jìn)展；另一方面，伴隨著CAD軟件復(fù)雜程度的增加和各個(gè)不同應(yīng)用系統(tǒng)間互操作的現(xiàn)實(shí)需

4、要，人們希望CAD系統(tǒng)具有極佳的開放性同時(shí)又能“搭積木”似的自由拼裝形成不同的功能配置，軟件工程技術(shù)特不是組件開發(fā)技術(shù)的研究應(yīng)用和逐漸成熟為解決這一問題提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)現(xiàn)在市場(chǎng)上的三維CAD軟件專門多，但試用過幾種軟件后效果并不理想。后來(lái)在了解到CAXA推出了體現(xiàn)“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”思想的CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件，被她所代表的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法和方便的操作性所吸引，通過對(duì)該軟件的考察和評(píng)測(cè)，我認(rèn)為CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)使實(shí)體設(shè)計(jì)跨越了傳統(tǒng)參數(shù)化造型在復(fù)雜性方面受到的限制。CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)支持網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的協(xié)同設(shè)計(jì)，能夠與CAXA協(xié)同治理或者其它主流CPC/PLM軟件集成工作。另外它豐富的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，拖放式的設(shè)計(jì)，二維與三

5、維的聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換、不僅方便、易學(xué)，而且高效、靈活。(2) CAPP-計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（Computer Aided Process Planning）利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝人員設(shè)計(jì)零件從毛坯到成品的制造方法，是將企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品制造數(shù)據(jù)的一種技術(shù)，是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的重要組成部分。 傳統(tǒng)的CAPP系統(tǒng)按其原理可分為派生式和創(chuàng)成式兩大類，國(guó)內(nèi)自80年代初就開始CAPP的應(yīng)用研究，盡管通過了二十年的進(jìn)展歷程，但至今仍是計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)領(lǐng)域的薄弱環(huán)節(jié)和企業(yè)實(shí)施推廣CIMS的瓶頸所在。究其緣故，傳統(tǒng)CAPP過分強(qiáng)調(diào)對(duì)零件信息的自動(dòng)獵取，過分強(qiáng)調(diào)工藝決策的自動(dòng)化。近幾年，CAPP的研

6、究開始注重工藝差不多數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及差不多設(shè)計(jì)功能，開發(fā)重點(diǎn)從注重工藝過程的自動(dòng)生成，轉(zhuǎn)向從整個(gè)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)的角度，為工藝設(shè)計(jì)人員提供輔助工具，同時(shí)為企業(yè)的信息化建設(shè)服務(wù)。這直接導(dǎo)致了CAPP軟件產(chǎn)品的迅速進(jìn)展，產(chǎn)生了人機(jī)交互為主的新一代CAPP工具系統(tǒng)，并在企業(yè)實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的成效。 總的來(lái)講，國(guó)內(nèi)企業(yè)CAPP應(yīng)用尚屬起步推廣時(shí)期，成功應(yīng)用CAPP的企業(yè)還不多見，但隨著CAD甩圖板工程的結(jié)束，隨著CAPP軟件產(chǎn)品的不斷成熟，CAPP應(yīng)用需求日益迫切，越來(lái)越多的企業(yè)開始關(guān)注CAPP，醞釀、策劃實(shí)施CAPP，這表明CAPP應(yīng)用正在蓬勃興起。 CAPP在現(xiàn)代制造業(yè)中，具有重要的理論意義和廣泛迫切的

7、實(shí)際需求。因?yàn)镃APP系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能夠提高工藝規(guī)程設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，縮短技術(shù)預(yù)備周期，為寬敞工藝人員從繁瑣、重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來(lái)提供了一條切實(shí)可行的途徑，工藝人員能夠更多地投入工藝試驗(yàn)和工藝攻關(guān)，而且能夠保證工藝設(shè)計(jì)的一致性、規(guī)范化，有利于推進(jìn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化。更重要的是工藝BOM數(shù)據(jù)是指導(dǎo)企業(yè)物資采購(gòu)、生產(chǎn)打算調(diào)度、組織生產(chǎn)、資源平衡、成本核算等的重要依據(jù)，CAPP系統(tǒng)的應(yīng)用將為企業(yè)數(shù)據(jù)信息的集成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。CAPP軟件的選擇工藝設(shè)計(jì)是機(jī)械制造生產(chǎn)過程技術(shù)預(yù)備工作的一個(gè)重要內(nèi)容，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與車間實(shí)際生產(chǎn)的紐帶，是經(jīng)驗(yàn)性專門強(qiáng)且隨環(huán)境變化而多變的決策過程CAPP是CAD/CAM一體化集成

