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標題: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(1) [打印本頁]
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:21
標題: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(1)
１．１ ＣＡＤ／ＣＡＭ 概述
隨著現代工業迅速發展，產品更新換代速度越來越快，而批量越來
越小。各種產品在不斷提高性能的同時，其產品的外形也變得越來越復
雜。設計部門要以最快的速度設計出產品和制造部門以最快的速度加工
制造出該產品，只有運用先進的設計手段──計算機輔助設計（簡稱
ＣＡＤ）和先進的制造手段──計算機輔助制造［２］（簡稱 ＣＡＭ），或者 ＣＡＤ／ＣＡＭ
集成制造技術。
從計算機科學的角度看，設計與制造的過程是一個關于產品的信息
產生、處理、交換和管理的過程。人們利用計算機作為主要技術手段，
對產品從構思到投放市場的整個過程中的信息進行分析和處理，生成和
運用各種數字信息和圖形信息，進行產品的設計與制造。ＣＡＤ／ＣＡＭ 技術
不是傳統設計、制造流程的方法的簡單映像，也不是局限于在個別步驟
或環節中部分的使用計算機作為工具，而是將計算機科學與工程領域的
專業技術以及人的智慧和經驗以現代的科學方法為指導結合起來，在設
計、制造的全過程中各盡所長，盡可能的利用計算機系統來完成那些重
復性高、勞動量大、計算復雜以及單純靠人工難以完成的工作，輔助而
非代替工程技術人員完成整個過程，以獲得最佳效果。ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統以
及計算機硬件、軟件為支持環境，通過各個功能模塊（分系統）實現對
產品的描述、計算、分析、優化、繪圖、工藝規程設計、仿真以及 ＮＣ
加工。而廣義的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 集成系統還應包括生產規劃、管理、質量控制
等方面。
１．１．１ 計算機輔助設計［５］ ［６］ ［１７］ ［１８］
隨著傳統 ＣＡＤ 系統在工業界的應用普及以及現代設計問題的復雜
化、智能化，人們不再僅僅滿足于用計算機取代人進行手工繪圖。所以
隨著計算機圖形學、人工智能、計算機網絡等基礎技術的發展和計算機
集成制造、并行工程、協同設計等現代設計理論和方法的研究，使得 ＣＡＤ
系統也由單純二維繪圖向三維智能設計、物理特性分析、動態仿真方向
發展，參數化設計向變量化和 ＶＧＸ（超變量化）方向發展，幾何造型、曲
面造型、實體造型向特征造型以及語義特征造型等方向發展；另一方面，
伴隨著 ＣＡＤ 軟件復雜程度的增加和各個不同應用系統間互操作的現實需
要，人們希望 ＣＡＤ 系統具有極佳的開放性同時又能“搭積木”似的自由
拼裝形成不同的功能配置，軟件工程技術，特別是組件開發技術的研究
應用和逐漸成熟為解決這一問題提供了堅實的基礎。
計算機輔助設計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｄｅｓｉｇｎ， ＣＡＤ） 是由計算機的硬、
軟件系統輔助人們對產品或工程進行設計的方法與技術，包括設計、計
算、繪圖、工程分析、模擬、與文檔制作等設計活動，它是一種新的設
計方法，也是一門多學科綜合運用的新技術。ＣＡＤ 可以說是產品設計發
展史上的一次革命。ＣＡＤ 技術起步于 ５０ 年代后期，很快就應用在航空工
業，但隨后便迅速擴展至其他工業領域，并且進一步向新產品制造過程
的設計與評價領域延伸，從而導致了工作過程和步驟的具體化。由于 ＣＡＤ
技術有效地縮短了產品設計周期，從而使企業能夠迅速對市場化作出反
應。當 ＣＡＤ 系統與外部通訊網絡連通時，生產企業便可與其供應商和客
戶分享其具體的產品設計方案。
ＣＡＤ 技術作為成熟的普及技術已在企業中廣泛應用，并已成為企業
的現實生產力。ＣＡＤ 技術的發展大約經過了四個階段，可分為：
① 曲面造型系統
６０ 年代出現的三維 ＣＡＤ 系統只是極為簡單的線框式系統。這種初期
的線框造型系統只能表達基本的幾何信息，不能有效表達幾何數據間的
拓撲關系。７０ 年代，是飛機和汽車工業快速發展時期，飛機及汽車制造
中遇到大量的自由曲面的問題，當時只能采用多截面視圖、特征緯線的
方式來近似表達所設計的自由曲面。但這種制作過程大大拖延了產品研
發時間，因而要求更新設計手段。此時法國人提出了貝賽爾算法，使人
們用計算機處理曲線及曲面問題變得可行，同時也使法國達索飛機制造
公司的開發者們，能在二維繪圖系統 ＣＡＤＡＭ 的基礎上，開發出以表面模
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:24
