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第七章 先进制造技术

第七章 先进制造技术. 1 、几何建模功能. 2 、工程分析和计算功能. 3 、机构设计与分析功能. 4 、自动绘图功能. 第一节　 CAD/CAPP/CAM. 一、计算机辅助设计（ CAD ）. 计算机辅助设计（ CAD ）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。. 1 、二维设计 2 、线框造型 3 、曲面造型 4 、实体造型. 1 、有限元分析 2 、优化设计 3 、可靠性设计. 1 、 工艺信息数字化. 2 、 CAPP 数据库. 二、计算机辅助工艺规程设计（ CAPP ）.

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第七章 先进制造技术

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  1. 第七章 先进制造技术

  2. 1、几何建模功能 2、工程分析和计算功能 3、机构设计与分析功能 4、自动绘图功能 第一节　CAD/CAPP/CAM 一、计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助设计（CAD）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 1、二维设计 2、线框造型 3、曲面造型 4、实体造型 1、有限元分析 2、优化设计 3、可靠性设计

  3. 1、工艺信息数字化 2、CAPP数据库 二、计算机辅助工艺规程设计（CAPP） 计算机辅助工艺规程设计方法 1、派生式 2、创成式 3、综合式 派生式计算机辅助工艺规程设计原理 1、零件编码矩阵化 2、零件组特征的矩阵化 3、主样件设计 4、零件上各种形面的数字化 5、工序工步名称编码 6、综合加工工艺路线的数字化 7、工序工步内容矩阵 • 特征矩阵文件 • 综合工艺路线 • 工序、工步文件 • 工艺数据文件

  4. 三、计算机辅助制造（CAM） 从广义的角度讲，CAM指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容。 而从狭义的角度讲，CAM仅指数控程序的编制，包括刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等

  5. 在市场上比较成熟的CAD/CAM系统有Pro/engineer系统和Master CAM系统。 前者是一体化的CAD/CAM系统，其内部是统一的数据格式，能直接调用CAD系统中的图形数据。 后者是CAD模块与CAM模块的无缝集成，其系统内部通过中性文件获取其它CAD系统的图形信息。

  6. 进行工艺处理 数值计算 编制工件的数控加工程序 制备控制介质 校核加工程序 数控编程的内容与步骤

  7. 第二节 成组技术（GT） 市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种增多，而每种产品的生产数量却并不很多。世界上75％~80％的机械产品是以中小批生产方式制造的。 与大量生产企业相比，中小批生产企业的劳动生产率低，生产周期长，产品成本高，市场竞争能力差。 能否把大批量生产的先进工艺和高效设备以及生产方式用于组织中小批量产品的生产，一直是国际生产工程界广为关注的重大研究课题。 成组技术就是针对生产中的这种需求发展起来的一种生产和管理相结合的科学。

  8. 一、 成组技术的概念 充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低生产成本的目的，这种技术统称为成组技术（Group Technology 简称GT）。

  9. 二、 零件的分类编码系统 • 零件编码就是用数字表示零件的形状特征，代表零件特征的每一个数字码称为特征码。 • 迄今为止，世界上已有70多种分类编码系统。 • 应用最广的是奥匹兹（Opitz）分类编码系统。 • 我国机械工业行业于1984年制订了“机械零件编码系统（简称JLBM-1系统）”。 • 该系统由名称类别、形状及加工码、辅助码三部分共15个码位组成，每一码位包括从0到9的10个特征项号，详见图12-1和表12-1、12-2、12-3、12-4、12-5。 • JLBM-1系统的特点是零件类别按名称类别矩阵划分，便于检索，码位适中，又有足够的描述信息的容量。 • 日本KK系统。

  10. 1、特征码位法 2、码域法 3、特征位码域法 三、零件的分类成组 根据零件的分类编码系统对零件进行编码后，可根据零件的代码划分零件组，采用不同的相似性标准，可将零件划分为具有不同属性的零件组。

  11. 1、提高生产效率 2、提高加工质量 3、提高生产管理水平 四、推广应用成组技术的效果

  12. 第三节 柔性制造技术 应用计算机辅助制造技术，将数控机床、加工中心、物料自动储存传送装置和辅助控制装置等在计算机的统一控制下，形成柔性加工自动生产线，既柔性制造系统。

  13. 一、柔性制造技术中“柔性”的概念 1．设备柔性：指制造系统中能加工不同类型零件所具备的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。 2．工艺柔性：能以多种工艺方法加工某一零件组的能力。如镗、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。 3．工序柔性：能自动改变零件加工工序的能力。 4．路径柔性：能自动更变零件加工路径。如遇到系统中某台设备的故障,能自动将工件转换到另一台设备上加工。可以根据负荷,自动改变加工路线,提高利用率,减少等待时间。 5．产品柔性：产品改变时能经济、迅速的转产。 6．批量柔性：能在不同批量下运行都能获取经济效益。 7．扩展柔性：能根据生产的需要组建和扩展生产能力。

  14. 二、柔性制造技术的类型 1.FMC柔性制造单元 通常配置有零件缓冲区、刀具自动更换装置的数控机床或加工中心与工件存储运输装置组成。 柔性制造单元中数控机床数量约1--3台，具有加工多品种,中小批量灵活的生产能力。 可以作为FMS中的基本单元,也可视为小规模的FMS。 它的自动化程度略低于FMS,但其投资比FMS少得多，而经济效益相接近。这是中小型企业优先发展的机型,当生产规模扩大时,FMC可以重组和扩展,以适应生产规模的需求。

