（机械制造及其自动化专业论文）面向大批量定制cam系统研究和开发.pdf

浙江大学硕士论文 摘要 在企业实施快速响应客户需求进行大批量定制产品设计和配置的同时，也要求快速响应 客户需求实现大批量定制生产。大批量定制生产对传统的c a m 技术提出了挑战，它不再只 满足于传统意义的在c a d 环境下的加上指令编程。在人批最定制的环境下，快速响应客户 需求c a m 被拓展成为集n c 指令生成，管理和自动传输的一个自动化过程。它从功能上包括 n c 程序快速生成，加工信息和加工过程的统一管理。以及以网络d n c 方式的加工指令自动 传输和加工等。它是集成了c a d 技术、大批量定制技术、p d m 数据管理技术、数据库技术、 网络技术、d n c 技术和数控技术等的一个一体化快速制造解决方案。本文主要研究大批量 定制c a m 系统的关键技术，具体如f ： 第一章，阐述了企业实施大批量定制c a m 的必要性，大批量定带i c a m 过程的内涵和关 键技术，本论文的主要研究内容等。 第二i 章，论述大批量定制c a m 系统的n c 程序快速成型技术，采用了一种基于事物特性 表和n c 主文档的n c 代码快速生成方案。 第三章，论述了大批量定铜j c a m 系统的加工信息管理技术，采用了基丁p d m 管理加工 信息的p d m d n c - - 体化方案，并且解决了p d m d n c 信息集成和共享的关键问题。 第四章，论述了大批量定制c a m 中采用客户机，服务器架构的d n c 系统来进行车间的任 务分配和自动化加工。 第五章，介绍了面向火批量定锖r j c a m 系统在绍兴纺织机械集团的实施情况，以一个典 型零件作为例子，详细介绍面向大批量定制c a m 的实施过程。 第六章，对本论文的研究工作和创新点进行总结，对面向大批量定带i j c a mf 一步的工 作进行展望。 关键词：大批量定制，c a m ，n c 程序，p d m ，d n c ，加j = 信息管理，信息集成 a b s t r a c t f o ra ne n t e r p r i s ew h i c hm a n u f a c t u r e si no r d e rt om e e tc u s t o m e r sr e q u i r e m e n t sq u i c k l y , i ti s am u s tt oi m p l e m e n tm c - o r i e n t e dc a m s y s t e m d i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a lc a ms y s t e m ，c a m b a s e d0 nm c - o r i e n t e dm a n u f a c t u r eh a sd e v e l o p e di n t oa na u t o m a t e dc o m p r e h e n s i v ep r o c e s s w h i c hi n c l u d e dt e c h n o l o g ys u c ha sn ci n s t r u c t i o ng e n e r a t i o n ，m a n a g e m e n t ，a n dm a n u f a c t u r i n g a u t o m a t i o nb yt h em e a n so f d n c m c o r i e n t e dc a ms y s t e mi saf a s tm a n u f a c t u r i n gs o l u t i o n ， w h i c hi n t e g r a t e dc a d ，m c ，p d m ，d a t a b a s e ，n e t w o r k ，d n ca n dn u m e r i cc o n t r o l l i n gm a c h i n e t h i sp a p e rd e a l sw i t ht h ek e yt e c h n o l o g yo f c a mb a s e do i lm c c h a p t e ro n ed i s c u s s e st h en e c e s s i t yo fm c - o r i e n t e dc a m ，t h ec o n t e n ta n dk e yt e c h n o l o g y o f m c ，t h er e s e a r c h i n gw o r kd o n ei nt h i sp a p e r c h a p t e rt w om a k e sad e t a i l e dd i s c u s s i o ni nn ci n s t r u c t i o ng e n e r a t i o na n do f f e rs o l u t i o n i n c l u d e dt e c h n o l o g y , w h i c hi sb a s e do nt a b u