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计算机辅助装配规划研究综述 封面文章 COVERSTORY 虚拟装配技术研究现 状及其发展 SurveyofVirtualAssemblyandItsPerspective 李建广 哈尔滨工业大学机电学院李建广夏平均 虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。 虚拟装配是近十几年兴起的虚作，缩短开发周期，降低成本，从而实拟制造技术研究的重要方向之一，它现产品的并行开发，提高装配质量和从产品装配的视角出发，以提高全生效率，改善产品的售后服务。虚拟装命周期的产品及其相关过程设计的配在航空航天、汽车、船舶、工程机械质量为目标，综合利用计算机辅助设等领域的复杂产品设计及其装配工计技术、虚拟现实技术、计算机建模艺规划具有重要的意义，受到国内外与仿真技术、信息技术等，建立一个的普遍关注。 工学博士，教授，博士生导师。主 要从事CAD/CAM、数字化加工与装配技术、数控加工、加工误差建模和补偿等方面的研究，完成了国家“863”、国防科工委、总装备部等多个课题的研究工作，承担和参与了与工艺参数优化有关的项目2项，获国家级教学成果奖二等奖1项，黑龙江省高等学校优秀教学成果奖一等奖1项、中国高校科学技术进步二等奖1项。目前承担本校本科生 具有较强真实感的虚拟环境，设计者 可在虚拟环境中交互式地进行产品设计、装配操作和规划、检验和评价产品的装配性能，并制定合理的装配方案。 虚拟装配技术的 研究概况 虚拟装配以产品及其零部件的三维实体模型为基础，借助虚拟现实 和研究生CAD/CAM和数字化制造等方面的教学工作。 虚拟装配技术已成为数字化制技术在计算机上仿真装配操作的全造技术在制造业中研究和应用的典过程，进行装配操作及其相关特性的范，针对复杂产品利用该技术可优化分析，实现产品的装配规划和评价，产品设计，避免或减少物理模型的制制定合理的装配方案。一般情况下， 34xx年第3期航空制造技术 封面文章 COVERSTORY 5 虚拟装配是指在计算机上所进行的划为中心的虚拟装配和以虚拟原型特征，进行设计修改。零部件模型“装配”，虚拟现实环境无为中心的虚拟装配4类。（2)以工艺规划为中心的虚拟装关紧要，只是表现手段不同而已。虚（1)以产品设计为中心的虚拟装配。针对产品的装配工艺设计问题，拟装配主要实现2个层次的映射，即配。在产品设计过程中，虚拟装配技基于产品信息模型和装配资源模型，底层的产品数字化模型映射产品物 术主要用于2个方面：一是基于虚拟借助计算机仿真技术进行产品的装 理模型，顶层的装配过程仿真映射真装配的产品设计，二是基于虚拟装配配工艺设计，获得可行且较优的装配实的装配过程。底层的映射避免了的产品结构优化。工艺方案。以工艺规划为中心的产品模型的物理实现，同时使得工程在产品设计中，基于虚拟装配虚拟装配的主要研究内容是装配作分析、装配仿真成为可能；顶层的映的设计实质上是一种基于TOP-业与过程规划，包括装配或拆卸顺序射使得产品装配规划、仿真验证及评DOWN的CAD技术，可以实现零件的规划、装配路径的规划、工艺路线价成为可能。和装配体的混合设计。它首先根据的制定、操作空间的干涉验证、工艺 虚拟装配的研究始于1995年，功能要求进行概念设计，确定关键设卡片和文档的生成等内容。以工艺美国的华盛顿州立大学和NIST联合计参数，然后进行结构设计，根据子规划为中心的虚拟装配，具有高逼真最早进行了虚拟装配研究，开发了虚功能分解为子装配体并确定各子装 2 1 3 6 度的操作仿真，在虚拟装配中实施对 拟装配设计环境（VirtualAssembly配体间的配合关系，形成设计约束。象、操作过程以及所用的工装工具，DesignEnvironment，VADE）。根据确定的设计约束，可将子装配体均与生产实际情况高度吻合，可以生 作为子任务进行分解，可实现并行协动直观地反映产品装配的真实过程，VADE通过建立一个用于装配规划 和评价的虚拟环境来探索产品装配同和相关参数的设计。为装配工艺的规划提供可靠的验证过程中应用虚拟现实技术的可能性，设计人员在产品设计初期便可并行 基于虚拟装配的产品结构优化和优化手段。