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(2)
型為特點的自由曲面建模方法，推出了三維曲面造型系統 ＣＡＴＩＡ。它實現以計算機完整描述產品零件的主要信息，同時也使得 ＣＡＭ 技術的開發有了現實的基礎。曲面造型系統 ＣＡＴＩＡ 為人類帶來了第一次 ＣＡＤ 技術革命。 曲面造型系統帶來的技術革新，使汽車開發手段比舊的模式有了質的飛躍，新車型開發速度也大幅度提高，許多車型的開發周期由原來的６ 年縮短到只需約 ３ 年。 ② 三維實體造型及特征造型技術 準確完整地表達和描述模具的復雜曲面和實體模型，７０ 年代末到８０ 年代初，由于計算機技術的進步，計算機輔助分析， 計算機輔助制造技術也有了較大發展。ＥＤＳ 公司開發出了許多專用軟件，如 Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ（簡稱 ＵＧ）則側重在實體造型及自由曲面［７］造型技術，它能準確地表達和描述復雜曲面和實體模型，同時發展 ＣＡＭ［８］ ［９］ ［１０］技術。由于實體造型技術能精確表達零件的全部屬性，如實體體積、面積、重心、慣性矩等的自動計算、隱藏線隱藏面的消除、有限元網格劃分等，在理論上有助于統一 ＣＡＤ， ＣＡＥ， ＣＡＭ 模型表達，給設計帶來了驚人的方便。可以說，實體造型技術的普及應用標志著 ＣＡＤ 發展史的第二次技術革命。 特征造型是在 ＣＡＤ／ＣＡＭ 技術的發展和應用達到一定水平、要求進一步提高生產組織集成化和自動化程度的歷史進程中孕育成長起來的。其特點是建立的零部件模型不僅包括了幾何信息，還包括了 ＣＡＰＰ 、ＣＡＭ 所需的信息，形成了真正符合 ＳＴＥＰ 標準的產品信息模型；工程人員以自己熟悉的方式進行設計，以提高實體造型的設計效率。 ③ 參數化技術 ８０ 年代中期，人們提出了一種無約束自由造型更新穎、更好的算法 ——參數化實體造型方法。參數設計是指設計對象的修改需要更大的自由度。利用參數變化來更新幾何形狀及相關尺寸，得到我們所需要的幾何體或幾何形狀。它具有基于特征、全尺寸約束、全數據相關、尺寸驅動設計修改等特點。進入 ９０ 年代，參數化技術變得成熟起來，充分體現出其在許多通用件、零部件設計上存在的簡便易行的優勢。 ④ 變量化技術 參數化技術的應用成功，使它在 ９０ 年代幾乎成為 ＣＡＤ 業界的標準。但這種把線框模型、曲面模型及實體模型疊加在一起的復合建模技術并非完全基于實體，這難以全面應用參數化技術。 變量設計是參數化技術設計發展的必然趨勢，幾何圖形或幾何體均通過一定的尺寸約束來定義，因此，改變某些尺寸參數即可生成新的圖形或物體，而且 ２Ｄ 、３Ｄ 變量設計是可以達到雙向溝通的，這一技術給ＣＡＤ 帶來巨大的活力和創造力。變量化技術既保持了參數化技術原有的優點，同時又克服了它的許多不足之處，為 ＣＡＤ 技術的發展提供了更大的空間和機遇。 現在的 ＣＡＤ 技術還具有以下特點： ①智能化 ＣＡＤ 技術 現有 ＣＡＤ 技術在機械設計中只能處理數值型的工作。然而在設計活動中存在著另一類符號推理型工作。這些工作依賴于一定的知識模型，采用推理方法才能獲得圓滿解決。因此將人工智能技術，特別是專家系統技術，與傳統的 ＣＡＤ 技術結合起來，形成智能化 ＣＡＤ 系統，這是機械 ＣＡＤ 發展的必然趨勢。 ＣＡＤ 能化過程中，同時要注意發展新的設計理論與方法，特別是并行設計理論以及概念設計的理論，它們都是當今 ＣＡＤ 理論研究的熱點。另外還需要繼續深入研究機械設計型專家系統中的一些基本理論及技術問題，如知識表達、知識獲取、推理機制等。 ② ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ 集成［１１］ ［４７］ 為適應設計與制造自動化的要求，特別是計算機集成制造系統（ＣＩＭＳ）的要求，進一步提高集成水平是 ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統發展的一個重要方向。ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ 集成包括信息及物理設備兩方面的集成。從信息集成的角度看，所謂集成是指在 ＣＡＤ 、ＣＡＰＰ 、ＣＡＭ 各模塊間信息的提取、交換、共享和處理的集成，即信息流的整體集成，這就要求設計者在幾何造型方面必須實現從傳統的實體造型到參數化特征造型的轉變，以便 ＣＡＤ 系統建立完備的、統一的、符合某種標準的產品信息模型，使ＣＡＰＰ 及 ＣＡＭ 環節能從該模型中獲取所需信息，并最終將 ＣＡＤ 設計模型轉換成制造模型。
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:27
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(3)