l a rl a y o u t so f a r t i c l ec h a r a c t e r i s t i c sa n dn c t e m p l a t e t h et e c h n o l o g yo f m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tb a s eo nm ci sd i s c u s s e di n c h a p t e rt h r e e ，t h em a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ni sm a n a g e d 坶p d ma n di ss h a r e db yt h ed n c s y s t e m ，w h i c ho f f e rai n t e g r a t e ds o l u t i o nf o rm a n u f a c t u r i n g c h a p t e rf o u ri n t r o d u c e sad n cs y s t e mb a s e do nc l i e n t s e r v e ra r c h i t e c t u r e ，t h ed n cs y s t e m c a nd i s p a t c hm a n u f a c t u r i n gt a s ka n dd i r e c t t h ea u t o m a t i o np r o c e s s e so fm a c h i n et o o l sw o r k i n g c h a p t e rf i v ei n t r o d u c e st h es h a o x i n gt e x t i l em a c h i n e r yg r o u p si m p l e m e n t a t i o no f c a m b a s e do nm c i tg i v e sa ne x a m p l eo nh o wt oi m p l e m e n tt h ec a mp r o c e s s e sw i t hat y p i c a lp a r t c h a p t e rs i xs u m m a r i z e st h ep a p e r sr e s e a r c h i n gw o r ka n di n n o v a t i o n ；t h ef u t u r er e s e a r c h w o r ki sa l s os u g g e s t e di nt h ec h a p t e r , t o o k e yw o r d s ：m a s sc u s t o m i z a t i o n ( m c ) ，c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ( c a m ) ，n u m e r i c c o n t r o l ( n c ) p r o g r a m ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) ，d i s t r i b u t e dn u m e r i cc o n t r o l ( d n c ) ， m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t 1 i 本论文受浙江省制造业信息化重大科技攻关项目一一支持 快速响应客户需求的大规模定制产品开发平台研究及其在 纺机行业中的应用( 2 0 0 3 c 1 1 0 ) 资助 浙江大学硕士论文 第一章绪论 【本章摘要】本章首先提出了本论文研究的课题背景，大批量定制的概念及其关键技 术，然后对企业实施面向大批量定制c a m 系统的各个方面进行了分析，并且讨论了企业实 施面向大批晕定制c a m 的意义，最后介绍了本论文的框架结构和主要内容。 1 1 课题背景 面向大批量定制的c a m 系统是浙江省制造业信息化工程重大科技攻关项目一支持快 速响席客户需求的大规模定制产品开发平台研究及其在纺机行业中的应用的一个重要的功 能模块。该模块的研究和开发是为了配合快速响应客户需求的大规模定制产品设计和生产的 需要，利用n c 程序快速生成技术，p d m 数据库技术，d n c 技术和信息集成技术，开发基 丁事物特性表驱动n c 主文档的n c 程序快速生成系统，并且通过对p d m 系统进行t - - 次 开发，实现零件的加工信息集中管理和加工情况的统计，同时利用d n c 和p d m 数据库系 统的集成，实现企业车间内外信息交换和零件加工情况的管理。 1 2 大批量定制及其关键技术 1 - 2 1 大批量定制简介 大批量定制的概念并非是最近出现的，但是直到近几年，大批量定制作为一种生产模式 才真正受到人们的重视。早在1 9 7 0 年，a l a nt o f f l e r 在其( f u t u r es h o c k ) ( 未来的冲击) 一寸弓中 提出了一种以类似于用标准化或大批量生产的成本和时间，提供满足顾客特定需求的产品和 服务的生产模式的设想。