這是一個(gè)關(guān)于現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展趨勢PPT課件，主要介紹制造自動(dòng)化技術(shù)概論、自動(dòng)化制造裝備、工業(yè)機(jī)器人的分類。4.1 制造自動(dòng)化技術(shù)概論 4.1.1 制造自動(dòng)化技術(shù)的定義、內(nèi)涵　最初“自動(dòng)化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的。當(dāng)時(shí)他在通用汽車公司工作，他認(rèn)為在一個(gè)生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是"自動(dòng)化"。這是早期制造自動(dòng)化的概念。 隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器(包括計(jì)算機(jī))不僅代替人的體力勞動(dòng)而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。今天，制造自動(dòng)化已遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了上述傳統(tǒng)的概念，具有更加寬廣和深刻的內(nèi)涵。制造自動(dòng)化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點(diǎn)。 (1) 在形式方面，制造自動(dòng)化有三個(gè)方面的含義： · 代替人的體力勞動(dòng)。 · 代替或輔助人的腦力勞動(dòng)。 · 制造系統(tǒng)中人、機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。 (2) 在功能方面，制造自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)僅僅是制造自動(dòng)化功能目標(biāo)體系的一部分。制造自動(dòng)化的功能目標(biāo)是多方面的，已形成一個(gè)有機(jī)體系。此體系可用功能目標(biāo)模型描述。功能目標(biāo)模型簡稱TQCSE模型，其中T表示時(shí)間(Time)，Q表示質(zhì)量(Quality)，C表示成本(Cost)，S表示服務(wù)(Service)，E表示環(huán)境友善性(Environment)。 (3) 在范圍方面，制造自動(dòng)化不僅涉及到具體的生產(chǎn)制造過程，而且涉及產(chǎn)品生命周期的所有過程。4.1.2 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程及進(jìn)展　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)也由最初的主要依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)加上繼電器等組成的剛性自動(dòng)化機(jī)床和生產(chǎn)線發(fā)展到現(xiàn)今依靠 信息技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)管理方法形成的高柔性化設(shè)備技術(shù)。如表4-1所示，其發(fā)展歷程及典型產(chǎn)品大致經(jīng)歷了4個(gè)階段，歡迎點(diǎn)擊下載現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展趨勢PPT課件哦。

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4.1 制造自動(dòng)化技術(shù)概論 4.1.1 制造自動(dòng)化技術(shù)的定義、內(nèi)涵　最初“自動(dòng)化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的。當(dāng)時(shí)他在通用汽車公司工作，他認(rèn)為在一個(gè)生產(chǎn)過程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是"自動(dòng)化"。這是早期制造自動(dòng)化的概念。 隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動(dòng)化的概念已擴(kuò)展為用機(jī)器(包括計(jì)算機(jī))不僅代替人的體力勞動(dòng)而且還代替或輔助腦力勞動(dòng)，以自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。今天，制造自動(dòng)化已遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了上述傳統(tǒng)的概念，具有更加寬廣和深刻的內(nèi)涵。制造自動(dòng)化的廣義內(nèi)涵至少包括以下幾點(diǎn)。 (1) 在形式方面，制造自動(dòng)化有三個(gè)方面的含義： · 代替人的體力勞動(dòng)。 · 代替或輔助人的腦力勞動(dòng)。 · 制造系統(tǒng)中人、機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。 (2) 在功能方面，制造自動(dòng)化代替人的體力勞動(dòng)或腦力勞動(dòng)僅僅是制造自動(dòng)化功能目標(biāo)體系的一部分。制造自動(dòng)化的功能目標(biāo)是多方面的，已形成一個(gè)有機(jī)體系。此體系可用功能目標(biāo)模型描述。功能目標(biāo)模型簡稱TQCSE模型，其中T表示時(shí)間(Time)，Q表示質(zhì)量(Quality)，C表示成本(Cost)，S表示服務(wù)(Service)，E表示環(huán)境友善性(Environment)。 (3) 在范圍方面，制造自動(dòng)化不僅涉及到具體的生產(chǎn)制造過程，而且涉及產(chǎn)品生命周期的所有過程。 4.1.2 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷程及進(jìn)展　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)也由最初的主要依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)加上繼電器等組成的剛性自動(dòng)化機(jī)床和生產(chǎn)線發(fā)展到現(xiàn)今依靠 信息技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)管理方法形成的高柔性化設(shè)備技術(shù)。 如表4-1所示，其發(fā)展歷程及典型產(chǎn)品大致經(jīng)歷了4個(gè)階段。 國內(nèi)外對制造自動(dòng)化技術(shù)的研究非常重視，已經(jīng)進(jìn)行了大量研究，主要表現(xiàn)在以下7個(gè)方面。 　1. 制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)已成為制造自動(dòng)化技術(shù)研究中的熱點(diǎn)問題；　2. 更加注重研究制造自動(dòng)化系統(tǒng)中人的作用的發(fā)揮； 　3. 單元系統(tǒng)的研究仍然占有重要的位置 4. 制造過程的計(jì)劃和調(diào)度研究十分活躍，但實(shí)用化的成果還不多見； 5. 柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣義發(fā)展； 6. 適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究正在興起； 7. 底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究越來越活躍； 4.1.3 制造自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)21世紀(jì)制造自動(dòng)化所涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要有：（1）集成化技術(shù)。 （2）智能化技術(shù)。 （3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 （4）分布式并行處理技術(shù)。 （5）多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。 (6) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。 (7) 人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。 4.2 自動(dòng)化制造裝備 4.2.1 數(shù)控機(jī)床　1.CNC數(shù)控機(jī)床的組成　數(shù)控機(jī)床一般由輸入/輸出設(shè)備、CNC裝置(或稱CNC單元)、伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置(或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu))、可編程控制器(PLC)及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體及測量裝置組成。 圖4-1是數(shù)控機(jī)床的組成框圖。其中除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)系統(tǒng)。 1) 機(jī)床本體　CNC機(jī)床由于切削用量大、連續(xù)加工發(fā)熱量大等因素對加工精度有一定影響，加之在加工中是自動(dòng)控制，不能像在普通機(jī)床上那樣由人工進(jìn)行調(diào)整、補(bǔ)償，因而其設(shè)計(jì)要求比普通機(jī)床更嚴(yán)格，制造要求更精密，采用了許多新的加強(qiáng)剛性、減小熱變形、提高精度等方面的措施。 2) CNC裝置　CNC裝置是CNC系統(tǒng)的核心，主要包括微處理器CPU、存儲器、局部總線、外圍邏輯電路以及與CNC系統(tǒng)其他組成部分聯(lián)系的接口等。數(shù)控機(jī)床的CNC系統(tǒng)完全由軟件處理數(shù)字信息，因而具有真正的柔性化，可處理邏輯電路難以處理的復(fù)雜信息，使數(shù)字控制系統(tǒng)的性能大大提高。 3) 輸入/輸出設(shè)備　鍵盤、磁盤機(jī)等是數(shù)控機(jī)床的典型輸入設(shè)備。此外，還可以用串行通信的方式輸入數(shù)字信息。數(shù)控系統(tǒng)一般配有CRT顯示器或點(diǎn)陣式液晶顯示器，顯示的信息較豐富，并能顯示圖形。操作人員通過顯示器獲得必要的信息。常見數(shù)控系統(tǒng)操作面板如圖4-2所示。 4) 伺服單元　伺服單元是CNC和機(jī)床本體的聯(lián)系環(huán)節(jié)，它把來自CNC裝置的微弱指令信號放大成控制驅(qū)動(dòng)裝置的大功率信號。根據(jù)接收指令的不同，伺服單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類又可分為直流伺服單元和交流伺服單元。 5) 驅(qū)動(dòng)裝置　驅(qū)動(dòng)裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，通過簡單的機(jī)械連接部件驅(qū)動(dòng)機(jī)床，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴(yán)格的相對運(yùn)動(dòng)，最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應(yīng)，驅(qū)動(dòng)裝置有步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)等。 伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置可合稱為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它是機(jī)床工作的動(dòng)力裝置。CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)付諸實(shí)施，因此，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。從某種意義上說，數(shù)控機(jī)床功能的強(qiáng)弱主要取決于CNC裝置，而數(shù)控機(jī)床性能的好壞主要取決于伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。 　 6) 可編程控制器　可編程控制器(Programmable Controller，PC)是一種以微處理器為基礎(chǔ)的通用型自動(dòng)控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設(shè)備的邏輯及開關(guān)控制，故稱為可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。 當(dāng)PLC用于控制機(jī)床順序動(dòng)作時(shí)，也稱之為編程機(jī)床控制器(Programmable Machine Controller，PMC)。 PLC已成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機(jī)床的控制。用于數(shù)控機(jī)床的PLC一般分為兩類： 一類是CNC的生產(chǎn)廠家為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的順序控制，而將CNC和PLC綜合起來設(shè)計(jì)的PLC產(chǎn)品，稱為內(nèi)裝型(或集成型)PLC，內(nèi)裝型PLC是CNC裝置的一部分； 另一類是以獨(dú)立、專業(yè)化的PLC生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)順序控制功能，稱為獨(dú)立型(或外裝型)PLC。 7) 測量裝置　測量裝置也稱反饋元件，通常安裝在機(jī)床的工作臺或絲杠上，相當(dāng)于普通機(jī)床的刻度盤和人的眼睛，它把機(jī)床工作臺的實(shí)際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機(jī)床向消除該誤差的方向移動(dòng)。 按有無檢測裝置，CNC系統(tǒng)可分為開環(huán)與閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，而按測量裝置的安裝位置又可分為閉環(huán)與半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的控制精度取決于步進(jìn)電機(jī)和絲杠的精度，閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的控制精度取決于檢測裝置的精度。 因此，測量裝置是高性能數(shù)控機(jī)床的重要組成部分。此外，由測量裝置和顯示環(huán)節(jié)構(gòu)成的數(shù)顯裝置，可以在線顯示機(jī)床移動(dòng)部件的坐標(biāo)值，大大提高機(jī)床工作效率和工件的加工精度。 2．CNC系統(tǒng)的研究與發(fā)展　目前，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展主要有如下趨勢：　(1) 總線式、模塊化結(jié)構(gòu)的CNC裝置： 采用多微處理機(jī)、多主總線體系結(jié)構(gòu)，可以提高系統(tǒng)的計(jì)算能力和響應(yīng)速度；模塊化有利于滿足用戶需要，構(gòu)成最小至最大系統(tǒng)。 (2) 在PC機(jī)基礎(chǔ)上開發(fā)CNC裝置：充分利用通用PC機(jī)豐富的軟件資源，隨PC機(jī)硬件的升級而升級；適當(dāng)配置高分辨率的彩色顯示器；通過圖像、多窗口、菜單驅(qū)動(dòng)以及多媒體等方式，得到友好的人機(jī)界面。 (3) PLC數(shù)控：PC既作為人機(jī)界面，利用其容量大、存儲能力強(qiáng)和通信能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又可進(jìn)行機(jī)床控制，實(shí)現(xiàn)PC數(shù)控。 (4) 大容量存儲器的應(yīng)用和軟件的模塊化設(shè)計(jì)，不僅豐富了數(shù)控功能，同時(shí)也加強(qiáng)了CNC系統(tǒng)的控制功能，使其具備通信聯(lián)網(wǎng)能力，支持多種通用和專用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，為工廠自動(dòng)化提供基礎(chǔ)設(shè)備。 (5) 將多種控制功能(如刀具破損檢測、物料搬運(yùn)、機(jī)械手控制等)集成到數(shù)控系統(tǒng)中，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多過程、多通道控制，即具有一臺機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)獨(dú)立加工任務(wù)或控制多臺和多種機(jī)床的能力。 (6) 面向車間編程技術(shù)和智能化：系統(tǒng)能提供會話編程、藍(lán)圖編程和CAD/CAM等面向車間的編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)二﹑三維加工過程的動(dòng)態(tài)仿真，并引入在線診斷、模糊控制智能機(jī)制。 4.2.2 加工中心　加工中心是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動(dòng)更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。它的最大特點(diǎn)是工序集中，自動(dòng)化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省輔助時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。 常見加工中心按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。加工中心按主軸在加工時(shí)的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用(也稱萬能、五面體、復(fù)合)加工中心。圖4-3給出了臥式加工中心和立式加工中心的外觀圖。 1. 鏜銑加工中心　鏜銑加工中心可完成鏜、銑、鉆、攻螺紋等工作，它與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處主要在于它附有刀庫和自動(dòng)換刀裝置。衡量加工中心刀庫和自動(dòng)換刀裝置的指標(biāo)有刀具存儲量、刀具(加刀柄和刀桿等)最大尺寸與重量、換刀重復(fù)定位精度、安全性、可靠性、可擴(kuò)展性、選刀方法和換刀時(shí)間等。 加工中心的刀庫有鏈?zhǔn)�、盤式和轉(zhuǎn)塔式等基本類型，如圖4-4所示。 2．車削加工中心　車削加工中心簡稱為車削中心(Turning Center)，它是在數(shù)控車床的基礎(chǔ)上為擴(kuò)大其工藝范圍而逐步發(fā)展起來的。車削中心目前尚無比較權(quán)威性的明確定義，但一般都認(rèn)為車削中心應(yīng)具有如下特征：帶刀庫和自動(dòng)換刀裝置，帶動(dòng)力回轉(zhuǎn)刀具，聯(lián)動(dòng)軸數(shù)大于2 (見圖4-7)。 由于有這些特征，車削中心在一次裝夾下除能完成車削加工外，還能完成鉆削、攻螺紋、銑削等加工。車削中心的工件交換裝置多采用機(jī)械手或行走式機(jī)器人。隨著機(jī)床功能的擴(kuò)展，多軸、多刀架以及帶機(jī)內(nèi)工件交換器和帶棒料自動(dòng)輸送裝置的車削中心在FMS中發(fā)展較快，這類車削中心也被稱為車削FMM(Flexible Manufacturing Module)。 如對置式雙主軸箱、雙刀架的車削中心可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)工件，在一次裝夾下完成回轉(zhuǎn)體工件的全部加工。 4.2.3 工業(yè)機(jī)器人　1. 工業(yè)機(jī)器人的定義　“機(jī)器人”一詞出自捷克文，意為勞役或苦工。1920年，捷克斯洛伐克小說家、劇作家恰佩克在他寫的科學(xué)幻想戲劇《羅素姆萬能機(jī)器人》中第一次使用了機(jī)器人一詞，此后該詞被歐洲各國語言所吸收而成為專有名詞。 1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織對工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了定義：“工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動(dòng)控制操作和移動(dòng)功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)。” 我國科學(xué)家對機(jī)器人的定義是：“機(jī)器人是一種自動(dòng)化的機(jī)器，所不同的是這種機(jī)器具備一些與人或生物相似的智能能力，如感知能力、規(guī)劃能力、動(dòng)作能力和協(xié)同能力，是一種具有高度靈活性的自動(dòng)化機(jī)器”。 工業(yè)機(jī)器人(通用及專用)一般指用于機(jī)械制造業(yè)中代替人完成具有大批量、高質(zhì)量要求的工作，如汽車制造、摩托車制造、艦船制造，某些家電產(chǎn)品(電視機(jī)、電冰箱、洗衣機(jī))、化工等行業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、切割、電子裝配，以及物流系統(tǒng)的搬運(yùn)、包裝、碼垛等作業(yè)的機(jī)器人。圖4-8分別示出了搬運(yùn)機(jī)器人、涂料機(jī)器人和焊接機(jī)器人。 　　 2. 工業(yè)機(jī)器人的組成　如圖4-9所示，工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以及位置檢測機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成。 (1) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種具有和人手相似的動(dòng)作功能，可在空間抓放物體或執(zhí)行其它操作的機(jī)械裝置，通常包括如下一些部件：　手部：又稱抓取機(jī)構(gòu)或夾持器，用于直接抓取工件或工具。