③ 產品數據交換的標準化
( R8 F. C, C; E6 d電子化的產品模型要求在不同的場合下使用不同的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件，. e1 x, l U# {* [4 h1 W$ t% S' t
為了使用的產品數據能夠順利進行交換，必須制定數據交換的標準。當% \ \( M! R1 B
前流行的數據交換規范主要有 ＩＧＥＳ 和 ＳＴＥＰ 。 7 x2 ]# Y7 U1 ~# K& C
ＣＡＤ 技術基礎理論的每次重大進展，無一不帶動了 ＣＡＤ／ ＣＡＭ／ＣＡＥ 整% Q1 D, O) |$ O( l+ ]: T2 s8 v
體技術的提高以及制造手段的更新。技術發展，永無止境。沒有一種技/ a U- L) X3 o: Z; h2 Q
術是常青樹，ＣＡＤ 技術一直處于不斷的發展與探索之中。正是這種此消
: A- d% b/ D+ p; @3 S& n彼長的互動與交替，造就了今天 ＣＡＤ 技術的興旺與繁榮，促進了工業的
6 Q+ z+ G4 W9 \4 c高速發展。
5 | y! s* w( \１．１．２ 計算機輔助制造
0 o; ]6 a( C C9 o計算機輔助制造（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，簡稱 ＣＡＭ），ＣＡＭ
0 Z* m9 C; W/ {& f' P* h% a; O從手工編程、自動編程，到現在的諸項內容：工藝裝備設計、數字化（圖0 {% L: u8 e, g- ?% a9 ]6 ^
形化）控制、工藝過程計劃（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｐｌａｎｎｉｎｇ，簡稱4 a6 H3 M+ K- n6 s/ `
ＣＡＰＰ）、機器人、柔性制造系統［１２］ （Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍａｎｎ ｆａｃｔｕｒｅ ｓｙｓｔｅｍ，8 R; j. c$ h7 N/ u
ＦＭＳ）、工廠管理以及一些企業正在發展的 ＣＩＭＳ 項目。到目前為止，計
U6 u- g& z% ?7 Q8 C9 G算機輔助制造有狹義和廣義的兩個概念。ＣＡＭ 的狹義概念指的是從產品+ F! `: a+ O* s
設計到加工制造之間的一切生產準備活動，它包括 ＣＡＰＰ、ＮＣ 編程、工" {9 L0 N6 s% @( Z( e# E! v& U
時定額的計算、生產計劃的制訂、資源需求計劃的制訂等。這是最初 ＣＡＭ
' B. g; g: K; E2 |+ C h' T系統的狹義概念。到今天，ＣＡＭ 的狹義概念甚至更進一步縮小為 ＮＣ 編程1 G( k* w& r# K1 u1 \! {
的同義詞。ＣＡＭ 的廣義概念包括的內容則多得多，除了上述 ＣＡＭ 狹義定
1 k4 s$ m6 w) b) S$ f義所包含的所有內容外，它還包括制造活動中與物流有關的所有過程* @; b/ j2 ?$ b' Z: I
（加工、裝配、檢驗、存儲、輸送）的監視、控制和管理。 ; |# Q" o" v/ F
在實際應用中，一般意義上的 ＣＡＭ 主要是指利用計算機直接進行加
/ x( D# r6 N$ r0 i) e' l/ f工制造、生產過程控制的技術系統，其主體是由數控機床（ＮＣ／ＣＮＣ／ＮＤＣ）、; x4 w B3 `6 C1 @& o: ]
機器人（Ｒｏｂｏｔ）、自動物料儲運系統［運輸設計 ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅ
8 Y1 E$ `7 Y7 H! AＶｅｈｉｃｌｅ）＋存儲系統 ＡＳ／ＲＳ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ ＆ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）］( ?2 M% ]$ V( c: f
等設計而構成。其中，數控機床（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＮＣ）是一種能$ o) ^! ~, ?- v4 Q
夠根據預先編好的一系列指令，實現對各種尺寸或各種形狀的復雜工件
4 ]/ [' w8 U0 f9 W進行鋸、銑、刨、磨、鉆、車等多種不同加工方式的大型機床。經過幾
# Q4 l! I9 C5 K4 j. r! ~( E, S$ K$ ~十年的發展，ＮＣ 已經從識讀器時代進入了計算機數控（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ) b' V1 D8 T6 O7 g7 j4 v
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＣＮＣ），它是一臺獨立的微型計算機來控制其運行，
