《CAM构造曲线》PPT课件.ppt

第五讲 特征建模,产品建模技术的发展历程,线框建模,曲面建模,体素建模,特征建模,参数建模,混合建模,产品结构建模,技术水平,70年代,80年代,90年代,二维加工,三维加工,特征加工,年代,三维加工,特征建模,线框建模、表面建模、实体建模只是提供了产品三维形体的几何信息和拓扑信息，但产品几何模型尚不足以驱动产品生命周期的全过程。 几何建模只是从计算机图形学的角度进行研究和构造，但没有完全考虑到工程应用的信息需要，如产品的工艺信息等。,在产品的几何信息和拓扑信息以外，还存在非几何信息，如材料、热处理信息、加工精度等。 特征建模（Feature Modeling）是从工程师应用角度提出的产品建模方法。,特征是具有属性，与设计、制造活动有关， 并含有工程意义和基本几何实体或信息的集合。,什么是 特征,扳手的构造过程：,特征的分类,形状特征Form Feature 装配特征Assembly Feature 精度特征Precision Feature 材料特征Material Feature 分析特征Analysis Feature 补充特征Additional Feature,装配特征Assembly Feature,用于表达零件的装配关系以及装配过程中所需的信息 模型替代、包封、边界盒 装配过程中生成的形状特征：如配钻等 与形状特征合称为造型特征 实际构造产品外型的特征,精度特征 用于描述几何形状和尺寸的许可变动量或误差 尺寸公差、形状公差、表面粗糙度等 材料特征 描述材料的类型与性能以及材料处理等信息 机械物理化学等特性及热处理方式与条件等,分析特征、技术特征 用于表达零件在性能分析时所使用的信息 有限元网格划分 补充特征、管理特征 表达与以上无关的一些产品信息 描述零件设计的编码等管理信息,形状特征Form Feature,描述某一个具有一定工程意义的几何形状信息 其他非几何信息的载体 非几何信息作为属性或约束附加状于形状特征 基本特征 构造零件的主要形状结构 附加特征 对主特征的局部进行修饰 正特征、负特征、修饰特征,基本形状特征,分布特征 表达一组相同的特征，如齿轮、阵列孔等。,附加形状特征,附加形状特征,附加形状特征,特征分析 特征分析主要有以下内容： A.特征分解 分析零件都是由哪些特征组成，需要创建哪些特征。对同一个零件可以有不同的特征分解方法，应该以是否符合设计思想为原则来确定一个好的特征分解方案。 B.特征的构造顺序 分析按照什么顺序创建这些特征以及如何进一步修整它们，分析的原则仍然是反映设计思想，并方便设计分析和修改。 C.特征的构造方法 不同的特征有不同的构造方法，同一个特征也有不同的构造方法，应该确定特征的造型方法，同时分析特征的主要约束。,特征建模与几何建模,相互联系 几何建模提供了面向几何的产品信息的表现形式 特征建模提供了连接工程知识和几何信息的工具 特征向下细分需要几何建模提供产品的几何形状信息 向上则反映工程语义的高层次信息 基于特征造型的产品设计方法是随着 CAD/CAM一体化要求而产生的，是建立在实体造型方法基础之上，更适合于计算机集成制造系统的产品设计方法,产品结构模型,产品结构模型（Product Structure Model）是将产品从概念设计到制造成最终产品的整个过程在计算机上用数字和图形模型给予全面描述。 其集成零件、部件和装配的全部可用信息，形成一个包括各种信息的电子化产品模型EPD（Electronic Product Definition）。,装配结构树：,思考题,1、形状特征主要分为哪两类？ 2、几何特征的种类？ 3、在实体建模技术中是否不含线框、曲面建模的技术？ 4、什么是特征？特征的分类有哪些？,产品数据交换技术,主要内容：图形及产品数据交换有关技术。,概述,CAD/CAM系统之间存在数据交换的问题。在同一企业或不同企业可能应用不同的CAD/CAM系统，因此在不同系统之间必然存在文件的读取、转换和应用需要。 图形标准数据的转换是CAD发展进程中提出的（上一世纪70年代）。一个CAD系统不可能完全独立进行一项产品设计，图形交换的需求引导了产品数据定义标准化的规则。