此外，在手部安裝的某些專用工具，如焊槍、噴槍、電鉆、螺釘螺帽擰緊器等，可視為專用的特殊手部。 腕部：是連接手部和手臂的部件，用以調(diào)整手部的姿態(tài)和方位。手臂：是支承手腕和手部的部件，由動(dòng)力關(guān)節(jié)和連桿組成，用以承受工件或工具的負(fù)荷，改變工件或工具的空間位置，并將它們送至預(yù)定的位置。機(jī)座：包括立柱，是整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)部件，起著支承和連接的作用。 (2) 控制系統(tǒng)�？刂葡到y(tǒng)是機(jī)器人的大腦，支配著機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)，并記憶人們給予的指令信息(如動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)軌跡、運(yùn)動(dòng)速度等)，同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出執(zhí)行指令。 (3) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是按照控制系統(tǒng)發(fā)來的控制指令進(jìn)行信息放大，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)裝置，常用的有液壓、氣壓、電氣和機(jī)械等四種傳動(dòng)形式。 (4) 位置檢測裝置 位置檢測裝置通過力、位置、觸覺、視覺等傳感器檢測機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)，并隨時(shí)反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定的位置。 3. 工業(yè)機(jī)器人的分類 1) 按系統(tǒng)功能分類 (1) 專用機(jī)器人：在固定地點(diǎn)以固定程序工作的機(jī)器人。 其結(jié)構(gòu)簡單，無獨(dú)立控制系統(tǒng)，造價(jià)低廉，如附設(shè)在加工中心機(jī)床上的自動(dòng)換刀機(jī)械手。 (2) 通用機(jī)器人： 具有獨(dú)立控制系統(tǒng)，通過改變控制程序能完成多種作業(yè)的機(jī)器人。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)，適用于不斷變換生產(chǎn)品種的柔性制造系統(tǒng)。 (3) 示教再現(xiàn)式機(jī)器人：具有記憶功能，在操作者的示教操作后，能按示教的順序、位置、條件與其他信息反復(fù)重現(xiàn)示教作業(yè)。 (4) 智能機(jī)器人：采用計(jì)算機(jī)控制，具有視覺、聽覺、觸覺等多種感覺功能和識別功能機(jī)器人，通過比較和識別，能自主作出決策和規(guī)劃，自動(dòng)進(jìn)行信息反饋，完成預(yù)定的動(dòng)作。 2) 按驅(qū)動(dòng)方式分類 (1) 氣壓傳動(dòng)機(jī)器人：以壓縮空氣作為動(dòng)力源驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人，具有動(dòng)作迅速、結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉的特點(diǎn)，適用于高速輕載、高溫和粉塵大的作業(yè)環(huán)境。 (2) 液壓傳動(dòng)機(jī)器人：采用液壓元器件驅(qū)動(dòng)，具有負(fù)載能力強(qiáng)、傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏的特點(diǎn)，適用于重載或低速驅(qū)動(dòng)場合。 (3) 電氣傳動(dòng)機(jī)器人：用交流或直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，不需要中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，響應(yīng)速度快，控制精度高，是近年來常用的機(jī)器人傳動(dòng)方式。 　 3) 按結(jié)構(gòu)形式分類 (1) 直角坐標(biāo)機(jī)器人：由三個(gè)相互正交的平移坐標(biāo)軸組成(見圖4-10(a))，各個(gè)坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)獨(dú)立，具有控制簡單、定位精度高等特點(diǎn)。 (2) 圓坐標(biāo)機(jī)器人： 由支柱和一個(gè)安狀在立柱上的水平臂組成，其立柱安裝座上，水平臂可以自由伸縮，并可沿立柱上下移動(dòng)。該類機(jī)器人具有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和兩個(gè)平移軸(見圖4-10(b))。 (3) 球坐標(biāo)機(jī)器人：由回轉(zhuǎn)機(jī)座、俯仰鉸鏈和伸縮臂組成，具有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)平移軸(見圖4-10(c))。可伸縮搖臂的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)與坦克的轉(zhuǎn)塔類似，可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)。 (4) 關(guān)節(jié)機(jī)器人： 其運(yùn)動(dòng)類似人的手臂，由大小兩臂和立柱等機(jī)構(gòu)組成。大小臂之間用鉸鏈連接形成肘關(guān)節(jié)，大臂和立柱連接形成肩關(guān)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(見圖4-10(d))。它能抓取靠近機(jī)座的物件，也能繞過機(jī)座和目標(biāo)間的障礙物去抓取物件，具有較高的運(yùn)動(dòng)速度和極好的靈活性，成為最通用的機(jī)器人。 工業(yè)機(jī)器人按臂部的運(yùn)動(dòng)形式分為四種。 直角坐標(biāo)型的臂部可沿三個(gè)直角坐標(biāo)移動(dòng)；圓柱坐標(biāo)型的臂部可作升降、回轉(zhuǎn)和伸縮動(dòng)作； 球坐標(biāo)型的臂部能回轉(zhuǎn)、俯仰和伸縮； 關(guān)節(jié)型的臂部有多個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)。 工業(yè)機(jī)器人按執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的控制機(jī)能，又可分點(diǎn)位型和連續(xù)軌跡型。點(diǎn)位型只控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)由一點(diǎn)到另一點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，適用于機(jī)床上下料、點(diǎn)焊和一般搬運(yùn)、裝卸等作業(yè)；連續(xù)軌跡型可控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)按給定軌跡運(yùn)動(dòng)，適用于連續(xù)焊接和涂裝等作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人按程序輸入方式區(qū)分有編程輸入型和示教輸入型兩類。 編程輸入型工業(yè)機(jī)器人通過穿孔卡、穿孔帶或磁帶等信息載體輸入已編好的程序。 示教輸入型機(jī)器人的示教方法有兩種：一種由操作者手動(dòng)操作控制器(示教操縱盒)，如圖4-11所示，將指令信號傳給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍；另一種由操作者直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，按要求的動(dòng)作順序和運(yùn)動(dòng)軌跡操演一遍。 4. 工業(yè)機(jī)器人的性能特征　工業(yè)機(jī)器人的性能特征影響著機(jī)器人的工作效率和可靠性。在設(shè)計(jì)和選用機(jī)器人時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)性能指標(biāo)：　(1) 自由度。自由度是衡量機(jī)器人技術(shù)水平的主要指標(biāo)。所謂自由度，是指運(yùn)動(dòng)件相對于固定坐標(biāo)系所具有的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)。 每個(gè)自由度需要一個(gè)伺服軸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因而自由度數(shù)越高，機(jī)器人可以完成的動(dòng)作越復(fù)雜，通用性越強(qiáng)，應(yīng)用范圍也越廣，但相應(yīng)地帶來的技術(shù)困難也越大。一般情況下，通用工業(yè)機(jī)器人有3～6個(gè)自由度。 　 (2) 工作空間。工作空間是指機(jī)器人應(yīng)用手爪進(jìn)行工作的空間范圍。機(jī)器人的工作空間取決于機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式和每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍。 圖4-10中分別畫出了各類機(jī)器人的工作空間，其中直角坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間是一個(gè)矩形空間，圓柱坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間是一圓柱體，而球坐標(biāo)機(jī)器人的工作空間是一個(gè)球體。 (3) 提取重力。機(jī)器人提取的重力是反映其負(fù)載能力的一個(gè)參數(shù)，根據(jù)提取重力的不同，可將機(jī)器人大致分為：① 微型機(jī)器人，提取重力在10 N以下； ② 小型機(jī)器人， 提取重力為10～50 N； ③ 中型機(jī)器人， 提取重力為50～300 N； ④ 大型機(jī)器人， 提取重力為300～500 N； ⑤ 重型機(jī)器人，提取重力在500 N以上。目前實(shí)際應(yīng)用機(jī)器人一般為中、小型機(jī)器人。 (4) 運(yùn)動(dòng)速度。 運(yùn)動(dòng)速度影響機(jī)器人的工作效率，它與機(jī)器人所提取的重力和位置精度均有密切的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)速度高，機(jī)器人所承受的動(dòng)載荷增大，必將在加減速時(shí)承受較大的慣性力，影響機(jī)器人的工作平穩(wěn)性和位置精度。就目前的技術(shù)水平而言，通用機(jī)器人的最大直線運(yùn)動(dòng)速度大多在1000 mm/s以下。 (5) 位置精度。 位置精度是衡量機(jī)器人工作質(zhì)量的又一技術(shù)指標(biāo)。位置精度的高低取決于位置控制方式以及機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件本身的精度和剛度，此外還與提取重力和運(yùn)動(dòng)速度等因素有密切的關(guān)系。 5. 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)　1) 工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)　工業(yè)機(jī)器人的手部是直接用于抓取和握緊(或吸附)工件或夾緊專用工具進(jìn)行操作的部件。它安裝在機(jī)器人手臂的前端，具有模仿人手動(dòng)作的功能。 由于被握持工件的形狀、尺寸、質(zhì)量、材料性能以及表面形狀不同，故工業(yè)機(jī)器人的手部結(jié)構(gòu)多種多樣，大部分手部結(jié)構(gòu)都是根據(jù)特定的工作要求而專門設(shè)計(jì)的，它們不僅結(jié)構(gòu)形式不完全相同，其工作原理也并不一樣。如按握持工件的原理分，機(jī)器人的手部可大致分為夾持式和吸附式兩大類。 夾持式手部是利用夾鉗的開閉來夾緊和抓取工件的，按其結(jié)構(gòu)又分為兩指或多指、回轉(zhuǎn)和平移、外夾和內(nèi)撐等多種形式。吸附式手部又分為氣吸式和磁吸式：氣吸式手部利用真空吸力及負(fù)壓吸力吸持工件，它適用于抓取薄片工件，通常吸盤由橡膠或塑料制成；磁吸式手部利用電磁鐵和永久磁鐵的磁場力吸取具有磁性物質(zhì)的小五金工件。 除此之外，在機(jī)器人腕部可直接安裝被視為特殊手部的專用工具，如焊槍、噴槍、電動(dòng)扳手、電鉆等。 2) 手臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)　手臂是機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的重要部件，它具有前后伸縮、上下升降、左右擺動(dòng)或左右回轉(zhuǎn)等運(yùn)動(dòng)功能。機(jī)器人手臂由大臂和小臂組成，小臂只完成伸縮運(yùn)動(dòng)，大臂完成回轉(zhuǎn)、升降或上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人的大臂與機(jī)座連在一起，小臂前端裝有手腕和手部。若沒有手腕，可在手臂前端直接安裝手部。 手臂是支持手指和手腕部分的機(jī)構(gòu)，它不僅承受被抓取工件的物重，而且承受手部、手腕和手臂自身的重量。它的結(jié)構(gòu)性能、工作范圍、承載能力和動(dòng)作精度直接影響機(jī)器人的工作性能。因此，必須根據(jù)機(jī)器人的抓取物重、運(yùn)動(dòng)方式、自由度數(shù)和運(yùn)動(dòng)速度等要求來設(shè)計(jì)選擇手臂的結(jié)構(gòu)形式。 機(jī)器人手臂有不同的結(jié)構(gòu)形式和驅(qū)動(dòng)方法。常見的驅(qū)動(dòng)方式有氣壓驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)以及復(fù)合驅(qū)動(dòng)方式等。常用的運(yùn)動(dòng)形式和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有： (1) 直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括直線運(yùn)動(dòng)液(氣)壓缸、絲桿螺母機(jī)構(gòu)、直線電動(dòng)機(jī)、鏈傳動(dòng)、直線液(氣)壓缸加齒輪齒條機(jī)構(gòu)、絲桿螺母加花鍵導(dǎo)向機(jī)構(gòu)等。 (2) 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括葉片式擺動(dòng)液(氣)壓缸、直線液(氣)壓缸加齒輪齒條機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)液(氣)壓缸加行星機(jī)構(gòu)、直線液(氣)壓缸加鏈條鏈輪機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)直線液(氣)壓缸加擺桿機(jī)構(gòu)等。 3) 手腕的機(jī)械結(jié)構(gòu)　手腕是連接手部和手臂的部件，起著調(diào)整和改變手部方位的作用(見圖4-13)。 然而不是所有的機(jī)器人都有手腕部分。手腕的設(shè)置增加了手臂的負(fù)荷，影響機(jī)器人的抓取能力和慣性矩。在設(shè)計(jì)機(jī)器人手腕時(shí)應(yīng)考慮如下的兩個(gè)原則：  　(1) 凡是能由臂部完成的動(dòng)作，盡量不選取腕部，以使機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，降低成本且減輕重量，改善機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)性能。 (2) 在不得不使用手腕時(shí)，應(yīng)使腕部的結(jié)構(gòu)在保證動(dòng)作要求下盡量簡單、緊湊和小巧。機(jī)器人手腕的設(shè)計(jì)首先應(yīng)確定所要求的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作。手腕動(dòng)作一般是在手臂動(dòng)作確定之后，根據(jù)工件的上下料要求進(jìn)行確定的。手臂完成不了的動(dòng)作由手腕來完成，或同時(shí)考慮和分配手臂、手腕共同擔(dān)負(fù)的動(dòng)作。 手腕的機(jī)械結(jié)構(gòu)是根據(jù)它的運(yùn)動(dòng)要求來確定的。對于手腕的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，多采用回轉(zhuǎn)液(氣)壓缸或直線液(氣)壓缸加齒條的結(jié)構(gòu)形式。 6. 工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng) 1) 機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成　機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成如圖4-14所示。 (1) 控制計(jì)算機(jī)：控制系統(tǒng)的調(diào)度指揮機(jī)構(gòu)，一般為微型機(jī)，微處理器有32位、64位等，如奔騰系列CPU以及其他類型的CPU。 (2) 示教盒：設(shè)定示教機(jī)器人的工作軌跡和參數(shù)以及所有人機(jī)交互操作，擁有自己獨(dú)立的CPU及存儲單元，與主計(jì)算機(jī)之間以串行通信方式實(shí)現(xiàn)信息交互。 (3) 操作面板：由各種操作按鍵、狀態(tài)指示燈構(gòu)成，只完成基本操作功能。 (4) 存儲設(shè)備：存儲機(jī)器人工作程序的外圍存儲器，分為硬盤和軟盤兩大類。 (5) 數(shù)字和模擬量輸入輸出：各種狀態(tài)和控制命令的輸入或輸出設(shè)備。 (6) 打印機(jī)接口：記錄需要輸出的各種信息。 (7) 傳感器接口：用于信息的自動(dòng)檢測，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人柔性控制，一般為力覺、觸覺和視覺傳感器。 (8) 軸控制器：完成機(jī)器人各關(guān)節(jié)位置、速度和加速度的控制。 (9) 輔助控制設(shè)備：用于配合機(jī)器人工作的輔助控制設(shè)備，如手爪變位器等。 (10) 通信接口：實(shí)現(xiàn)機(jī)器人和其他設(shè)備的信息交換，一般分為串行接口和并行接口。 (11) 網(wǎng)絡(luò)接口：通過網(wǎng)絡(luò)連接實(shí)現(xiàn)更多擴(kuò)展功能。 2) 機(jī)器人的編程語言及其分類　描述機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的語言叫做機(jī)器人語言(Robot Language)。 以機(jī)器人語言為線索，利用機(jī)器人語言對機(jī)器人編程，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人及其周邊裝置的控制。機(jī)器人是一種在人與機(jī)器人之間記錄信號或交換信息的程序語言�！�從不同的方面考慮，機(jī)器人語言有多種分類方法，通常人們根據(jù)作業(yè)描述水平將其分為三級。 (1) 動(dòng)作級。 動(dòng)作級語言以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)作為描述的中心，由一系列命令組成，一般一個(gè)命令對應(yīng)一個(gè)動(dòng)作，語言簡單，易于編程，其缺點(diǎn)是不能進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。 　 (2) 對象級。 對象級語言是以描寫操作物之間的關(guān)系為中心的語言。 (3) 任務(wù)級。 任務(wù)級語言是比較高級的機(jī)器人語言，這類語言允許使用者對工作任務(wù)要求達(dá)到的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機(jī)器人所做的每一個(gè)動(dòng)作的細(xì)節(jié)，只要按某種原則給出最初的環(huán)境模型和最終的工作狀態(tài)，機(jī)器人即可自動(dòng)進(jìn)行推理計(jì)算，最后生成機(jī)器人的動(dòng)作。 7．工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 1) 在摩托車行業(yè)中的應(yīng)用海南新大洲摩托車廠用4臺弧焊機(jī)器人工作站完成新大洲50系列摩托車的車架焊接。該生產(chǎn)線自1998年3月投入運(yùn)行以來，運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定。南京金城機(jī)械有限公司在其125-7D車架的生產(chǎn)線上使用了7臺機(jī)器人用于焊接和切割，提高了產(chǎn)品的一致性。 2) 在電子、家電行業(yè)中的應(yīng)用機(jī)器人的應(yīng)用改變了韻聲集團(tuán)八音琴全靠手工裝配的歷史，提高了企業(yè)形象，積累了經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了人才，為企業(yè)的下一步發(fā)展打下了基礎(chǔ)。 3) 在石化行業(yè)中的應(yīng)用哈工大博實(shí)公司自主開發(fā)的“自動(dòng)包裝機(jī)器人碼垛生產(chǎn)線”應(yīng)用于大慶石化公司10萬噸/年聚丙烯生產(chǎn)裝置，全線實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行， 動(dòng)作平穩(wěn)可靠，運(yùn)行速度快，稱重精度高，縫口位置準(zhǔn)確，碼垛垛形整齊。 　 4) 在采礦業(yè)中的應(yīng)用采礦業(yè)是一種勞動(dòng)條件相當(dāng)惡劣的生產(chǎn)行業(yè)，根據(jù)井下作業(yè)的特殊條件和特點(diǎn)，機(jī)器人主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面： (1) 特殊煤層采掘機(jī)器人目前，一般煤礦都用綜合機(jī)械化采煤機(jī)采煤，但對于薄煤層這類特殊情況， 運(yùn)用綜合機(jī)械化采煤機(jī)采煤就很不方便，有時(shí)甚至是不可能的，而人工采煤作業(yè)又十分艱苦和危險(xiǎn)，但如果舍棄薄煤層，又會造成資源的極大浪費(fèi)。