9 d! m; |; J9 ~8 m) R7 @- A又稱加工中心（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ， ＭＣ）；另一種是直接數控（Ｄｉｒｅｃｔ ( m5 t& o* [" A3 N' W7 {
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＤＮＣ），它是一臺中心計算機對臺數控機床同時控
6 i5 ]8 ?, [5 g! f" s, c制，控制各臺機床的加工程序都編入一個中央數據庫內，通過中心計算
3 _% J' b7 {. G! R/ `8 \機傳送到各個機床，而每臺機床的加工情況，又通過附屬控制器反饋到9 r# k+ [* ^0 u* {; X
中心計算機。隨著技術的不斷發展，ＤＮＣ 的含義由簡單的直接數字控制! } R1 C# p e4 L: h: \# q$ L
發展到分布式數字控制（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ），它不但具" P: V% b4 P. @# p' D
有直接數字控制的所有功能，而且有系統狀態監視以及系統控制等功
# K% w! ?' k: D* L( I1 k3 L能；它著眼于車間的信息集成，針對車間生產計劃，技術準備，加工操
& z. g0 W- O# E5 v, Z5 ?作等基本作業進行集中監控與分散控制，把生產任務通過局域網分配給
( e6 m+ ~) X. B* i各個加工單元，并使之信息相互交換。而對物流等系統可以在條件成熟/ Z, r/ d/ F* s* }
時再擴充，既適用于現有的生產環境，提高生產率，又節省了成本。所8 N; Q! H8 m: I5 Y" x9 K+ ^# A
以說現代意義上的 ＤＮＣ，不僅指單個機床的控制而且在某種意義上是車: Z9 \+ l: C( t1 V" c
間級通訊風格的代名詞。ＤＮＣ 已演變成生產準備和制造過程中設備信息
1 v7 F6 C# Y, a) Y互連的一種技術，是實現 ＣＡＤ／ＣＡＰ／ＣＡＭ 一種技術關鍵的紐帶，是現代化* g/ q2 \# O2 I; E# k0 n
制造車間實現 ＣＩＭＳ 信息集成和設備集成的有效途徑。 - m/ f: g! V5 q* a
１．２ 先進制造技術及虛擬制造技術［４］ ［１３］［１９］［４８］［４９］
) ]1 ^6 _/ v& ^7 ~7 N5 r. C* H! f隨著全球科技和經濟的發展，制造業不僅要追求創新，而且還要重
2 q- B. F2 f& ?( {1 \視管理創新、組織創新、生產模式的創新、生產機制的創新，以推動制- x( s& ~8 u4 c8 Z+ t. M7 [
造業技術進步和發展。
; R x7 L9 L: D: U) o9 J先進制造技術是一個國家、一個民族賴以繁榮昌盛的重要手段，虛
+ L6 _1 J0 U m3 o6 ^( y: R擬制造技術是其關鍵技術之一。近年來，為了縮短產品的開發周期、降* @; E" n# J. X9 ^! S
低生產成本，提出了各種各樣的制造模式，在這些新的制造模式中，由
" }1 \* Y/ E, m5 Z3 a7 s于虛擬制造（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＶＭ）基本上不消耗資源和能量，
2 E, I' f" q, p; f+ [+ p0 ?/ e也不生產實際產品，而是產品的設計、開發與實現過程在計算機上的本; @* Z, K( f* l% h
質實現，而且已經出現了許多成功的應用實例，因此，虛擬制造引起了
, z0 p4 K) j6 k
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:28
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(4)
人們的廣泛關注，在科技界和企業界都成為研究的熱點之一。 2 Y E) x! D+ Y/ j" b D% R$ j
虛擬制造技術是以計算機技術、信息技術、仿真技術和虛擬現實技
; K' u' [! \/ `術為支持，在產品設計和制造出真實產品之前，就能使人體會感受到未1 N1 C2 o) Q+ U
來產品的性能和可制造性、從而可以做出正確的決策和優化的實施方4 P% s" \: }. X, Z% T
案。虛擬制造在計算機上借助立體建模和仿真技術，從產品設計開始就. |" j6 l8 {- N% p! i! c
實時地、并行地對產品結構、工作性能、工藝流程、裝配調試、作業計
* K* R. `8 L; w- s/ e. G& X劃、物流管理、資源調配以及成本核算等一切生產活動進行模擬與仿真，& W8 n& r4 i. v R3 }