,IGES,IGES Initial Graphics Exchange Standard 初始图形交换规范是国际上最早（1980年）产生的图形数据交换标准。 目前几乎所有的CADCAM软件均配有IGES接口。,SolidWorks 软件在打开文件的类型选项中带有IGES的接口。,caxa 软件在打开文件中的IGES选项,IGES产品模型,IGES产品模型 指用于定义产品模型的实体集合。 实体entity IGES的基本信息单位 几何实体 定义与物体几何形状有关的信息，包括点、线、面、体及实体集合的关系。 描述实体 定义尺寸及绘图说明等信息。 结构实体 组合项、图组、特性等。,IGES文件结构,格式以ASCII码，记录长度为80个字符的顺序文件。 文件分为五节 目录入口（DE） 存放实体信息、指针及关系 参数（PD）节 存放实体信息、指针及关系 整体节（G） 数据原始信息 结束节（T） 文件本身信息 开始节（S） 可阅读的定义信息,IGES文件结构,开始节 提供可读的文件序言； 整体节 全局参数、处理器信息及后置处理器信息； 目录节 目录条目，为文件提供索引，含实体属性信息； 参数节 实体相联的参数数据； 结束节 含各段的标识字母及其最末一行的序号。,IGES文件举例：,IGES文件举例：,IGES文件举例：,IGES文件举例：,系统之间的传输：,IGES在实践中存在的问题：,不能精确地完整转换数据，如修剪后的表面定义数据会丢失； 不能转换属性信息； 层信息常丢失； 不能将两个零部件的信息放在一个文件中； 产生的数据量大； 转换数据过程中发生的错误很难确定。,DXF,AutoCAD软件所支持的中间文件格式。 由于在国际上具有较多用户（二维绘图），故被大多数软件商所认可。 目前几乎所有的CADCAM软件均带有DXF的接口。,DXF的文件格式,DXF文件采用ASCII码格式，文件由五个部分组成： HEADER SECTION（头部区） 记录作图时所用到的系统变量。 TABLE SECTION（列表区） APPID 图名 DIMSTYLE 尺寸标注种类 LTYPE 线型及间隔,DXF文件格式,END OF FILE（文件结束）,STEP,产品模型数据交换标准STEP是由国际标准化组织（ISO）于1983年专门成立的技术委员会TC184下设的制造语言和数据分委会SC4所提出。 STEP的核心EXPRESS描述语言部分（PART 11）于1993年成为国际标准草案。,SolidWorks中打开文件的STEP选项,（1）标准的描述方法,EXPRESS语言的开发目的是使描述的模型既要能为计算机所处理，又易于阅读。 EXPRESS是一种信息建模语言，用于说明对象、信息单元及其限制和操作。 EXPRESS参考Ada、C等语言，有强大的信息模型描述能力。 EXPRESS处于STEP的应用层。,（2）实现形式,指所用方法或格式在具体领域实现信息交换。分为四级： 文件交换 为最低一级，ASCII码顺序文件。 工作格式 产品数据结构在内存的表现。 数据库交换 实现共享。 知识库交换 数据库约束。,先进制造模式介绍,一、CIMS,CIM是一种概念和哲理，可用来作为组织现代工业生产的指导思想。 制造（Manufacturing） 是关于企业的一组相关操作和活动的集合，它包括市场分析、产品设计、材料选择、计划作业、生产、质量检验、生产管理和市场销售等一系列与制造企业有关的生产活动。,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”。,CIM与CIMS的定义,CIMS的核心在于集成,人员集成,信息集成,功能集成,技术集成,CIMS的概念,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。,发展,我国的第一个计算机集成制造系统,柔性制造系统（FMS）（Flexible Manufacturing System）是一个以网络为基础、面向车间的开放式集成制造系统，是实现CIMS的基础，它具有CAD、数控编程、分布式数控、工夹具管理、数据采集和质量管理等功能。根据系统所含机床数量、机床的结构不同，可将系统分为三类：柔性制造装置（FMU）、柔性加工单元(FMC)、柔性制造系统（FMS）。