基于 ＵＧ 模塊的企業(yè)應(yīng)用研究---(1)

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１．１　　ＣＡＤ／ＣＡＭ 概述　
隨著現(xiàn)代工業(yè)迅速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度越來越快，而批量越來
越小。各種產(chǎn)品在不斷提高性能的同時，其產(chǎn)品的外形也變得越來越復(fù)
雜。設(shè)計部門要以最快的速度設(shè)計出產(chǎn)品和制造部門以最快的速度加工
制造出該產(chǎn)品，只有運用先進的設(shè)計手段──計算機輔助設(shè)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(shù)。　
從計算機科學(xué)的角度看，設(shè)計與制造的過程是一個關(guān)于產(chǎn)品的信息
產(chǎn)生、處理、交換和管理的過程。人們利用計算機作為主要技術(shù)手段，
對產(chǎn)品從構(gòu)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(shù)字信息和圖形信息，進行產(chǎn)品的設(shè)計與制造。ＣＡＤ／ＣＡＭ 技術(shù)
不是傳統(tǒng)設(shè)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(huán)節(jié)中部分的使用計算機作為工具，而是將計算機科學(xué)與工程領(lǐng)域的
專業(yè)技術(shù)以及人的智慧和經(jīng)驗以現(xiàn)代的科學(xué)方法為指導(dǎo)結(jié)合起來，在設(shè)
計、制造的全過程中各盡所長，盡可能的利用計算機系統(tǒng)來完成那些重
復(fù)性高、勞動量大、計算復(fù)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(shù)人員完成整個過程，以獲得最佳效果。ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統(tǒng)以
及計算機硬件、軟件為支持環(huán)境，通過各個功能模塊（分系統(tǒng)）實現(xiàn)對
產(chǎn)品的描述、計算、分析、優(yōu)化、繪圖、工藝規(guī)程設(shè)計、仿真以及 ＮＣ
加工。而廣義的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 集成系統(tǒng)還應(yīng)包括生產(chǎn)規(guī)劃、管理、質(zhì)量控制
等方面。　
１．１．１　　計算機輔助設(shè)計［５］　［６］　［１７］　［１８］　
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)計問題的復(fù)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(xué)、人工智能、計算機網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)技術(shù)的發(fā)展和計算機
集成制造、并行工程、協(xié)同設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計理論和方法的研究，使得 ＣＡＤ
系統(tǒng)也由單純二維繪圖向三維智能設(shè)計、物理特性分析、動態(tài)仿真方向
發(fā)展，參數(shù)化設(shè)計向變量化和 ＶＧＸ（超變量化）方向發(fā)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(fā)展；另一方面，
伴隨著 ＣＡＤ 軟件復(fù)雜程度的增加和各個不同應(yīng)用系統(tǒng)間互操作的現(xiàn)實需
要，人們希望 ＣＡＤ 系統(tǒng)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(shù)，特別是組件開發(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實的基礎(chǔ)。　
計算機輔助設(shè)計（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ，　ＣＡＤ）　是由計算機的硬、
軟件系統(tǒng)輔助人們對產(chǎn)品或工程進行設(shè)計的方法與技術(shù)，包括設(shè)計、計
算、繪圖、工程分析、模擬、與文檔制作等設(shè)計活動，它是一種新的設(shè)
計方法，也是一門多學(xué)科綜合運用的新技術(shù)。ＣＡＤ 可以說是產(chǎn)品設(shè)計發(fā)
展史上的一次革命。ＣＡＤ 技術(shù)起步于 ５０ 年代后期，很快就應(yīng)用在航空工
業(yè)，但隨后便迅速擴展至其他工業(yè)領(lǐng)域，并且進一步向新產(chǎn)品制造過程
的設(shè)計與評價領(lǐng)域延伸，從而導(dǎo)致了工作過程和步驟的具體化。由于 ＣＡＤ
技術(shù)有效地縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，從而使企業(yè)能夠迅速對市場化作出反
應(yīng)。當(dāng) ＣＡＤ 系統(tǒng)與外部通訊網(wǎng)絡(luò)連通時，生產(chǎn)企業(yè)便可與其供應(yīng)商和客
戶分享其具體的產(chǎn)品設(shè)計方案。　
ＣＡＤ 技術(shù)作為成熟的普及技術(shù)已在企業(yè)中廣泛應(yīng)用，并已成為企業(yè)
的現(xiàn)實生產(chǎn)力。ＣＡＤ 技術(shù)的發(fā)展大約經(jīng)過了四個階段，可分為：　
①　曲面造型系統(tǒng)　
６０ 年代出現(xiàn)的三維 ＣＡＤ 系統(tǒng)只是極為簡單的線框式系統(tǒng)。這種初期
的線框造型系統(tǒng)只能表達基本的幾何信息，不能有效表達幾何數(shù)據(jù)間的
拓撲關(guān)系。７０ 年代，是飛機和汽車工業(yè)快速發(fā)展時期，飛機及汽車制造
中遇到大量的自由曲面的問題，當(dāng)時只能采用多截面視圖、特征緯線的
方式來近似表達所設(shè)計的自由曲面。但這種制作過程大大拖延了產(chǎn)品研
發(fā)時間，因而要求更新設(shè)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(fā)者們，能在二維繪圖系統(tǒng) ＣＡＤＡＭ　的基礎(chǔ)上，開發(fā)出以表面模