8、的橋梁，隨著企業(yè)CAD, CAM等技術(shù)的成功應(yīng)用，工藝庫(kù)、知識(shí)庫(kù)的完善，今后CAPP也會(huì)有相應(yīng)的進(jìn)展，逐步實(shí)現(xiàn)CAD-CAPP-CAM按科學(xué)意義上的一體化集成傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法，差不多遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足自動(dòng)化和集成化要求。計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)克服了傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的上述缺點(diǎn)。借助計(jì)算機(jī)技術(shù)，完成從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到原材料加工成產(chǎn)品所需的一系列加工動(dòng)作，及其對(duì)資源需求的數(shù)字化描述它對(duì)機(jī)械制造業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義，其要緊表現(xiàn)如下：(1）能夠?qū)⒐に囋O(shè)計(jì)人員從大量繁瑣、重復(fù)的手工勞動(dòng)中解放出來(lái)，使他們能集中精力從事新產(chǎn)品開發(fā)、工藝裝備的改進(jìn)及新工藝的研究等創(chuàng)新的工作；(2)能夠大大地縮短工藝設(shè)計(jì)周期，保證工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量

9、，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)能力；(3)利于發(fā)揮有經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，提高企業(yè)工藝的繼承性，特不是在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外機(jī)械制造企業(yè)有經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)人員日益短缺的情況下，它具有專門意義：（4)能夠提高企業(yè)工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化，并有利于工藝設(shè)計(jì)的最優(yōu)化工作；（5)為適應(yīng)當(dāng)前日趨自動(dòng)化的現(xiàn)代制造業(yè)的需要和實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，建立必要的集成技術(shù)基礎(chǔ)，是企業(yè)治理信息系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。(2) CAM軟件的選擇近年來(lái)制造業(yè)新技術(shù)的最大熱點(diǎn)是高速加工技術(shù)。據(jù)最新的工藝研究表明，高速加工技術(shù)在簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝與工序，減少后續(xù)處理工作量、提高加工效率、提高表面質(zhì)量等幾個(gè)方面，能夠極大地提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、縮短生

10、產(chǎn)周期CAM作為整個(gè)集成系統(tǒng)的重要一級(jí)，向上與CAD, CAPP實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成，向下方便、快捷、智能、高效地為數(shù)控生產(chǎn)服務(wù)，這是CAM技術(shù)進(jìn)展永久不變的主題專門多CAM的差不多特點(diǎn)是面向局部曲面的加工方式，表現(xiàn)為編程的難易程度與零件的復(fù)雜程度直接相關(guān)，而與產(chǎn)品的工藝特征、工藝復(fù)雜程度等沒有直接相關(guān)關(guān)系。但北航的CAXA制造工程師以其獨(dú)有的“創(chuàng)新設(shè)計(jì)”思維和優(yōu)異的曲線成形技術(shù)的支持贏得了我的好感，而其基于Windows 98平臺(tái)的安裝又使它具有廣泛的適用性。CAD/CAPP/CAM與PDM的集成分析 由于在一個(gè)企業(yè)中，可能存在著不同的CAD，CAPP，CAM系統(tǒng)或這些系統(tǒng)的不同版本，也可能存在這些

11、系統(tǒng)與供應(yīng)商、不同合作商之間的產(chǎn)品模型信息交換，同時(shí)還可能存在每天由CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的大量的數(shù)據(jù)和文檔。在如此復(fù)雜的環(huán)境中，PDM作為集成平臺(tái)，一方面要為CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)治理與協(xié)同工作的環(huán)境，同時(shí)還要為CAD/CAPP/CAM的運(yùn)行提供支持。CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的二維圖紙、三維模型、零部件的差不多屬性、產(chǎn)品明細(xì)表、產(chǎn)品零部件之間的裝配關(guān)系、產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本及其狀態(tài)等，需要交由PDM系統(tǒng)來(lái)治理，而CAD系統(tǒng)也需要從PDM系統(tǒng)獵取設(shè)計(jì)任務(wù)書、技術(shù)參數(shù)、原有零部件圖紙、資料以及更改要求等信息。CAPP系統(tǒng)產(chǎn)生的工藝信息，如工藝路線、工序、工步、工裝夾具要求以及對(duì)設(shè)計(jì)的修改意

12、見等，交由PDM進(jìn)行治理，而CAPP也需要從PDM系統(tǒng)中獵取產(chǎn)品模型信息、原材料信息、設(shè)備資源信息等。CAM則將其產(chǎn)生的刀位文件、NC代碼交由PDM治理，同時(shí)從PDM系統(tǒng)獵取產(chǎn)品模型信息、工藝信息等。 2.1 CAD與PDM的集成分析 CAD與PDM的集成是具體實(shí)施中要求最高、難度最大的一環(huán)。其關(guān)鍵在于需保證CAD的數(shù)據(jù)變化與PDM中的數(shù)據(jù)變化的一致性。從用戶考慮，CAD與PDM的集成應(yīng)達(dá)到真正的緊密集成。CAD與PDM的應(yīng)用封裝只解決了CAD產(chǎn)生的文擋治理問題。零部件描述屬性、產(chǎn)品明細(xì)表則需要通過接口交換倒入PDM。同時(shí)，通過接口交換，實(shí)現(xiàn)PDM與CAD系統(tǒng)間上述數(shù)據(jù)的雙向異步交換。然而，這