因此，采用遙控機(jī)器人進(jìn)行特殊煤層的采掘是最佳的方法。這種采掘機(jī)器人應(yīng)該能拿起各種工具，比如高速轉(zhuǎn)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和其它采爆器械等，并且能操作這些工具。這種機(jī)器人的肩部應(yīng)裝有強(qiáng)光源和視覺傳感器，這樣能及時(shí)將采區(qū)前方的情況傳 送給操作人員。 (2) 鑿巖機(jī)器人。這種機(jī)器人可以利用傳感器來確定巷道的上緣，這樣就可以自動(dòng)瞄準(zhǔn)巷道縫，然后把鉆頭按規(guī)定的間隔布置好，鉆孔過程用微機(jī)控制，隨時(shí)根據(jù)巖石硬度調(diào)整鉆頭的轉(zhuǎn)速、力的大小以及鉆孔的形狀，這樣可以大大提高生產(chǎn)率，人只要在安全的地方監(jiān)視整個(gè)作業(yè)過程就行了。 　(3) 井下噴漿機(jī)器人。井下噴漿作業(yè)是一項(xiàng)繁重且危害人體健康的作業(yè)，目前這種作業(yè)主要由人操作機(jī)械裝置來完成，缺陷很多。采用噴漿機(jī)器人不僅可以提高噴涂質(zhì)量，也可以將人從惡劣和繁重的作業(yè)環(huán)境中解放出來。 (4) 瓦斯、地壓檢測機(jī)器人。瓦斯和沖擊地壓是井下作業(yè)中的兩個(gè)不安全的自然因素，一旦發(fā)生突然事故，則相當(dāng)危險(xiǎn)， 后果十分嚴(yán)重。瓦斯和沖擊地壓在形成突發(fā)事故之前都會表現(xiàn)出種種跡象，如巖石破裂等。采用帶有專用新型傳感器的移動(dòng)式機(jī)器人連續(xù)監(jiān)視采礦狀態(tài)，可以及早發(fā)現(xiàn)突發(fā)事故的先兆，采取相應(yīng)的預(yù)防措施�！〈送�，在食品工業(yè)、核工業(yè)等行業(yè)中也已經(jīng)開始廣泛使用機(jī)器人來代替一些手工作業(yè)。 4.3 CAD/CAPP/CAM — 體化技術(shù) 4.3.1 CAD/CAM基本概念　從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度看，設(shè)計(jì)與制造過程是有關(guān)產(chǎn)品的信息產(chǎn)生、處理、交換和管理的過程。CAD/CAM技術(shù)不是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造流程方法的簡單映像，也不會局限于在個(gè)別步驟或環(huán)節(jié)中部分使用計(jì)算機(jī)作為工具，它將計(jì)算機(jī)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(yàn)以現(xiàn)代的科學(xué)方法為指導(dǎo)結(jié)合起來，在設(shè)計(jì)、制造的全過程中各盡所長，盡可能地利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成那些重復(fù)性高、勞動(dòng)量大、計(jì)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(gè)過程，以獲得最佳效果。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)量控制等方面的功能。 4.3.2 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)CAPP技術(shù)　1．CAPP基本概念　CAPP的開發(fā)、研制是從20世紀(jì)60年代末開始的，在制造自動(dòng)化領(lǐng)域，CAPP的發(fā)展是最遲的。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一個(gè)CAPP系統(tǒng)AUTOPROS； 1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。 在CAPP發(fā)展史上，具有里程碑意義的是CAM-I于1976年推出的CAM-I‘s Automated Process Planning系統(tǒng)，取每個(gè)單詞的首字母，稱其為CAPP系統(tǒng)。目前對CAPP這個(gè)縮寫雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。 CAPP(Computer Aided Process Planning，計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì))的作用是利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行零件加工工藝過程的制定， 把毛坯加工成工程圖紙上所要求的零件。它是通過向計(jì)算機(jī)輸入被加工零件的幾何信息(形狀、尺寸等)和工藝信息(材料、熱處理、批量等)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。 由于計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS)的出現(xiàn)，CAPP上與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (Computer Aided Design，CAD)相接， 下與計(jì)算機(jī)輔助制造(Computer Aided Manufacturing，CAM)相連，是連接設(shè)計(jì)與制造之間的橋梁。設(shè)計(jì)信息只能通過工藝設(shè)計(jì)才能生成制造信息，設(shè)計(jì)只能通過工藝設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)功能和信息的集成。由此可見，CAPP在實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化中具有重要地位。 傳統(tǒng)上，工藝設(shè)計(jì)應(yīng)由具有豐富生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的工程師負(fù)責(zé)。作為一個(gè)好的工藝設(shè)計(jì)工程師 ，必須具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，熟知企業(yè)內(nèi)各種設(shè)備的使用情況，熟知企業(yè)內(nèi)的各種生產(chǎn)工藝方法，熟知企業(yè)內(nèi)各種與生產(chǎn)加工有關(guān)的規(guī)范，熟知與生產(chǎn)管理有關(guān)的各種規(guī)章制度，能與有關(guān)各方保持友好協(xié)作。 傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)都是由人工進(jìn)行的，這就不可避免地存在以下一些缺點(diǎn)： (1) 對工藝設(shè)計(jì)人員要求高。 (2) 工作量大，效率低下。 (3) 無法利用CAD的圖形和數(shù)據(jù)。 (4) 難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 (5) 信息不能共享。 2．CAPP的功能 (1) 接受輸入或生成零件圖上的幾何及拓?fù)湫畔ⅰ⒐に囆畔⒑蜏y量信息； (2) 檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件； (3) 選擇加工方法； (4) 安排加工路線； (5) 選擇機(jī)床、刀具、夾具等； (6) 選擇切削用量； (7) 計(jì)算切削參數(shù)、加工時(shí)間和監(jiān)工費(fèi)用等； (8) 進(jìn)行工藝流程的優(yōu)化及多工序、單工序切削用量的優(yōu)化； (9) 確定工序尺寸和公差，選擇毛坯等； (10) 繪制工序圖； (11) 產(chǎn)生刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，自動(dòng)進(jìn)行NC編程； (12) 模擬加工過程，顯示刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡。 3．CAPP的結(jié)構(gòu)組成　CAPP系統(tǒng)的構(gòu)成與其開發(fā)環(huán)境、產(chǎn)品對象、規(guī)模大小有關(guān)。圖4-15所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是根據(jù)CAD/CAPP/CAM集成的要求而擬定的，其基本模塊如下：　(1) 控制模塊：協(xié)調(diào)各模塊的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間的信息交流，控制零件信息的獲取方式。 (2) 零件信息獲取模塊：零件信息輸入可以有下列幾種方式：人工交互輸入，從CAD系統(tǒng)直接獲取，來自集成環(huán)境下統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。 (3) 工藝過程設(shè)計(jì)模塊：進(jìn)行加工工藝過程的決策，生成工藝過程卡。 (4) 工序決策模塊：生成工序卡。 (5) 工步?jīng)Q策模塊：生成工步卡并提供形成NC指令所需的刀位文件。 (6) NC加工指令生成模塊：根據(jù)刀位文件生成控制數(shù)控機(jī)床的NC加工指令。 (7) 輸出模塊：可輸出工藝過程卡、工序和工步卡、工序圖等各類文檔，并可利用編輯工具對現(xiàn)有文件進(jìn)行修改后得到所需的工藝文件。 (8) 加工過程動(dòng)態(tài)仿真模塊：可檢查工藝過程及NC指令的正確性。 4．CAPP的基礎(chǔ)技術(shù)　(1) 成組技術(shù)。我國CAPP系統(tǒng)的開發(fā)與成組技術(shù)密切相關(guān)，早期開發(fā)的CAPP系統(tǒng)一般是以GT為基礎(chǔ)的變異CAPP系統(tǒng)�！�(2) 零件信息的描述與獲取。CAPP與CAD、CAM一樣，其單元技術(shù)都是按照自己的特點(diǎn)而各自發(fā)展的。因此，即使在集成化、智能化的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)中，零件信息的生成與獲取也是一項(xiàng)關(guān)鍵問題。 (3) 工藝設(shè)計(jì)決策機(jī)制 其核心為特征型面加工方法的選擇，零件加工工序及工步的安排及組合，故其主要的決策內(nèi)容如下：① 工藝流程決策；② 工序決策；③ 工步?jīng)Q策；④ 工藝參數(shù)決策。為保證工藝設(shè)計(jì)達(dá)到全局最優(yōu)化，系統(tǒng)把這些內(nèi)容集成在一起，進(jìn)行綜合分析、動(dòng)態(tài)優(yōu)化、交叉設(shè)計(jì)。 (4) 工藝知識的獲取及表示 工藝設(shè)計(jì)隨設(shè)計(jì)人員、資源條件、技術(shù)水平、工藝習(xí)慣而變。要使工藝設(shè)計(jì)在企業(yè)內(nèi)得到廣泛而有效的應(yīng)用，就應(yīng)總結(jié)出適應(yīng)本企業(yè)零件加工的典型工藝及工藝決策方法，按所開發(fā)CAPP系統(tǒng)的要求，用不同的形式表達(dá)這些經(jīng)驗(yàn)及決策邏輯。 5) 工序圖及其他文檔的自動(dòng)生成。 (6) NC加工指令的自動(dòng)生成及加工過程動(dòng)態(tài)仿真。 (7) 工藝數(shù)據(jù)庫的建立。 5．CAPP系統(tǒng)的類型 (1) 派生式CAPP系統(tǒng)(又稱為變異型CAPP系統(tǒng))。派生式CAPP系統(tǒng)建立在成組技術(shù)(GT)的基礎(chǔ)上，其基本原理是零件的相似性，即相似零件有相似的工藝規(guī)程。 一個(gè)新零件的工藝規(guī)程是通過檢索系統(tǒng)中已有的相似零件的工藝規(guī)程并加以篩選或編輯而成的。計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲的是一些標(biāo)準(zhǔn)工藝過程和標(biāo)準(zhǔn)工序。從設(shè)計(jì)角度看，這種設(shè)計(jì)方法與常規(guī)工藝設(shè)計(jì)的類比設(shè)計(jì)相同，即用計(jì)算機(jī)模擬人工設(shè)計(jì)的方式，其繼承和應(yīng)用的是標(biāo)準(zhǔn)工藝。 (2) 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工藝規(guī)程是根據(jù)程序中所反映的決策邏輯和制造工程數(shù)據(jù)信息生成的，這些信息主要是有關(guān)各種加工方法的加工能力和對象、各種設(shè)備及刀具的適用范圍等一系列基本知識。工藝決策中的各種決策邏輯存入相對獨(dú)立的工藝知識庫中，供主程序調(diào)用。 向創(chuàng)成式系統(tǒng)輸入待加工零件的信息后，系統(tǒng)能自動(dòng)生成各種工藝規(guī)程文件，用戶不需或略加修改即可�！　�創(chuàng)成式系統(tǒng)不需要派生法中的樣板工藝文件，在創(chuàng)成系統(tǒng)中只有決策邏輯與規(guī)則，系統(tǒng)必須讀取零件的全面信息，在此基礎(chǔ)上按照程序所規(guī)定的邏輯規(guī)則自動(dòng)生成工藝文件。 (3) 綜合式CAPP系統(tǒng)(又稱半創(chuàng)成型CAPP系統(tǒng))。綜合式CAPP系統(tǒng)是將派生式、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)與人工智能結(jié)合在一起綜合而成的，沿用以派生式CAPP系統(tǒng)為主的“檢索-編輯”原理，當(dāng)零件不能歸入系統(tǒng)已存在的零件族時(shí)，則轉(zhuǎn)向創(chuàng)成式工藝規(guī)程設(shè)計(jì)， 或在工藝編輯時(shí)引入創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的決策邏輯原理。這種CAPP方式將變異型與創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)結(jié)合起來(如工序設(shè)計(jì)用變異型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，工步設(shè)計(jì)用創(chuàng)成式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法)，具有兩種系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，克服了它們的部分缺點(diǎn)，因此應(yīng)用十分廣泛。我國自行開發(fā)的CAPP系統(tǒng)多采用這種類型。 (4) 交互型CAPP 它以人機(jī)對話的方式完成工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)，實(shí)際上是按“變異型＋創(chuàng)成式＋人工干預(yù)”方式開發(fā)的一種系統(tǒng)，它將一些經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)，模糊難定的問題留給設(shè)計(jì)人員去完成，這就簡化了系統(tǒng)的開發(fā)難度，使其更靈活、方便，但系統(tǒng)的運(yùn)行效率低且對人的依賴性較大。 (5) 智能型CAPP。它是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在CAPP系統(tǒng)中形成的CAPP專家系統(tǒng)。智能型CAPP與創(chuàng)成式系統(tǒng)的不同性在于：創(chuàng)成式CAPP采用邏輯算術(shù)規(guī)則進(jìn)行決策，而智能型CAPP則以推理加知識的專家系統(tǒng)技術(shù)來解決工藝設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng)、模糊和不確定的若干問題，它更加完善和方便，是CAPP的發(fā)展方向，也是當(dāng)今國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一。 目前，國內(nèi)商品化的CAPP系統(tǒng)可分為以下幾種： (1) 使用Word、Excel、AutoCAD或再開發(fā)的CAPP系統(tǒng)。此類CAPP系統(tǒng)所生成的工藝文件是以文本文件的形式存在的，無法生成工藝數(shù)據(jù)，更談不上工藝數(shù)據(jù)的管理。 (2) 常規(guī)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，使用Form、Report或在AutoCAD上繪制工藝卡片的CAPP系統(tǒng)。此類CAPP系統(tǒng)所生成的工藝卡片是由程序設(shè)計(jì)生成的，工藝卡片的填寫無法實(shí)現(xiàn)所見 即所得，如果企業(yè)的卡片形式需要更新的話，就需要更改原程序。 (3) 注重卡片的生成，但工藝數(shù)據(jù)的管理功能較弱的CAPP系統(tǒng)。此類CAPP系統(tǒng)的工藝數(shù)據(jù)是分散在各個(gè)工藝卡片當(dāng)中的，很難做到對工藝數(shù)據(jù)的集中管理。 (4) 采用“所見即所得”的交互式填表方式＋工藝數(shù)據(jù)管理、集成的綜合式CAPP系統(tǒng)。此類系統(tǒng)的填表方式更符合工藝設(shè)計(jì)人員的工作習(xí)慣，便于與企業(yè)的PDM系統(tǒng)集成，管理產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)，并為MRPⅡ、MIS等系統(tǒng)提供有效的生產(chǎn)和管理用工藝數(shù)據(jù)。 6．成組技術(shù)　1) 零件分類編碼系統(tǒng)　零件的分類編碼系統(tǒng)是用數(shù)字和字母對零件特征進(jìn)行標(biāo)識和描述的一套特定的規(guī)則和依據(jù)。目前，國內(nèi)外已有100多種編碼系統(tǒng)在工業(yè)中使用。每個(gè)工業(yè)部門可以根據(jù)本企業(yè)的產(chǎn)品特點(diǎn)選擇其中一種，或在某種編碼系統(tǒng)基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，以適應(yīng)本單位的要求。 一個(gè)較好的零件分類編碼系統(tǒng)應(yīng)滿足如下的要求： (1) 各特征代碼應(yīng)有明確含義，不能含糊不清和相互混淆。 (2) 系統(tǒng)的信息容量與特征項(xiàng)目足夠，應(yīng)能覆蓋企業(yè)內(nèi)所有產(chǎn)品零件的有關(guān)特征信息，并留有余地，滿足產(chǎn)品更新和工藝技術(shù)發(fā)展的需要。 (3) 系統(tǒng)所描述的特征應(yīng)盡量具有永久性，不致因產(chǎn)品更換或生產(chǎn)條件變化而變得不適用。 (4) 能滿足企業(yè)內(nèi)各有關(guān)部門的要求。 (5) 結(jié)構(gòu)緊湊，便于掌握使用，并能適合于計(jì)算機(jī)處理。 OPITZ編碼系統(tǒng)是由德國OPITZ教授提出的，是世界上最早的一種適用于設(shè)計(jì)和工藝的多功能系統(tǒng)。 其基本結(jié)構(gòu)如圖4-16所示。該系統(tǒng)分為主碼和輔碼，用9位數(shù)字碼表示。前5位為主碼，主要用來描述零件的基本形狀元素，其中第Ⅰ位是零件類別碼，用來區(qū)分回轉(zhuǎn)體零件與非回轉(zhuǎn)體零件兩大類；第Ⅱ～Ⅵ位是針對類別碼所確定的零件形狀及加工碼，分別描述外部和內(nèi)部形狀及要素、平面加工和輔助加工。 系統(tǒng)的第Ⅶ～Ⅹ位是輔助碼，表示零件的主要尺寸、材料及熱處理性質(zhì)、毛坯形狀和精度要求。 2) 零件的分類成組方法所謂零件的分類成組，是指按照一定的相似準(zhǔn)則，將產(chǎn)品中品種繁多的零件歸并成為幾個(gè)具有相似特征的零件族，這是成組技術(shù)的核心。 零件分類成組的方法很多，但大致可分為編碼分類法和生產(chǎn)流程分析法兩大類。　(1) 編碼分類法根據(jù)編碼系統(tǒng)編制的零件代碼代表了零件一定的特征。因此，利用零件代碼就能方便地找到相同或相似特征的零件，形成零件族。原則上講，代碼完全相同的零件便可組成一個(gè)零件族。 但這樣做會使得零件族數(shù)很多，而每個(gè)族內(nèi)零件種類數(shù)都不多，達(dá)不到擴(kuò)大批量、提高效率的目的。為此，應(yīng)適當(dāng)放寬相似性程度，做到合理分類。目前，常用的編碼分類方法有： ① 特征碼位法此法以對某種目的影響最大的碼位作為特征碼位來劃分零件族。 例如：零件的形狀、尺寸、材質(zhì)等特征對制造工藝影響較大，在采用OPITZ系統(tǒng)時(shí)，將第Ⅰ、Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ碼位作為特征碼位。特征碼位相同，不論其他碼位如何，都認(rèn)為屬同一零件族�！、� 碼域法此法將分類編碼系統(tǒng)中各碼位數(shù)值規(guī)定一個(gè)范圍作為零件分組的依據(jù)。 ③ 特征位碼域法 該法是由特征碼位法與碼域法結(jié)合而成的一種分組方法，選取若干特征性較強(qiáng)的碼位，并在這些碼位上規(guī)定允許的特征項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化范圍，來作為分組的依據(jù)。 (2) 生產(chǎn)流程分析法零件的分類編碼系統(tǒng)一般是以零件的結(jié)構(gòu)開頭和幾何特征為依據(jù)建立的，對于零件加工 工藝信息它不可能描述得非常精細(xì)，采用編碼分類成組方法來劃分零件族，不能很好地將之與加工工藝和加工設(shè)備聯(lián)系起來。而生產(chǎn)流程分析法是以生產(chǎn)過程或以加工工藝過程為主要依據(jù)的零件分類成組方式，它通過相似的物料流找出相似的零件集合，并以生產(chǎn)實(shí)施或設(shè)備的對應(yīng)關(guān)系來確定零件族，同時(shí)也能得到加工該族零件的生產(chǎn)工藝流程 和設(shè)備組。生產(chǎn)流程分析通常包含如下4方面內(nèi)容：① 工廠流程分析—建立車間與零件的對應(yīng)關(guān)系；② 車間流程分析—建立制造單元與零件的對應(yīng)關(guān)系；③ 單元流程分析—建立加工設(shè)備與零件的對應(yīng)關(guān)系；④ 單臺設(shè)備流程分析—建立工藝裝備與零件的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)這些對應(yīng)關(guān)系，編制出各類關(guān)系中最佳的作 業(yè)順序，找出各個(gè)設(shè)備組與零件族。 