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型為特點的自由曲面建模方法，推出了三維曲面造型系統(tǒng) ＣＡＴＩＡ。它實現(xiàn)以計算機完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時也使得 ＣＡＭ 技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng) ＣＡＴＩＡ 為人類帶來了第一次 ＣＡＤ 技術(shù)革命。　曲面造型系統(tǒng)帶來的技術(shù)革新，使汽車開發(fā)手段比舊的模式有了質(zhì)的飛躍，新車型開發(fā)速度也大幅度提高，許多車型的開發(fā)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(shù)　準(zhǔn)確完整地表達和描述模具的復(fù)雜曲面和實體模型，７０ 年代末到８０ 年代初，由于計算機技術(shù)的進步，計算機輔助分析，　計算機輔助制造技術(shù)也有了較大發(fā)展。ＥＤＳ 公司開發(fā)出了許多專用軟件，如 Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ（簡稱 ＵＧ）則側(cè)重在實體造型及自由曲面［７］造型技術(shù)，它能準(zhǔn)確地表達和描述復(fù)雜曲面和實體模型，同時發(fā)展 ＣＡＭ［８］　［９］　［１０］技術(shù)。由于實體造型技術(shù)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(wǎng)格劃分等，在理論上有助于統(tǒng)一 ＣＡＤ，　ＣＡＥ，　ＣＡＭ 模型表達，給設(shè)計帶來了驚人的方便。可以說，實體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志著 ＣＡＤ 發(fā)展史的第二次技術(shù)革命。　特征造型是在 ＣＡＤ／ＣＡＭ　技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用達到一定水平、要求進一步提高生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型；工程人員以自己熟悉的方式進行設(shè)計，以提高實體造型的設(shè)計效率。　 ③　參數(shù)化技術(shù)　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(shù)化實體造型方法。參數(shù)設(shè)計是指設(shè)計對象的修改需要更大的自由度。利用參數(shù)變化來更新幾何形狀及相關(guān)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(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動設(shè)計修改等特點。進入 ９０ 年代，參數(shù)化技術(shù)變得成熟起來，充分體現(xiàn)出其在許多通用件、零部件設(shè)計上存在的簡便易行的優(yōu)勢。　 ④　變量化技術(shù)　參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用成功，使它在 ９０ 年代幾乎成為 ＣＡＤ 業(yè)界的標(biāo)準(zhǔn)。但這種把線框模型、曲面模型及實體模型疊加在一起的復(fù)合建模技術(shù)并非完全基于實體，這難以全面應(yīng)用參數(shù)化技術(shù)。　變量設(shè)計是參數(shù)化技術(shù)設(shè)計發(fā)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(shù)即可生成新的圖形或物體，而且 ２Ｄ　、３Ｄ 變量設(shè)計是可以達到雙向溝通的，這一技術(shù)給ＣＡＤ 帶來巨大的活力和創(chuàng)造力。變量化技術(shù)既保持了參數(shù)化技術(shù)原有的優(yōu)點，同時又克服了它的許多不足之處，為 ＣＡＤ 技術(shù)的發(fā)展提供了更大的空間和機遇。　現(xiàn)在的 ＣＡＤ 技術(shù)還具有以下特點：　 ①智能化 ＣＡＤ 技術(shù)　現(xiàn)有 ＣＡＤ 技術(shù)在機械設(shè)計中只能處理數(shù)值型的工作。然而在設(shè)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(shù)，特別是專家系統(tǒng)技術(shù)，與傳統(tǒng)的 ＣＡＤ　技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化 ＣＡＤ　系統(tǒng)，這是機械 ＣＡＤ　發(fā)展的必然趨勢。　ＣＡＤ 能化過程中，同時要注意發(fā)展新的設(shè)計理論與方法，特別是并行設(shè)計理論以及概念設(shè)計的理論，它們都是當(dāng)今 ＣＡＤ　理論研究的熱點。另外還需要繼續(xù)深入研究機械設(shè)計型專家系統(tǒng)中的一些基本理論及技術(shù)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(yīng)設(shè)計與制造自動化的要求，特別是計算機集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）的要求，進一步提高集成水平是 ＣＡＤ／ＣＡＭ　系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向。ＣＡＤ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ　集成包括信息及物理設(shè)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(shè)計者在幾何造型方面必須實現(xiàn)從傳統(tǒng)的實體造型到參數(shù)化特征造型的轉(zhuǎn)變，以便 ＣＡＤ　系統(tǒng)建立完備的、統(tǒng)一的、符合某種標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品信息模型，使ＣＡＰＰ　及 ＣＡＭ　環(huán)節(jié)能從該模型中獲取所需信息，并最終將 ＣＡＤ　設(shè)計模型轉(zhuǎn)換成制造模型。