  15. 2.FMS柔性制造系统 柔性制造系统是由数控加工设备（或FMC）,物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。 一个柔性制造系统一般可概括为由下列三个部分组成，一是可编程控制的加工系统，二是自动化的物料储运系统，三是计算机控制系统。 三个系统的有机结合，构成了一个制造系统的能量流（通过制造工艺改变工件的形状和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和信息流（制造过程的信息和数据处理）。

  16. 3. FMF柔性制造工厂 FMF是FMS扩大达到全厂范围内的生产管理过程。机械加工过程和物料储运过程全盘自动化。它的主要特点是： （1）分布式多级计算机系统，生产计划、日生产进度计划的生产管理的主计算机，它与CAD/CAM系统相联，以取得自动编制加工用的数控程序数据。 （2）FMF全部的日程计划进度和作业可以由主计算机和各级计算机通过在线控制系统进行调整，并可以进行无人化加工。 （3）CNC机床的数量一般在十几台到几十台。可以是各种形式的加工中心、车削中心、CNC机床等。 （4）系统可以全自动地加工各种形状、尺寸和材料的工件。全部刀具可以自动交换、自动检测磨损或损坏的刀具，能自动更新废旧刀具。 （5）物料储运系统必须包括自动立体仓库，以满足存取为数众多的工件和刀具的需求。系统可以从自动立体仓库中提取所需的坯料，并以最有效的途径实现物流和进行加工。

  17. 三、柔性制造系统的组成 1．加工系统 加工系统实际是完成改变物性任务的执行系统，主要由数控机床、加工中心等加工设备（有的FMS还带有工件清洗、在线检测等辅助与检测设备）构成。 对加工箱体类零件为主的FMS而言,通常配置数控加工中心,CNC铣床等；对于加工轴类零件为主的FMS,则配有CNC车削中心,CNC车床和CNC磨床；对于加工复杂零件的FMS,由于数控机床的刀库容量有限,必要时要增加机外自动交换刀库。

  18. 2．物料储运系统 FMS中的物料主要指的是工件（毛坯）、刀具、夹具、切屑以及切削液等。 物料储运系统就是实现对物料的自动识别、存储、分配、输送、交换和管理的系统。

  19. 第三节　计算机集成制造系统CIMS

  20. CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，它在计算机网络和数据库技术的支撑下，综合运用现代管理、制造、信息、自动化和系统工程等领域的技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得市场竞争。CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，它在计算机网络和数据库技术的支撑下，综合运用现代管理、制造、信息、自动化和系统工程等领域的技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得市场竞争。 简单地说，CIM是用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益”，即以计算机作为工具，制造为其内容的CIM，其哲理的核心为信息的“集成”。 1、CIM与CIMS的定义 CIM

  21. CIM是一种组织现代化生产的哲理，CIMS是基于CIM哲理构成的优化运行的企业制造系统”。在CIMS的研究和实施中必须强调“信息流”和“系统集成”这两个最基本观点。CIM是一种组织现代化生产的哲理，CIMS是基于CIM哲理构成的优化运行的企业制造系统”。在CIMS的研究和实施中必须强调“信息流”和“系统集成”这两个最基本观点。 CIMS是一种工程技术系统，是CIM的具体实施，可以把CIMS看成是未来生产自动化系统的一种模式，但这种模式不是单纯的技术上的“自动化”，它所强调的是用集成来提高企业竞争力。 CIMS

  22. 3、制造自动化系统 1、管理信息系统 2、设计自动化系统 5、计算机通讯网络系统 6、计算机数据库系统 4、计算机辅助质量保证体系 2、CIMS的组成

  23. 我国“863计划”中将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一，并规定了我国863/CIMS的战略目标为：跟踪国际CIMS有关技术的发展；掌握CIMS关键技术；在制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国CIMS高技术产业的发展。我国“863计划”中将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一，并规定了我国863/CIMS的战略目标为：跟踪国际CIMS有关技术的发展；掌握CIMS关键技术；在制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国CIMS高技术产业的发展。 效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施、推广应用 二、CIMS在我国的发展及实施CIMS的效益 目标 方针

  24. 发展 • 经过十多年的努力，我国CIMS事业取得了迅速发展，已形成了一个健全的组织和一支研究队伍； • 实现了我国CIMS研究和开发的基本框架；建设研究环境和工程环境，包括一个国家CIMS实验工程中心和7个单元技术开放实验室，完成了一大批课题的研究工作，陆续选定了一批CIMS典型应用工厂作为利用CIMS推动企业技术改造的示范点； • 这些工厂包括飞机、机床、大型鼓风机、纺织机械、汽车、家电、服装以及钢铁、化工等行业。

  25. 效益 • 实施CIMS的效益主要体现在信息集成的效益上； • 由于系统集成度提高，使各功能分系统间的配合和参数配置更加优化，各种生产要素的潜力得到更有效的利用，减少实际存在于企业生产中的各种资源浪费，同时使管理科学化，提高企业对市场的响应能力。 • 具体表现在：1）提高产品质量 2）提高设备利用率 3）提高科学管理水平。 • 实施CIMS后，明显提高企业新品开发能力，提高企业市场竞争能力。产品质量明显提高，交货期短而准确，价格合理，企业的信誉随之提高； • CIMS在其发展历程中的主要应用对象是离散型制造业（约占全部制造业的50%）。

  26. 必须指出 CIMS的思想、系统方法和集成技术同样可用于诸如连续型或混合型企业中，国内外在电器、化工、电子元件、钢铁行业中已有不少企业实施CIMS应用工程并取得了成功。

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