此外，以工艺规划为中 是为了更好地帮助设计人员进行与 心的虚拟装配系统可进一步用于装配培训和现场示教。 （3)以制造系统规划为中心的虚拟装配。针对车间柔性装配制造系统的规划，基于产品的信息模型、装配工艺和装配资源模型，利用计算机 97-8 考虑产品装/拆相关环节，避免相应装配有关的设计决策，以提高产品的设计缺陷。VADE实现了与参数的可装配性，是虚拟环境下对产品化CAD系统（如Pro/Engineer）的的计算机数据模型进行装配关系分数据共享，能进行产品结构树、零部析的一项计算机辅助设计技术。件实体模型从CAD的自动转换，通它结合面向装配设计(DesignFor 4 过捕捉CAD环境下的装配约束信息Assembly,DFA)的理论和方法，基本仿真技术进行柔性装配制造系统的实现零部件装配顺序和装配路径规任务就是从设计原理方案出发，在各设计、仿真和分析，主要研究内容包划，并为零部件的设计改进提供反馈种因素制约下寻求装配结构的最优括柔性装配系统建模、生产规模与生信息。 VADE原型系统的开发标志着虚拟现实技术在装配领域的成功应 解，拟定装配草图。它以产品可装配产周期分析、资源分配、装配车间布性的全面改善为目的，通过模拟试装置、装配生产线平衡分析、自动化装 10 和定量分析，找出零部件结构设计中配操作误差诊断与预测、装配单元 11 用，具有里程碑意义。紧随其后，德不适合装配或装配性能不好的结构装配操作控制及其仿真等，为柔性国、英国、加拿大、希腊、意大利等多 拟装配的研究。国内有关虚拟装配的研究起步于20世纪90年代末期，发展速度比较快，取得了不少研究成果。 按照国内外研究目的和实现功能的不同，虚拟装配的研究大体上围绕产品的设计、装配工艺的规划、装配系统规划和装配性能分析4个方面进行。因此，虚拟装配可分为以产 所国外高校和研究机构都开展了虚品设计为中心的虚拟装配、以工艺规 VADE应用结构示意图 2 划为中心的虚拟装配、以制造系统规 xx年第3期航空制造技术 35 封面文章 COVERSTORY 装配系统的设计与调整、协同操作与的真实感和可靠性受到限制，主要用拆卸产生初始装配序列，应用几何推控制提供支持。于产品的设计阶段。理方法生成可行装配序列。浙江 大学研究了基于语义识别的虚拟装（4)以虚拟原型为中心的虚拟装转换的CAD模型。利用虚 配。虚拟原型是利用计算机建模和拟现实软件开发的虚拟装配系统，需配操作，从而实现直观自然的人机交仿真系统在一定程度上对产品的外物理样机具有可比性的效果来检验和评价产品特性。虚拟装配和虚拟件的设计公差及其加工与装配过程 12 17 要将CAD零部件模型及其相关信互装配与拆卸操作。哈尔滨工业大形、功能和性能进行模拟，以产生与息转换后导入到虚拟环境，实现交互学建立了基于几何约束的虚拟装配 操作。例如，美国的VADE从Pro/环境，在该环境中根据经验和知识进Engineer系统中提取产品结构树信行交互式拆卸，定义优先约束表来表息，实现CAD系统和虚拟装配系统算法规划出初始优化的装配顺序，再 原型技术的结合，可以有效地分析零息、装配约束信息以及零部件几何信达零件间的优先约束关系，应用优化中的误差对产品装配性能的影响，的自动转换。新加坡南洋理工大学在虚拟环境下进行仿真、评价，进一为产品的精度分析、公差优化设计等研究了CAD和VR之间的集成方法，步优化。提供可视化手段。开发了基于CAD紧密连接的虚拟装（3)装配规划优化技术。在虚 虚拟装配技术的 研究现状 配环境。国内上海交通大学CIMS拟装配环境中，可通过仿真对预定的 研究所实现了Unigraphics与虚拟现装配规划进行验证，借助优化算法搜实系统之间的集成；北京理工大学实索装配顺序，通过确量化指标进行评 虚拟装配技术的发展和应用与现了Pro/Engineer系统和虚拟现实价，最终实现对装配规划的优化。华 虚拟现实技术、计算机技术、人工智系统之间的集成。哈尔滨工业大学也中科技大学的VPASPE在虚拟原型能技术、网络技术、产品设计等多学通过模型转换实现了从SolidWorks、的基础上，通过人机交互提取装配专科领域的发展紧密相关，在总体上国Pro/Engineer系统到虚拟装配系统内外学者还是围绕虚拟装配核心技 的输入。 家知识，对自动生成的装配顺序进行评价 17 ，并利用蚁群算法搜索和优 18 化装配顺序。