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③　產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)化　
  j9 \5 M0 \, W$ V5 S電子化的產(chǎn)品模型要求在不同的場合下使用不同的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件，
9 N: m% {+ `* S為了使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)能夠順利進行交換，必須制定數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)
8 G3 [  K; E& @3 d前流行的數(shù)據(jù)交換規(guī)范主要有 ＩＧＥＳ　和 ＳＴＥＰ　。　
, k( e3 m0 k! {4 L7 e6 ]0 i6 @8 e' G. WＣＡＤ 技術(shù)基礎(chǔ)理論的每次重大進展，無一不帶動了 ＣＡＤ／　ＣＡＭ／ＣＡＥ 整
體技術(shù)的提高以及制造手段的更新。技術(shù)發(fā)展，永無止境。沒有一種技
- Y; w# R8 ]3 z術(shù)是常青樹，ＣＡＤ 技術(shù)一直處于不斷的發(fā)展與探索之中。正是這種此消
彼長的互動與交替，造就了今天 ＣＡＤ 技術(shù)的興旺與繁榮，促進了工業(yè)的
; n) J, _7 f/ g. Q$ [6 F* L, K高速發(fā)展。　
１．１．２　　計算機輔助制造　
計算機輔助制造（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，簡稱 ＣＡＭ），ＣＡＭ
0 Z, e9 u! @% m' c  @從手工編程、自動編程，到現(xiàn)在的諸項內(nèi)容：工藝裝備設(shè)計、數(shù)字化（圖
6 K2 E  m+ G, }2 o2 X: z. p形化）控制、工藝過程計劃（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ，簡稱
ＣＡＰＰ）、機器人、柔性制造系統(tǒng)［１２］　（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ　Ｍａｎｎ　ｆａｃｔｕｒｅ　ｓｙｓｔｅｍ，
ＦＭＳ）、工廠管理以及一些企業(yè)正在發(fā)展的 ＣＩＭＳ 項目。到目前為止，計
% c: ]$ X6 h! F, ^% ^) [1 j# \, c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(chǎn)品
, m9 b' x( r# m3 |$ y* p. k- b設(shè)計到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動，它包括 ＣＡＰＰ、ＮＣ 編程、工
時定額的計算、生產(chǎn)計劃的制訂、資源需求計劃的制訂等。這是最初 ＣＡＭ
% S' c' k, w: e8 L& V1 y/ t5 R系統(tǒng)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
的同義詞。ＣＡＭ 的廣義概念包括的內(nèi)容則多得多，除了上述 ＣＡＭ 狹義定
  H, e/ y4 C6 I義所包含的所有內(nèi)容外，它還包括制造活動中與物流有關(guān)的所有過程
; F1 K  {6 _/ g& p& E: t（加工、裝配、檢驗、存儲、輸送）的監(jiān)視、控制和管理。　
在實際應(yīng)用中，一般意義上的 ＣＡＭ 主要是指利用計算機直接進行加
, j5 n: V5 i& Q- w9 p7 y* k工制造、生產(chǎn)過程控制的技術(shù)系統(tǒng)，其主體是由數(shù)控機床（ＮＣ／ＣＮＣ／ＮＤＣ）、
. x7 {% w* `8 L  s$ b' G- _機器人（Ｒｏｂｏｔ）、自動物料儲運系統(tǒng)［運輸設(shè)計 ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｇｕｉｄｅ　
Ｖｅｈｉｃｌｅ）＋存儲系統(tǒng) ＡＳ／ＲＳ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ　＆　Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ）］
! {: r2 ^% n1 w- X! `# N; v0 @等設(shè)計而構(gòu)成。其中，數(shù)控機床（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＮＣ）是一種能
. L9 C4 b8 i: }夠根據(jù)預(yù)先編好的一系列指令，實現(xiàn)對各種尺寸或各種形狀的復(fù)雜工件
2 s$ t* E6 E3 G; n進行鋸、銑、刨、磨、鉆、車等多種不同加工方式的大型機床。經(jīng)過幾