4.3.3 CAM技術(shù) 1．?dāng)?shù)控加工與編程　數(shù)控機(jī)床是數(shù)字控制機(jī)床的簡稱。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和各種動(dòng)作是由機(jī)床配置的數(shù)控系統(tǒng)以數(shù)字量的形式進(jìn)行控制的。這些動(dòng)作和運(yùn)動(dòng)參數(shù)是由零件的加工程序詳細(xì)規(guī)定好的。 數(shù)控加工是指利用數(shù)控機(jī)床或計(jì)算機(jī)代替人工操縱機(jī)床自動(dòng)選擇加工工具，生成加工路徑，消除加工干涉，配置加工驅(qū)動(dòng)等，從而完成零件的加工。為了在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，首先必須根據(jù)零件圖樣得到一個(gè)控制紙帶。數(shù)控零件加工程序的編制是數(shù)控加工的基礎(chǔ)，程序編制的好壞將直接影響到數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。 國內(nèi)外數(shù)控加工統(tǒng)計(jì)表明：造成數(shù)控加工設(shè)備空閑大約有20％～30％的情況是編程不當(dāng)造成的，因此理想的加工程序不僅應(yīng)保證加工出符合設(shè)計(jì)要求的合格零件，同時(shí)應(yīng)能使數(shù)控機(jī)床的功能得到合理的應(yīng)用及充分的發(fā)揮，且能安全高效地工作。 用普通機(jī)床加工零件，事先需要根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃和零件圖紙的要求編制工藝規(guī)程， 其中包括確定工藝路線、選擇加工機(jī)床、設(shè)計(jì)零件裝夾方式、計(jì)算工序尺寸和規(guī)定切削用量等。應(yīng)用數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，大體也要經(jīng)歷這些步驟，這時(shí)的工作流程可以簡略地用圖4-17表示。 圖中數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟如下： (1) 分析零件圖樣，進(jìn)行工藝處理。 (2) 數(shù)學(xué)處理。 (3) 編寫零件加工程序。 (4) 控制介質(zhì)及輸入程序。 (5) 程序校核及試切。 2．?dāng)?shù)控編程的方法　1) 手工編程　手工編程從分析零件、制定工藝規(guī)程、計(jì)算刀具運(yùn)動(dòng)軌跡、編寫零件加工程序單、制作控制介質(zhì)直到程序校核，整個(gè)過程都是由人工完成的。數(shù)控加工程序應(yīng)按固定的格式編寫，一般按下列順序書寫，即N××× G×× X Y Z R F××× S×× T×× M×× CR。 其中N×××為程序號； G××為準(zhǔn)備功能，用地址G后面的2位數(shù)值代碼來表示一個(gè)指令方式的準(zhǔn)備功能地址，如G41表示刀具偏左；X、Y、Z表示要移動(dòng)的軸，字母后注有方向(可省略)及移動(dòng)量，單位為mm； R及其后數(shù)值為圓弧插補(bǔ)參數(shù)； F×××為刀具每分鐘進(jìn)給量，如F1為1mm/min； S、T、M為主軸功能、刀具功能和輔助功能，用S和其后的數(shù)值表示主軸每分鐘的轉(zhuǎn)速，刀具功能是由T后的兩位數(shù)字表示的，至于哪個(gè)代碼對應(yīng)于什么刀具，則由機(jī)床廠家來決定，地址M后指定的兩位數(shù)用于送出BCD兩位代碼信號和脈沖選通信號， 以便控制機(jī)床的開/關(guān)，如M02表示主程序結(jié)束，M03表示主軸啟動(dòng)；CR表示程序段結(jié)束，一般用分號“；”表示。例如在數(shù)控鏜床上鉆一個(gè)如圖4-18所示的孔的程序?yàn)?N001 G81 X－70 F600 T01； N002 Z174 R148 F110 S880； N003 G80 X0 Y0； N004 M02； 2) 自動(dòng)編程　由于手工編程既煩瑣又枯燥，并影響和限制了NC機(jī)床的發(fā)展和應(yīng)用，因而在NC機(jī)床出現(xiàn)不久，人們就開始了對自動(dòng)編程方法的研究。自動(dòng)編程就是指利用計(jì)算機(jī)編制數(shù)控加工程序，因而又稱為計(jì)算機(jī)輔助編程。 自動(dòng)編程具有編程速度快、周期短、質(zhì)量高、使用方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，與手工編程相比，可提高編程效率數(shù)倍乃至數(shù)十倍。零件越是復(fù)雜，自動(dòng)編程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果越是顯著，特別是它能編制用手工編程無法完成的程序。自動(dòng)編程根據(jù)編程信息輸入與計(jì)算機(jī)對信息處理方式的不同，主要有如下三種： (1) 數(shù)控語言自動(dòng)編程。數(shù)控語言自動(dòng)編程就是利用計(jì)算機(jī)以專門的數(shù)控編程語言編寫零件的源程序來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編制零件數(shù)控加工程序。編程人員選用合適的數(shù)控語言來描述零件圖樣上的幾何形狀及刀具相對零件運(yùn)動(dòng)的軌跡、順序和其他工藝參數(shù)等，所編制的程序稱為零件的源程序。將編好的源程序全部輸入給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，得到可以用于數(shù)控加工的NC指令。 (2) 計(jì)算機(jī)輔助圖形自動(dòng)編程。編程人員不需要懂任何數(shù)控編程語言，其工作主要是對零件圖樣進(jìn)行工藝分析，確定構(gòu)圖方案后，利用自動(dòng)編程軟件本身的自動(dòng)繪圖功能，在CRT顯示器上以人機(jī)對話的方式構(gòu)建出零件幾何圖形，然后利用軟件的CAM功能制作出NC加工程序。這種自動(dòng)編程主要是以人機(jī)交互方式進(jìn)行的，所以又稱為圖形交互式自動(dòng)編程。 (3) CAD/CAM集成編程。在CAD/CAM集成環(huán)境中，數(shù)控加工程序的生成直接提取了CAD的零件信息和CAPP的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，自動(dòng)生成刀位文件，經(jīng)過后置處理，刀位文件轉(zhuǎn)換成NC加工程序。集成環(huán)境下NC自動(dòng)編程系統(tǒng)如圖4-19所示。這種編程過程達(dá)到了很高的自動(dòng)化水平，生成的NC程序可以人工由鍵盤輸入數(shù)控系統(tǒng)，或通過串行通信線路傳輸至數(shù)控系統(tǒng)。 3．?dāng)?shù)控語言自動(dòng)編程技術(shù) 1) 數(shù)控語言自動(dòng)編程過程　數(shù)控加工程序編制過程如圖4-20所示，可分為源程序編制和目標(biāo)程序編制兩個(gè)階段。 (1) 源程序編制。源程序是使用專門的數(shù)控語言(如APT、FAPT、EXAPT、EAPT等)所指定的方式寫出所需加工零件的形狀、尺寸，加工該工件的刀具的動(dòng)作，指定的切削條件， 機(jī)床的輔助功能等內(nèi)容的程序。零件程序語言一般都是公開的，編程人員按照一定自動(dòng)編程系統(tǒng)的說明書就能編寫出零件源程序。若在計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中，零件圖可由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)輸入，零件工藝過程可由計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)輸入，則可自動(dòng)編制用數(shù)控語言表示的源程序。 (2) 目標(biāo)程序編制。零件源程序并不能被數(shù)控系統(tǒng)所識別，因此不能直接控制機(jī)床。零件源程序編好后，要輸入給計(jì)算機(jī)，由編譯程序(數(shù)控軟件)翻譯成機(jī)器語言，通過前置處理和后置處理，輸出機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)所需的加工程序，稱之為目標(biāo)程序或結(jié)果程序。目標(biāo)程序是用國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的數(shù)控代碼來編寫的，通常所說的數(shù)控程序就是指目標(biāo)程序。 　手工編程時(shí)，可直接編制目標(biāo)程序，但工作量大，易出錯(cuò)。自動(dòng)編程時(shí)，可以手工編制源程序，再通過計(jì)算機(jī)從源程序自動(dòng)產(chǎn)生目標(biāo)程序，這樣做簡單方便，工作量大為減小。 編譯程序是針對加工對象事先編好存放在計(jì)算機(jī)中的系統(tǒng)軟件，包括前置處理程序和后置處理程序兩大模塊，大多是用高級語言(FORTRAN)開發(fā)的。 前置處理程序?qū)υ闯绦蛑斜硎玖慵�的幾何信息、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡語句等進(jìn)行編譯，得到刀具位置數(shù)據(jù)文件。由于這部分處理不涉及具體NC機(jī)床的指令形式和輔助功能，因此具有通用性；后置處理程序?qū)⒌毒呶恢脭?shù)據(jù)再編譯成特定的機(jī)床數(shù)控指令，因?yàn)椴煌�的機(jī)床功能不同，所以后置處理程序是不通用的。 由此可見，經(jīng)過數(shù)控程序系統(tǒng)處理后輸出的程序才是控制NC機(jī)床的零件加工程序。整個(gè)NC自動(dòng)編程的過程如圖4-20所示。從圖4-20中可見，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)編程，數(shù)控自動(dòng)編程語言和數(shù)控程序系統(tǒng)是兩個(gè)重要的組成部分。 2) 數(shù)控語言及源程序的編寫 (1) APT語言系統(tǒng)的特點(diǎn)：用APT語言編寫的零件源程序接近英語自然語言，具有和英語相類似的詞匯，書寫方法也類同英語習(xí)慣，容易為編程人員掌握；APT軟件豐富，處理能力強(qiáng)，適用范圍廣，包括點(diǎn)位直線加工、兩坐標(biāo)曲線加工直至五坐標(biāo)空間曲面加工等，有上千種后置處理程序； APT編程可靠性高，系統(tǒng)有很強(qiáng)的診斷功能，源程序錯(cuò)誤可由計(jì)算機(jī)自行檢查出來。 (2) 書寫零件源程序的步驟 下面以銑削圖4-21所示零件為例，說明應(yīng)用APT語言編寫零件源程序的書寫格式和步驟。通過這個(gè)例子的分析，可以對數(shù)控語言自動(dòng)編程有一個(gè)大致的了解。書寫零件源程序的一般步驟如下。 ① 通過分析零件圖樣，明確待加工零件的特征以及加工要求。本例中待加工零件的特征是由直線構(gòu)成。 ② 選擇編程坐標(biāo)系。選擇編程坐標(biāo)系要考慮編程方便，所有幾何元素都必須在所選的坐標(biāo)系中定義。 ③ 給需要定義的幾何元素用不同的標(biāo)識符命名并標(biāo)在圖上，例如圖4-21中Ll、L2、L3、L4等表示直線。 ④ 選擇公差、刀具以及起刀點(diǎn)和退刀點(diǎn)的位置并確定走刀路線。在書寫刀具運(yùn)動(dòng)語句前應(yīng)把工藝參數(shù)寫在程序里，而且要位于切削運(yùn)動(dòng)語句的前面，本例中為CUTTER/10，TOLER/0.0，SPINDL/2000，CW，F(xiàn)EDRAT/2500。 ⑤ 依照一定的先后順序，寫出各幾何元素的定義語句，如L1=LINE/P1，P2。注意幾何元素的名字一定要在使用前預(yù)先定義，如P1=POINT/15，5；P2= POINT/4，40。 ⑥ 按加工路線逐段寫出刀具運(yùn)動(dòng)語句。在運(yùn)動(dòng)語句中用到的幾何元素名字、宏指令名字和加工方法名字等都應(yīng)預(yù)先定義。在書寫刀具運(yùn)動(dòng)語句時(shí)首先要寫起刀點(diǎn)語句FROM/SETPT，按圖4-22所示的走刀路線圖，逐條寫出刀具運(yùn)動(dòng)語句。 　⑦ 進(jìn)行相應(yīng)的后置處理并填入其他語句，如刀具回至起始點(diǎn)GOTO/SETPT語句，機(jī)床停止STOP語句，零件源程序結(jié)束FINI語句�！≡闯绦�?qū)懲旰筮�要進(jìn)行全面檢查，注意格式是否正確，語句及其中的字是否有遺漏，確認(rèn)無誤后才能輸入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。本例的源程序如下： 源程序 注釋 PARTNO PLATE 初始化語句，說明加工工件號是PLATE MACHIN/UNI 后處理語句，說明機(jī)床控制系統(tǒng)的型號 SETPT=POINT/－10，－1 刀具起始點(diǎn)的坐標(biāo) P1=POINT/15，5 由坐標(biāo)值X、Y定義P1等點(diǎn)的幾何定義語句 P2=POINT/4，40 P3=POINT/76，40 P4=POINT/65，5 L1=LINE/P1，P2 過P1和P2點(diǎn)定義直線L1 L2=LINE/P2，P3 L3=LINE/P3，P4 L4=LINE/P4，P1 CUTTER/10 銑刀直徑10 mm TOLER/0.01 加工容差0.01 mm SPINDL/2000，CW 主軸正傳，轉(zhuǎn)速2000 r/min FEDRAT/2500 進(jìn)給量為2500 mm/min FROM/SETPT 定義刀具起始點(diǎn) GO/TO，L1，TO，L4 刀具從起始點(diǎn)開始以最短距離走到與L1、L4相切為止 GOLFT/L1，PAST，L2 刀具到達(dá)L1時(shí)，相對前一運(yùn)動(dòng)的前進(jìn)方向，向左沿L1運(yùn)動(dòng)直到走過L2為止 GORGT/L2，PAST，L3 GORGT/L3，PAST，L4 GORGT/L4，PAST，L1 GOTO/SETPT 刀具回到起始點(diǎn) STOP 機(jī)床停止 FINI 零件源程序結(jié)束 從上述編程實(shí)例可以看出，源程序中包括以下三種語句：幾何語句，表示零件幾何形狀的語句。它規(guī)定了定義點(diǎn)、線、圓、平面、圓柱、圓錐、球等幾何體素的表達(dá)式。運(yùn)動(dòng)語句，描述刀具運(yùn)動(dòng)軌跡和順序的語句。輔助語句，說明工藝參數(shù)、加工容差的語句。注意要先進(jìn)行幾何定義，然后編寫刀具運(yùn)動(dòng)語句。 在幾何定義過程中，如果要引用某幾何元素，則此元素必須已事先定義好。 　　 4．圖形交互自動(dòng)編程技術(shù) 1) 編程原理利用CAD軟件的圖形編輯功能，將零件圖繪制到計(jì)算機(jī)上，其幾何形狀數(shù)據(jù)儲存在數(shù)據(jù)庫中。然后調(diào)用數(shù)控編程模塊，通過人機(jī)對話的方式選刀具、走刀路徑以及工藝參數(shù)之后，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)地顯示出刀具的加工軌跡。 這種方法的優(yōu)點(diǎn)是零件的幾何數(shù)據(jù)已經(jīng)在CAD中建立，省去了像APT自動(dòng)編程時(shí)人工編寫零件源程序這樣的工作，避免了數(shù)據(jù)重復(fù)輸入引起的錯(cuò)誤。此外，零件能在各種角度下進(jìn)行屏幕顯示、放大，還可以顯示刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡，用剖切面來檢查加工情況以便檢查程序中的錯(cuò)誤。采用交互式數(shù)控編程比用高級語言自動(dòng)編程大大提高了數(shù)控編程的效率，對降低成本、縮短生產(chǎn)周期有明顯效果。 2) 系統(tǒng)組成　目前，計(jì)算機(jī)輔助圖形自動(dòng)編程軟件的種類很多，如日本的FAPT、荷蘭的MITURN等系統(tǒng)。這些軟件一般由用戶界面、運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)庫管理、幾何造型、刀具軌跡生成、刀具軌跡編輯、刀位驗(yàn)證、計(jì)算機(jī)圖形顯示及后置處理等部分組成，如圖4-23所示。 計(jì)算機(jī)輔助圖形自動(dòng)編程系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫是整個(gè)模塊的基礎(chǔ)；用戶界面提供給用戶一個(gè)良好的運(yùn)行環(huán)境；運(yùn)行控制模塊支持用戶界面所有的輸入方式到各功能模塊之間的接口；幾何造型完成零件幾何圖形的構(gòu)建，并在計(jì)算機(jī)內(nèi)自動(dòng)形成零件圖形的數(shù)據(jù)文件；計(jì)算機(jī)圖形顯示包括各種曲面的顯示、NC加工特征單元的顯示、刀具軌跡顯示、加工過程動(dòng)態(tài)仿真顯示等； 刀具軌跡生成模塊根據(jù)所選用的刀具及加工方式進(jìn)行刀位計(jì)算，生成數(shù)控加工刀位軌跡；刀具軌跡編輯根據(jù)加工單元的約束條件，對刀具軌跡進(jìn)行裁剪、編輯和修改；刀位驗(yàn)證用于檢驗(yàn)刀具軌跡的正確性，也用于檢驗(yàn)刀具是否與加工單元的約束面發(fā)生干涉和碰撞，檢驗(yàn)刀具是否啃切加工表面；后置處理用于生成零件加工程序的G代碼、進(jìn)給速度、主軸轉(zhuǎn)速等。 3) 編程步驟　使用計(jì)算機(jī)輔助圖形自動(dòng)編程軟件不需要編制零件加工的源程序，用戶界面友好，使用方便、直觀。其編程步驟如下： (1) 零件圖樣及加工工藝分析。這是數(shù)控編程的基礎(chǔ)，目前該項(xiàng)工作仍主要靠人進(jìn)行，包括分析零件的加工部位，確定有關(guān)工件的裝夾位置、工件坐標(biāo)系、刀具尺寸、加工路線及加工工藝參數(shù)等。 (2) 幾何造型采用交互圖形技術(shù)在屏幕上設(shè)計(jì)零件，將所得的零件幾何形狀顯示在屏幕上，由編程人員用標(biāo)記的方法指定要加工的幾何要素或表面。 (3) 刀具軌跡的形成。先定義刀具的初始位置(對刀點(diǎn))，然后選擇某種走刀路線，系統(tǒng)就能自動(dòng)確定刀具的加工軌跡，并在屏幕上動(dòng)態(tài)顯示；若有錯(cuò)誤，可隨時(shí)修改。最后得到刀位數(shù)據(jù)文件或APT程序。 (4) 生成NC代碼。編程人員根據(jù)具體數(shù)控機(jī)床指令代碼及程序的格式，先編輯好后置處理文件，則上述刀位文件或APT程序經(jīng)后置處理器就可生成數(shù)控機(jī)床控制器所需的代碼。代碼可存在磁帶或磁盤上，提供給有讀帶裝置或有磁盤驅(qū)動(dòng)器的機(jī)床控制系統(tǒng)使用。對于有標(biāo)準(zhǔn)通用接口的機(jī)床控制系統(tǒng)，可以和計(jì)算機(jī)直接聯(lián)機(jī)，由計(jì)算機(jī)將代碼程序直接送給機(jī)床控制系統(tǒng)。 　　 5．?dāng)?shù)控加工仿真　1) 數(shù)控加工仿真內(nèi)容 　(1) 刀位仿真。這種仿真可在后置處理前進(jìn)行，主要用于檢查工藝過程中加工順序的合理安排、刀具行程路徑的優(yōu)化、刀具與被加工工件輪廓的干涉，例如銑削時(shí)，刀具半徑應(yīng)小于被切輪廓的最大曲率等。這種仿真一般可采用二維動(dòng)畫顯示，刀位仿真技術(shù)比較成熟而有效，應(yīng)用普遍。 　　 (2)刀具、夾具、機(jī)床、工件間的干涉及碰撞仿真。干涉是指兩個(gè)元件在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，一個(gè)元件的運(yùn)動(dòng)空間受到另一個(gè)的影響。碰撞是指兩個(gè)元件在相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)空間有干涉而產(chǎn)生碰撞，這種碰撞會造成刀具、工件、機(jī)床、夾具等的損壞，是絕對不允許的。 工藝系統(tǒng)由刀具、機(jī)床、工件和夾具組成，在加工中心上加工，有換刀和轉(zhuǎn)位等運(yùn)動(dòng)，因此在加工時(shí)，應(yīng)檢查它們之間的干涉。由于加工是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，刀具與工件、夾具、機(jī)床之間的相對位置是變化的，工件從毛坯開始經(jīng)過若干工序的加工，在形狀和尺寸上均有變化，因此要進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真。動(dòng)態(tài)仿真多采用三維實(shí)體幾何模型仿真，并且要在工 藝系統(tǒng)各組成部分均已確定的情況下進(jìn)行，難度較大。 2) 數(shù)控加工仿真系統(tǒng)數(shù)控加工仿真系統(tǒng)應(yīng)能檢查NC程序中的各種編制錯(cuò)誤，包括程序結(jié)構(gòu)檢查、語法檢查和詞法檢查。另外，還應(yīng)利用CAD的圖形軟件對零件、刀具、夾具及部分加工機(jī)床進(jìn)行圖形描述，按照NC程序的順序進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬， 實(shí)際加工過程在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示出來，檢查因NC程序的編制錯(cuò)誤而導(dǎo)致加工過程中的過切、欠切現(xiàn)象以及刀具與夾具的碰撞、刀具與工件的干涉等錯(cuò)誤。因此，數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的功能模塊應(yīng)有如下7種�！�(1) 幾何建模：描述零件、機(jī)床(包括工作臺或轉(zhuǎn)臺、托盤、換刀機(jī)械手等)、夾具、刀具等所組成的工藝系統(tǒng)實(shí)體。 　 (2) 運(yùn)動(dòng)建模：描述加工運(yùn)動(dòng)及輔助運(yùn)動(dòng)，包括直線、回轉(zhuǎn)及其他運(yùn)動(dòng)。 (3) 數(shù)控程序翻譯：仿真系統(tǒng)讀入數(shù)控程序，進(jìn)行語法分析，翻譯成內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)仿真機(jī)床進(jìn)行加工過程仿真。 (4) 碰撞干涉檢查：檢查刀具與被切工件輪廓的干涉，刀具、夾具、機(jī)床、工件之間的運(yùn)動(dòng)碰撞等。 (5) 材料切除：考慮工件由毛坯成為零件的過程中形狀、尺寸的變化。 (6) 加工動(dòng)畫：進(jìn)行二維或三維實(shí)體動(dòng)畫仿真顯示。 (7) 加工過程仿真結(jié)果輸出：輸出仿真結(jié)果，進(jìn)行分析。 4.3.4 CAD/CAM集成技術(shù)　1. CAD/CAM集成的必要性 　集成化是CAD/CAM技術(shù)發(fā)展的一個(gè)最為顯著的趨勢。它是指把CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生產(chǎn)計(jì)劃與控制)等各種功能不同的軟件有機(jī)地結(jié)合起來，用統(tǒng)一的執(zhí)行控制程序來組織各種信息的提取、交換、共享和處理，保證系統(tǒng)內(nèi)部信息流的暢通并協(xié)調(diào)各個(gè)系統(tǒng)有效地運(yùn)行(見圖4-24)。 2. CAD/CAM系統(tǒng)的組成　如圖4-25所示，CAD/CAM系統(tǒng)基本上是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分組成的。硬件系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件、應(yīng)用軟件(基礎(chǔ)軟件)和專業(yè)軟件。系統(tǒng)軟件主要包括操作系統(tǒng)、程序設(shè)計(jì)語言處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 應(yīng)用軟件主要包括數(shù)據(jù)庫分析處理軟件、幾何造型系統(tǒng)軟件、圖形處理軟件和有限元分析計(jì)算軟件等。專業(yè)軟件則是指針對不同應(yīng)用領(lǐng)域而開發(fā)的CAD/CAM軟件產(chǎn)品。 3. CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能 CAD/CAM系統(tǒng)的基本功能包括： (1)交互圖形輸入及輸出功能； (2)幾何建模功能，包括線框建模、表面建模和實(shí)體建模； (3)物性計(jì)算及工程分析功能； (4)處理數(shù)控加工信息的功能； (5)數(shù)據(jù)管理功能。 CAD/CAM系統(tǒng)基本采用人機(jī)交互的工作方式。 4．CAD/CAM的軟硬件支撐環(huán)境　1) CAD/CAM系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)的配置　根據(jù)系統(tǒng)中采用的計(jì)算機(jī)類型，CAD/CAM系統(tǒng)一般分為4種類型：大型計(jì)算機(jī)CAD/CAMM系統(tǒng)、小型計(jì)算機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)、工程工作站CAD/CAM系統(tǒng)及微機(jī)CAD/CAM系統(tǒng)。值得注意的是，隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的CAD/CAM系統(tǒng)基本上都采用不同功能的多種計(jì) 算機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作，這種系統(tǒng)將是CAD/CAM系統(tǒng)硬件配置的發(fā)展方向，它具有許多優(yōu)點(diǎn)。 (1) 大型計(jì)算機(jī)。 大型機(jī)的計(jì)算速度非�？�，一般都為每秒億次以上；其內(nèi)存容量大，一般都超過1 G。這類計(jì)算機(jī)主要用于大型企業(yè)的CAD/CAM系統(tǒng)，或作為工作站的服務(wù)器使用。 (2) 中型機(jī)。中型機(jī)的運(yùn)算速度現(xiàn)在也基本達(dá)到每秒億次以上，并具有向量運(yùn)算功能，其售價(jià)一般為20萬美元至近百萬美元，其性能價(jià)格比較高，因此，近年來發(fā)展很快。在CAD/CAM系統(tǒng)中，它可用來代替大型機(jī)。 (3) 小型機(jī)。小型機(jī)的性能一般比中型機(jī)低(指運(yùn)算速度和內(nèi)存容量)。20世紀(jì)70年代末和80年代初的CAD/CAM系統(tǒng)基本上都采用這種機(jī)型。 (4) 工程工作站。所謂工作站，是以個(gè)人計(jì)算機(jī)環(huán)境和分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為前提的高性能計(jì)算機(jī)。通過網(wǎng)絡(luò)連接包括工作站在內(nèi)的各種計(jì)算機(jī)，它們之間相互進(jìn)行信息傳送，共享資源和信息，平衡負(fù)載�，F(xiàn)在提供的各種工作站都具有良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，即提供了面向網(wǎng)絡(luò)的接口等。所謂高性能計(jì)算機(jī)，即工作站提供的計(jì)算能力至少不低于過去小型機(jī)的計(jì)算能力。 在用于圖形處理的工作站中，還提供了快速處理圖形的能力，如幾何圖形發(fā)生器。為此，現(xiàn)在廣泛地把工作站作為CAD/CAM系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)�！�(5) 微機(jī)。微機(jī)對使用環(huán)境要求不高，價(jià)格低廉，目前其應(yīng)用已越來越普遍，隨著性能的不斷提高和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，它在CAD/CAM系統(tǒng)中的應(yīng)用將成為主流。 2) CAD/CAM系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)的要求　一般來講，由于CAD/CAM系統(tǒng)處理的對象不同，因而對計(jì)算機(jī)的要求也有一些差別，但應(yīng)滿足以下一些基本要求：　(1) 計(jì)算速度。一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)在作業(yè)過程中，既要進(jìn)行各種數(shù)值計(jì)算，還要有較強(qiáng)的圖形處理能力；在圖形處理過程中不僅計(jì)算量大，而且還要求較高的計(jì)算精度。因此，CAD/CAM系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)應(yīng)具有高速數(shù)值計(jì)算和圖形處理能力。 (2) 存儲功能。在CAD/CAM作業(yè)過程中，首先要把設(shè)計(jì)對象的幾何信息和拓?fù)湫畔⒋嫒胗?jì)算機(jī)內(nèi)，并要對這些信息進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。另外，在進(jìn)行復(fù)雜的三維形體的有限元分析時(shí)，由于形體的形狀復(fù)雜，而計(jì)算精度又很高，這時(shí)需要對有限元網(wǎng)格細(xì)化，這對存儲空間的要求很高。因此無論是圖形信息存儲，還是有限元分析信息的存儲，都要有很大的存儲空間。 為此，一個(gè)CAD/CAM系統(tǒng)必須具有較大的內(nèi)存和硬盤空間。 (3) 輸入輸出功能。在CAD/CAM作業(yè)過程中，首先要把有關(guān)的設(shè)計(jì)信息(如幾何、拓?fù)涞?和各種命令輸入到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過各種處理，當(dāng)獲得滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用合適的方法輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。為此，要求CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)具有合適的輸入輸出功能。 3) CAD/CAM系統(tǒng)專用軟件簡介常用的國外CAD/CAM系統(tǒng)專用軟件有以下幾種： (1)Unigraphics(UG)。UG是Unigraphics Solutions公司的拳頭產(chǎn)品。該公司首次突破傳統(tǒng)CAD/CAM模式，為用戶提供了一個(gè)全面的產(chǎn)品建模系統(tǒng)。在UG中，優(yōu)越的參數(shù)化和變量化技術(shù)與傳統(tǒng)的實(shí)體、線框和表面功能結(jié)合在一起，這一結(jié)合被實(shí)踐證明是強(qiáng)有力的，并被大多數(shù)CAD/CAM軟件廠商所采用。 (2) Pro/Engineer。Pro/Engineer系統(tǒng)是美國參數(shù)技術(shù)公司(Parametric Technology Corporation，PTC)的產(chǎn)品。PTC公司提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)的概念改變了機(jī)械CAD/CAE/CAM的傳統(tǒng)觀念，這種全新的概念已成為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)。 利用該概念開發(fā)出來的第三代機(jī)械CAD/CAE/CAM產(chǎn)品Pro/Engineer軟件能將設(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過程集成到一起，讓所有的用戶能夠同時(shí)進(jìn)行同一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造工作，即實(shí)現(xiàn)所謂的并行工程。Pro/Engineer包含70多個(gè)專用功能模塊，如特征造型、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)、有限元分析、裝配等，被稱為新一代的CAD/CAM系統(tǒng)。 (3) AutoCAD及MDT。AutoCAD是Autodesk公司的主導(dǎo)產(chǎn)品。Autodesk公司是世界第四大PC軟件公司。目前在CAD/CAE/CAM工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，該公司是擁有全球用戶量最多的軟件供應(yīng)商，也是全球規(guī)模最大的基于PC平臺的CAD和動(dòng)畫及可視化軟件企業(yè)。Autodesk公司的軟件產(chǎn)品已被廣泛地應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、影視制作、視頻游戲開發(fā)以及Web網(wǎng)的數(shù)據(jù)開發(fā)等重大領(lǐng)域。 (4) I-DEAS。I-DEAS是美國機(jī)械軟件行業(yè)先驅(qū)SDRC公司的產(chǎn)品，它集產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程分析、數(shù)控加工、塑料模具仿真分析、樣機(jī)測試及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理于一體，是高度集成的CAD/CAE/CAM一體化工具，在國內(nèi)也有不少用戶。近年推出的Master系列在變量幾何參數(shù)化功能及技術(shù)上有新的突破。 (5) SolidWorks。SolidWorks是生信國際有限公司推出的基于Windows的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。生信公司是一家專業(yè)化的信息高速技術(shù)服務(wù)公司，在信息和技術(shù)方面一直保持與國際CAD/CAE/CAM/PDM市場同步。該公司提倡的“基于Windows的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系統(tǒng)”是以Windows為平臺， 以SolidWorks為核心的各種應(yīng)用的集成，包括結(jié)構(gòu)分析、運(yùn)動(dòng)分析、工程數(shù)據(jù)管理和數(shù)控加工等，為中國企業(yè)提供了夢寐以求的解決方案�！�SolidWorks是微機(jī)版參數(shù)化特征造型軟件的新秀，該軟件旨在以工作站版相應(yīng)軟件價(jià)格的1/4～1/5向廣大機(jī)械設(shè)計(jì)人員提供用戶界面更友好、運(yùn)行環(huán)境更大眾化的實(shí)體造型 實(shí)用功能。 (6)SolidEdge。SolidEdge是真正的Windows軟件。它不是將工作站軟件生硬地搬到Windows平臺上，而是充分利用Windows基于組件對象模型(COM)的先進(jìn)技術(shù)重寫了代碼。SolidEdge與Microsoft Office兼容，與Windows的OLE技術(shù)兼容，這使得設(shè)計(jì)師們在使用CAD系統(tǒng)時(shí)能夠進(jìn)行Windows文字處理、電子報(bào)表、數(shù)據(jù)庫操作等。 　SolidEdge具有友好的用戶界面，它采用一種稱為SmartRibbon的界面技術(shù)，用戶只要按下一個(gè)命令按鈕， 就可以在SmartRibbon上看到該命令的具體內(nèi)容和詳細(xì)的步驟，同時(shí)在狀態(tài)條上提示用戶下一步該做什么。 (7) Cimatron。Cimatron CAD/CAM系統(tǒng)是以色列Cimatron公司的CAD/CAM/PDM產(chǎn)品，是較早在微機(jī)平臺上實(shí)現(xiàn)三維CAD/CAM全功能的系統(tǒng)。 該系統(tǒng)提供了比較靈活的用戶界面，優(yōu)良的三維造型和工程繪圖功能，全面的數(shù)控加工技術(shù)，各種通用、專用數(shù)據(jù)接口以及集成化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。 常見的國內(nèi)CAD/CAM系統(tǒng)專用軟件主要有：　(1) CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師軟件。 CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師軟件的開發(fā)與銷售單位是北京北航海爾軟件有限公司(原北京航空航天大學(xué)華正軟件研究所)。該公司是從事CAD/CAE/CAM軟件與工程服務(wù)的專業(yè)化公司。CAXA電子圖板是一套高效、方便、智能化的通用中文設(shè)計(jì)繪圖軟件，可幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行零件圖、裝配圖、工藝圖表、平面包裝的設(shè)計(jì)，適合所有需要二維繪圖的場 合，使設(shè)計(jì)人員可以把精力集中在設(shè)計(jì)構(gòu)思上，徹底甩掉圖板，滿足現(xiàn)代企業(yè)快速設(shè)計(jì)、繪圖、信息電子化的要求。 (2) 開目CAD。開目CAD是華中理工大學(xué)機(jī)械學(xué)院開發(fā)的具有自主知識版權(quán)的基于微機(jī)平臺的CAD和圖紙管理軟件，它面向工程實(shí)際，模擬人的設(shè)計(jì)繪圖思路，操作簡便，機(jī)械繪圖效率比AutoCAD高得多。 開目CAD支持多種幾何約束種類及多視圖同時(shí)驅(qū)動(dòng)，具有局部參數(shù)化功能，能夠處理設(shè)計(jì)中的過約束和欠約束情況。開目CAD實(shí)現(xiàn)了CAD、CAPP、CAM的集成，適合我國設(shè)計(jì)人員的習(xí)慣，是全國CAD應(yīng)用工程主推產(chǎn)品之一。 4.4 柔性制造系統(tǒng) 4.4.1 柔性制造系統(tǒng)概述　1．FMS的產(chǎn)生和發(fā)展　柔性制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System，F(xiàn)MS)是為解決多品種、中小批量生產(chǎn)中生產(chǎn)效率低、周期長、成本高及質(zhì)量差等問題而出現(xiàn)的。它是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)及現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。 隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技水平的提高，柔性自動(dòng)化制造技術(shù)得到了迅速的發(fā)展。圖4-27為典型的柔性制造系統(tǒng)。 2．FMS的組成　如圖4-28所示，從CIMS遞階結(jié)構(gòu)來看，F(xiàn)MS包括了其中的底三層(制造自動(dòng)化)，即單元層、工作站層和設(shè)備層，通常將其稱為CIMS的制造單元。由于FMS強(qiáng)調(diào)制造過程的柔性和高效率，因而適應(yīng)于多品種、中小批量的生產(chǎn)。FMS的主要硬件設(shè)備有：計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、托盤、傳輸線、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)立體倉庫等。 它實(shí)現(xiàn)了工廠中工程設(shè)計(jì)、制造和經(jīng)營管理三大功能中的“制造功能"。因此，以FMS為代表的制造單元在CIMS中起著十分重要的作用。 1) 加工系統(tǒng)　加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動(dòng)加工各種工件，并能自動(dòng)更換工件和刀具，通常由若干臺對工件進(jìn)行加工的CNC機(jī)床和所使用的刀具構(gòu)成。 以加工箱體類工件為主的FMS配備數(shù)控加工中心(有時(shí)也有CNC銑床)；以加工回轉(zhuǎn)體工件為主的FMS多數(shù)配備CNC車削中心和CNC車床(有時(shí)也有CNC磨床)；能混合加工箱體類工件和回轉(zhuǎn)體工件的FMS既配備有CNC加工中心，也配備CNC車削中心和CNC車床；專門工件加工如齒輪加工的FMS除配備CNC車床外還配備CNC齒輪加工機(jī)床。 2) 物流系統(tǒng)　在FMS中，工件、工具流統(tǒng)稱為物流，物流系統(tǒng)即物料儲運(yùn)系統(tǒng)，是柔性制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。一個(gè)工件從毛坯到成品的整個(gè)生產(chǎn)過程中，只有相當(dāng)小的一部分時(shí)間在機(jī)床上進(jìn)行切削加工，大部分時(shí)間都消耗于物料的儲運(yùn)過程中。合理地選擇FMS的物料儲運(yùn)系統(tǒng)，可以大大減少物料的運(yùn)送時(shí)間，提高整個(gè)制造系統(tǒng)的柔性和效率。 3) 信息系統(tǒng) 信息系統(tǒng)包括過程控制及過程監(jiān)控兩個(gè)系統(tǒng)，其功能分別為：過程控制系統(tǒng)進(jìn)行加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動(dòng)控制；過程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理。信息系統(tǒng)的核心是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫管理和控制系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)采用分級控制結(jié)構(gòu)，即FMS中的信息由多級計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和控制， 其主要任務(wù)是組織和指揮制造流程，并對制造流程進(jìn)行控制和監(jiān)視；向FMS的加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)(存儲系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)及操作系統(tǒng))提供全部控制信息并進(jìn)行過程監(jiān)視，反饋各種在線檢測數(shù)據(jù)，以便修正信息，保證安全運(yùn)行。制造單元的運(yùn)行受到單元及其環(huán)境間信息流的控制，稱之為生產(chǎn)信息單元(PIC)，如圖4-29所示。 生產(chǎn)信息單元的核心為數(shù)據(jù)評價(jià)及組織過程，其具體實(shí)施過程如下：　(1) 指導(dǎo)車間進(jìn)行諸如加工、裝配、刀具更換、工件的裝卸等工作。 　(2) 接受有關(guān)車間活動(dòng)諸如設(shè)備運(yùn)行、工件(產(chǎn)品)測量(檢驗(yàn)和試驗(yàn))等信息。 (3) 定期對監(jiān)控器提供車間的各種活動(dòng)或在特殊基礎(chǔ)上作為部分單元級的信息(決策算法)、適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(本地存儲器)和對話設(shè)施以支持車間級的決策制定。 (4) 實(shí)現(xiàn)信息變換操作(匯編和反匯編，翻譯)以與其它同一層次的(水平流動(dòng))或更高層次的(垂直流動(dòng))單元互相通信。 4.4.2 加工系統(tǒng) 1．加工系統(tǒng)的配置與要求　目前金屬切削FMS的加工對象主要有兩類：棱柱體類(包括箱體、平板形)工件和回轉(zhuǎn)體類(長軸形、盤套形)工件。對加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心，數(shù)控組合機(jī)床(數(shù)控專用機(jī)床、可換主軸箱機(jī)床、模塊化多動(dòng)力頭數(shù)控機(jī)床等)和托盤交換器等構(gòu)成； 用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床、車削中心、數(shù)控組合機(jī)床和上下料機(jī)械手或機(jī)器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。 棱柱體類工件的加工時(shí)間較長，且工藝復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)夜間無人值守自動(dòng)加工，加工棱柱體類工件的FMS首先得到了發(fā)展。小型FMS加工系統(tǒng)多由4～6臺機(jī)床構(gòu)成，這些數(shù)控加工設(shè)備在FMS中的配置有互替形式(并聯(lián))、互補(bǔ)形式(串聯(lián))和混合形式(并串聯(lián))三種。 應(yīng)該說明，這些配置方式主要取決于機(jī)床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設(shè)備的物理布局。 在選用時(shí)應(yīng)考慮以下因素： (1) 工序集中。 (2) 控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性好。 (3) 高剛度、高精度、高速度。 (4) 使用經(jīng)濟(jì)性好。 (5) 操作性、可靠性、維修性好。 (6) 自保護(hù)性、自維護(hù)性好。 (7) 對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好。 (8) 其他。 2．加工系統(tǒng)中常用加工設(shè)備介紹　加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備有加工中心和數(shù)控組合機(jī)床。加工中心前面已作介紹，這里不再贅述。數(shù)控組合機(jī)床(見圖4-30)是指數(shù)控專用機(jī)床、可換主軸箱數(shù)控機(jī)床、模塊化多動(dòng)力頭數(shù)控機(jī)床等加工設(shè)備。這類機(jī)床是介于加工中心和組合機(jī)床之間的中間機(jī)型，兼有加工中心的柔性和組合機(jī)床的高生產(chǎn)率等特點(diǎn)，適用于中大批量制造的柔性生 產(chǎn)線(FML或FTL)。 這類機(jī)床可根據(jù)加工工件的需求，自動(dòng)或手動(dòng)更換裝在主軸驅(qū)動(dòng)單元上的單軸、多軸或多軸頭，或更換具有驅(qū)動(dòng)單元的主軸頭本身。 4.4.3 物流系統(tǒng) 1． 物流系統(tǒng)的組成物流系統(tǒng)一般由三個(gè)部分組成： (1) 輸送系統(tǒng)，建立各加工設(shè)備之間的自動(dòng)化聯(lián)系。 (2) 儲存系統(tǒng)，具有自動(dòng)存取機(jī)能，用以調(diào)節(jié)加工節(jié)拍的差異。 (3) 操作系統(tǒng)，建立加工系統(tǒng)同物流系統(tǒng)和儲存系統(tǒng)之間的自動(dòng)化聯(lián)系。 2. 物流系統(tǒng)的輸送裝置　FMS物流系統(tǒng)對輸送裝置的要求是： 　(1) 通用性，能適合一定范圍內(nèi)不同輸送對象的要求，與物料存儲裝置、緩沖站和加工設(shè)備等的關(guān)聯(lián)性好，物料交接的可控制性和匹配性(如形狀、尺寸、重量和姿勢等)好�！�(2) 變更性，能快速、經(jīng)濟(jì)地變更運(yùn)行軌跡，盡量增大系統(tǒng)的柔性。 (3) 擴(kuò)展性，能方便地根據(jù)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大輸送范圍和輸送量。 (4) 靈活性，接受系統(tǒng)的指令，根據(jù)實(shí)際加工情況完成不同路徑、不同節(jié)拍、不同數(shù)量的輸送工作。 (5) 可靠性，平均無故障時(shí)間長。 (6) 安全性，定位精度高，定位速度快。 FMS中常見的輸送裝置及其分類介紹如下�！�1) 輸送帶　輸送帶(見圖4-31)結(jié)構(gòu)簡單，輸送量大，多為單向運(yùn)行，受剛性生產(chǎn)線的影響，在早期的FMS中用得較多。輸送帶分為動(dòng)力型和無動(dòng)力型；從結(jié)構(gòu)方式上有輥式、鏈?zhǔn)�、帶式之分；從空間位置和輸送物料的方式上又有臺式和懸掛式之分。 用于FMS中的輸送帶通常采用有動(dòng)力型的電力驅(qū)動(dòng)方式，電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速后帶動(dòng)輸送帶運(yùn)行。利用輸送帶輸送物料的物流系統(tǒng)柔性差，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，會影響整個(gè)系統(tǒng)的工作，因而除輸送量較大的FML或FTL外，目前已很少使用。 2) 自動(dòng)小車　自動(dòng)小車分為有軌和無軌兩種。所謂有軌，是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。地面有軌小車結(jié)構(gòu)牢固，承載力大，造價(jià)低廉，技術(shù)成熟，可靠性好，定位精度高。地面有軌小車多采用直線或環(huán)線雙向運(yùn)行，廣泛應(yīng)用于中小規(guī)模的箱體類工件FMS中。高架有軌小車(空間導(dǎo)軌)相對于地面有軌小車， 車間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，速度高，有利于把人和輸送裝置的活動(dòng)范圍分開，安全性好，但承載力小。高架有軌小車較多地用于回轉(zhuǎn)體工件或刀具的輸送，以及有人工介入的工件安裝和產(chǎn)品裝配的輸送系統(tǒng)中。有軌小車由于需要機(jī)械式導(dǎo)軌，因而其系統(tǒng)的變更性、擴(kuò)展性和靈活性不夠理想。有軌小車如圖4-32所示。 無軌小車是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。因?yàn)闆]有固定式機(jī)械軌道，故相對于有軌小車被稱為無軌小車，也叫做自動(dòng)導(dǎo)引小車(Automatic Guided Vehicle，AGV)，見圖4-33。 無軌小車由于其控制性能好，使FMS很容易按其需要改變作業(yè)計(jì)劃，靈活地調(diào)度小車運(yùn)行；沒有機(jī)械軌道，可方便地重新布置或擴(kuò)大預(yù)定運(yùn)行路徑和運(yùn)行范圍以及增減運(yùn)行的車輛數(shù)量，有極好的柔性，因而在各種FMS中得到廣泛應(yīng)用。無軌小車按引導(dǎo)方式和控制方法分類見表4-3。 有徑引導(dǎo)方式是指在地面上鋪設(shè)導(dǎo)線、磁帶或反光帶制定小車的路徑，小車通過電磁信號或光信號檢測出自己所在的位置，通過自動(dòng)修正從而保證沿指定路徑行駛�！�無徑引導(dǎo)自主導(dǎo)向方式中，地圖導(dǎo)向方式是指在無軌小車的計(jì)算機(jī)中預(yù)存距離表(地圖)，通過與測距法所得的方位信息比較，小車自動(dòng)算出從某一參考點(diǎn)出發(fā)到目的點(diǎn)的行駛方向。 這種引導(dǎo)方式非常靈活，但精度低。慣性導(dǎo)向方式是指在無軌小車中裝設(shè)陀螺儀，用陀螺儀所測得的小車加速度值來修正行駛方向。無徑引導(dǎo)地面援助方式利用超聲波、激光、無線電遙控等方式，依靠地面預(yù)設(shè)的參考點(diǎn)或通過地面指揮來修正小車的路徑。 電磁引導(dǎo)電纜導(dǎo)向方式最早在無軌小車上實(shí)用化，其原理如圖4-34所示，即在小車預(yù)定路徑的地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，讓電纜中流過5～10 kHz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號拾取線圈，檢測磁場的強(qiáng)弱并轉(zhuǎn)換成電壓信號。當(dāng)小車偏向路徑右方時(shí)，右方的感應(yīng)信號減弱，左方的感應(yīng)信號增強(qiáng)，小車的控制器根據(jù)這些信號的強(qiáng)弱， 判斷與指定路徑的偏離方向并隨時(shí)修正，保證小車沿著預(yù)定的路徑行駛。引導(dǎo)電纜被劃分為若干段，小車調(diào)度系統(tǒng)采用分段控制的方法，隨時(shí)根據(jù)每個(gè)小車反饋回的位置信號修正控制指令，保證每段路徑上只有一臺小車運(yùn)行，以防止小車運(yùn)行中相互距離過近而出現(xiàn)事故。這種方式要在地面開數(shù)厘米深的溝，路徑的變動(dòng)仍不方便，而且，由于建筑 物強(qiáng)度等方面的限制，故不能在多層工廠的樓層上面使用。 光學(xué)引導(dǎo)方式的原理如圖4-35所示。沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶(鋁帶或尼龍帶)，小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的舵輪。反光帶有連續(xù)粘貼和斷續(xù)粘貼兩種方法，F(xiàn)MS中常采用連續(xù)粘貼法。 光學(xué)引導(dǎo)方式中改變小車的預(yù)定路徑很方便，只要重新粘貼反光帶即可；但反光帶易污染和破損，不適合油霧重、粉塵多、環(huán)境不好的車間。光學(xué)引導(dǎo)方式因本身不具有能量，故被稱為無源引導(dǎo)方式。 無徑引導(dǎo)方式中的激光燈臺方式示意圖如圖4-36所示。在無軌小車的頂部裝有一個(gè)可沿360°方向按一定頻率發(fā)射激光的裝置，同時(shí)在小車運(yùn)行范圍的四周一些固定位置上放置反射鏡片。當(dāng)無軌小車運(yùn)行時(shí)，不斷接收到從三個(gè)已知位置反射來的激光束，經(jīng)過運(yùn)算后，確定小車的位置，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航引導(dǎo)。生產(chǎn)中實(shí)際使用的無軌小車目前基本上都采用有徑引導(dǎo)方式，無徑引導(dǎo)方式在FMS中 的應(yīng)用尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段。圖4-37是無軌小車的實(shí)用例子。 3．物流系統(tǒng)的物料裝卸與交換裝置　物流系統(tǒng)中的物料裝卸與交換裝置負(fù)責(zé)FMS中物料在不同設(shè)備之間或不同工位之間的交換或裝卸。常見的裝卸與交換裝置有箱體類零件的托盤交換器、加工中心的換刀機(jī)械手、自動(dòng)倉庫的堆垛機(jī)、輸送系統(tǒng)與工件裝卸站的裝卸設(shè)備等。有些交換裝置已包含在相應(yīng)的設(shè)備或裝置之中。這里僅以自動(dòng)小車為例介紹FMS中常見的物料交換方法。 常見的自動(dòng)小車裝卸方式可分為被動(dòng)裝卸和主動(dòng)裝卸兩種。被動(dòng)裝卸方式的小車自己不具有完整的裝卸功能，而采用助卸方式，即配合裝卸站或接收物料方的裝卸裝置自動(dòng)裝卸。常見的助卸裝置有滾柱式臺面和升降式臺面。這類小車成本較低，常用于裝卸位置少的系統(tǒng)。 主動(dòng)裝卸方式是指自動(dòng)小車自己具有裝卸功能。常見的主動(dòng)裝卸方式有單面推拉式、雙面推拉式、叉車式、機(jī)器人式。主動(dòng)裝卸方式常用于車少、裝卸工位多的系統(tǒng)。其中采用機(jī)器人式主動(dòng)裝卸方式的自動(dòng)小車相當(dāng)于一個(gè)有腳的機(jī)器人，也叫行走式機(jī)器人。機(jī)器人式主動(dòng)裝卸方式常用于無軌小車或高架有軌小車中，由此構(gòu)成的行走式機(jī)器人靈活性好， 適用范圍廣，被認(rèn)為是一種很有發(fā)展前途的輸送、交換復(fù)合裝置。行走式機(jī)器人目前在輕型工件、回轉(zhuǎn)體工件以及刀具的輸送、交換方面應(yīng)用較多。 4．物流系統(tǒng)的物料存儲裝置　由于FMS的物料存儲裝置有下列要求：其自動(dòng)化機(jī)構(gòu)與整個(gè)系統(tǒng)中的物料流動(dòng)過程可銜接；存放物料的尺寸、重量、數(shù)量和姿勢與系統(tǒng)匹配；物料的自動(dòng)識別、檢索方法和計(jì)算機(jī)控制方法與系統(tǒng)兼容；放置方位、占地面積、高度與車間布局協(xié)調(diào)等，因而真正適用于FMS的物料存儲裝置并不多。目前用于FMS的物料存儲裝置基本上有以下四種(見圖4-38)： (1) 立體倉庫，即在計(jì)算機(jī)控制和管理下，采用堆垛機(jī)等自動(dòng)存取物料的高層料架。 (2) 水平回轉(zhuǎn)式自動(dòng)料架。 (3) 垂直回轉(zhuǎn)式自動(dòng)料架。 (4) 緩沖料架。 立體倉庫也稱為自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)(Automated Storage and Retrieva1 System，AS/RS)，由庫房、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識別裝置等組成。立體倉庫自動(dòng)化程度高；料位額定存放重量大，常為1～3噸，大的可到幾十噸；料位空間尺寸大；料位總數(shù)量沒有嚴(yán)格的限制，可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展； 占地面積小，因此在FMS中得到了廣泛應(yīng)用。自動(dòng)倉庫管理系統(tǒng)具有兩大功能：其一是處理物料從入庫到存放于高層料架或由高層料架出庫和再入庫需要的關(guān)于搬運(yùn)的必要信息，對輸送機(jī)、堆垛機(jī)等機(jī)械進(jìn)行控制，并對其動(dòng)作過程進(jìn)行監(jiān)控；其二是處理隨出庫/入庫作業(yè)的管理信息，處理以料架文件為中心的庫存管理信息。 5．物流系統(tǒng)的監(jiān)控　物流系統(tǒng)的監(jiān)控主要完成以下功能：　(1) 采集物流系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)，包括物流系統(tǒng)各設(shè)備控制器和各監(jiān)測傳感器傳回的目前任務(wù)完成情況、當(dāng)前運(yùn)行狀況等狀態(tài)數(shù)據(jù)�！�(2) 監(jiān)視物流系統(tǒng)狀態(tài)，對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整理，在計(jì)算機(jī)屏幕上用圖形顯示物料流動(dòng)狀態(tài)和各設(shè)備工作狀態(tài)。 (3) 處理異常情況，檢查判別物流系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)中的不正常信息，根據(jù)不同情況提出處理方案。 (4) 人機(jī)交互，供操作人員查詢當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)據(jù)(毛坯數(shù)、產(chǎn)品數(shù)、在制品數(shù)、設(shè)備狀態(tài)、生產(chǎn)狀況等)，人工干預(yù)系統(tǒng)的運(yùn)行，以處理異常情況。 　(5) 接受上級控制與管理系統(tǒng)下發(fā)的計(jì)劃和任務(wù)，并控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)去完成。物流系統(tǒng)的監(jiān)控與管理一般有集中式和分布式兩種方案。集中式方案由一臺主控計(jì)算機(jī)完成物流系統(tǒng)的監(jiān)控與管理功能，存儲所有物料信息及物流設(shè)備信息，并分別向物流系統(tǒng)的所有設(shè)備發(fā)送指令。集中式方案有結(jié)構(gòu)簡單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，但不易擴(kuò)展，且一旦局部發(fā)生故障將嚴(yán)重影響整體運(yùn)行。 分布式方案將物流系統(tǒng)劃分為若干功能單元或子系統(tǒng)，每一功能單元獨(dú)立監(jiān)控幾臺設(shè)備，單元之間相互平等和獨(dú)立，每一單元都可以向另一單元申請服務(wù)，同時(shí)也可以接受其他單元的申請并為之服務(wù)。分布式方案的優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)展性好，可方便地增加新的單元，當(dāng)某一單元發(fā)生故障時(shí)，不會影響其他單元的正常運(yùn)行；缺點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大，單元軟件設(shè)計(jì)及相互協(xié)調(diào)比較復(fù)雜。 4.4.4 FMS的刀具管理系統(tǒng)　1．刀具運(yùn)儲系統(tǒng)的組成及其作業(yè)過程　一個(gè)典型的FMS刀具運(yùn)儲系統(tǒng)通常由刀具頂調(diào)站、刀具裝卸站、刀庫系統(tǒng)、刀具運(yùn)載交換裝置以及計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)組成。刀具頂調(diào)站一般設(shè)置在FMS之外，對FMS所使用的刀具按給定要求預(yù)先進(jìn)行裝配調(diào)整。刀具裝卸站是刀具進(jìn)出FMS的門戶，其結(jié)構(gòu)多為框架式，是一種專用的刀具排架。 FMS的刀庫系統(tǒng)包括機(jī)床刀庫和中央刀具。機(jī)床刀庫中存放加工單元當(dāng)前所需要的刀具；而中央刀庫中存放供各個(gè)加工單元共享的刀具，其容量較大，可容納數(shù)百把甚至數(shù)千把各種刀具。刀具運(yùn)載交換裝置是一種在刀具裝卸站、中央刀庫、各機(jī)床刀具庫之間進(jìn)行刀具傳遞和交換的工具。 FMS刀具運(yùn)儲系統(tǒng)的主要職能是負(fù)責(zé)刀具的運(yùn)輸、存儲和管理，適時(shí)地向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用，及時(shí)取走已報(bào)廢或刀具壽命已耗盡的刀具，在保證正常生產(chǎn)的同時(shí)，最大程度地降低刀具成本。刀具系統(tǒng)的功能和柔性度直接影響到整個(gè)FMS的柔性和生產(chǎn)率。 2．刀具運(yùn)載交換裝置　FMS中的刀具運(yùn)載通常由換刀機(jī)器人或刀具運(yùn)輸小車來實(shí)現(xiàn)。它們負(fù)責(zé)完成在刀具裝卸站、中央刀庫以及各加工單元(機(jī)床)之間進(jìn)行刀具的搬運(yùn)和交換。圖4-39所示為刀具運(yùn)載小車。 FMS刀具運(yùn)載工具如同工件運(yùn)載工具一樣也有多種形式，常見的有換刀機(jī)器人、刀具運(yùn)載小車(ACV)等。換刀機(jī)器人可采用地軌形式或高架導(dǎo)軌形式。圖4-40所示為高架導(dǎo)軌式換刀機(jī)器人，它由縱向行走的棧梁、橫向移動(dòng)的滑臺、垂直升降體、手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和手爪等部分組成。 高架導(dǎo)軌式機(jī)器人一般平行于加工機(jī)體和中央刀庫布置，以便機(jī)器人在刀具裝卸站、各加工機(jī)床與中央刀庫之間自由運(yùn)送刀具和交換刀具。高架導(dǎo)軌式換刀機(jī)器人具有空間利用率高、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。 3．刀具的監(jiān)控與刀具信息管理　在FMS中，有眾多的刀具參與工作，各個(gè)刀具始終處于動(dòng)態(tài)的變化過程中，因此刀具信息管理就變得十分必要和復(fù)雜。FMS刀具信息管理包括刀具的輸送、交換和監(jiān)控，以及刀具信息的錄入、存儲、跟蹤、查詢和刀具準(zhǔn)備計(jì)劃等內(nèi)容。 刀具監(jiān)控的目的主要是為了及時(shí)了解每時(shí)每刻的在線刀具因磨損、破損而發(fā)生的性質(zhì)變化。刀具磨損、破損監(jiān)測方法有直接法和間接法兩大類。 目前，F(xiàn)MS主要還是通過跟蹤刀具壽命來實(shí)現(xiàn)刀具監(jiān)控管理的。所謂刀具壽命，是指刀具在正常情況下其磨損量達(dá)到刀具磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的總切削時(shí)間。 刀具壽命值可以通過理論計(jì)算或?qū)嶋H試驗(yàn)獲得，將其記錄在各個(gè)在線刀具文件中，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理系統(tǒng)記錄、統(tǒng)計(jì)各在線刀具實(shí)際的工作時(shí)間。當(dāng)某刀具工作累計(jì)時(shí)間達(dá)到刀具壽命值時(shí)，系統(tǒng)將及時(shí)通知管理員更換刀具。 4.4.5 FMS的控制與管理系統(tǒng)從對FMS組成的分析可得，F(xiàn)MS包括工件流、 刀具流和信息流，而前兩種又可合并成為物料流。物料流在FMS設(shè)計(jì)中占據(jù)很重要的位置，要保證機(jī)床的最大利用率，必須有適當(dāng)、靈活的物流系統(tǒng)，它包括工件、夾具、刀具、托盤等在系統(tǒng)中的傳送。要保證FMS的各種設(shè)備裝置與物流系統(tǒng)能自動(dòng)協(xié)調(diào)工作，并具有充分的柔性，能迅速響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)外部的變化，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行 狀態(tài)，關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確地規(guī)劃信息流，使各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息有效、合理地流動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的計(jì)劃、管理、控制和監(jiān)視功能有條不紊地運(yùn)行。 (1) 計(jì)劃層。該層屬于工廠一級，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、庫存管理等功能，它規(guī)劃的時(shí)間范圍(指任何控制級完成任務(wù)的時(shí)間長度)可從幾個(gè)月到幾年。 (2) 管理層。該層屬于車間或系統(tǒng)管理級，實(shí)現(xiàn)作業(yè)計(jì)劃、工具管理、在制品及毛坯管理、工藝系統(tǒng)分析等功能，其規(guī)劃時(shí)間從幾周到幾個(gè)月。 (3) 單元層。該層屬于系統(tǒng)控制級，擔(dān)負(fù)分布式數(shù)控、輸送系統(tǒng)與加工系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，工況和機(jī)床數(shù)據(jù)采集等任務(wù)。其規(guī)劃時(shí)間可從幾小時(shí)到幾周。 (4) 控制層。該層屬于設(shè)備控制級，實(shí)現(xiàn)機(jī)床數(shù)控、機(jī)器人控制、運(yùn)輸和倉庫控制等功能，規(guī)劃時(shí)間范圍可從幾分鐘到幾小時(shí)。 (5) 執(zhí)行層。執(zhí)行層通過伺服系統(tǒng)執(zhí)行控制指令而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，或通過傳感器采集數(shù)據(jù)和監(jiān)控工況等，其規(guī)劃時(shí)間范圍可以從幾毫秒到幾分鐘。該信息模型就數(shù)據(jù)量而言，從上到下的需求是逐級減少的；但就數(shù)據(jù)傳送要求而言，則從以分鐘計(jì)逐級縮短到以毫秒計(jì)。 4.4.6 FMS的應(yīng)用情況和發(fā)展前景　　FMS是為適應(yīng)中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化而發(fā)展起來的，在國外已發(fā)展為一種成熟的加工設(shè)備。