哈尔滨工业大学应术、虚拟装配环境和虚拟装配应用系VRML模型。为了实现基于 统3方面展开研究。Inter协同虚拟装配，VRML模型用优化算法规划出初始优化的装配 受到了关注。清华大学的协同虚拟顺序，在虚拟环境下进行仿真、评价，1虚拟装配核心技术 虚拟装配的核心技术是开发虚装配系统采用了VRML模型。再应用优化算法进一步优化，多次循 拟装配应用系统时必须解决的重要（2)装配/拆卸规划技术。工环，最终获得优化的装配方案。共性技术，涉及零部件建模、装配序艺设计人员根据经验、知识在虚拟装（4)交互操作。在虚拟装配中，列规划及优化、可行装配路径规划、配环境中交互地对产品的三维模型零部件模型的交互操作通过碰撞检装配合理性评价、决策支持、装配误进行试装/拆卸，规划零部件装配/测和动作的类型来实现，碰撞检测也差分析等内容。拆卸顺序，记录并检查装配/拆卸路用于装配路径的验证，其效率和可 （1）零部件建模。由于虚拟现实径，验证工装夹具的工作空间并确定靠性影响虚拟装配操作的效果。如软件建模能力的限制，CAD系统仍装配/拆卸操作方法，验证装配、拆IowaStateUniversity利用波音公是虚拟装配中零部件模型建立的主卸方案，最终得到合理的装配方案。司的VPS系统进行虚拟装配中的碰要手段。根据系统开发的手段不同，VADE在虚拟装配环境下，通过约撞检测和交互。德国的Bonn大学虚拟装配中模型建立的方法也有较束下的交互运动仿真和碰撞检查，实研究了虚拟装配中多输入系统交互大的差异。现装配工艺的验证和规划、维修验证控制技术，如语音和手势识别等， CAD模型。虚拟装配应用等。德国的IAO开发的虚拟装配系可实现模型在约束下的运动和精确系统直接基于CAD系统开发，可以统，在产品的设计阶段基于虚拟现定位。 直接应用CAD系统的功能和零部实交互地进行装配、拆卸操作，并实（5)装配过程中的人因分析。通件的CAD模型。文献13在Pro/现人机工效评价，预测装配时间和成过虚拟现实技术，开发人员可以在产Engineer系统中对叶片的装配过程本。英国的Heriot-Watt大学通过品开发阶段就对产品装配过程中涉进行了仿真和分析。直接利用CAD装配特征识别规划拆卸顺序，实现及的人机因素（如装配所需时间、装模型的虚拟装配系统易于实现，零件了装配顺序的规划。华中理工大学配操作的舒适程度、安全性）进行分和装配体的建模、装配仿真可在一个开发了基于虚拟原型的装配序列规 3 16 15 20 19 14 析。例如，采用虚拟现实技术对人工 系统下进行，操作简单，但操作仿真划及评价系统VPASPE，借助于虚拟装配中操作者的装配力与装配姿态 36xx年第3期航空制造技术 封面文章 COVERSTORY 卫星虚拟装配系统示例 的Patras大学在2000年开发了虚拟装配工作单元，以螺旋桨装配为例，对影响装配时间的因素(如装配者的力量、工作单元布局等)进行了分析评价，通过建立的半经验式的时间模型，可对装配过程中的人机因素进行定性评价和定量估计。 (5)MIVS(Multi-modalImmersiveVirtualAssemblySystem)。xx年浙江大学CAD&CG国家重点实验室建立了 23 进行定量评估，并分析装配所需的最大装配力以及每个装配循环过程中的平均装配力 21 浙江大学的CAD&CG国家重点实MIVS，用于装配工艺规划和装配过验室研究了大规模虚拟现实环境（如程评价，并可生成装配工艺文档。 (6)VASS(virtualassembly 27 ，以避免装配工人的CAVE）下复杂产品的装配工艺规划 疲劳；利用人机工程学模型分析装的显示优化问题，以提高交互的实时supportsystem)。清华大学开发的 23 性。葡萄牙的CCG公司开发了VASS为设计师和装配工程师提供了配工位空间布局对人操作强度的影 22 响，以设计出最优的装配工位。商ITS(ImmersiveTrainingSystem)虚一个产品的可装配性/可拆卸性仿 8 真和评价系统。该系统可实现装配业化的软件系统（如Teomatix和拟系统，用于装配培训。 顺序规划、工具规划、装配路径规划、Delmia）均集成了人因分析功能。3虚拟装配应用系统 在虚拟装配技术的研究过程中，装配过程仿真，最终生成装配文档。