1 9 8 7 年，s t a nd a v i s 在 ( f u r o r ep e r f e c t ) ) ( 未来的理想生产方式) 一 书中首次将这种生产模式称为“m a s sc u s t o m i z a t i o n ”，即大批量定制生产，简称m c 。 目前，虽然对大批量定制的定义还没有一个公认的说法，但是一般都认为其核心思想是： 以顾客可以接受的交货时间和价格，通过为顾客提供定制个性化的产晶，既赢得顾客又能有 效地提高企业的市场竞争力。采用大批量定制的企业实现了对每个顾客的个性化定制，而成 本和时间同大批量生产相近似”“。 人批量定制是一种集企业、客户、供应商和环境于一体，在系统思想的指导下，用整体 优化的思想，充分利用企业已有的各种资源，在标准化技术、现代设计方法学、信息技术和 先进制造技术等的支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本，高质量和高效 率提供定制产品和服务的生产方式。 大规模定制的核心思想是：用尽可能少的产品内部多样化来增加产品外部多样化。产品 的内部多样化通常表现为零部件、工具、夹具、原材料和工艺过程等方面，而产品的外部多 样化指的是那些能够满足客户需求有用的选项，不同的风格以及不同的规格等。大规模定制 要求一方面通过标准化技术将产品内部多样化减至摄少来减少产品的设计和制造成本，同时 另一方面，戍该在成本和生产效率允许的范围内，尽可能的增加有片j 的外部多样化“1 。 面向大批量定制的开发和设计是建立在产品主结构，零部件主模型和主文档的基础上 的，产品主结构，零部件主模型和土文档是标准化和规范化的结果，也是实现资源重用的基 础和实现产品配置和变型设计的关键。 1 ) 产品主结构 描述了一个可以配置的，包括所有标准构件的模块化产品系统的组成情况，可根据不同 客户的需求，从产品的主结构中派生出客户定制产品的结构。 2 ) 零部件的主模型 又称原始模型，利用一些关键的参数，来描述零部件外型和尺寸之间的联系，在产品变 型设计过程中，只要在主模型中输入一组数值，就可以自动派生出零部件的一个变型。 3 ) 零部件主文档 指的是在变型设计中各种模板的总称。利用不同的模板可以派生出来不同类型的文档。 例如，为了派生某个零件或者部件的工程图，就需要建立该零件或者部件的工程图模板，称 为主图；为了派生出某个零件或者是部件的工艺过程规划，需要建立该零件或者部件的工艺 过程规划模板，称为主工艺过程规划：为了派生出来加工某个零件的n c 程序，需要建立该 零件的n c 程序模板，称为n c 主文档，等等。 因此，面向大批量定制产品的一个主要工作是在对零件的几何形状、结构参数分析的基 础上建立零部件的主模型，主文档和产品主结构。在大批量定制的时候，就可以在产品主结 构、零部件主模型和主文档的基础上，根据客户的需求，迅速提供正确的报价，同时快速的 设计和配置产品，缩短产品供货周期1 卜1 8 1 。 1 2 2 大批量定制的关键技术 大批量定制从业务过程、产品结构和信息技术三个方面重组出发，以传统制造型企业在 现代信息社会环境中的生存和发展为背景，通过充分利用企业中已有的零部件资源，最大限 度地提高产品开发设计的工作效率，提高产品的质量，降低产品成本，满足现代企业在时间、 成本、服务等方面的需要。大批量定制主要包括以下5 个方面的关键技术： 1 ) 面向大批量定制的产品信息标准化技术：主要包括产品标准化与规范化技术，面向 大批量定制的信息编码技术等方面； 2 ) 面向丈批量定制的设计技术：主要包括面向大批最定制的产品设计方法论，产品参 考模型库以及快速产品设计技术等方面： 3 ) 面向大批量定制的制造技术：主要包括制造信息资源的有序化技术，可重组的制造 系统与过程技术，模块化制造技术以及模块化装配技术等方面； 4 ) 面向大批量定制的管理技术：主要包括面向大批量定制的企业资源管理，面向大批 量定制的业务过程重组技术以及面向大批量定制的过程管理技术等方面； 5 ) 面向大批量定制的信息技术：主要包括面向大批量定制的数据仓库技术，面向大批 量定制的信息系统开发技术以及面向大批量定制的信息系统集成技术等方面。 在这些方面中，产品信息标准化是实现面向大批量定制的设计、面向人批量定制的制造 以及面向大批量定制的管理的基础，是实施面向大批量定制的前提性j 二作；面向大批量定制 的设计与制造是实现大批量定制生产的目标的途径；面向人批量定制的管理上升了企业的管 理层次，是面向人批量定制的哲理在企业经营管理方面的运用；面向人批量定制的信息技术 是其它四个方面的支持手段，只有充分利用现代信息技术特别是互连网技术和计算机技术， 面向大批量定制生产的目标才有可能真正实现【9 1 。 1 3 面向大批量定制的c a m 系统 大批量定制在快速响应客户需求设计产品的同时，也要求快速响应客户需求实现大批量 定制生产。在大批量定制的环境下，快速响应客户需求的c a m 系统的功能从单一的c a d 环境下加丁指令编程被拓展成为集n c 指令生成，管理和自动传输的一个自动化过程，该系 统能够实现n c 程序快速生成。加工信息和加工过程的统一管理，以及以d n c 方式的加工 指令自动传输和加工等功能。