,柔性制造系统（FMS）,柔性制造装置（FMU）:是以一台加工中心为主的系统 它装备有托盘库、自动托盘交换站或机器人、一个自动化工具交换装置（可以部分无人照管）。 柔性加工单元(FMC)有多种配置形式，但至少有一台加工中心、托盘库、自动托盘交换站、每台机床的刀具交换装置。柔性加工单元的所有操作均以单元方式进行，并由DNC计算机控制。FMC通常有固定的加工工艺流程，零件流是按固定工序顺序运行，它不具有实时加工路线流控制、载荷平衡及生产调度计划逻辑的中央计算机控制,精益生产： 是美国麻省理工学院的几位专家对日本“丰田生产方式”美称。 1）精良生产的产生：20世纪初，从美国福特汽车公司创立 第一条汽车生产流水线以来， 大规模的生产流水线生产方式一直是现代工业生产的主要特征，它以标准化、大批量生产来降低生产成本，提高生产效率。20世纪50年代，日本丰田汽车公司的丰田和大野考察了 福特公司轿车生产，当时这个厂每天生产7000辆轿车，比丰田公司一年的产量还要多。但丰田并没有照搬福特的生产模式,而是提出了改进的思路。,精良生产（LEAN PRODUCTION）,二战后的日本经济萧条，缺少资金和外汇。怎样建立日本自己的汽车工业呢？ 丰田和大野分析了在日本，家族观念强、服从纪律、团队精神以及严格的上、下级关系等是美国所没有的。 但美国的经济基础雄厚是日本所没有的。于是提出了一套新的生产管理体系。经过30年的努力，它使日本成为新的汽车王国，产量远远超过了美国。,在精良生产中，精益求精的管理使得它在人员的利用、厂房的利用、时间的利用等方面都大大优于大量生产方式。 精良生产的基本观念是及时供应，尽可能减少库存，甚至零库存。 精良生产的组织是能把最大量的工作任务和责任转移到生产线上真正为产品增值的那些工人身上； 精良生产的组织另一个特点是具有一个处于在适当位置的一旦发现问题就能快速追查并找出最终原因的检测缺陷系统。,3、精良的管理,精良管理的具体做法,1、从组织上实现对工人的要求,要求工人是多面手，对小组的工作集体负责外，要求工人全面了解全厂的情况，并把工厂的全部信息公布出来，工厂任何地方出现任何差错，谁知道怎么解决问题就会去帮忙，这种灵活动态的工作小组就是精良管理的核心。,在精良生产的组织管理中，工人是多面手，动态的工作小组集体负责，工作中充满了创造性的解决问题的挑战，生产活动不再枯燥无味。,2、改变单调枯燥的重复工作,3、从推动方式变成拉取方式,在传统的生产方式下，人们为了使后工序不致停工停料，总是在前工序多生产一些产品（零件），即由前向后的推动方式，由于多生产了某种零件，或遗漏了生产下一工序所需的另一种零件，形成浪费。精良生产则是拉取方式，即后工序只在必要的时候到前工序领取必要的物品，且前工序只生产要被取走的物品，即准时生产（JIT）的概念。,敏捷制造（Agile anufacturing）AM,1992年，由美国国会和工业界在里海（LIHIGH）大学建立了美国敏捷制造协会。 它是美国为重振工业雄风、保持霸主地位而提出的新的生产模式。 它的主要模式是动态组合联盟。 它的核心是优化企业内外的一切资源，通过信息集成和资源重组缩短产品开发周期，降低成本，以最少的投入获得最大的效益。 如图是西安交大 汪应洛教授提出的。,3.敏捷制造（Agile Manufacturing）AM,“小而全”“大而全”企业,突出核心竞争力企业,敏捷制造使企业“大而全”“小而全”的组织模式走向分工协作突出核心竞争力的模式,敏捷制造使企业管理从金字塔式的多层结构走向扁平化结构,企 业,工 厂,单 元,工作站,车 间,设 备,计 划,执 行,控 制,（a）多级递阶,（b）分布式,纵向集成,纵横向综合集成,即与实际制造一样，只是在计算机上执行制造的全过程。 它的特征： 1)信息高度集成 2）敏捷灵活性更高 3）分布合作 4）可视性强，修改方便,虚拟制造VM（VariaxManufacturing）,4.虚拟制造VM（Variax Manufacturing ）,针对逆向工程中复杂零件表面的实物反求过程,反求工程reverse engineering,反求工程的研究对象 实物反求 软件反求 影像反求,LSH800型激光数字化仪,铆接机器人,工业机器人,“尤尼梅特”世界第一台机器人,我国首台隧道凿岩智能机器人,机器人还存在以下三种新的