十年的發(fā)展，ＮＣ 已經(jīng)從識讀器時代進入了計算機數(shù)控（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＣＮＣ），它是一臺獨立的微型計算機來控制其運行，
又稱加工中心（Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　Ｃｅｎｔｅｒ，　ＭＣ）；另一種是直接數(shù)控（Ｄｉｒｅｃｔ　
7 M0 v2 p6 j/ n( J+ p: N& t: M* Y3 s$ yＮｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，ＤＮＣ），它是一臺中心計算機對臺數(shù)控機床同時控
& {/ ~% ], j: p. W  T制，控制各臺機床的加工程序都編入一個中央數(shù)據(jù)庫內(nèi)，通過中心計算
1 k) h: ?! @1 `7 [" E- ?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
中心計算機。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，ＤＮＣ 的含義由簡單的直接數(shù)字控制
# @% X' i, F) d8 n1 g" X發(fā)展到分布式數(shù)字控制（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔｒｏｌ），它不但具
" m+ @/ W5 p. v/ V有直接數(shù)字控制的所有功能，而且有系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視以及系統(tǒng)控制等功
( g. z; F* r+ ~% B9 B$ _能；它著眼于車間的信息集成，針對車間生產(chǎn)計劃，技術(shù)準(zhǔn)備，加工操
作等基本作業(yè)進行集中監(jiān)控與分散控制，把生產(chǎn)任務(wù)通過局域網(wǎng)分配給
6 y: G9 i' x" d$ x各個加工單元，并使之信息相互交換。而對物流等系統(tǒng)可以在條件成熟
時再擴充，既適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)環(huán)境，提高生產(chǎn)率，又節(jié)省了成本。所
; u, C' M% _$ d" [% P以說現(xiàn)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
3 i+ h2 y' [2 n3 y間級通訊風(fēng)格的代名詞。ＤＮＣ 已演變成生產(chǎn)準(zhǔn)備和制造過程中設(shè)備信息
+ j' a. n$ H6 E- E9 ?/ X/ L互連的一種技術(shù)，是實現(xiàn) ＣＡＤ／ＣＡＰ／ＣＡＭ 一種技術(shù)關(guān)鍵的紐帶，是現(xiàn)代化
/ p$ a/ s8 l, Y  H- p: c制造車間實現(xiàn) ＣＩＭＳ 信息集成和設(shè)備集成的有效途徑。　
% ^+ F4 f9 i7 z1 \# [, s% W& Q１．２　　先進制造技術(shù)及虛擬制造技術(shù)［４］　［１３］［１９］［４８］［４９］　
1 J% l: N, }* ]7 Q隨著全球科技和經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)不僅要追求創(chuàng)新，而且還要重
  y* j8 ?' ^) N. j/ A1 }6 ?視管理創(chuàng)新、組織創(chuàng)新、生產(chǎn)模式的創(chuàng)新、生產(chǎn)機制的創(chuàng)新，以推動制
2 e1 M) J0 b. G5 a; d造業(yè)技術(shù)進步和發(fā)展。　
( S% [- X/ f  v! f3 V3 q先進制造技術(shù)是一個國家、一個民族賴以繁榮昌盛的重要手段，虛
擬制造技術(shù)是其關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來，為了縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降
( c: u& r( p3 q/ t2 |. i/ t低生產(chǎn)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
, I8 v8 j) G) x$ B9 y! i+ [于虛擬制造（Ｖｉｒｔｕａｌ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ＶＭ）基本上不消耗資源和能量，
) J- A! ^$ f9 h' g6 b8 R. C: t7 X也不生產(chǎn)實際產(chǎn)品，而是產(chǎn)品的設(shè)計、開發(fā)與實現(xiàn)過程在計算機上的本
/ c4 H% }2 k9 y" }# m; C質(zhì)實現(xiàn)，而且已經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的應(yīng)用實例，因此，虛擬制造引起了