它是集成了c a d 技术、大批量定制技术、p d m 数据管理技术、 数据库技术、网络技术、d n c 技术、数控技术等的一个一体化快速制造解决方案。面向大 批量定制的c a m 系统如图j 1 所示： n c 程序生成 n c 程序管理 n c 程序传输 n c 程序加工 图11 面向大批量定制c a m 系统 具体的讲，面向大批量定制的c a m 系统主要包括以下几个方面 l ，3 1 快速n c 指令生成过程 面向大批量定制的c a m 要求企业的加丁生产能够适应快速响应客户需求产品设计的需 要，即要求实现配合c a d 系统中产品快速变型设计的n c 指令快速生成解决方案。 在面向大批量定制开发平台的c a d 过程中，采用事物特性表和零件主模型的技术，在产 品和零部件的设计阶段，对零部件的特征参数进行分析和提取，建立该零部件族的主模型苯j 事物特性表。在产品大批每定制时利用事物特性表驱动主模型在参数型c a d 系统能够快速定 制出用户所需要的产品这时候，传统c a m 系统的交互式n c 生成技术不能适应产品快速定 制加工的需求，为此必须创建属于该零部件族n c 主文档，用它来派生出用于加工变型后零 件的n c 程序。 在快速响应客户需求，进行零部件变型设计和产品配置的同时，从该零部件族的事物特 性表中提取特征参数，用来驱动n c 土文档，就可以快速生成能够加工该零部件实例的n c 程序。 l i3 2 加工信息管理过程 在企业实施大批量定制生产过程中，所有的信息和数据都得到了有效的管理”，这包括 企业c r m s c m 系统管理的客户和供应商信息、p d m 系统管理的产品的结构和文档信息、 企业e r p 系统管理产品库存等信息等。在网络技术的支持下，这些系统形成了一个完整的 体系，分别在不同的阶段，从不同的层次支持企业实现大批量定制“。 面向火批量定制c a m 系统要求对企业生产时的零部件加工所需的全部信息进行统一的 管理，这主要包括零部件加工过程所需的n c 程序、刀具文件、零件工程图等信息，对这些 信息有效的组织和管理，既保证信息的安全、组织有序和统一存取，同时意味着企业经营、 管理、生产和加工过程的高可控制性。 面向大批量定制c a m 系统同时要求对企业车间的生产情况进行管理，也就是说要对企 业车间加上生产的历史数据进行统计和管理，以便随时了解和统计车间的生产状况。这些信 息主要包括已经加工的零件名称、编号、n c 程序名称、加工时间、加工机床、加工数量、 操作工人、加工情况说明等。 面向大批量定制c a m 系统中，对这两类数据的管理是通过企业的p d m 系统和数据库 系统来实现的。p d m 和数据库系统都具有开放的数据接口，可以很方便的集成到c a d 、d n c 的系统中，在c a d 、d n c 等系统中通过这些数据接口，可以快速地提交和获取c a m 所需 的数据。这样，数据在得到有效组织的同时能够在企业范围内快速地流通。 1 3 3 基于d n c 的自动化加工过程 面向大批量定制c a m 系统的重要的一环是完成加工指令向数控机床的传输，这主要是 由企业车间的d n c 系统来完成的”“。 面向大批量定制c a m 系统的d n c 系统将普通意义上的d n c 系统从车间的信息“孤岛” 扩展成为企业信息链上最为重要的一环，使之成为企业信息系统中设备集成和信息集成重要 途径，实现车间内外的信息交换。它同时能够有效地屏蔽车间数控设备c n c 系统的差异， 向企业信息层提供一个统一的接口。具体的讲，面向大批量定制c a m 系统的d n c 系统主 要要解决的两个方面问题：一方面是d n c 系统与数控机床的通信，完成加工指令的传送； 另一方面是要将d n c 系统集成在企业p d m 数据库系统上实现零件加工和生产信息的集中管 理。 1 ) 面向人批量定制c a m 系统的d n c ，p d m 数据库一体化f 3 9 】 4 要求d n c 系统能够和企业现有的p d m 数据库系统无缝集成，实现数据的交换和对企 业车间的加工信息管理。一个自动化的生产企业的产品设计和制造数据都是由专门的产品数 据管理系统( p d m 系统和数据库系统) 集中管理，来实现设计、生产和制造过程的信息畅通 ”“”1 。为此必须将传统意义上的d n c 系统从车间的信息“孤岛”集成到企业的p d m 数据库 系统上来，实现车间内外的信息交换。d n c 系统与p d m 系统的集成，是在通信网络和分布 式数据库的支持下实现的”“。企业内部的通信网络主要采用以太网，网络通信协议为 i n t l _ a n e t i n t e r n e t 所广泛采用的t c p i p 协议。 2 ) 实现和不同型号数控机床之间的信息交换f ”1 1 5 8 1 1 5 9 1 要求d n c 系统能够在p d m 系统管理下，和不同型号数控机床进行信息交换。d n c 系统与 数控机床的通信，不仅要考虑与各种机床数控系统的连接与双向通信，实现加l ：信息的传递 与加工状况的信息反馈，而且要方便与不同型号数控系统的通信，并考虑企业未来发展和系 统集成的需要，也就是说，要实现一种可扩展的、经济的车间d n c 解决方案。 