據(jù)聯(lián)合國有關(guān)組織統(tǒng)計(jì)，1985年全世界擁有FMS共350余條，1990年已達(dá)到1500余條，其主要分布在日本、美國、俄羅斯、德國、英國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家。 美、日一條FMS加工的零件品種一般在7種以上，最多達(dá)150種，多用于大企業(yè)；德國的FMS加工零件品種多數(shù)可達(dá)50～250種，是世界上柔性最強(qiáng)的系統(tǒng)，大部分用于中型企業(yè)；俄國的FMS多是在西方技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)的。成功的FMS可獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，大大縮短新產(chǎn)品開發(fā)的周期。 例如，使用FMS可使汽車換代周期由原來的15年縮短到5年甚至更短；可減少編制工藝的工作量，節(jié)省50%以上的勞動(dòng)力；設(shè)備利用率也可提高50%～100%，生產(chǎn)場地可減小50%以上，且可降低成本60%。 在國內(nèi)市場激烈競爭和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的形勢下，我國加快了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。 目前我國已有15條左右的FMS，一般由數(shù)控機(jī)床或加工中心、AGV有軌搬運(yùn)車或機(jī)器人、刀庫或毛坯庫等組成，分別加工機(jī)床箱體、壓縮機(jī)殼體、減速器機(jī)座、控制箱體和軸類零件，使我國機(jī)械制造業(yè)邁入柔性制造系統(tǒng)年代。通過實(shí)踐，人們認(rèn)識到必須依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)，提高加工系統(tǒng)的柔性和控制水平，在研究發(fā)展CAD/CAPP/CAM技術(shù)、 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、集成技術(shù)等的基礎(chǔ)上開發(fā)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，這是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。 4.5 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 4.5.1 概述　　計(jì)算機(jī)集成制造的概念是1974年首先由約瑟夫·哈林頓(Joseph Harrington)博士在《計(jì)算機(jī)集成制造》一書中提出的，他的基本觀點(diǎn)是： 企業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，需要統(tǒng)一考慮—“系統(tǒng)的觀點(diǎn)”；整個(gè)制造過程實(shí)質(zhì)上是對信息的采集、傳遞、加工處理的過程—“信息化的觀點(diǎn)”。 “CIMS是一種基于CIM哲理構(gòu)成的計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的制造系統(tǒng)。”CIM是一種組織、管理與運(yùn)行企業(yè)的生產(chǎn)哲理，其宗旨是使企業(yè)的產(chǎn)品高質(zhì)量、 低成本、上市快、服務(wù)好、環(huán)境清潔，使企業(yè)提高柔性、健壯性、敏捷性以適應(yīng)市場變化，進(jìn)而使企業(yè)贏得競爭。企業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即市場分析、經(jīng)營決策、管理、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)則、加工制造、銷售、售后服務(wù)、產(chǎn)品報(bào)廢等全部活動(dòng)過程是一個(gè)不可分割的有機(jī)整體，要從系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行協(xié)調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全局的集成優(yōu)化。 其集成優(yōu)化的模式按照信息集成優(yōu)化、過程集成優(yōu)化及企業(yè)間集成優(yōu)化三個(gè)階段發(fā)展。 企業(yè)生產(chǎn)過程的要素包括人/組織、技術(shù)及經(jīng)營管理。其中，尤其要繼續(xù)重視發(fā)揮人在現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)中的主導(dǎo)作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各要素間的集成優(yōu)化。 現(xiàn)在CIMS還沒有確切的定義，但有幾點(diǎn)是公認(rèn)的：CIMS將制造企業(yè)的全部經(jīng)營活動(dòng)， 即從市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃、制造、質(zhì)量保證、經(jīng)營管理至售后服務(wù)等，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)形成一個(gè)有機(jī)的整體，使企業(yè)內(nèi)部各種活動(dòng)互相協(xié)調(diào)地進(jìn)行。CIMS不是各種自動(dòng)化系統(tǒng)的簡單疊加，而是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理技術(shù)實(shí)現(xiàn)各單元技術(shù)的集成。CIMS能有效地實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)。因此，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、集成、柔性是CIMS的三大特征。如圖4-42所示， CIMS中人/機(jī)構(gòu)、經(jīng)營管理和技術(shù)三要素之間相互作用、相互制約，構(gòu)成企業(yè)內(nèi)如下4類集成： (1) 經(jīng)營管理與技術(shù)的集成，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、制造技術(shù)以及信息技術(shù)等各種工程技術(shù)，支持企業(yè)達(dá)到預(yù)期的經(jīng)營目標(biāo)。 (2) 人/機(jī)構(gòu)與技術(shù)的集成，利用各種工程技術(shù)支持企業(yè)中各類人員的工作，使之互相配合，協(xié)調(diào)一致，發(fā)揮最大的工作效率。 (3) 人/機(jī)構(gòu)組織與經(jīng)營管理的集成，通過人員素質(zhì)的提高和組織機(jī)構(gòu)的改進(jìn)來支持企業(yè)的經(jīng)營和管理。 (4) CIMS三要素的綜合集成，使企業(yè)達(dá)到整體優(yōu)化。 4.5.2 CIMS的組成及其功能從系統(tǒng)功能的角度考慮，一般認(rèn)為CIMS可由管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)、制造自動(dòng)化系統(tǒng)和質(zhì)量保證系統(tǒng)四個(gè)功能分系統(tǒng) 以及計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫兩個(gè)支撐分系統(tǒng)組成，如圖4-43所示。 然而這并不意味著任何一個(gè)企業(yè)在實(shí)施CIMS時(shí)必須同時(shí)實(shí)現(xiàn)這六個(gè)分系統(tǒng)。由于每個(gè)企業(yè)原有的基礎(chǔ)不同，各自所處的環(huán)境不同，因此應(yīng)根據(jù)企業(yè)具體的需求和條件，在CIMS思想指導(dǎo)下進(jìn)行局部實(shí)施或分步實(shí)施。各個(gè)分系統(tǒng)的功能分述如下。 1．管理信息系統(tǒng)　管理信息系統(tǒng)通常以MRPⅡ?yàn)楹诵�，從制造資源出發(fā)，考慮了企業(yè)進(jìn)行經(jīng)營決策的戰(zhàn)略層、中短期生產(chǎn)計(jì)劃編排的戰(zhàn)術(shù)層以及車間作業(yè)計(jì)劃與生產(chǎn)活動(dòng)控制的操作層，它包括預(yù)測、經(jīng)營決策、各級生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備、銷售、供應(yīng)、財(cái)務(wù)、成本、設(shè)備、工具、人力資源等各項(xiàng)管理信息功能。 它是以經(jīng)營生產(chǎn)計(jì)劃、主生產(chǎn)計(jì)劃、物料需求計(jì)劃、能力需求計(jì)劃、車間作業(yè)計(jì)劃以及車間調(diào)度與控制為主體形成閉環(huán)的一體化生產(chǎn)經(jīng)營與管理信息系統(tǒng)，是CIMS的神經(jīng)中樞，指揮與控制著其他各個(gè)部分有條不紊地工作。它把企業(yè)內(nèi)的各個(gè)管理環(huán)節(jié)有機(jī)地結(jié)合起來，各個(gè)功能模塊可在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)環(huán)境下工作，以實(shí)現(xiàn)管理信息的集成， 從而達(dá)到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期、減少庫存、降低流動(dòng)資金、提高企業(yè)應(yīng)變能力的目的。 2．工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)　工程設(shè)計(jì)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是指在產(chǎn)品開發(fā)過程中引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，使產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)更高效、更優(yōu)質(zhì)、更自動(dòng)地進(jìn)行。產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)包含產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、工程與結(jié)構(gòu)分析、詳細(xì)設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)以及數(shù)控編程等設(shè)計(jì)和制造準(zhǔn)備階段的一系列工作，即通常所 說的CAD、CAPP、CAM三大部分。 CAD系統(tǒng)應(yīng)該包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、定型產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)以及模塊化結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，通常應(yīng)具有計(jì)算機(jī)繪圖、有限元分析、產(chǎn)品造型、圖像分析處理、優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真、物料清單的生成等功能。 CAPP系統(tǒng)是按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行決策和規(guī)劃，將原材料加工成產(chǎn)品所需要的一系列加工活動(dòng)和資源的描述。CAPP系統(tǒng)可進(jìn)行毛坯設(shè)計(jì)、加工方法選擇、工藝路線制定以及工時(shí)定額計(jì)算等工作，同時(shí)還具有加工余量分配、切削用量選擇、工序圖生成以及機(jī)床、刀具和夾具的選擇等功能�！�CAM系統(tǒng)通常完成刀具路徑的確定、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及NC代碼的生成等工作。 3．制造自動(dòng)化系統(tǒng)　制造自動(dòng)化系統(tǒng)是CIMS的信息流和物料流的結(jié)合點(diǎn)，是CIMS最終產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的聚集地，通常由數(shù)控機(jī)床、加工中心、清洗機(jī)、測量機(jī)、運(yùn)輸小車、立體倉庫、多級分布式控制計(jì)算機(jī)等設(shè)備及相應(yīng)支持軟件組成。制造自動(dòng)化系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)控制和調(diào)度下，按照NC代碼將一個(gè)毛坯加工成合格的零件， 再裝配成部件以至產(chǎn)品，并將制造現(xiàn)場的各種信息實(shí)時(shí)地或經(jīng)過相應(yīng)處理后反饋到相應(yīng)的部門，以便及時(shí)進(jìn)行調(diào)度和控制�！≈圃熳詣�(dòng)化系統(tǒng)的目的可歸納為：①實(shí)現(xiàn)多品種、小批量產(chǎn)品制造的柔性自動(dòng)化；②實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、低成本、短周期及高效率生產(chǎn)，提高企業(yè)的市場競爭力；③為作業(yè)人員創(chuàng)造舒適而安全的勞動(dòng)環(huán)境。 4．質(zhì)量保證系統(tǒng)　質(zhì)量保證系統(tǒng)主要采集、存儲、評價(jià)和處理存在于設(shè)計(jì)、制造過程中與質(zhì)量有關(guān)的大量數(shù)據(jù)，從而在產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)的作用下有效促進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量的提高，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高質(zhì)量、低成本，提高企業(yè)的競爭力。因此，開發(fā)一套完整的質(zhì)量保證體系非常重要。CIMS中的質(zhì)量保證系統(tǒng)覆蓋產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階 段，它包括質(zhì)量決策子系統(tǒng)、質(zhì)量檢測與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)、質(zhì)量評價(jià)子系統(tǒng)和質(zhì)量控制與跟蹤子系統(tǒng)等。 5．CIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)　數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是一個(gè)支撐系統(tǒng)，它是CIMS信息集成的關(guān)鍵之一。組成CIMS的各個(gè)功能分系統(tǒng)的信息都要在一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)里進(jìn)行存儲和調(diào)用，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)數(shù)據(jù)的集成與共享。 CIMS的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通常采用集中與分布相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，以保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和易維護(hù)性。此外，CIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)往往還建立一個(gè)專用的工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用來處理大量的工程數(shù)據(jù)。工程數(shù)據(jù)庫可以存儲多種類型的數(shù)據(jù)，如圖形數(shù)據(jù)、加工工藝規(guī)程、NC代碼等。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)與生產(chǎn)管理、經(jīng)營管理等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均按統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交換。 6．CIMS計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)　計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是CIMS的又一主要支撐技術(shù)，是CIMS各個(gè)分系統(tǒng)重要的信息集成工具。采用國際標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)異種機(jī)互連、異構(gòu)局部網(wǎng)絡(luò)及多種網(wǎng)絡(luò)的互連。通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)能將物理上分布的CIMS各個(gè)功能分系統(tǒng)的信息聯(lián)系起來，以達(dá)到共享的目的。 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以分布為手段，滿足CIMS各應(yīng)用分系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)支持服務(wù)的不同需求，支持資源共享、分布處理、分層遞階和實(shí)時(shí)控制。CIMS在數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的支持下，可方便地實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能分系統(tǒng)之間的通信，從而有效地完成全系統(tǒng)的集成。 4.5.3 CIMS的信息集成技術(shù)　如圖4-44所示，CIMS的實(shí)現(xiàn)就是物流與信息流的有機(jī)結(jié)合。 物流的實(shí)現(xiàn)是CIMS的物質(zhì)基礎(chǔ)(或稱為硬件環(huán)境)，而信息流則是使所有物流得以集成為有機(jī)整體的關(guān)鍵和保證。如果把CIMS比喻為身體健康而頭腦聰明的人，則CIMS中的物流就可比喻成軀體，而信息流可比喻為使人充滿智能和活力的神經(jīng)系統(tǒng)、血液系統(tǒng)。在CIMS遞階結(jié)構(gòu)的各個(gè)層次， 即從廠級、車間級直至工作站和設(shè)備，各層次都布滿了計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫，從事對全廠生產(chǎn)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、加工制造、質(zhì)量控制、底層自動(dòng)化等一系列的管理與控制活動(dòng)，這些信息通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)地相互交換、傳送，遍布于整個(gè)物流的全過程，對物流的集成起著控制和保證的作用。 1．CIMS環(huán)境下數(shù)據(jù)管理的特點(diǎn) CIMS環(huán)境下數(shù)據(jù)管理具有以下特點(diǎn)： (1) 復(fù)雜多數(shù)據(jù)化。 (2) 數(shù)據(jù)管理軟件功能差異大及非標(biāo)準(zhǔn)化。 (3) 分布數(shù)據(jù)管理。 2．CIMS環(huán)境下計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn) CIMS環(huán)境下的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)： (1) 廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)并存。 (2) 采用多層次、異機(jī)型、分布式的局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 (3) 采用開放式的體系結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。 　網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中最重要的概念，是指終端用戶交換信息所需的功能、格式接口和協(xié)議。 網(wǎng)絡(luò)采用了層次化結(jié)構(gòu)之后，將用戶“做什么”的要求與系統(tǒng)具體“如何做”分隔開，從而使用戶易于使用網(wǎng)絡(luò)，并將不同廠家的網(wǎng)絡(luò)相互連接成龐大復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。CIMS通常采用的網(wǎng)絡(luò)模型有層次化協(xié)議、N層協(xié)議模型和開放系統(tǒng)互連(OSI/ISO)模型。 4.5.4 CIMS的應(yīng)用與發(fā)展　20世紀(jì)80年代中期以來，CIMS逐漸成為制造工業(yè)的熱點(diǎn)。CIMS以生產(chǎn)率高、生產(chǎn)周期短以及在制品少等極有吸引力的優(yōu)點(diǎn)，給一些大公司帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。世界上很多國家和企業(yè)都把發(fā)展CIMS定為全國制造工業(yè)或企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略，制定了很多有政府或企業(yè)支持的計(jì)劃，用以推動(dòng)CIMS的開發(fā)應(yīng)用。 在我國，盡管制造工業(yè)的技術(shù)和管理總體水平與工業(yè)發(fā)達(dá)國家還有較大差距，但也已將CIMS技術(shù)列入我國的高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)，其目的就是要在自動(dòng)化領(lǐng)域跟蹤世界的發(fā)展，力求縮小與國外先進(jìn)制造技術(shù)的差距，為增強(qiáng)我國的綜合國力服務(wù)。 