計算機輔助制造CAM

計算機輔助制造CIM摘要：由于世界市場動態(tài)多變的需要，以及計算機技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機集成制造(CIM)應(yīng)運而生。本文闡述了CIM在國內(nèi)外得到高度重視的背景；介紹了計算機輔助制造的系統(tǒng)組成和支撐環(huán)境以及國內(nèi)外研究開發(fā)計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的狀況，提出了人在計算機集成制造系統(tǒng)中的核心地位。本文分析了制造系統(tǒng)的新發(fā)展，提出汲取精益生產(chǎn)、并行工程、智能制造系統(tǒng)、生物型制造系統(tǒng)、協(xié)同控制的制造系統(tǒng)、敏捷制造、業(yè)務(wù)過程重組等的有益思想，發(fā)展新一代的CIM。關(guān)鍵詞：計算機集成制造、計算機集成制造系統(tǒng)、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（背景及意義）：進入70年代以后，世界市場發(fā)生了根本的變化，從原先那種相對穩(wěn)定的市場變成了動態(tài)多變的市場：產(chǎn)品的生命周期縮短，產(chǎn)品的品種增加、批量減小，顧客對產(chǎn)品的交貨期、價格和質(zhì)量要求越來越高。市場對企業(yè)的要求可以歸納成T、Q、C、S四個要素：T—新產(chǎn)品的開發(fā)周期和上市時間；Q—產(chǎn)品質(zhì)量；C—產(chǎn)品成本；S—為滿足客戶的需求而提供的增值服務(wù)。在這種背景下，人們提出了各種現(xiàn)代制造系統(tǒng)的新哲理和新模式，如計算機集成制造系統(tǒng)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造系統(tǒng)等。這些現(xiàn)代制造系統(tǒng)的新哲理和模式或是已經(jīng)在工業(yè)界得到實現(xiàn)，為制造企業(yè)解決了在激烈的市場競爭中得以生存和發(fā)展的問題。1973年，美國的哈林頓提出了計算機集成制造(CIM,computerintergratedmanufacturing)的概念，他認為，企業(yè)的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，應(yīng)該加以統(tǒng)一處理；整個生產(chǎn)過程實質(zhì)上也是對信息的采集、傳遞和加工處理的過程，在企業(yè)中主要存在信息流和物流這兩種運動過程，而物流又是受信息流控制的。CIM的要點在于“集成”。早在60年代，在信息處理技術(shù)中已經(jīng)提出了“綜合”和“集成”的概念。但是，由于當時計算機技術(shù)和企業(yè)的經(jīng)營管理水平比較低，所以很難真正實現(xiàn)這個目標。企業(yè)中各個計算機應(yīng)該用領(lǐng)域被人為劃分成計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工藝設(shè)計（CAPP）、計算機輔助制造（CAM）、物料需要計劃（MRP）等一個個“自動化孤島”，相互之間很難溝通。70年代末80年代初，由于計算機技術(shù)為主導(dǎo)的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，實現(xiàn)CIM的時機終于來到。研究內(nèi)容：一般來說，計算機輔助制造（computeraidedmanufacturing，CAM）是指應(yīng)用計算機來進行產(chǎn)品制造的統(tǒng)稱。有廣義CAM和狹義CAM之分。廣義CAM是指利用計算機輔助完成從原材料到產(chǎn)品的全部制造過程，其中包括直接制造過程和間接制造過程。狹義CAM是指制造過程中某個環(huán)節(jié)應(yīng)用計算機，在計算機輔助設(shè)計和制造（CAD/CAM）中，通常是指計算機輔助機械加工（computeraidedmachining），更明確地說，是指數(shù)控加工，它的輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡（刀位文件）和數(shù)控程序。一、計算機輔助制造系統(tǒng)計算機輔助制造系統(tǒng)是通過計算機分級結(jié)構(gòu)控制和管理制造過程的多方面工作，它的目標是開發(fā)一個集成的信息網(wǎng)絡(luò)來監(jiān)測一個廣闊的相互關(guān)聯(lián)的制造作業(yè)范圍，并根據(jù)一個總體的管理策略控制每項作業(yè)。