实现d n c 主机和车间底层数控设备联网一般有三种方式：串行通信方式、局域网方式 和现场总线方式。计算机局域网和现场总线方式能够长距离连接多种现场设备，但是局域网 方式网络协议复杂，实时性能和抗干扰能力差，底层数控设备还必须要提供智能网络接口： 而各种现场总线有自己的专用协议，必须采用相应的开发工具和开发平台，价格比较昂贵， 且不同厂商不同的设备间难以做到互操作，不太适台中小型企业车间的d n c 改造”。而 串行通信结构简单、传输可靠、网络协议简单、通信速率较高，而且这种通信连接技术应用 较早，技术上比较简单，系统组成也相对简单，易于实现，改造和实施成本较低，可以说是 一种经济可靠的实施方案，比较适合于中小型企业的d n c 系统。 面向大批量定制c a m 系统的这几个方面既是功能上相对独立的单元模块，同时又是互 相依赖、不可分割的，能够在企业信息系统中无缝集成，共同完成面向大批量定制的生产和 加工自动化。 1 4 面向大批量定制中的p d m 技术 1 4 1p 喇简介 p d m ( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ，产品数据管理) 是- - f l 管理所有与产品相关的信息( 包括 电子文档、数字化文件、数据库记录等) 和所有与产品相关的过程( 1 ：作流程、更改流程、项 目管理等) 的技术，它就像一个丽向对象的电子资料管理室，集成了产品生命周期内的全部 信息( 图、文、数据等多媒体信息) ，实现产品生产过程的管理；提供对数据、文件、文档的 更改管理、版本管理，并能对产品配置和工作流程进行管理。同时，p d m 可看作是一个企 业信息的集成“框架( f r a m e w o r k ) ”，它是介于数据库和应用软件间的一个软件开发平台提 供火量的开放性接口，在这个平台上可以集成或封装c a d 、c a m 、c a e 、t 艺参数和办公 自动化( m s o f f i c e ) 等多种软件和工具，使得分布在企业各个地方、在各个应用中使用的所 有产品数据得以高度集成、协调、共享，所有产品研发过程得以高度优化或重组。p d m 在 j ：业上的应用范围非常广阔”“”7 。 5 p d m 系统是企业的管理基础，它的核心思想是使设计数据有序、设计过程优化和资源 共享。它是企业实现信息集成的桥梁和纽带，同样也是企业实施大规模定制设计和生产的数 据管理中心和流程管理中心”。 i 4 2p d u 的特点 p d m 的特点主要表现在集成性和开放性两个方面 ”p d m 的集成性 p d m 系统可以把与产品有关的信息统一管理起来，并将信息按不同的用途分门别类地 进行有条不紊的管理。c a d 、c a p p 、c a m 之间无须直接交换信息，不同的c a d c a m d n c 系统都从p d m 系统中提取各自所需要的信息，再把结果放回p d m 系统中，从而真正实现 r3 c 的集成“。基于p d m 系统的集成主要包括以下两个方面： ( i ) 信息的集成 从信息资源管理出发。将整个企业的数据信息进行总体规划与应用分析，统一规范设计， 建立统一的数据库系统，使不同部门、不同专业、不同层次的人员在信息资源方面高度共享。 信息的集成主要涉及到数据的组织、管理、数据库平台的选择以及数据库互连等相关技术， 它是系统集成的核心和基础。 ( 2 ) 功能的集成 对企业而言，就是将计算机辅助技术( c a d i c a m d n c ) 、企业m i s 系统、e r p 系统、 o a 系统等应用群体有机地融为一体。p d m 系统能够与大多数流行的c a d 和o f f i c e 应用程 序很好地集成1 。把p d m 系统与c a d 或o f f i c e 应用程序集成可以使我们不离开工作环境 来管理产品数据。例如，利用c a d 或o f f i c e 应用程序中的内嵌菜单可以实现查询功能和生 命周期操作。这种集成由o d m a ( 男：放文档管理架构) 技术实现，提供了强大快速的设计环境。 2 ) p d m 的开放性 作为企业产品数据管理的核心，p d m 系统应当是一个开放性的系统，开放主要包括数 据的开放、功能的开放和系统建模方法的开放。开放性主要表现在可移植性、可扩展性、互 操作性、可裁剪性等方面。 l 4 3 基于p d m 管理的面向大批量定制”“” 1 ) p d m 是c a d c a p p c a m 的集成平台 目前，己有许多性能优良的商品化的独立c a d 、c a m 、c a p p 、d n c 系统。这些独立 的系统，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化方面起到了重要的 作用。但是，采用这些各自独立的系统，不能实现系统之间信息的自动传递和交换。用c a d 系统迸行产品设计的结果只能输出工程图和有关的技术文档，这些信息，不能直接为c a p p 系统所接收。进行丁艺过程设计时，还需由人工将这些图样、文档等纸面上的文件转换成 c a p p 系统所需的输入数据，并通过人机交互方式输入给c a p p 系统进行处理，处理后的结 果输出是零件加工工艺规程。而当使用c a m 系统进行计算机辅助数控编程时，同样需要人 1 。