檢查產品的可加工性和設計的合理性、預測其制造周期和使用性能，以) G/ s6 U8 t4 U: A( f# T/ g
便及時修改設計，更有效地靈活組織生產，可以縮短產品的研制周期，
e6 ]' p2 d, ~5 `$ q( h獲得最佳的產品質量、最低的成本和最短的開發周期。
. U7 O( E. h5 \/ ]目前，虛擬制造技術已經在國外獲得應用。美國三大汽車公司采用
* H, L* S+ n4 q. q s% CＶＭＴ 技術后，汽車工業新車型開發的時間可由 ３６ 個月縮短到 ２４ 個月以( r7 B8 ?& Z6 c) A. A
內，競爭的優勢顯然得到加強，其影響不可估量。例如：波音公司設計
9 [/ L9 S _# p. A的 ＶＳＸ 虛擬飛機，可用頭盔顯示器和數據手套進行觀察與控制，使飛機
, V3 s6 V0 N: a9 D, @4 j設計人員身臨其境地觀察飛機設計的結果，并對其外觀、內部結構及使3 p( b; g* M0 F
用性能進行考察；日本 Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ 公司開發的虛擬廚房設備制造系統，/ n# h4 Y5 h1 r5 H2 S
允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環境中體驗不同設備的功能，
! ]- e9 a% B* K按自己的喜好評價、選擇和重組這些設備，他們的選擇將被存儲，并通0 F7 x) G1 B6 h
過網絡送至生產部門進行生產。我國的虛擬制造企業是適應香港和內地
' \8 I4 T! m6 A0 Z: V發展的需要。８０ 年代以來，香港制造業以發生顯著變化，制造企業的: }$ u/ d2 K3 }( Y1 q: N6 Q1 \3 @
８０～９０％把產品的加工和裝配移到內地，但產品的設計、生產規劃、市0 p& j x( d, | K+ Y
場開拓和銷售，大部份還在香港進行。我國的虛擬制造企業目前還是一8 g* [- v: L6 q! ~
個實驗系統，以石家莊拖拉機廠為對象，實現異地的聯網動作。
4 H2 M2 ?2 q& E7 a0 V j虛擬制造技術是 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 技術發展的更高階段，也是計算機圖
8 t4 j$ G8 @2 E- U形技術、仿真技術發展的產物，對產品開發具有重要的研究和應用意義。
" p- R3 S2 x+ C6 [由于目前商用虛擬制造技術相關軟、硬件系統的功能還是比較有限，且
; J4 p& M0 ]$ a7 }5 m2 M" d4 {價格昂貴，因此，開發廉價而且功能較完善的虛擬制造系統應成為虛擬, O8 b7 B) u3 {3 S2 @ M
制造技術發展的重要內容之一，開發的內容包括擬人化的用戶界面、基- A9 h1 I6 o% ?; m9 n
于事件的實時仿真引擎、虛擬外設的硬件接口、虛擬仿真語言、與傳統
! J: N' I9 k3 D3 j- t4 ^* }5 F' VＣＡＤ 軟件的數據通用轉換接口、各種數據庫和工具庫等。 虛擬制造技術' a0 S% u4 o8 @* z' x, t
的發展應遵循“抓應用，促發展，見效益”的原則，使昂貴的設備物盡( X4 X# O* J m
其用，而且還會促進相關基礎技術研究與軟件產品的開發。
! l) c7 i9 b+ B* E9 p現代化先進制造技術典型代表是計算機集成制造系統（ＣＩＭＳ）［４］ ［１６］ - x- h4 w& u- ~" W7 C1 H2 Y
［２７］［４３］
+ d3 v% H, F: \6 ~，是一項面向企業生產全過程的高技術。ＣＩＭＳ 是在自動化技術、信
+ h L3 [# W g9 U9 e息技術及制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，把制造廠全部生產3 r8 u; A c2 l( u1 j
活動所需的各種分散的自動化系統有機地集成起來，使其適應于多品! M. Y4 o" F" Q) d3 k" F: Q8 ^8 _
種、中小批量生產的總體高效益、高柔性的制造系統工程。它是由四大
1 p+ M3 o; S, v6 q# U1 S% H; r0 U8 ~部分組成：即設計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存貯運輸模
3 Y1 `& T) R" L5 Z# i4 ^塊。 j" Z0 z# k5 b+ I( C6 e
８０ 年代末期，高速切削技術逐步發展成熟，它在工業生產中得到應, l3 N7 \! I9 s
用，從機床、刀具及其他相關技術方面都得到了不斷的完善。由于高速: }- u5 A# w2 y4 h" ~$ p
切削能夠成倍地提高進給速度，所以在不降低生產效率的情況下使減少 e- D0 L- Y( `$ I- D