2虚拟装配环境 虚拟装配的环境决定了虚拟装针对不同的应用开发了多种虚拟装(7)PAA(PersonalActive配应用系统的规模、投资、功能，针对配原型系统，代表性的系统简介如 不同的应用，虚拟装配的环境各有不下：同。概括起来虚拟装配环境的研究可分为以下几类： 2 Assistant)。该系统是xx年意大利Bologna大学开发了基于CAD的 28 (1)VADE。该系统的研究始装配规划与验证系统。PAA系统利 于1995年，是第一个具有代表性的用CAD工具来有效提高对象识别能 （1)基于CAD平台的虚拟装配虚拟装配系统，其目的是通过建立一力，生成优化装配序列和产生装配操系统。通过对CAD系统的开发实个用于装配规划和评价的虚拟环境作指令；而基于增强现实的装配评价现虚拟装配的功能，如文献13基于来验证产品装配过程中应用虚拟现Pro/Engineer系统叶片的装配过程实技术的可能性。进行仿真和分析。该类系统具有强的模型能力，但仿真的真实感和可靠性较差。 的桌面虚拟装配系统。虚拟装配系 24 工具允许装配设计人员和装配操作人员之间的直接交互，指导操作人员 (2)UVAVU。1997年，英国的装配。PAA可用来对复杂的装配的Heriot-Watt大学开发了虚拟装过程进行指导，或者对混合样机的装配规划系统UVAVU。基于当时力配可行性、成本和装配规划等进行评用了“接近捕捉”和“碰撞捕捉”的精 (8)涡轮泵三维数字化装配工艺 29 （2)基于通用虚拟现实开发系统反馈设备以及跟踪设备的局限性，采估。 统的开发基于通用的虚拟现实开发确定位方法。系统。xx年哈尔滨工业大学基 25 系统（如WKT、Vega、PTCDivision(3)JIGPRO。JIGPRO系统是于SolidWorks开发了“涡轮泵三维Mockup等），可以连接一些虚拟现实1999年美国Wichita州立大学开发数字化装配工艺系统”。该系统采用的输入/输出设备，具有一定的三维了基于虚拟现实的产品装配及夹具 几何推理和人工知识相结合的方法 立体和交互效果。哈尔滨工业大学利设计系统，能够将CAD系统中设计进行装配顺序规划，可在微机上实现用VC+和PTCDivisionMockup的产品零部件和夹具模型、虚拟手模三维环境下产品装配的交互工艺规开发了卫星虚拟装配系统，在虚拟环型以及人体模型导入虚拟环境中，进划及仿真，并可指导现场装配。境下进行装配过程交互规划，最后生行装配过程仿真，确保产品装配工夹成装配工艺文档。 虚拟装配环境功能强大，沉侵感强。 具设计具有良好的装配性能与人机 (4)虚拟装配工作单元 26 （3)大规模的虚拟现实系统。该性能。 。希腊 目前研究存在的 主要问题 虽然虚拟装配技术具有广阔的 37 xx年第3期航空制造技术 吉林化工学院 文献综述 CD-12000型车架组装夹具PLC控制系统设计 CD-12000typeframeassemblyfixtureofPLCcontrolsystemdesign 性质:毕业论文 教学院： 系别： 学生学号： 学生姓名： 专业班级： 指导教师： 职称： 起止日期： 机电工程学院机械电子系11410203丛东禹机自1102李颖卓副教授xx.3.9xx.4.3 吉林化工学院 JilinInstituteofChemicalTechnology CD-12000型车架组装夹具PLC控制系统设计 摘要：由于当今天社会沉重性，日益激烈的竞争环境下，制造企业要制定和运用新兴技术，以提高生产率，减少生产成本，提高产品质量，缩短交货时间。虚拟域现实（VR）在过去几年中得到了极大的关注，目前正在探索各种工业领域如实际用途CAD，CAM，CAE，CIM，CAPP和计算机模拟等。由于趋势朝着减少交货时间和人力精力投入到夹具规划，夹具设计的电脑是必需的。因此,计算机辅助夹具设计（CAFD）已经成为计算机的重要辅助作用设计/制造（CAD/CAM）集成。然而，很少有正在进行研究特别侧重于使用虚拟现实技术是一个很有前途的解决方案加强计算机辅助夹具设计系统能力和功能。 本文回顾了使用交互式虚拟现实（VR）技术的可能性以支持传统的夹具设计和组装过程的趋势是使用的虚拟现实利益履行夹具设计和组装的优化虚拟环境一直鉴定和调查。 