将c a p p 系统输出的纸面文件转换成c a m 系统所需的输入文什和数据，然后再输入到 6 浙江大学硕上论义 c a m 系统中。由丁二各独立系统所产生的信息需经人_ 转换，这不但影响工程设计效率的迸 一步提高而且在人工转换过程中，难免发生错误，这将给生产带来很大的危害。c a d 系统 也无法把产品s h e 信息传递到后续环节，阻碍了计算机应用技术的进一步发展。目前，只有 把c a d 和生产制造结合成一体，才能进一步提高生产力和加工精度。随着计算机应用的日 益1 。泛和深入，人们很快发现，只有当c a d 系统一次性输入的信息能在后续环市( 如c a p p 、 c a m 中) 一再被应用，才是最经济的。所以，只有把已经存在的c a d 、c a p p 、c a m 系统 通过数据库及有关应用接口互连来实现c a d c a m c a p p d n c 的集成，才能实现设计生产 的自动化。 目前，p d m 系统是最好的企业信息集成平台。它可以把与产品有关的信息统一管理起 来，并将信息按不同的用途分门别类地进行有条不紊的管理。c a d c a p p c a m d n c 系统 都可从p d m 中提取各自所需要的信息，再把结果放回p d m 中，从而真正实现3 c 集成。 2 ) p d m 是产品信息传递的桥梁 人、财、物、产、供、销六人部门是企业的经营管理与决策部。目前，人们己经将信 息管理系统m i s 和制造资源规划m r p i i 集成在一起，成为企业资源计划管理系统( e r p ) 。 p d m 作为3 c 的集成平台，用计算机技术完整地描述了产品整个生命周期的数据和模型， 是e r p 中有关产品全部数据的来源。p d m 是沟通产品设计工艺部门、管理信息系统及制造 资源系统之间信息传递的桥梁，使m i s 和m r p i i 从p d m 集成平台自动得到所需的产品信 息，如材料清单b o m 等，而无需再用人手工输入”。e r p 也可通过p d m 这一桥梁将有关 信息自动传递或交换给3 c 系统。 3 ) p d m 是c 1 m s 的集成框架” 所谓“集成框架”是在异构、分布式计算机环境中能使企业内各类应用系统实现信息集 成、功能集成和过程集成的软件系统。 信息集成平台的发展经历了计算机通信、局域网络、集中式数据库、分布式数据库等阶 段。随着c i m s 技术的不断深入发展和应用规模的不断扩大，企业集成信息模型越来越复杂， 对信息控制和维护的有效性、可靠性和实时性要求越来越高，迫切需要寻求更高层次上的集 成技术，能够提供高层次的信息集成管理机制，从而提高c i m s 的运作效率。 在芙系型数据库基础上开发的具有对象特性的p d m 系统由于其技术的先进性和合理 性，近年来得到了飞速发展和应用，成为新一代信息集成平台中最为成熟的技术，是支持并 行丁程领域的框架系统”“”1 。 1 5 论文的研究意义 目前，中小企业的车间加工过程存在以+ r 问题： 1 ) 手工编制零件加工的n c 程序，效率低、随意性大、可读性差 2 ) 操作工人手工输入n c 程序，效率低下、容易出错： 3 ) 车间和企业其它系统集成不完善，信息不畅通； 4 ) 没有有效地对零件的加t 信息进行管理； 7 浙江大学硕士论文 5 ) 设备工作效率低。 在食业实施人批量定制生产过程中，传统的c a m 技术会大大限制企业快速响应客户需 求生产的能力，成为制约企业快速响应客户需求生产的瓶颈，而面向大批量定制c a m 系统 的实施，能够改变企业车间技术j ：人手工编制n c 程序，手丁通过c n c 系统的操作面板逐 一键入n c 程序，手工操作数控系统，零件的加t 效率不高的状态；对典型零件进行特征分 析，创建零件的主模型和n c 主文档，在参数型c a d 系统中运用事物特性表驱动n c 主文 档自动生成n c 代码，能大大提高n c 程序的生成效率：同时在加丁前对n c 程序进行校验， 刀具轨迹仿真，保证加工的正确性和准确性，降低误操作的可能性；采用t 业控制计算机通 过标准的r s - - 2 3 2 串行口实现n c 程序输入能够降低工人的劳动强度；而采用基于p d m 系 统统一管理车间与零件加下相关的数据( n c 代码，刀具文件，零件工程图等) 和零件加工 情况的统计数据，保证了企业产品数据的安全和企业信息的集成。 面向大批量定制的c a m 系统的研究和实施对传统c a m p d m d n c 系统进行了无缝的 集成，实现了加工过程中的信息畅通和对加工的统一管理，能够对快速响应客户需求的大规 模定制的产品进行快速加工，满足企业信息化的需要。 综上所述，本论文的研究意义在于： 1 ) 提高了企业快速响应客户需求的能力，适应了企业实施大批量定制生产的需要： 2 ) 对企业的制造信息进行集成，实现对大规模定制生产的加丁信息的有效组织和安 全管理i 3 ) 提高企业对加工设备、生产过程的控制和管理水平： 4 ) 实现了现有的数控机床的高效利用，在我国企业规模小、资源有限、技术储备少 等情况下，能够有效地提高企业的核心竞争力。 