進刀間距成為可能，從而為提高工件的形狀精度和降低表而粗糙度提供: p1 E+ H& x( m
了前提條件。目前，高速銑削加工過的工件多數已不再需要最后一道手4 \3 x" {5 o1 B" W" Q$ `
工加工的工序，而直接可以投入使用。 % K- D: C8 j2 z; \) {3 }) E
１．３ 本課題的研究意義和研究內容 9 D6 j- t( s# R M6 F5 D* H8 F
近年來，由于數控機床［３］和計算機成本大大降低，一般廠家都能夠
6 D0 D, M R4 o" N- w0 O0 Y配備功能齊全的硬件設備，同時還配備了相應的編程軟件。由于采用了
, j+ R) Y. W! o( z VＣＡＤ／ＣＡＭ 技術，大大減少設計人員的工作量，編程人員根據模型能夠快
) g1 q% \* @. [1 G' l速準確地編制出加工程序并傳給數控機床進行加工零件，這樣來縮短加6 y* x7 C9 k8 ~( g0 w3 |
工的輔助時間，提高生產效率。 9 j5 K/ t7 G" k" l% d. m
企業已購置許多數控設備，如數控車床、數控銑床、加工中心、數( ] W/ N7 Q: \2 u6 T% W2 o
控線切割機床等；同時也選購了一些比較優秀的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件。
6 C; ]; G/ F1 n3 h6 ~' E4 v% W f從使用數控機床的情況來看，普遍應用水平不高，生產準備（數控8 Z6 R, h+ o# _3 } b: e7 q6 g
程序和機床刀具的準備）周期長，失誤率高，數控機床功能，尤其是特 P" k3 p% P. D7 M+ ?4 P8 [! A, ~
殊功能的開發應用不夠，開機率一般在往往只能達到 ２０％－３０％［１］，往往
1 I+ O" U) `' l2 T3 D( M8 P7 i不及國外數控機床開動率達到 ６０％。數控機床使用效率低的原因如下：
" H Z2 |; ?. C6 d( Z①用戶盲目選購數控機床，致使數控機床不符合使用情況。
$ [) B+ ]3 O- K3 s! O5 c0 y3 e2 [! a; j
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:29
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(5)
②數控機床技術人員（編程人員、操作人員、維修人員等）綜合素
9 Z1 u; Q8 J0 N' |7 _質低。
! J$ j0 [! X; f: t企業在使用一些技術人員時，都是分開使用的，如編程人員、操作
0 l+ D# C8 F0 [3 u$ ^8 v2 [8 U! b+ ~人員、維修人員等。而他們在溝通上難免有一定的不協調，致使工作出
+ n/ g2 [0 R* D) @/ r/ m現失誤，從而影響到生產效率。也有的編程人員根本不懂的機床的好多# v; I0 d- J$ W. y2 V' r
功能，特別是數控機床具有探頭及對刀儀，根本就不會使用，使機床的, d) c' ~) Z0 e- e' i
功能得不到充分發揮，看不到數控機床的優越性。還有的編程人員，自
/ B8 a# g* f4 ` G. b$ ] d" U' _己使用軟件進行編程，往往不考慮生產效率，同時不采用混合編程，也) M$ c9 U" G5 m. L
降低了生產效率。機床在出現故障時，也得不到及時維修，有出現停機, ]9 E0 w/ H$ i0 M2 I$ \
時間十幾天的情況都有，從而嚴重的影響到機床的使用效率。
, F' x( r4 E# G7 y* ]1 |; h③手工數控編程的效率低。
+ P7 V) m$ w }% o. [我們在進行編制零件的數控程序多為采用手工編程，再輸入到數控
4 T4 w9 K5 D; e% e; a機床中，進行程序調試，程序符合加工條件后，對其零件進行加工。這
$ \7 u/ Z) y0 w2 R. \樣，從編制一個零件的程序到加工到成品所花費的時間很長，效率低。5 K3 k& @7 g: W l& a
據國外統計，手工編程時，一個零件的編程時間與機床實際加工時間之7 l; c( D7 x6 Q3 t; W
比約為 ３０：１，而往往數控機床在等待程序不能開動。 - {) f( K( C+ d/ x$ @6 {( h8 T9 I6 M
④數控機床的“工作環境差”。 / _9 Z" J. O9 t/ `
數控機床對工作環境要求很高，對環境的溫度及濕度，機床所使用0 N* O3 V; l" L* V
的氣的壓力，電壓要求及其嚴格。
W6 y2 a4 Q) {( |: U⑤我國有好多大企業在采購軟件時，選用的軟件有多種，造成數據* G/ k( S, c# D. Y% f
無法傳遞，編程人員根據設計部門所提供的圖紙信息，再重新進行建模9 r0 [8 }; _ y* c/ X7 X/ T1 b