关键词：焊接部件，夹具，PLC，位置 1焊接组装夹具 1.1夹具 夹具是加工时用来迅速紧固工件，使机床、刀具、工件保持正确相对位置的工艺装置。也就是说Workholding组装夹具是机械加工不可缺少的部件，在机床技术向高速、高效、精密、复合、智能、环保方向发展的带动下，夹具技术正朝着高精、高效、模块、组合、通用、经济方向发展。 夹具又称卡具。从广义上说，在工艺过程中的任何工序，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置，都可称为夹具。例如焊接夹具、检验夹具、装配夹具、机床夹具等。其中机床夹具最为常见，常简称为夹具；在机床上加工工件时，为使工件的表面能达到图纸规定的尺寸、几何形状以及与其他表面的相互位置精度等技术要求，加工前必须将工件装好（定位）、夹牢（夹紧）；应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机床工艺范围，实现“一机多用”；夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件(确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向)、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成；夹具在电子厂商使用 也是非常高的，在生产中为了提高生产效率和产品质量，在生产的中段和后段就常用组装夹具来进行功能测试或者辅助装配（能装配出固定的外形及高度等）。从菲克雄和广大电子厂商打交道的情况来看还有很多组装夹具是用在测试时的一个信号转接和电气老化工位。实际在电子生产制造厂中的用途是非常广，因为是非标定制的在，所以只有想不到而没有做不到的。 焊接组装夹具就是将焊件准确定位和可靠加紧，便于焊件进行装配和焊接、保证焊件结构精度方面要求的工艺设备。在现代焊件生产中积极推广和使用与产品结构相适应的组装夹具，对提高产品质量，减轻工人的劳动强度，加速焊接生产实现机械化、自动化进程等方面起着非常重要的作用。 在焊接生产过程中，焊接所需的工时较少，而约占加工工时的2/3以上的时间是用于备料、装配及其他辅助的工作，极大地影响着焊接的生产速度。为此，必须大力推广使用机械化和自动化程度较高的装配焊接工艺装备。 图1常见焊装夹具结构1 图2套合式Z向调整结构2 1.2夹具的作用 焊接组装夹具的主要作用有以下几方面： （1）准确、可靠的定位和夹紧，可以减轻甚至取消下料和划线工作。减小制品的尺寸偏差，提高了零件的精度和可换性。 （2）有效地防止和减轻了焊件变形。 （3）是工件处于最佳的施焊部位，焊缝的成形性良好，工艺缺陷明显降低，焊接速度得以提高。 （4）以机械装置代替了手组装配零件部位时的定位、夹紧及工件翻转等繁重的工作，改善了工人的劳动条件。 （5）可以扩大先进的工艺方法的适用范围，促进焊接结构的生产机械化和自动化的综合发展。 2PLC应用现状 经过30多年的发展，PLC已十分成熟与完善，在国内外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业，应用情况大致可归纳为如下几类： 2.1开关量的逻辑控制 这是可编程序控制器最基本和最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。 2.2模拟量控制 在工业生产过程当中，有许多连续变化的量，如温度、压力、流量、液位和速度等都是模拟量。为了使可编程控制器处理模拟量，必须实现模拟量(Analog)和数字量(Digital)之间的A/D转换及D/A转换。PLC厂家都生产配套的A/D及D/A转换模块，使可编程控制器用于模拟量控制。 2.3运动控制 可编程序控制器可以用于圆周运动或直线运动的控制。从控制机构配置来说，早期直接用于开关量I/O模块连接位置传感器和执行机构，现在一般使用专用的运动控制模 块。如可驱动步进电机或伺服电机的单轴或多轴位置控制模块。世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。 