1 6 论文章节安排 本论文主要研究面向大批量定制c a m 系统的各个方面的技术： 1 ) 研究基于事物特性表和n c 主文档的快速n c 程序生成技术； 2 ) 研究面向加工信息综合管理的p d m d n c - - 体化技术； 3 ) 研究集成于p d m 数据库上的d n c 自动化加j ：= 技术； 本论文的框架如图1 2 所示： 本论文各章主要内容如下： 第一章绪论 介钎j 本论文的课题背景，大批量定制的内涵和芙键技术，大批量定制c a m 系统的各个 方面技术，p d m 技术在大批量定制c a m 系统的作用，本论文的主要研究内容等。 第二章基于事物特性表和n c 主文档的n c 程序生成 在基于事物特性表和零件主模型产品变型设计的基础上采用了一种基于事物特性表和 n c 主文档的n c 代码快速成型方案。详细论述了n c 主文档的设计方法，集成于参数型c a d 系统n c 程序生成过程。 图1 2 本论文的框架结构 第三章面向加工信息综合管理的p d m d n c 一体化 论述了集成于p d m 系统的网络d n c 系统架构，加丁信息管理和加工情况管理实现过 程的关键技术和解决方案。并且介绍了基于清软英泰t i p d m 3 8 系统的p d m d n c 一体化实 施过程。 第四章基于客户机服务器架构的d n c 系统 论述了基于客户机朋务器架构的d n c 系统的研究意义，关键技术和解决方案，d n c 系统的硬件实施过程。 第五章绍兴纺织机械集团面向大批量定制c a m 系统 在分析绍兴纺织机械集团实施大批量定制c a m 的需求和目标的基础上，介绍了面向大 批量定制c a m 系统的总体架构，各个软件系统的功能模块的设计和开发过程，硬件系统的 解决方案。最后，以一个典型零件作为例子，详细介绍面向大批量定制c a m 的实施过程。 第六章总结和展望。 对本论文的研究工作和创新点进行总结，对面向大批量定制c a m 系统下一步的研究工 作进行展望。 9 i j i 江大学砸士论文 第二章基于事物特性表和主文档的程序生成 【本章摘要】本章介绍了在面向大批量定伟f j c a m 系统中，基于事物特性表和n c 主文档的n c 程序快速成型技术，详细论述t n c 主文档的创建方法，咀及在参数型c a d 系统中实施基于事物特性表和n c 主文档的n c 程序生成的关键技术。 2 1 引言 数控机床的工作通过数控程序来完成，而数控程序却依赖数控指令。数控指令中包括了 控制机床的全部参数，包括刀具类型、刀具轨迹、切削参数等。由于各个数控系统的类型不 同，其具体的数控指令的格式也略有不同。传统的c 删系统生成加工指令的方法通常是采用 读取参数型c a d 系统中的二维或者是三维零件数据的方式，然后根据这些数据生成一个刀具 位置的文件称为刀位文件“”“。然后再由相应的机床后置处理，将刀位文件转换为具体 机床的数控系统所能够识别和使用的数控程序。这种生成数控代码指令的方式需要用户和系 统之间进行大量的交互，既有漫长的图形选择过程，还有烦琐的后鼍参数的设置过程，而且 这样生成的代码有时还需要有经验的技术人员进行优化、校验和处理，效率不高，无法适应 企业面向大批量定制生产的要求。 在面向大批量定制开发平台的c a d 过程中。采_ = | j 事物特性表和零件主模型技术，在参数 型c a d 系统的帮助下能够快速定制出用户所需要的产品。相对于c a d 技术，传统的c a m 系统 中的n c 生成技术面临新的挑战，为适应企业大批量定制生产环境下的产品快速开发和生产 的需要，本文采用了一种基于事物特性表和零件n c 主文档的n c 程序快速成型技术。 2 2 基于事物特性表和主图模型产品变型设计 目前建立可变型产品模型有很多种方法，在我们的产品设计系统中，主要是根据大批量 定制产品设计过程中的事物特性表理论来建立零件族的事物特性表和主模型，通过事物特性 表驱动主模型来实现产品的参数化设计。 2 2 1 零件的主模型 零件的主模型概念是从生产实践中提出的”3 。按照传统的设计思想，一旦工程图经过 设计定型和生产定型后，产品的交付状态也就稳定不变了，不再进行更改。如果需要频繁更 改，则被认为设计质量不高。但面向大批量定制和面向客户需求的产品设计思想，与传统的 设计思想截然不同。面向大批量定制设计思想的核心是按照用户的需求进行定制和生产，按 照用户的意见不断改进产品，形成多种变型，让用户挑选，所以面向用户的产品是一种产品 旗。按这种思想设计的产品，在投产以后仍可能有大量的工程更改，产品一直处于改进状态 f l j 】【i4 】 1 0 零什的土模型是利用一些关键的参数来描述零什外形和尺寸之间的联系，只需要在主模 型中输入一组对应于主模型参数变量的数据，就可以自动派生出零件的一个变犁实例”l 。 零件主模型是该零件族的“模板”，冈此，零件土模型的建立是实现产品建模和变型设 计的重要环节。零件主模型包括与零件相关的所有的几何信息和非儿何信息，创建零件的主 模型就是创建满足要求的拓扑结构和适应零什族变型的需要的事物特性表。 在参数型c a d 系统中创建零件主模型是根据零件的工作原理，在相关概念设计的基础 上，根据产品标准化和规范化的指导，通过分析产品的结构，尽可能减少基本特征参数而充 分运用变型关系式来反映零件的几何形状和结构。最后，通过对零件的模型的抽象和一般化 处理，可以在参数型c a d 系统中建立该零件族的主模型、主模型的参数变量表和变型关系式 等1 。 