從自動化的角度看，數(shù)控機床加工是一個工序自動化的加工過程，加工中心是實現(xiàn)零件部分或全部機械加工過程自動化，計算機直接控制和柔性制造系統(tǒng)是完成一族零件或不同族零件的自動化加工過程，而計算機輔助制造是計算機進入制造過程這樣一個總的概念。一個大規(guī)模的計算機輔助制造系統(tǒng)是一個計算機分級結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，它由兩級或三級計算機組成，中央計算機控制全局，提供經(jīng)過處理的信息，主計算機管理某一方面的工作，并對下屬的計算機工作站或微型計算機發(fā)布指令和進行監(jiān)控，計算機工作站或微型計算機承擔(dān)單一的工藝控制過程或管理工作。計算機輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面：硬件方面有數(shù)控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等，軟件方面有數(shù)據(jù)庫、計算機輔助工藝過程設(shè)計、計算機輔助數(shù)控程序編制、計算機輔助工裝設(shè)計、計算機輔助作業(yè)計劃編制與調(diào)度、計算機輔助質(zhì)量控制等。二、支撐環(huán)境計算機輔助制造的支撐環(huán)境總的來說可分為硬件和軟件兩大方面，具體來說可分為計算機硬件、計算機軟件、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)與通信等。計算機硬件一般是指計算機的實體，是相對于計算機軟件而言，計算機硬件和軟件共同組成計算機系統(tǒng)，計算機必須同時具備硬件和軟件才能工作。計算機硬件通?？煞譃橹鳈C和外部設(shè)備兩部分。主機通常包括運算器、控制器、電源、接口電路、輸入輸出通道（總線）、內(nèi)存儲器等。外部設(shè)備通常是指輸入裝置、輸出裝置、外存儲器等。計算機軟件可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要包括計算機操作系統(tǒng)和支持軟件，支持軟件一般指為用戶進行二次開發(fā)的工具（或平臺），應(yīng)用軟件是指用戶自行開發(fā)的專用軟件。數(shù)據(jù)庫是通用化的綜合性的數(shù)據(jù)集合，可以提供各種用戶共享而具有最小的多余度和較高的數(shù)據(jù)和程序的獨立性，能有效地、及時地處理數(shù)據(jù)，并提供安全性及可靠性。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是在計算機系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立起來的，它由計算機硬件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、用戶及其應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)庫管理員等組成。計算機網(wǎng)絡(luò)是指將地理上分散配制而又具有獨立功能的多臺計算機、終端設(shè)備、傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)相互連接，形成資源共享的計算機群體。計算機網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩大部分組成。網(wǎng)絡(luò)硬件包括計算機系統(tǒng)、終端設(shè)備、通信傳輸設(shè)備等。網(wǎng)絡(luò)軟件包括網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、通信協(xié)議、通信控制程序等。數(shù)據(jù)通信是指信息的傳輸、交換和處理。它是繼電報、電話之后的第三代通信。它不是單純的數(shù)據(jù)通信，而是把原始信息進行整理、系統(tǒng)化，將其精華在適當?shù)臅r空進行傳輸，以發(fā)揮起作用。三、CIM的發(fā)展現(xiàn)狀1、國外CIM發(fā)展現(xiàn)狀國外自80年代以來對CIM的研究給予了很大的關(guān)注。例如，美國政府將CIM列為影響國家經(jīng)濟的22項關(guān)鍵技術(shù)和提高國際制造業(yè)的國際市場競爭能力的6項關(guān)鍵技術(shù)之一，歐洲共同體的歐洲信息技術(shù)研究發(fā)展戰(zhàn)略計劃也將CIM列為主要內(nèi)容，在日本則制定了應(yīng)用激光技術(shù)的高效綜合生產(chǎn)系統(tǒng)研究項目“智能制造系統(tǒng)（IMS）”計劃等項目。