2.4过程控制 过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，可编程序控制器能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。目前，随着大规模和超大规模集成电路等微电子技术的发展，PLC已由最初一位机发展到现在的以16位和32位微处理器构成的微机化PC，而且实现了多处理器的多通道处理。如今，PLC技术已非常成熟，不仅控制功能增强，功耗和体积减小，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测更为灵活方便，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图象显示的发展，使PLC向用于连续生产过程控制的方向发展，成为实现工业生产自动化的一大支柱。 3PLC的发展趋势 PLC发展至今已有近40年的历史，随着半导体技术、计算机技术和通信技术的发展，工业控制领域已有翻天覆地的变化，PLC亦一样，随着PLC应用领域日益扩大，PLC技术及其产品结构都在不断改进，功能日益强大，性价比越来越高。 3.1PLC微型化发展 PLC的功能正越来越丰富，而体积则越来越小。比如三菱的FX-IS系列PLC，最小的机种，体积仅为609075mm，相当于一个继电器，但却具有高速计数、斜坡、交替输出及16位四则运算等能力，还具有可调电位器时间设定功能。PLC已不再是早期那种只能进行开关量逻辑运算的产品了，而是具有越来越强的模拟量处理能力，以及其他过去只有在计算机上才能具有的高级处理能力，如浮点数运算、PID调节、温度控制、精确定位、步进驱动、报表统计等。从这种意义上说，PLC系统与DCS(集散控制系统)的差别越来越小了，用PLC同样可以构成一个过程控制系统。 3.2PLC网络技术化发展 PLC网络控制是当前控制系统和PLC技术发展的潮流。PLC与PLC之间的联网通信、PLC与上位计算机的联网通信已得到广泛应用。目前，PLC制造商都在发展自己专用的通信模块和通信软件以加强PLC的联网能力。各PLC制造商之间也在协商指定通用 计算机辅助制造期末作业 2-24试述工程数据库的特点和应用。 1)工程数据库的特点 在系统中，图形处理、产品造型、文档生成、人工智能和工程分析等工作都有大量的数据处理工作，称为工程数据库(engineeringdatabase，EDB)，它与一般的数据库有所不同。 (1)工程数据类型和数据间的联系均比较复杂，所要处理的数据大多与产品设计和制造有关。 (2)工程数据经常是一些动态数据，数据模式和数据间的联系需要动态修改。 (3)要能支持对不同版本相同数据库产品的管理。 2)工程数据库的功能支持工程应用的数据库管理系统应有以下一些功能： (1)能描述复杂的数据类型和结构，能动态地定义和修改数据模式。 (2)有严格的约束管理功能，保证数模状态的一致性；能有效管理多卷数据，提供数据共享；有灵活的事务管理能力，支持T程设计中的长事务处理；具有版本管理机制。 (3)具有客户之间的交互通信服务功能和有效的存储管理机制，可快速访问和提取数据。 (4)提供功能完备的数据库程序设计语言和友好的交互式图形界面。 (5)有良好的集成性、可扩展性和兼容性。 6.16.试述德国OPITZ零件分类编码系统的结构和特点。 系统结构 OPITZ零件分类编码系统是一个十进制9位代码的组合结构系统，其基本结构如表69所示。其横向分类环节分为主码和辅助码，主码为5位，主要用来描述零件的基本形状要素。 其中第1位为零件类别码，将零件分为回转体类零件和非回转体类零件两大类；第V位是描述零件的形状细节，按外部形状一内部形状一平面加工一辅助孔、齿形和成型加T的顺序描述。辅助码有4位，主要用来描述零件与T艺有关的信息，而且是公用的，不分零件的类别。表610表示其第0，1，2类零件分类表。图68表示按OPITZ系统对图66中两个示例零件的分类编码。 2)系统特点 (1)结构较简单，横向分类环节数适中，便于记忆和分类。 (2)主码虽主要用来描述零件的基本形状要素，但实际上隐含着工艺信息。 (3)纵向分类环节的信息排列中，有些采用了选择排列法，结构上欠严密，易出现多义性。 (4)通过辅助码考虑了工艺信息的描述，虽粗糙一些，但却是一个进步。 (5)与VUOSO系统相比，该系统所描述的信息要详尽得多，因此应用广泛。 8-1试述计算机辅助工艺过程设计（CAPP）的含义和意义。 1计算机辅助工艺过程设计的含义 计算机辅助工艺过程设计(puteraidedprocessplanning，CAPP)是计算助加工工艺过程设计的简称。 计算机辅助_I_=艺过程设计是通过向计算机输入被加工零件的几何信息(图形)和加T工艺信息(材料、热处理、批量等)，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。简言之，计算机辅助工艺过程设计就是利用计算机来制定零件的加工T艺过程，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。 CAPP又可译为计算机辅助工艺过程规划。国际生产工程研究会提出了计算机辅助规划(puteraidedplanning，CAP)、计算机自动工艺过程设计(puterautomatedprocessplanning，CAPP)等名称，可见CAPP一词强调了工艺过程自动设计。实际上国外常见的一些词汇，如制造规划(manufacturingplanning)、材料处理(materialprocessing)、工艺T程(processengineering)、工艺过程设计(或工艺过程规划)(processplanning)以及加工路线安排(machinerouting)等在很大程度上都是指工艺过程设计。 CAPP属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。由于制造系统的出现，CAPP上与计算机辅助设计(puteraideddes逸n，CAD)相接，下与计算机辅助制造(puteraidedmanufacturing，CAM)相连，它是设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺过程设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现信息和功能的集成。 2计算机辅助工艺过程设计的意义 CAPP无论是对单件小批生产还是大批大量生产都有重要意义。 1)代替工艺工程师的繁重劳动 工艺过程设计需要由具有丰富生产实践经验的_T艺工程师才能胜任，因为丁艺工程师熟知本企业的生产情况、各种工艺方法和加工设备、加工能力和水平、各种管理规章制度等。这种具有丰富生产实践知识的工艺_T程师在工业发达国家中常感缺乏。例如，美国空军的一次调查报告称：工艺过程设计人员一般年龄应在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；又如，英国工艺工程师平均年龄为55岁。这种对年龄数据的统计，反映了对工艺工程 师的生产实践知识的要求。 CAPP可以代替大量的工艺工程师繁重的重复劳动，利用人_丁智能，如专家系统等，减少1二艺过程设计上所需要的某些人工决策，降低对_丁艺人员技能的要求。 2)提高T艺过程设计质量 CAPP可以编制出一致性好、精确的工艺过程。在人工编制1二艺过程时，由于受到个人经历和知识的限制，在同样生产条件下，可能会编制出不同的工艺过程，影响生产组织T作。同时，计算机能按程序要求编制出详尽的工艺过程，精确性好，减少了人为因素(因人而异)的影响。 3)缩短生产准备周期，提高生产率人工设计工艺过程繁锁、费时、速度慢，不能适应多品种生产、产品更新换代、市场变化等要求。一个产品的开发周期包括设计、生产准备、加工生产、报废处理等四大阶段，其中，生产准备阶段包括工艺过程设计、专用夹具、专用刀具、专用检具以及专用机床等的设计。人工设计 工艺过程所需时间约占整个生产准备时间的40。CAPP能大大缩短生产准备周期，从而缩短产品开发周期，提高对市场变化的响应速度和竞争能力。 4)减少工艺过程设计费用及制造费用 一个先进的CAPP系统可以大大地减少工艺工程师的劳动，缩短产品开发周期，提高表81表示了在一个零件的成本中各项费用所占的比例，当采用了CAPP后，各项费用都得到不同程度的减少，其中工艺过程设计费用减少了58。