CIMS是現(xiàn)代信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、生產(chǎn)制造技術(shù)、系統(tǒng)和管理技術(shù) 的綜合集成系統(tǒng)。CIMS是一項(xiàng)投資大、涉及面廣、實(shí)現(xiàn)時(shí)間長和技術(shù)上不斷演變的系統(tǒng)工程，其中各項(xiàng)單元技術(shù)的發(fā)展、部分系統(tǒng)的運(yùn)行都成功地表明CIMS工程的巨大潛力�！〗�些年，并行工程、人工智能及專家系統(tǒng)技術(shù)在CIMS中的應(yīng)用大大推動(dòng)了CIMS技術(shù)的發(fā)展，增強(qiáng)了CIMS的柔性和智能性。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，在CIMS基礎(chǔ)上又提出了各種現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)，諸如精良生產(chǎn)、 敏捷技術(shù)、全球制造等。與此同時(shí)，人們不但將信息技術(shù)引入到制造業(yè)，而且將基因工程和生物模擬技術(shù)引入制造技術(shù)，試圖建立一種具有更高柔性的開放的制造系統(tǒng)。 4.6 智能制造系統(tǒng)(IM) 4.6.1 基本概念　　所謂智能制造，是在制造生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性和高度集成的方式， 應(yīng)用智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)進(jìn)行制造的生產(chǎn)模式。智能制造系統(tǒng)(Intelligent Manufacturing System，IMS)是一種由智能機(jī)器和人類專家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中，通過計(jì)算機(jī)模擬人類專家的智能活動(dòng)，進(jìn)行諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策活動(dòng)，旨在取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動(dòng)，并對人類專家 的制造智能進(jìn)行收集、存儲、完善、共享、繼承和發(fā)展。 智能制造技術(shù)的宗旨在于通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。 智能制造可實(shí)現(xiàn)決策自動(dòng)化的優(yōu)勢使其能很好地與未來制造生產(chǎn)的知識密集型特征相吻合，實(shí)現(xiàn)“制造智能”和制造技術(shù)的“智能化”。智能制造將是未來制造自動(dòng)化發(fā)展的重要方向。智能制造系統(tǒng)是一個(gè)開放的信息系統(tǒng)，它采用耗散結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成如圖4-45所示。 具體地說，智能制造系統(tǒng)就是要通過集成知識工程、制造軟件系統(tǒng)、機(jī)器人視覺與機(jī)器人控制等來對制造技術(shù)的技能與專家知識進(jìn)行模擬，使智能機(jī)器在沒有人工干預(yù)的情況下進(jìn)行生產(chǎn)。簡單地說，智能制造系統(tǒng)就是要把人的智力活動(dòng)變?yōu)橹圃鞕C(jī)器的智能活動(dòng)。 智能制造系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)是智能機(jī)器，它包括具有各種程序的智能加工機(jī)床，工具和材料傳送、準(zhǔn)備裝置，檢測和試驗(yàn)裝置以及安裝裝配裝置等�！　≈悄苤圃旒夹g(shù)是制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程與人機(jī)智能等學(xué)科互相滲透、互相交織而形成的一門綜合技術(shù)。 4.6.2 智能制造技術(shù)興起的背景　在知識經(jīng)濟(jì)即將來臨的今天，傳統(tǒng)的制造業(yè)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，經(jīng)歷著十分深刻的變化。“以產(chǎn)品為中心”的生產(chǎn)模式正在轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;以顧客為中心”的生產(chǎn)模式，即“顧客化大生產(chǎn)”。這就要求新一代的制造系統(tǒng)和制造設(shè)備必須能夠?qū)崿F(xiàn)快速重組、重用，具有較高的適應(yīng)能力，以提高制造企業(yè)的競爭能力和市 場適應(yīng)能力，從而為制造企業(yè)獲得最大限度的利益。 分布式人工智能中的多Agent系統(tǒng)理論為智能制造系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了可行性技術(shù)支持，并成為制造領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。 隨著計(jì)算機(jī)的問世與發(fā)展，機(jī)械制造大體沿兩條路線發(fā)展：一是傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展，二是借助計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化科學(xué)的制造技術(shù)與系統(tǒng)的發(fā)展。 20世紀(jì)80年代以來，傳統(tǒng)制造技術(shù)得到了不同程度的發(fā)展，但存在著很多問題。先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和制造技術(shù)向產(chǎn)品、工藝和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員和管理人員提出了新的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理方法不能有效地解決現(xiàn)代制造系統(tǒng)中所出現(xiàn)的問題，這就促使我們借助現(xiàn)代的工具和方法，利用各學(xué)科最新研究成果，通過集成傳統(tǒng)制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與科學(xué)以及人工智能等技術(shù)， 發(fā)展一種新型的制造技術(shù)與系統(tǒng)，這便是智能制造技術(shù)(Intelligent Manufacturing Technology，IMT)與智能制造系統(tǒng)。 世界各國競相大力發(fā)展IMT和IMS的深層次原因有：　(1) 集成化離不開智能。 　(2) 機(jī)器智能化比較靈活，可以選擇系統(tǒng)智能化，也可以選擇單機(jī)智能化；單機(jī)可發(fā)展一種智能，也可發(fā)展幾種智能； 無論在系統(tǒng)中或單機(jī)上，智能化均可工作，不像集成制造系統(tǒng)那樣，只有全系統(tǒng)集成才可工作。 (3) 智能化的經(jīng)濟(jì)效益較高。 (4) 白領(lǐng)化使得有豐富經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械工作和技術(shù)人員日益缺少，而產(chǎn)品制造技術(shù)越來越復(fù)雜，這些都促使使用人工智能和知識工程技術(shù)來解決現(xiàn)代化的加工問題。 (5) 工廠生產(chǎn)率的提高更多地取決于生產(chǎn)管理和生產(chǎn)自動(dòng)化。 4.6.3 智能制造技術(shù)的研究內(nèi)容　近年來，人們對智能制造抱有極大的熱情，西方工業(yè)國家紛紛投入對智能制造技術(shù)的研究。智能制造技術(shù)作為21世紀(jì)的先進(jìn)技術(shù)，其研究內(nèi)容如下： (1) 無污染工業(yè)制造技術(shù)(Clean Manufacturing in Process Industrics)。為滿足日益提高的環(huán)境保護(hù)要求，要對加工制造業(yè)所采用的新技術(shù)、新工藝進(jìn)行環(huán)境保護(hù)方面的評測。 (2) 全球制造業(yè)的并行工程(Concurrent Engineering for Global Manufacturing)，對分布的開發(fā)研制資源進(jìn)行對比性的選擇和組合的研究。 (3) 21世紀(jì)全球集成制造技術(shù)(Globle Man.21)，建立高效的“全球制造企業(yè)”支持系統(tǒng)，這方面研究課題有并行工程、企業(yè)內(nèi)部管理和企業(yè)集成等。 (4) 自律性制造系統(tǒng)(Holonic Manufacturing System)。該專題的目的是建立分散自治的制造系統(tǒng)，它由自治的、智能的且相互協(xié)調(diào)的模塊組成。 (5) 快速產(chǎn)品開發(fā)支持系統(tǒng)(Rapid Product Development)，探索并應(yīng)用能極大縮短產(chǎn)品研制周期的技術(shù)和生產(chǎn)規(guī)程。 (6) 知識系統(tǒng)(Systematisation of Development)。該項(xiàng)目的長期目標(biāo)是建立一個(gè)新的基于知識的樣本工程。 4.6.4 智能制造的關(guān)鍵技術(shù)　智能制造中的關(guān)鍵技術(shù)有： (1) 人工智能技術(shù)。因?yàn)镮MS的目標(biāo)是計(jì)算機(jī)模擬制造業(yè)人類專家的智能活動(dòng)，從而取代或延伸人的部分腦力勞動(dòng)，所以人工智能技術(shù)成為IMS的關(guān)鍵技術(shù)之一。IMS與人工智能技術(shù)(專家系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯)息息相關(guān)。 (2) 并行工程。針對制造業(yè)而言，并行工程是一種重要的技術(shù)方法學(xué)，應(yīng)用于IMS中，將最大限度地減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)的盲目性和設(shè)計(jì)的重復(fù)性。 (3) 信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是制造過程中系統(tǒng)和各個(gè)環(huán)節(jié)“智能集成”化的支撐，信息網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也是制造信息及知識流動(dòng)的通道。 (4) 虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就模擬出該產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，從而更有效，更經(jīng)濟(jì)、更靈活地組織生產(chǎn)，以保證產(chǎn)品開發(fā)周期最短，產(chǎn)品成本最低，產(chǎn)品質(zhì)量最優(yōu)，生產(chǎn)效率最高。 同時(shí)，虛擬制造技術(shù)也是并行工程實(shí)現(xiàn)的必要前提。 (5) 自律能力構(gòu)筑，即收集和理解環(huán)境信息及自身的信息并進(jìn)行分析判斷、規(guī)劃自身行為的能力。強(qiáng)大的知識庫和基于知識的模型是自律能力的基礎(chǔ)。 (6) 人機(jī)一體化。IMS不單單是人工智能系統(tǒng)，而且是人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，是一種混合智能。 想以人工智能全面取代制造過程中人類專家的智能，獨(dú)立承擔(dān)分析、判斷、決策等任務(wù)，目前來說是不現(xiàn)實(shí)的。人機(jī)一體化突出人在制造系統(tǒng)中的核心地位，同時(shí)在智能機(jī)器的配合下，更好地發(fā)揮人的潛能，使人和機(jī)器達(dá)到一種相互協(xié)作、平等共事的關(guān)系，使二者在不同層次上各顯其能，相輔相成。 (7) 自組織和超柔性。 智能制造系統(tǒng)中的各組成單元能夠依據(jù)工作任務(wù)的需要，自行組成一種最佳結(jié)構(gòu)，使其柔性不僅表現(xiàn)在運(yùn)行方式上，而且表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式上，因此稱這種柔性為超柔性，類似于生物所具有的特征，如同一群人類專家組成的整體。 4.7 虛 擬 制 造 4.7.1 虛擬制造基本概念　虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM）可以看作是CAD/CAM/CAE集成化發(fā)展的最高層次。虛擬制造強(qiáng)調(diào)在實(shí)際投入原材料于產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過程之前，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造過程的相關(guān)分析，以保證制造實(shí)施的可行性。 虛擬制造是主要基于產(chǎn)品模型、仿真分析技術(shù)、可視化技術(shù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)完成包括加工、裝配等制造活動(dòng)的制造技術(shù)。虛擬制造同樣以產(chǎn)品模型為核心，但是其產(chǎn)品模型不僅應(yīng)考慮最終完成品，而且還要考慮產(chǎn)品的毛坯和半成品模型。另外，虛擬制造所考慮的制造資源、制造環(huán)境等，也必須以數(shù)字化模型的形式建立在計(jì)算機(jī)內(nèi)。 在Lawrence Associate的Virtual Manufacturing Vse Workshop報(bào)告中，虛擬制造被定義為一個(gè)集成的、綜合的可運(yùn)行制造環(huán)境，用來提高各個(gè)層次的決策和控制。定義中各部分的含義如下：　(1) 綜合：指真實(shí)的和仿真的對象、活動(dòng)和過程的混合狀態(tài)。 (2) 環(huán)境：通過協(xié)同地提供分析工具、仿真工具、應(yīng)用工具、控制工具、模型 (產(chǎn)品過程和資源)、設(shè)備以及組織方法的集合，支持構(gòu)造和使用分布式制造仿真。 (3) 運(yùn)行：用環(huán)境來構(gòu)造和操作特定的制造仿真。 (4) 提高：增加它的精度可靠性。 (5) 層次：指從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)到回收利用，從車間到執(zhí)行位置，從物質(zhì)的轉(zhuǎn)換到信息的傳遞等各方面。 (6) 決策：是指改變(可視化、組織、定義和選擇)后的影響。 虛擬制造技術(shù)包含了很多內(nèi)容，不同的應(yīng)用環(huán)境和不同的應(yīng)用對象，對虛擬制造需求的側(cè)重點(diǎn)也不同。因此，給虛擬制造一個(gè)準(zhǔn)確的定義也是很困難的。為了更好地解釋虛擬制造，歸納起來，它應(yīng)該具有以下內(nèi)涵。 (1) 虛擬制造的基本目的是基于計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)品的開發(fā)環(huán)境，使設(shè)計(jì)者在真正加工之前就能夠模擬制造產(chǎn)品的全過程。這里的產(chǎn)品開發(fā)包括了與產(chǎn)品相關(guān)的所有活動(dòng)，不僅包括技術(shù)上的和商業(yè)上的，而且還包含了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，但虛擬制造并不仿真所有這些過程。例如，虛擬制造不仿真設(shè)計(jì)過程，但它支持設(shè)計(jì)過程；虛擬制造不模擬可靠性或質(zhì)量工程，但其仿真需要用到設(shè)計(jì)、 可靠性、質(zhì)量和其他信息的接口。 (2) 虛擬制造通過基于建模的途徑并利用仿真來提高加工過程的質(zhì)量。 (3) 虛擬制造最重要的作用是為實(shí)施IPPD(Integrated Product Process Development)提供一個(gè)工具，特別是用于預(yù)測產(chǎn)品成本和控制的功能。 (4) 虛擬制造是基于模型的制造，使用的工具反過來會影響這些模型。 (5) 虛擬制造為在IPPD環(huán)境下通過計(jì)算機(jī)完成制造過程提供了對部分或全部設(shè)計(jì)過程進(jìn)行評價(jià)的方法。 4.7.2 虛擬制造的類型　虛擬制造的研究都與特定的應(yīng)用環(huán)境和對象相關(guān)。應(yīng)用的要求不同，側(cè)重點(diǎn)也不同。為此出現(xiàn)了三種形式的虛擬制造，即以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造，以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。 (1) 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造。以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造通過把制造信息加到IPPD的過程在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行制造，仿真多種制造方案，并產(chǎn)生多種“軟”模型。因此它的短期目標(biāo)是：為了達(dá)到特殊的制造目的，用以制造為基礎(chǔ)的仿真來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程。它的長期目標(biāo)是：在不同的層次上用仿真過程來評估生產(chǎn)情況，并且反饋給設(shè)計(jì)和生產(chǎn)控制。 (2) 以生產(chǎn)為中心的虛擬制造。以生產(chǎn)為中心的虛擬制造通過把仿真能力加到生產(chǎn)過程模型中，達(dá)到了方便和快捷地評價(jià)多種加工過程的目的。它的短期目標(biāo)是：基于生產(chǎn)的IPPD的轉(zhuǎn)換，用以優(yōu)化制造過程和物理層。它的長期目的是：為了實(shí)現(xiàn)新工藝和流程的高可信度，把生產(chǎn)仿真增加到其他的集成和分析技術(shù)中。 (3) 以控制為中心的虛擬制造。以控制為中心的虛擬制造通過增加仿真到控制模型中和實(shí)際的生產(chǎn)過程中，來實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的真實(shí)仿真。 4.7.3 其他虛擬技術(shù)　1．虛擬企業(yè)(Virtual Enterprise，VE) 　虛擬企業(yè)是敏捷制造的基本的動(dòng)態(tài)組織形態(tài)，是指為了贏得某一機(jī)遇性市場競爭，圍繞某種新產(chǎn)品開發(fā)，通過選用不同的組織或公司的優(yōu)勢資源，綜合成單一的靠網(wǎng)絡(luò)通信 聯(lián)系的階段性經(jīng)營實(shí)體，也稱為動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。動(dòng)態(tài)聯(lián)盟具有集成性和時(shí)效性兩個(gè)特點(diǎn)。它實(shí)質(zhì)上是不同組織或企業(yè)間的動(dòng)態(tài)集成，隨市場機(jī)遇的存亡而聚散。在具體表現(xiàn)上，結(jié)盟的可以是同一個(gè)大公司的不同組織部門，也可以是不同國家的不同公司。在虛擬企業(yè)中，伙伴能夠共享生產(chǎn)、工藝和產(chǎn)品的信息，這些信息以數(shù)據(jù)的形式表示，能夠分布到不同的計(jì)算環(huán)境中。 虛擬企業(yè)與虛擬制造的主要區(qū)別在于：對于信息的集成和共享領(lǐng)域，虛擬企業(yè)主要強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)，而虛擬制造主要強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，而且在設(shè)計(jì)階段虛擬制造的重點(diǎn)是仿真產(chǎn)品生命周期中的各個(gè)活動(dòng)。 2．虛擬原型(Virtual Prototype，VP) 　虛擬原型是相對物理原型，具有一定功能的基于計(jì)算機(jī)的仿真系統(tǒng)。它主要用于測試和評價(jià)多種設(shè)計(jì)的指定特性。 目前，虛擬原型主要用于縮短產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間和降低成本。在虛擬原型中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)信息直接被傳送給產(chǎn)品模型，而不用構(gòu)造物理原型來檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性和進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。如果虛擬原型是通過模擬工藝計(jì)劃來構(gòu)造的，那么就使用虛擬制造來生產(chǎn)。在大部分情況下，虛擬原型比物理原型具有更大的優(yōu)點(diǎn)，在虛擬產(chǎn)品周期中，虛擬原型是一個(gè)必需的組成部分。 虛擬原型的發(fā)展將增強(qiáng)虛擬制造的能力，反過來，虛擬制造為虛擬原型提供了一個(gè)應(yīng)用環(huán)境。 復(fù) 習(xí) 思 考 題 4-1 試論述制造自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵及關(guān)鍵技術(shù)。 4-2 加工中心根據(jù)其加工范圍可以分為哪幾類？它們與普通數(shù)控機(jī)床的最大區(qū)別是什么？ 4-3 試論述工業(yè)機(jī)器人的組成及性能特征。 4-4 敘述CAPP的定義及其分類。 4-5 什么是成組技術(shù)？成組技術(shù)零件編碼分類有哪幾種類型？ 4-6 數(shù)控自動(dòng)編程中前、后置處理的作用是什么？ 4-7 試論述圖形交互式編程的原理及其特點(diǎn)。 4-8 試論述CAD/CAPP/CAM各自的功能及集成的必要性。 4-9 試論述柔性制造系統(tǒng)的組成及其物料運(yùn)儲系統(tǒng)的組成。 4-10 CIMS系統(tǒng)的核心是什么？它由哪幾部分內(nèi)容構(gòu)成？ 4-11 什么是智能制造系統(tǒng)？ 4-12 什么是虛擬制造系統(tǒng)？GxU紅軟基地