及編程，這勢必造成重復性勞動，同時對有的圖紙的理解上存在一定的) J0 E+ H/ M2 N( B$ e6 W$ n4 W
難度，更有甚者，會造成產品質量事故。 # b: S) `) X; R& K4 }
數控機床在我國的推廣使用已近二十年的歷史，目前主要還是集中
- V+ k, F8 Z# D R在單機使用上，在單機使用積累了一定的經驗后，對于擁有多臺數控機9 {! O, ?4 r$ x V5 I, H$ [! s$ e
床的用戶，其單臺機床與外界計算機或不同數控機床之間的信息交流很4 H) I1 [7 @, n8 c
少，數控程序與機床之間的交換，最新的發展是由外接計算機與數控機, \7 W" l/ Q4 B& o
床通過 ＲＳ－２３２Ｃ 串行口直接連接，直接進行數控程序的快速、準確地
9 B0 }. f4 @; {傳輸，并且外接計算機可與多臺具有相同的或者不同控制系統的數控機- K* ^6 n1 v8 V8 Q6 F. y& ~
床相連接，進行信息共享，并能管理多臺機床組成的數控工段內的生產2 h5 |* r3 Y% K3 ]. j
過程中的信息，以減少生產準備，尤其是數控程序的準備時間。但對于6 N0 H$ \1 O$ x& H
這些，作為管理者對此不了解，不能做到信息共享，這也嚴重地影響了
- ?5 i _" k( S3 O! p8 ] q. O生產效率。
0 o, \" F6 c, P6 |企業雖然選購了較為先進的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件，如 Ｐｒｏ／Ｅ，Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ0 u( h8 Z7 k. D# F; y2 ?: M
（以下簡稱 ＵＧ）等，使用效果不是很好。在從事產品設計時使用的設計" z, O2 W0 z* _1 [; g T
軟件是二維 ＣＡＤ 軟件，在裝配時不能很好地檢查零部件的干涉。有的雖
+ f5 P. R/ g* ]4 ~然在使用三維軟件，也局限于零件的設計，使用的是最基本的功能模塊。, @; I* {- B) \: z4 l; c
沒有展示出三維軟件的優越性，特別是軟件的應用技巧和二次開發。
1 q* q5 p3 `; x# O5 ~我根據使用的三維軟件 ＵＧ 和數控機床的本身加工特點，從以下幾
; H, E2 L. ]$ k方面進行分析 ＵＧ 模塊化設計開發和數控加工中程序的的編制。
- M/ O) {: }& z% U) y7 w１．３．１ ＵＧ 模塊化設計開發 " P' M& j" V* x$ e
利用三維軟件 ＵＧ 提高實體建模速度。由于 ＵＧ 的設計方法是采用復
% ~2 O, [9 K) i1 B合建模方法進行設計，是一種面向目標的設計，為工程師提供了能滿足7 ]- T5 w# u1 f8 v$ D& k5 D
各自工作需求的正確建模工具——可以選擇實體建模，表面建模，線框( t( [( W1 m F8 S. i$ r
建模或基于特征的參數化建模。ＵＧ 是一個完全集成化的工業設計系統。
' k! U) D* |1 U- ~# x在 ＵＧ 進行建模中，可使用以下的方法進行模塊化設計：
6 e4 [5 l* B* Y, \. _$ y; {3 I0 L9 N① 利用 ＵＧ 軟件進行設計工作時，很重要的工作就是制定公司標準。3 `) ^' `' x2 a6 P
建立一個標準的通用的種子部件和通用模板。
' S' \; E7 W: C2 a4 I② 利用 ＵＧ 軟件建立產品的零部件時，由于零部件尺寸及位置間存
3 u: \$ p2 K" E$ U在著一定的相關性，就可以進行參數化設計，如利用表達式、方程曲線
5 z2 l3 B: D1 _等進行設計。
- `% L! K; c' k: l. }- Y③ 利用 ＵＧ 軟件可以將一些形狀相似而尺寸不一致的一個零件族進
+ `3 L" C1 G3 ?6 Z3 m) i行標準件設計。采用的方法有利用電子表格、利用用戶自定義特征法和
& [6 K5 o* B) n) N& x" _- N二次開發工具建立標準件庫。 4 f D' Q! Y1 U2 d# K5 M
１．３．２ 數控程序編制
& v) L9 B5 n3 c- D, B7 E數控編程的方法有手工編程和計算機編程兩種。編程的水平就直接
# y) h% A2 k& y- |, R影響到生產效率。在這里，主要采用的方法如下：
4 ~7 s" J' P/ f$ }: ]/ t1 X: {
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:31
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(6)
① 工藝是科學技術第一生產力的基本要素。只要有生產，就得有