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人們的廣泛關(guān)注，在科技界和企業(yè)界都成為研究的熱點之一。　
! ]  Y: A9 D  v8 c4 J虛擬制造技術(shù)是以計算機技術(shù)、信息技術(shù)、仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技
術(shù)為支持，在產(chǎn)品設(shè)計和制造出真實產(chǎn)品之前，就能使人體會感受到未
來產(chǎn)品的性能和可制造性、從而可以做出正確的決策和優(yōu)化的實施方
" L% m8 j1 v+ D, l5 o  @( ^% U案。虛擬制造在計算機上借助立體建模和仿真技術(shù)，從產(chǎn)品設(shè)計開始就
實時地、并行地對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工作性能、工藝流程、裝配調(diào)試、作業(yè)計
劃、物流管理、資源調(diào)配以及成本核算等一切生產(chǎn)活動進行模擬與仿真，
- d1 y$ ~1 `& R檢查產(chǎn)品的可加工性和設(shè)計的合理性、預(yù)測其制造周期和使用性能，以
便及時修改設(shè)計，更有效地靈活組織生產(chǎn)，可以縮短產(chǎn)品的研制周期，
  q1 A9 C9 I; p  r/ B- x% N獲得最佳的產(chǎn)品質(zhì)量、最低的成本和最短的開發(fā)周期。　
( l! |% p: C4 n3 r' f6 `目前，虛擬制造技術(shù)已經(jīng)在國外獲得應(yīng)用。美國三大汽車公司采用
ＶＭＴ 技術(shù)后，汽車工業(yè)新車型開發(fā)的時間可由 ３６ 個月縮短到 ２４ 個月以
; x2 F. W$ [' `6 O* U/ C6 s內(nèi)，競爭的優(yōu)勢顯然得到加強，其影響不可估量。例如：波音公司設(shè)計
4 R9 t% \/ X( a& i" y的 ＶＳＸ 虛擬飛機，可用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套進行觀察與控制，使飛機
* o& ^; K9 T8 o0 X* D) b# K; u設(shè)計人員身臨其境地觀察飛機設(shè)計的結(jié)果，并對其外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使
; V( G& E6 c# j9 M; {用性能進行考察；日本 Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ 公司開發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，
允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗不同設(shè)備的功能，
  a' }+ E* S! W8 l按自己的喜好評價、選擇和重組這些設(shè)備，他們的選擇將被存儲，并通
' P3 B# a; x9 t( v* i( a過網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部門進行生產(chǎn)。我國的虛擬制造企業(yè)是適應(yīng)香港和內(nèi)地
發(fā)展的需要。８０ 年代以來，香港制造業(yè)以發(fā)生顯著變化，制造企業(yè)的
0 p9 l/ v; w* w1 h) ?８０～９０％把產(chǎn)品的加工和裝配移到內(nèi)地，但產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)規(guī)劃、市
0 a- f5 w% R# @3 l; o' H場開拓和銷售，大部份還在香港進行。我國的虛擬制造企業(yè)目前還是一
個實驗系統(tǒng)，以石家莊拖拉機廠為對象，實現(xiàn)異地的聯(lián)網(wǎng)動作。　
虛擬制造技術(shù)是 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 技術(shù)發(fā)展的更高階段，也是計算機圖
1 T* z8 z$ z) K' n8 I形技術(shù)、仿真技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，對產(chǎn)品開發(fā)具有重要的研究和應(yīng)用意義。
: T+ R8 S* ^0 _6 x由于目前商用虛擬制造技術(shù)相關(guān)軟、硬件系統(tǒng)的功能還是比較有限，且