2 2 2 事物特性表 事物特性表是建立可变型产品的重要组成部分事物特性表的表列构成事物特性表( 表 头) 的对象，在表列中存放表列的各种属性它主要包括事物类型、事物特性的名称、单位、 表列的取值范围、对应于参数型c a d 的变量表中的变量名、是否为用户输入特性、是否指 向下一级事物特性表等。对丁零件来说，事物特性表的每一行代表了一个具体的零件实例。 事物特性表中每一行数据都由自己的历史，可以对他们进行审核、更改、和扩充等”。 对于主流的数据库和c a d 系统来说，它们都提供了用户开发接口，用户可以很方便的 对它们进行二次开发，可以将基于数据库的事物特| 生表技术无缝的集成到c a d 系统。 基于事物特性表的产品变型设计的关键是要在充分分析零件几何形状和拓扑结构的基 础上，建立能够驱动生成该零件族的事物特性表，并且建立和参数型c a d 系统( 如 s o l i d e d g e ，p r o e 等) 变量表之间的映射关系，也就是说要创建好事物特性表中的表列与参 数型c a d 系统的参数变量之间的对应关系。用事物特性表驱动零件主模型的变量表，动态、 快速地生成满足用户需要的产品。 为了能够通过事物特性表来驱动参数型c a d 系统的参数变量表来对零件的主模型进行 变型设计，我们必须建立该零件的事物特性表。建立事物特性表的方法如f ： 1 ) 通过参数型c a d 系统提供的用户接口，从产品零件主模型中提取变量表中的变量名 称和主模型的属性到二次开发的用户界面。 2 ) 将零件主模型的各个变量进行标准化，形成该产品主模型的事物特性表的表头属性 利用数据库技术，将产品主模型的特征变量属性保存在数据库的表中。 3 ) 根据用户的需要动态生成基丁零件主模型的一个产品变型实例，并且将相应的实例 参数存储在数据库表的相应的表行中。 2 2 3 基于事物特性表和主模型的变型设计 基于事物特性表的产品变型设计技术主要是根据用户或者设计人员的需要，对于已经建 立好主模型和事务特性表的产品来说，只要由用户或者设计人员输入零件的特征参数变量， 变型设计系统就能借助事物特性表米驱动参数犁c a d 系统，快速及时的生成满足用户需求 的个性化的零件的模型、工程图、用于加工该零件的n c 代码和相应的刀夹具信息、工艺文 件等”1 。 基于事物特性表的产品变型设计过程如图2 ，1 所示： 2 i 基于事物特性表的产品变型设计过程 在产品设计过程中，首先根据用户需求搜索已有的产品，如果系统中已经存在符合要求 的产品实例，就直接读取数据库中的产品信息输出产品，否则对于那些已经建立了事物特性 表和主模型的可以变型设计的产品，就进行变型设计。生成新的产品实例，这主要是在事物 特性表数据库中没有满足用户需要的参数的情况下，由用户在产品的设计界面中输入特征参 数到参数型c a d 系统中的零件主模型中，自动变型出新的零件，同时将相关的特征参数值 写入产品的事物特性表中，形成一个新的产品实例，保存在数据库中。对没有建立主模型和 事务特性表的产品，则进行创新设计和特征分析，创建主模型和事务特性表，同时将新产品 信息保存在数据库中，以便以后进行变型设计。 2 3 基于事物特性表和主文档的程序生成 基于事物特性表的产品设计，就是利用事物特性表驱动零件的主模型和各种主文档生成 相应的模型、工程图纸、n c 程序以及其它加工信息的过程。在该过程中，关联于该零件族 的各种主文档起着“模板”的作用。为了能够利用事物特性表驱动零件的n c 主文档生成n c 程序，必须建立基于该零件主模型的n c 主文档。 2 3 1 基于n c 主文档n c 的程序生成的特点 1 ) 不需要重复建模 在传统n c 程序生成过程中，一般是在c a d 系统中先设计出零件的模型( 也可以通过事 1 2 浙江大学硕十论文 物特性表驱动主模型的变型设计得到) ，然后采用点、线、面和实体拾取方式，并且采用复 杂的交互式界面来获取该零件的加工数据信息，逐步构造山它的n c 程序。采用这种方式 方面要求对c a d 系统的二次开发接口比较熟悉；另一方面对于某些不是采用参数化建模的 c a d 系统( 如c a x a ，a u t o c a d 等) 会出现从模型中提取信息不准确的现象，而且对于形状复 杂的模型会出现提取难度大，生成的n c 代码效率不高等现象。而采用n c 主文档技术就可以 直接定义零件加工对象和加工参数、刀位轨迹等。对于一个零件族来说，只要建立一个主模 型就可以了，不需要重复建立复杂的c a d 模型和漫艮的拾取和交互过程就可以直接生成经过 优化n c 代码。 2 ) 不需要复杂的c a p p 干涉 我4 f j h 道，在传统的基于图形交互和识别的n c 程序生成技术中，在选择好加工区域之 后，必须进行复杂而又烦琐的c a p p 来进行零件的加工工艺链理。而在基于n c 主文档的n c 程序生成技术中，将同一区域中加工所需要的加工工艺参数存放在工艺参数数据库中，由系 统根据该加l = 区域的相关的特征参数自动识别和提取、填充到n c 主文档中。有关零件加工 过程中的r t 艺处理都是n c 主文档模板的一部分，它由事物特性表驱动，因此能够加快n c 程序的生成速度，保证n c 程序的准确性。 3 )