13、種交換仍然不能完全保證接口數(shù)據(jù)在CAD與PDM中的一致性。因此要真正解決這一問題，必須實(shí)現(xiàn)CAD與PDM之間的緊密集成，及在CAD與PDM之間建立共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)互操作，保證CAD中的修改與PDM中的修改的互動(dòng)性和一致性，真正做到雙向同步一致性。 2.2 CAPP與PDM的集成分析 CAPP與PDM之間除了文檔交流還要從PDM系統(tǒng)中獵取設(shè)備資源信息、原材料信息等。而CAPP產(chǎn)生的工藝信息也需要分成差不多單元存放于工藝信息庫(kù)中。因此CAPP與PDM之間的集成需要接口交換，及在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用封裝的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開發(fā)信息交換接口，使CAPP系統(tǒng)可通過接口從PDM中直接獵取設(shè)備資源、原材料信息的支持，

14、并將其產(chǎn)生的工藝信息通過接口直接存放于PDM的工藝信息庫(kù)中。 2.3 CAM與PDM的集成分析 由于CAM與PDM系統(tǒng)之間只有刀位文件、NC代碼、產(chǎn)品模型等文檔信息的交流，CAM與PDM之間采納應(yīng)用封裝就能夠滿足二者的集成要求。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)加工自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)展使CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM集成化體系擺脫空間的約束，能夠更好地適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)布局及生產(chǎn)治理的要求系統(tǒng)的智能化、自動(dòng)化、專業(yè)化被推到一個(gè)新的高度，更快地滿足現(xiàn)有生產(chǎn)與治理的特定要求，同時(shí)新手段的引入也會(huì)使治理方式發(fā)生相應(yīng)的變化，使生產(chǎn)過程更規(guī)范、更合理。新一代在網(wǎng)絡(luò)下的CAM系統(tǒng)與CAD系統(tǒng)集成，充分利用了CAD幾

15、何信息，又能按專業(yè)化分工，合理地安排系統(tǒng)在空間的分布。降低人員的綜合性要求，提高了專業(yè)化要求，會(huì)使操作人員的構(gòu)成發(fā)生相應(yīng)的變化；同時(shí)，由于CAM系統(tǒng)專業(yè)化、智能化、自動(dòng)化水平的提高，將導(dǎo)致機(jī)側(cè)編程（Shop Programming)方式的興起，改變CAM編程與加工人員及現(xiàn)場(chǎng)分離的現(xiàn)象。1)首先選擇一個(gè)合適的網(wǎng)絡(luò)操作平臺(tái)，它是設(shè)計(jì)和加工軟件運(yùn)行的基礎(chǔ)。我們選擇了分布式計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)下最流行的Novell5.11來(lái)作為我們的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。Novell 5. 11網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)操作維護(hù)簡(jiǎn)便，運(yùn)行安全可靠，效率高、同時(shí)功能強(qiáng)大，具有專門強(qiáng)的伸縮性和靈活性，便于今后實(shí)現(xiàn)全球化虛擬加工網(wǎng)絡(luò)2)在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)組中安裝北京航空

16、航天大學(xué)出品的CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)；在加工網(wǎng)絡(luò)組中安裝北京航空航天大學(xué)出品的CAXA制造工程師；在工藝網(wǎng)絡(luò)組中安裝CAPP軟件。3)在Novell操作系統(tǒng)下利用Novell目錄服務(wù)系統(tǒng)(NDS )劃分各個(gè)分組的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限以及托管關(guān)系。如此在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，充分的整合CAD/CAPP/CAM各部分資源。利用CAD軟件完成產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)到制造前設(shè)計(jì)全流程集成；利用CAPP軟件來(lái)進(jìn)行零件加工工藝過程的制訂，把毛坯加工成工程圖紙上所要求的零件。通過向計(jì)算機(jī)輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件；承接以上兩步利用CAM軟件按照工藝要求（CAPP要求）自動(dòng)識(shí)不并提取所有的工藝特征及具有特定工藝特征的區(qū)域，連接數(shù)控設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)加工，使CAD/CAPP/CAM的集成化、一體化、自動(dòng)化、智能化成為可能，完成了機(jī)械設(shè)計(jì)、加工的自動(dòng)化。結(jié)論CAD/CAPP/CAM集成制造系統(tǒng)是當(dāng)今制造業(yè)內(nèi)廣泛推崇的先進(jìn)制造系