美國麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、普渡大學(xué)、IBM公司、通用汽車公司、波音飛機公司等都在CIM的研究和實施方面做了大量的開創(chuàng)性工作。在CIM的關(guān)鍵技術(shù)如NC、CAD、MRP、CAM、FMS和計算機網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫技術(shù)等方面始終保持著優(yōu)勢。但反過來說，美國CIM的研究工作似乎不如德國和日本那樣得到政府的統(tǒng)一規(guī)劃和支持。與美國和德國相比，日本企業(yè)在CIM的工業(yè)應(yīng)用的深度和廣度方面處于國際領(lǐng)先水平，這是與日本企業(yè)在組織集成和充分發(fā)揮人的積極性方面的良好素質(zhì)是分不開的。FANUC公司、富士通公司、東芝公司、日立公司、沖電氣公司、YHP公司等都在其下屬工廠開發(fā)出一大批高質(zhì)量的CIMS。2、國內(nèi)CIM發(fā)展現(xiàn)狀CIMS是我國高技術(shù)研究和發(fā)展計劃，即863計劃的一個主題，863/CIMS主題的主要任務(wù)是促進我國CIMS的開發(fā)和研究工作。近年來，在國家科委高技術(shù)司和CIMS主題專家組的領(lǐng)導(dǎo)下，我國的CIMS的開發(fā)和應(yīng)用工作取得了很大的成就：建立了清華大學(xué)CIMS試驗工程研究中心;f分別在北京航空航天大學(xué)、上海交通大學(xué)等7所高等院校和研究機構(gòu)建立了CAD/CAM、CAPP、FMS等單元技術(shù)實驗室，完成了大量高水平的科研課題；選擇了10余家不同行業(yè)、不同規(guī)模的企業(yè)作為CIMS典型應(yīng)用工廠，為全國推廣CIMS打下了良好的基礎(chǔ)。其中清華大學(xué)CIMS實驗室研究中心獲得了1994年SEM（美國制造工程師協(xié)會）“大學(xué)領(lǐng)先獎”，標志了我國CIMS的開發(fā)和研究工作已經(jīng)達到了世界先進水平。四、CIM的發(fā)展趨勢1、制造系統(tǒng)的新模式和新哲理進入80年代以來，以計算機代表的新技術(shù)開始對制造系統(tǒng)產(chǎn)生越來越深刻的影響，出現(xiàn)了一些制造系統(tǒng)的新模式和新哲理，如精益生產(chǎn)、并行工程、智能制造系統(tǒng)、生物型制造系統(tǒng)、獨立制造島、協(xié)同控制的制造系統(tǒng)、敏捷制造、業(yè)務(wù)過程制造系統(tǒng)等，這些新模式和新哲理都特別強調(diào)高效率和高性能的統(tǒng)一，特別注意發(fā)揮人的積極性、特別強調(diào)系統(tǒng)的簡化。制造系統(tǒng)的新模式和新哲理并不是由少數(shù)專家學(xué)者憑空制造的，而是在各種因素綜合作用下的結(jié)果，是生產(chǎn)力發(fā)展過程中一個必然的中間結(jié)果。這些新模式和新哲理中吸取符合國情和企業(yè)具體情況的成分，有機的與CIM哲理加以組合并將其用于工程實踐，是擺在我們面前的一個重要課題。2、新一代的CIMCIM強調(diào)的是“集成”，精益生產(chǎn)強調(diào)的是“簡化”，并行工程強調(diào)的是“同時”，智能制造系統(tǒng)、生物制造系統(tǒng)、敏捷制造和業(yè)務(wù)過程重組強調(diào)的是“靈活”，協(xié)同控制強調(diào)的是“分布”等都具有十分豐富的內(nèi)涵，而且有很多相似的地方。去過從這些制造系統(tǒng)的新哲理和新模式中吸取新的成分，博采眾長，豐富 CIM的內(nèi)涵，將是一件十分有意義的工作，表1表示吸收了上述制造系統(tǒng)的新哲理和新模式中有益成分后新一代 CIMS與傳統(tǒng)制造系統(tǒng)的比較。研究結(jié)語與CIM有關(guān)的技術(shù)也有很多尚未完成的研究課題。此外，面向?qū)ο蠹夹g(shù)在CIMS開發(fā)中的應(yīng)用，產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范等在CIMS信息集成系統(tǒng)的應(yīng)用，并行工程框架的開發(fā)，CIM系統(tǒng)方法論的研究與應(yīng)用等都是十分有意義的課題，還需要人們進一步研究。參考文獻：1