! G7 n6 `& q" u5 c- D n工藝。這是因為：在產品生產的全過程中，都是按照工藝要求進行施工& }$ L9 s" M) _) v# e: _% {, r/ f
作業的。特別是現代化大工業的生產，工藝的作用尤為重要和明顯。工
1 h$ y% o, {0 }1 ?2 e) p1 Y藝是組織、指揮生產的技術依據。把工藝做為工作的基礎與紐帶作用，; A. B u' W* c- a9 }
使人、機、料、法、環、測等生產要素有機地結合起來，并有效地開展
4 A$ @$ b/ u4 v1 m1 f生產活動。 * W, v2 ^+ z0 S5 ~, j; j- ?! w
②采用計算機進行編程，用來提高生效率。
; R/ [, W5 h; h5 _③根據生產的特點，對一些二維程序進行分組，編制一些通用的子
2 Q% \. D2 |9 |+ I, [程序。這樣可以減少程序輸入及調試的時間。
4 C6 r& u; \7 A8 p$ T8 V. C- [④編制一些找正的程序。以減少機床的裝夾及找正的時間。 . a; k3 s+ D2 m" U7 }
⑤對于數控機床有探頭及對刀儀，要編制一些通用的程序，以減少9 o, N8 p [8 X& c
對刀時間，充分發揮數控機床的優勢。6 t, [2 H4 z) d- ]8 \* M
作者: 老鷹 時間: 2006-4-10 11:33
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(7)
計算機輔助設計和計算機輔助制造，是指計算機為主要技術手段來生成和運用各種數字信息和圖形信息，進行產品設計和制造。這是人類智慧與計算機系統中的硬件和軟件功能的巧妙結合。從計算機科學的角度看，設計和制造過程是一個信息處理、交換、流通和管理的過程。因此，人們能夠對產品從構思到投放市場的整個過程進行分析和控制，即對 設 計 和 制 造 過 程 中 的 產 生 轉 換 存 儲 流 通 管 理 進 行 分 析 和 控 制 。ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統實質上是一個有關產品設計和制造的信息處理系統。 目前，市場上流行的商業性 ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統，大體上可劃分為兩大類：一是通用性系統：典型的通用性系統有 ＣＡＤＡＭ、ＵＧ－ＩＩ、ＣＡＴＩＡ、Ｐｒｏ－Ｅ、Ｉ－ＤＥＡＳ 等。另一類是單功能系統：典型的單功能系統有 ＭａｓｔｅｒＣＡＭ、ＣＡＸＡ軟件、金銀花軟件等。 一個比較完善的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統，是由產品設計制造的數值計算和數據處理程序包、圖形信息交換和處理的交互式圖形顯示程序包、存儲和管理設計制造信息的工程數據庫等三大部分構成的。這種系統的功能包括：要具有實體造型功能；曲面造型功能；物體的質量特性功能；三維運動機構分析和仿真功能； 有限元分析功能；三維及二維圖形的轉換功能；優化設計功能；數控加工功能；信息處理和信息管理功能。 采用計算機輔助設計的目的，是為了提高設計效率、提高設計質量。廣大的工程技術人員必須具有三維想象力，利用三維軟件進行設計，便于設計者進行直觀地想象。 支撐軟件采用ＵＮＩＸ環境和ＮＴ環境下的美國ＥＤＳ公司的Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ基于三維造型技術的集成化 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 軟件，優越的參數化和變量化技術與傳統的實體、線框和表面功能結合在一起，準確完整地表達和描述零件的復雜曲面和實體模型，可進行零件的三維模擬裝配檢查，在可視化環境下利用計算機輔助制造進行零件的數控加工工藝制定，直觀地評價和比較各種加工方案，利用美國 ＣＧＴＥＣＨ 公司的 ＶＥＲＩＣＵＴ 仿真軟件，通過定制毛坯，可進行實體加工切削仿真，檢查加工中的過切現象和加工刀位的合理性，以取代實際試切，降低成本，節約加工工時，提高數控機床的利用率。 這正是 Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ 特別的地方，它可以用三維真實的模型進行渲染功能來幫助設計師。它還能使企業從產品設計到制造能夠實現并行工
/ V9 e( I& R, w; |/ Y
作者: rabbit2005 時間: 2006-5-25 14:45
標題: Re: 基于 ＵＧ 模塊的企業應用研究---(1)
very good
作者: xllandll 時間: 2007-11-26 19:02
很好地方向啊。。。。。
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