由表中可以看出，由于采用了CAPP，使零件生产成本降低了96该数字尚未包括其全部效益。表81采用计算机辅助工艺过程设计的效益 5)在计算机集成制造系统中，CAPP是连接CAD与CAM的桥梁 计算机集成制造系统(puterintegratedmanufacturingsystem，CIMS)是在网络、数据库支持下，由CAD，CAM和计算机管理信息系统所组成的综合体。它是当前先进制造系统发展的方向之一。在CIMS中，CAPP是连接CAD与CAM的桥梁，同时它又是计划调度、生产管理等所需信息的提供，是企业各部门信息交汇的枢纽，占有很重要的地位，应受到高度重视。鉴于此，美国的国际计算机辅助制造(puteraidedmanufacturinginternational，CAMI)工业研究机构所开发的工艺过程自动设计(CAMI)系统，在CAPP的发展进程中具有里程碑意义。 近年来，CAPP的效益已在生产中得到证实，从而促使其蓬勃发展。在国内外均有不少CAPP系统问世，并试图自动生产能适应不同生产需求的工艺过程设计。 8.2试述CAPP的内容。 1工艺过程设计的内容计算机辅助T艺过程设计的内容与人工进行工艺过程设 计的内容一样，有下几项： (1)毛坯的选择及毛坯图生成根据零件的尺寸、形状及技术要求，可选择铸件、锻件、 棒料及型材等作为毛坯。并根据工艺过程中的加工T序余量绘制毛坯图。 (2)定位夹紧选择选择零件加工时的粗基准和精基准，确定夹紧方案。 (3)加工方法选择根据生产实际情况及零件的尺寸、形状、技术要求选择适当的加工方法。 (4)加丁顺序安排确定零件加工的先后顺序，拟定工序、安装、工位、工步、走刀等。在加工中心上加工时，要考虑工位和换刀的关系问题，有时采用在一个工位(转位)上多次换刀的方案来加1二丁件的相同表面或不同表面，对同一表面先粗加工后精加工；有时采用在一次换刀下多次转位来加工工件的不同表面，这样对零件的多数表面先进行粗加工，换刀后再进行精加工，分为粗、精加丁两个阶段。这个方案由于采用了粗精加工分开的原则，因此对保证加工精度有利。但从生产率出发，应考虑转位时间和换刀时间的长短，由于加_T中心多是高精度和高刚度，可在同一机床上进行粗、精加_丁，若换刀时间少于转位时间，且又能保证加工精度要求，则可采用一个T位上多次换刀的方案。 (5)通用机床、刀具、夹具、量具等丁艺装备的选择这些装备在进行CAPP 时可查寻 相应的制造资源库来确定，资源库可分为机床库、刀具库、夹具库和量具库等。 (6)1二艺参数的计算工艺参数主要指切削用量、加_T余量和时间定额，也应从相应的 数据库中查寻并进行计算来确定。切削用量从数据库中查寻出后，应根据所选机床实际有的技术性能参数来修正，并据此计算时间定额。在加工余量计算中，要计算各_丁序的加T余量、工序尺寸及其公差和加工总余量。加T总余量用来确定毛坯尺寸，如果毛坯是棒料材，则应按棒料或型材标准进行尺寸圆整并选定。 (7)专用机床、刀具、夹具、量具等工艺装备设计方案的提出如果在工艺过程设计中涉及专用设备和专用T艺装备，则应提出明确要求供有关人员进行设计制造。 (8)工艺文件的输m在当前的CAPP中，主要的-T艺文件有工艺过程卡片和T序卡片。零件的机械加二丁艺过程卡片表示了加工过程的全貌，用来了解零件的加工流向、所需的加1二车间和设备等。零件的机械加工工序卡片是表示每一加工工序的具体情况，有各一步内容、所用机床、T艺装备、切削用量和时间定额等，并有工序简图。丁艺件大多应根据工厂的需要而确定，且各厂有自己的厂标。除上述工艺过程卡片和1二序卡片外，尚有调整卡片、检验卡片等。为了编制生产计划、调度计划、计算产品成本等，需要编制物料需求计划(materialrequirementplanning，MRP)和制造资源计划(manufacturingresourceplanning，MRP一)，其中所需的材料定额、时间定额、设备、_亡艺装备等信息可由丁艺过程卡片和工序卡片等工艺文件中提供。在现代计算机生产管理系统中，MRP是将生产计划转换成生产产品的原材料、元器件和零件的详细供应计划清单的计算机软件，保证生产计划和作业计划的完成；而MRP一的核心仍是MRP，但它把制造、工程和财务等企业的各种功能统一在一个系统中，逐渐扩大成为企业的管理信息系统(m