價格昂貴，因此，開發(fā)廉價而且功能較完善的虛擬制造系統(tǒng)應(yīng)成為虛擬
& F2 v: t3 J6 v8 m* S' H% m0 Z制造技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一，開發(fā)的內(nèi)容包括擬人化的用戶界面、基
, D' C3 x1 {3 _6 @) {于事件的實時仿真引擎、虛擬外設(shè)的硬件接口、虛擬仿真語言、與傳統(tǒng)
ＣＡＤ 軟件的數(shù)據(jù)通用轉(zhuǎn)換接口、各種數(shù)據(jù)庫和工具庫等。　虛擬制造技術(shù)
的發(fā)展應(yīng)遵循“抓應(yīng)用，促發(fā)展，見效益”的原則，使昂貴的設(shè)備物盡
  e* F- A- a& h  i2 d9 Q! j( @+ r其用，而且還會促進相關(guān)基礎(chǔ)技術(shù)研究與軟件產(chǎn)品的開發(fā)。　
; B/ G. I0 q8 ]7 r現(xiàn)代化先進制造技術(shù)典型代表是計算機集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）［４］　［１６］　
- M3 t0 H% q8 x9 A# ~9 R6 V［２７］［４３］
，是一項面向企業(yè)生產(chǎn)全過程的高技術(shù)。ＣＩＭＳ 是在自動化技術(shù)、信
3 u0 t0 @5 w; D6 x0 o0 s$ m息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計算機及其軟件，把制造廠全部生產(chǎn)
活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來，使其適應(yīng)于多品
種、中小批量生產(chǎn)的總體高效益、高柔性的制造系統(tǒng)工程。它是由四大
5 V* m  E0 g( F部分組成：即設(shè)計與工藝模塊、制造模塊、管理信息模塊和存貯運輸模
$ O5 D% \. Q& m% a: p. ]( N塊。　
８０ 年代末期，高速切削技術(shù)逐步發(fā)展成熟，它在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)
3 T. a& R8 F% M用，從機床、刀具及其他相關(guān)技術(shù)方面都得到了不斷的完善。由于高速
# f3 E) I: d- e% S  r切削能夠成倍地提高進給速度，所以在不降低生產(chǎn)效率的情況下使減少
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
了前提條件。目前，高速銑削加工過的工件多數(shù)已不再需要最后一道手
. s+ E( ^" Z3 `$ z4 L8 _工加工的工序，而直接可以投入使用。　
１．３　　本課題的研究意義和研究內(nèi)容　
近年來，由于數(shù)控機床［３］和計算機成本大大降低，一般廠家都能夠
- i3 x7 Z) u- i! n6 R配備功能齊全的硬件設(shè)備，同時還配備了相應(yīng)的編程軟件。由于采用了
ＣＡＤ／ＣＡＭ 技術(shù)，大大減少設(shè)計人員的工作量，編程人員根據(jù)模型能夠快
& n6 A5 }3 t( o1 J; ^- f/ s速準(zhǔn)確地編制出加工程序并傳給數(shù)控機床進行加工零件，這樣來縮短加
工的輔助時間，提高生產(chǎn)效率。　
企業(yè)已購置許多數(shù)控設(shè)備，如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、加工中心、數(shù)
% e  z. m, g! Y3 L8 q0 w控線切割機床等；同時也選購了一些比較優(yōu)秀的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件。　
+ L- c  F6 ]( k$ V# ]( B; B從使用數(shù)控機床的情況來看，普遍應(yīng)用水平不高，生產(chǎn)準(zhǔn)備（數(shù)控
: z2 g7 f1 J, G程序和機床刀具的準(zhǔn)備）周期長，失誤率高，數(shù)控機床功能，尤其是特
殊功能的開發(fā)應(yīng)用不夠，開機率一般在往往只能達到　２０％－３０％［１］，往往
不及國外數(shù)控機床開動率達到 ６０％。數(shù)控機床使用效率低的原因如下：　
9 ^; H9 u1 b$ z( x/ \2 @①用戶盲目選購數(shù)控機床，致使數(shù)控機床不符合使用情況。　
, t6 m6 o# T/ ?# I( u2 Z- B5 O

