企业信息化中的计算机辅助设计、加工、制造

文：鼎捷ERP

作者：鼎捷数智 | 发布时间：2012-11-30 14:50:34

一、 CAD／CAM技术
1．CAD／CAM的概念与功能
    (1)CAD
    CAD即计算机辅助设计。一般认为CAD系统应包括下列基本功能：
    1)草图设计；
    2)零件设计；
    3)装配设计；
    4)复杂曲面设计；
    5)工程图样绘制；
    6)工程分析；
    7)真实感渲染；
    8)数据交换接口。
    (2)CAM
    CAM即计算机辅助制造，是指在产品生产制造过程中，采用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个生产过程的活动。主要包括：
    1)工装设计；
    2)数控自动编程；
    3)生产作业计划；
    4)生产控制；
    5)质量控制。
2．CAD／CAM系统的组成
    CAD／CAM系统是由硬件和软件组成。硬件主要是计算机及各种配套设备，广义上讲，还应当包括应用于数控加工的各种机械设备等。软件一般包括系统管理软件、支撑软件和应用软件。
3．CAD／CAM关键技术
    1)产品数据管理(PDM)：是指企业内分布于各种系统和介质中关于产品及产品数据的信息和应用的集成与管理。
    2)曲面造型：是计算机辅助几何设计和计算机图形学的一项重要内容，主要研究在计算机图像系统的环境下对曲面的表示、设计、显示和分析。
    3)装配模型：其主要的发展趋势是由图表达的拓扑结构向树表达的层次结构发展。装配信息建模的核心问题是如何在计算机中表达和存储装配体组成部件之间的相互关系。
    4)特征技术：它是CAD／CAM技术发展中的一个新的里程碑，它是在CAD／CAM技术的发展和应用达到一定水平，要求进一步提高生产组织的集成化、自动化程度的历史进程中孕育和成长起来的。
    5)实体模型：在计算机内提供了对物体完整的几何和拓扑定义，可以直接进行三维设计，在一个完整的几何模型上实现零件的质量计算、有限元分析、数控加丁编程和消隐立体图的生成等。
    6)参数化设计：设计是CAD技术在实际应用中提出的课题，一般是指设计图形拓扑关系不变，尺寸形状由一组参数进行约束。
    7)变量化方法：是指设计图纸的改变自由度不仅是尺寸形状的参数，而且包括拓扑结构关系，甚至工程计算条件，修改余地大，可变参数多，设计结果受到一组约束方程的控制和驱动。
    8)数控编程：是目前CAD／CAPP／CAM系统中较能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研究周期等方面发挥着重要作用。
二、 CAPP技术
1．CAPP的概念与功能
    CAPP即计算机辅助工艺设计。一般认为CAPP系统应该包括下列基本功能：
    1)毛坯设计；
    2)加工方法选择；
    3)工艺路线指定；
    4)工序设计；
    5)夹具设计。
2 CAPP和CAD／CAM的关系
    20世纪80年代以来，随着制造技术向计算机集成制造系统(CIMS)、智能制造(1M)方向发展，对CAD／CAPP／CAM系统集成化的要求更加提高，CAPP在CAD／CAM之间起到桥梁和纽带作用。在集成系统中，CAPP必须能直接从CAD模型中获取零件的几何信息、特征信息、物性信息、材料信息、工艺信息等，以代替完全交互式的零件信息输入，CAPP的输出则是CAM所需要的各种信息。
3．CAPP系统的构成
    CAPP系统主要由下列模块构成：
    1)控制模块：协调各模块的运行，实现人机之间的信息交流，控制零件信息获取方式。
    2)零件信息获取模块：零件信息输入可以有两种方式，人工交互式输入或从CAD系统中直接获取或来自集成环境下统一的产品数据模型。
    3)工艺过程设计模块：进行加工工艺流程的决策，生成工艺过程卡。
    4)工序决策模块：生成工序卡。
    5)工步决策模块：生成工步卡及提供NC(数控)指令所需要的刀位文件。
    6)NC(数控)加工指令生成模块：根据刀位文件，生成控制数据机床的NC加工指令。
    7)输出模块：可输出工艺过程卡、工序和工步卡、工序图等各类文档，并可利用编辑工具对现有的文件进行修改后得到所需的工艺文件。
    8)加工过程的动态仿真：可检验工艺过程及NC指令的正确性。
4。CAPP系统的分类
    CAPP系统分为三种基本类型：
    1)派生型CAPP系统：利用成组技术原理按零件的结构和工艺的相似性，利用分类码系统将零件区分为若干个零件加工族，并以零件族的复合零件为代表编制零件的标准工艺，以文件的形式存储在计算机中。
    2)创成型CAPP系统：是一个能综合加工信息，自动为一个新零件所需要的各种工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床选择、工具选择和加工过程的较优化。
    3)综合型CAPP系统：是将派生型CAPP和创成型CAPP结合起来的一种工艺设计方法，如在对一个新零件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属零件族的标准工艺，然后根据零件的具体情况，对标准工艺进行修改，工序设计则是采用自动决策产生，这样很好地体现了派生型CAPP系统和创成型CAPP系统的优点。
三、产品生产过程与CAD／CAPP／CAM
    产品生产过程是从产品需求分析开始，经过产品结构设计、工艺设计、制造，较后变成可供用户使用的产品。具体包括产品结构设计、工艺设计、制造加工、装配、检验等过程。每一过程又划分为若干个阶段，如产品结构设计可分为任务规划、概念设计、结构设计、施工设计四个阶段；工艺设计可分为毛坯设计、定位形式确定、工艺路线设计、工序设计、刀具、量具、夹具等设计阶段；加工、装配过程可划分为NC编程、加工过程仿真、NC加工、检验、装配、测试等阶段。计算机在产品生产过程不同阶段形成CAD／CAPP／CAM过程链，实现不同的辅助作用，如图2—3所示。

    产品设计阶段计算机实现辅助设计，即CAD；工艺设计阶段实现计算机辅助工艺设计，即CAPP；加工、装配阶段实现计算机辅助制造，即CAM。CAD／CAPP／CAM反映了计算机在产品生产过程中不同阶段的不同层次的应用。
四、 PDM技术
1．PDM的概念
    产品数据管理(PDM)是在现代产品开发环境中成长和发展起来的一项管理数据的新技术。它以产品数据的管理为核心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中所有与产品相关的信息(包括开发计划、产品模型、工程图样、技术规范、工艺文件和数据代码等)和过程(包括设计、加工制造、计划调度、装配和检测等工作流程和过程处理程序)集成管理的技术。
2．PDM的特点
    一个完善的PDM系统必须能够将各种功能领域众多的应用集成起来，并符合各种严格的要求。PDM系统必须具备以下特点：
    1)能够有效、可控和自动地访问开发和生产的应用及过程，能方便地访问有关的文件和数据。
    2)系统必须有控制访问的安全机制。
    3)系统必须具有良好的用户界面和方便的机制来访问和处理数据。
    4)具有表达零部件、产品配置结构和相关文件和数据的能力。
    5)提供产品、零部件和有关文件的分类方法，以支持产品数据的寿命周期管理。
    6)能够支持不同地域的人员设计同一产品。
    7)支持相关修改。
    8)具有开放性。
3．PDM的优点
    1)缩短上市时间。
    2)提高设计效率。
    3)实现设计与集成制造。
    4)有利于发挥团队工作精神。
    5)使用简便。
    6)保持数据的完整性。
    7)更好地控制项目的进展。
    8)更好地管理丁程变更。
    9)有利于全面质量管理。