老鷹

②數(shù)控機床技術(shù)人員（編程人員、操作人員、維修人員等）綜合素
質(zhì)低。　
企業(yè)在使用一些技術(shù)人員時，都是分開使用的，如編程人員、操作
人員、維修人員等。而他們在溝通上難免有一定的不協(xié)調(diào)，致使工作出
現(xiàn)失誤，從而影響到生產(chǎn)效率。也有的編程人員根本不懂的機床的好多
功能，特別是數(shù)控機床具有探頭及對刀儀，根本就不會使用，使機床的
; x* _, b8 W# v4 ?* Z5 p+ K功能得不到充分發(fā)揮，看不到數(shù)控機床的優(yōu)越性。還有的編程人員，自
己使用軟件進行編程，往往不考慮生產(chǎn)效率，同時不采用混合編程，也
9 b4 P6 R( g4 n- ]8 R3 R( f降低了生產(chǎn)效率。機床在出現(xiàn)故障時，也得不到及時維修，有出現(xiàn)停機
6 M$ ]( T5 S3 A/ d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。　
③手工數(shù)控編程的效率低。　
我們在進行編制零件的數(shù)控程序多為采用手工編程，再輸入到數(shù)控
機床中，進行程序調(diào)試，程序符合加工條件后，對其零件進行加工。這
4 M" n! }* t( a8 d3 D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。
0 T4 ]- `4 g5 Y% Z  J7 i據(jù)國外統(tǒng)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
比約為 ３０：１，而往往數(shù)控機床在等待程序不能開動。　
④數(shù)控機床的“工作環(huán)境差”。　
3 ^+ g  i5 q) g. e數(shù)控機床對工作環(huán)境要求很高，對環(huán)境的溫度及濕度，機床所使用
的氣的壓力，電壓要求及其嚴格。　
⑤我國有好多大企業(yè)在采購軟件時，選用的軟件有多種，造成數(shù)據(jù)
; o5 `$ D8 ]4 {4 H0 I無法傳遞，編程人員根據(jù)設(shè)計部門所提供的圖紙信息，再重新進行建模
及編程，這勢必造成重復(fù)性勞動，同時對有的圖紙的理解上存在一定的
6 G7 U: [4 C, p3 K: C5 i難度，更有甚者，會造成產(chǎn)品質(zhì)量事故。　
數(shù)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
在單機使用上，在單機使用積累了一定的經(jīng)驗后，對于擁有多臺數(shù)控機
床的用戶，其單臺機床與外界計算機或不同數(shù)控機床之間的信息交流很
少，數(shù)控程序與機床之間的交換，最新的發(fā)展是由外接計算機與數(shù)控機
7 f8 H" l/ D. g" a& E: C床通過 ＲＳ－２３２Ｃ 串行口直接連接，直接進行數(shù)控程序的快速、準(zhǔn)確地
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(tǒng)的數(shù)控機
床相連接，進行信息共享，并能管理多臺機床組成的數(shù)控工段內(nèi)的生產(chǎn)
過程中的信息，以減少生產(chǎn)準(zhǔn)備，尤其是數(shù)控程序的準(zhǔn)備時間。但對于
4 K% e- c6 C0 H4 F! v! i1 l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
生產(chǎn)效率。　
企業(yè)雖然選購了較為先進的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 軟件，如 Ｐｒｏ／Ｅ，Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ
, Z9 |) E: k% @( p（以下簡稱 ＵＧ）等，使用效果不是很好。在從事產(chǎn)品設(shè)計時使用的設(shè)計
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
然在使用三維軟件，也局限于零件的設(shè)計，使用的是最基本的功能模塊。
' o- i# g/ M; Q0 w( y7 |沒有展示出三維軟件的優(yōu)越性，特別是軟件的應(yīng)用技巧和二次開發(fā)。　
2 C1 r3 l7 y5 n" Z我根據(jù)使用的三維軟件 ＵＧ 和數(shù)控機床的本身加工特點，從以下幾
方面進行分析 ＵＧ 模塊化設(shè)計開發(fā)和數(shù)控加工中程序的的編制。　
" J& I" O8 Q( G& U# D１．３．１　　ＵＧ 模塊化設(shè)計開發(fā)　
利用三維軟件 ＵＧ 提高實體建模速度。由于 ＵＧ 的設(shè)計方法是采用復(fù)
: k% B6 k) U6 w) ^- R, n合建模方法進行設(shè)計，是一種面向目標(biāo)的設(shè)計，為工程師提供了能滿足
* m! w) e/ p8 {' |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
建模或基于特征的參數(shù)化建模。ＵＧ 是一個完全集成化的工業(yè)設(shè)計系統(tǒng)。　
( Z& Q: _  R- s9 V8 K# k+ [& Q在 ＵＧ 進行建模中，可使用以下的方法進行模塊化設(shè)計：
①　利用 ＵＧ 軟件進行設(shè)計工作時，很重要的工作就是制定公司標(biāo)準(zhǔn)。
7 s6 m* c! F2 O3 b/ H* K建立一個標(biāo)準(zhǔn)的通用的種子部件和通用模板。　
" |3 w) `! L3 Y+ O②　利用 ＵＧ 軟件建立產(chǎn)品的零部件時，由于零部件尺寸及位置間存
6 x9 m5 b) a. |; H7 s在著一定的相關(guān)性，就可以進行參數(shù)化設(shè)計，如利用表達式、方程曲線
等進行設(shè)計。　
③　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
: @2 G2 r1 b/ }: u3 I& ?2 O$ w行標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計。采用的方法有利用電子表格、利用用戶自定義特征法和
* E6 X- C. {1 w! c" e2 V# L4 N二次開發(fā)工具建立標(biāo)準(zhǔn)件庫。　
( {& ]" I! b; o  C3 |8 V7 _１．３．２　數(shù)控程序編制　
5 ^. l7 g/ ?8 M& Y1 |9 {數(shù)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
影響到生產(chǎn)效率。在這里，主要采用的方法如下：　

老鷹

①　工藝是科學(xué)技術(shù)第一生產(chǎn)力的基本要素。只要有生產(chǎn)，就得有
3 `. Z5 t: |: o2 {6 q1 O工藝。這是因為：在產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程中，都是按照工藝要求進行施工
作業(yè)的。特別是現(xiàn)代化大工業(yè)的生產(chǎn)，工藝的作用尤為重要和明顯。工
藝是組織、指揮生產(chǎn)的技術(shù)依據(jù)。把工藝做為工作的基礎(chǔ)與紐帶作用，
使人、機、料、法、環(huán)、測等生產(chǎn)要素有機地結(jié)合起來，并有效地開展
* a+ I- l! o  ^( ?  O- H生產(chǎn)活動。　
②采用計算機進行編程，用來提高生效率。　
③根據(jù)生產(chǎn)的特點，對一些二維程序進行分組，編制一些通用的子
程序。這樣可以減少程序輸入及調(diào)試的時間。　
④編制一些找正的程序。以減少機床的裝夾及找正的時間。　
$ T" N8 ^" h6 l. e! @( j' h⑤對于數(shù)控機床有探頭及對刀儀，要編制一些通用的程序，以減少
對刀時間，充分發(fā)揮數(shù)控機床的優(yōu)勢。

老鷹

計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造，是指計算機為主要技術(shù)手段來生成和運用各種數(shù)字信息和圖形信息，進行產(chǎn)品設(shè)計和制造。這是人類智慧與計算機系統(tǒng)中的硬件和軟件功能的巧妙結(jié)合。從計算機科學(xué)的角度看，設(shè)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?qū)Ξa(chǎn)品從構(gòu)思到投放市場的整個過程進行分析和控制，即對 設(shè) 計 和 制 造 過 程 中 的 產(chǎn) 生 轉(zhuǎn) 換 存 儲 流 通 管 理 進 行 分 析 和 控 制 。ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統(tǒng)實質(zhì)上是一個有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計和制造的信息處理系統(tǒng)。　目前，市場上流行的商業(yè)性 ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統(tǒng)，大體上可劃分為兩大類：一是通用性系統(tǒng)：典型的通用性系統(tǒng)有 ＣＡＤＡＭ、ＵＧ－ＩＩ、ＣＡＴＩＡ、Ｐｒｏ－Ｅ、Ｉ－ＤＥＡＳ 等。另一類是單功能系統(tǒng)：典型的單功能系統(tǒng)有 ＭａｓｔｅｒＣＡＭ、ＣＡＸＡ軟件、金銀花軟件等。　一個比較完善的 ＣＡＤ／ＣＡＭ 系統(tǒng)，是由產(chǎn)品設(shè)計制造的數(shù)值計算和數(shù)據(jù)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(shè)計制造信息的工程數(shù)據(jù)庫等三大部分構(gòu)成的。這種系統(tǒng)的功能包括：要具有實體造型功能；曲面造型功能；物體的質(zhì)量特性功能；三維運動機構(gòu)分析和仿真功能；　有限元分析功能；三維及二維圖形的轉(zhuǎn)換功能；優(yōu)化設(shè)計功能；數(shù)控加工功能；信息處理和信息管理功能。　采用計算機輔助設(shè)計的目的，是為了提高設(shè)計效率、提高設(shè)計質(zhì)量。廣大的工程技術(shù)人員必須具有三維想象力，利用三維軟件進行設(shè)計，便于設(shè)計者進行直觀地想象。　支撐軟件采用ＵＮＩＸ環(huán)境和ＮＴ環(huán)境下的美國ＥＤＳ公司的Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓ基于三維造型技術(shù)的集成化 ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ 軟件，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實體、線框和表面功能結(jié)合在一起，準(zhǔn)確完整地表達和描述零件的復(fù)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(huán)境下利用計算機輔助制造進行零件的數(shù)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(xiàn)象和加工刀位的合理性，以取代實際試切，降低成本，節(jié)約加工工時，提高數(shù)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(shè)計師。它還能使企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計到制造能夠?qū)崿F(xiàn)并行工

; X% m# R/ W0 F; j) P

 

rabbit2005

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xllandll

很好地方向啊。。。。。