先进制造技术(成组技术)

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

2、设计与分析功能1 1、有限元分析、有限元分析2 2、优化设计、优化设计3 3、可靠性设计、可靠性设计4 4、自动绘图功能、自动绘图功能二、计算机辅助工艺规程设计（二、计算机辅助工艺规程设计（CAPPCAPP）计算机辅助工艺规程设计方法计算机辅助工艺规程设计方法1 1、派生式、派生式2 2、创成式、创成式3 3、综合式、综合式派生式计算机辅助工艺规程设计原理派生式计算机辅助工艺规程设计原理1 1、零件编码矩阵化、零件编码矩阵化2 2、零件组特征的矩阵化、零件组特征的矩阵化3 3、主样件设计、主样件设计4 4、零件上各种形面的数字化、零件上各种形面的数字化5 5、工序工步名称编码、工序工步名称编码

3、6 6、综合加工工艺路线的数字化、综合加工工艺路线的数字化7 7、工序工步内容矩阵、工序工步内容矩阵1 1、工艺信息数字化工艺信息数字化2 2、CAPPCAPP数据库数据库特征矩阵文件特征矩阵文件综合工艺路线综合工艺路线工序、工步文件工序、工步文件工艺数据文件工艺数据文件 从广义的角度讲，从广义的角度讲，CAMCAM指利用计算机辅助从毛坯指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺设计、计算机数机辅助生产计划、计算机辅助工艺设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容。控编程、计算机控制加工过程等

4、内容。 而从狭义的角度讲，而从狭义的角度讲，CAMCAM仅指数控程序的编制，仅指数控程序的编制，包括刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹包括刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及仿真以及NCNC代码的生成等代码的生成等三、计算机辅助制造（三、计算机辅助制造（CAMCAM）在市场上比较成熟的在市场上比较成熟的CAD/CAMCAD/CAM系统有系统有Pro/engineerPro/engineer系统和系统和Master CAMMaster CAM系统。系统。前者是一体化的前者是一体化的CAD/CAMCAD/CAM系统，其内部是统一的数据格式，系统，其内部是统一的数据格式，能直接调用

5、能直接调用CADCAD系统中的图形数据。系统中的图形数据。后者是后者是CADCAD模块与模块与CAMCAM模块的无缝集成，其系统内部通过中性模块的无缝集成，其系统内部通过中性文件获取其它文件获取其它CADCAD系统的图形信息。系统的图形信息。 数控编程的内容与步骤数控编程的内容与步骤进行工艺处理进行工艺处理数值计算数值计算编制工件的数控加工程序编制工件的数控加工程序校核加工程序校核加工程序制备控制介质制备控制介质 市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种增多，而每种产品的生产数量却并不很多。世界上增多，而每种产品的生产数量却并不很多。世界

6、上75758080的机械产品是以中小批生产方式制造的。的机械产品是以中小批生产方式制造的。 与大量生产企业相比，中小批生产企业的劳动生产率与大量生产企业相比，中小批生产企业的劳动生产率低，生产周期长，产品成本高，市场竞争能力差。低，生产周期长，产品成本高，市场竞争能力差。 能否把大批量生产的先进工艺和高效设备以及生产能否把大批量生产的先进工艺和高效设备以及生产方式用于组织中小批量产品的生产，一直是国际生产工程界方式用于组织中小批量产品的生产，一直是国际生产工程界广为关注的重大研究课题。广为关注的重大研究课题。 成组技术就是针对生产中的这种需求发展起来的一成组技术就是针对生产中的这种需求发展起来

7、的一种生产和管理相结合的科学。种生产和管理相结合的科学。第二节第二节 成组技术（成组技术（GTGT） 充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低生产挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低生产成本的目的，这种技术统称为成组技术（成本的目的，这种技术统称为成组技术（Group Group Technology Technology 简称简称G

8、TGT）。）。一、一、 成组技术的概念成组技术的概念零件编码就是用数字表示零件的形状特征，代表零件特征零件编码就是用数字表示零件的形状特征，代表零件特征的每一个数字码称为特征码。的每一个数字码称为特征码。迄今为止，世界上已有迄今为止，世界上已有7070多种分类编码系统。多种分类编码系统。应用最广的是奥匹兹（应用最广的是奥匹兹（OpitzOpitz）分类编码系统。）分类编码系统。我国机械工业行业于我国机械工业行业于19841984年制订了年制订了“机械零件编码系统机械零件编码系统（简称（简称JLBM-1JLBM-1系统）系统）”。该系统由名称类别、形状及加工码、辅助码三部分共该系统由名称类别、形

9、状及加工码、辅助码三部分共1515个个码位组成，每一码位包括从码位组成，每一码位包括从0 0到到9 9的的1010个特征项号，详见图个特征项号，详见图12-112-1和表和表12-112-1、12-212-2、12-312-3、12-412-4、12-512-5。JLBM-1JLBM-1系统的特点是零件类别按名称类别矩阵划分，便于系统的特点是零件类别按名称类别矩阵划分，便于检索，码位适中，又有足够的描述信息的容量。检索，码位适中，又有足够的描述信息的容量。 日本日本KKKK系统。系统。二、二、 零件的分类编码系统零件的分类编码系统三、零件的分类成组三、零件的分类成组 根据零件的分类编码系统对零

10、件进行编码根据零件的分类编码系统对零件进行编码后，可根据零件的代码划分零件组，采用不同后，可根据零件的代码划分零件组，采用不同的相似性标准，可将零件划分为具有不同属性的相似性标准，可将零件划分为具有不同属性的零件组。的零件组。1 1、特征码位法、特征码位法3 3、特征位码域法、特征位码域法2 2、码域法、码域法四、推广应用成组技术的效果四、推广应用成组技术的效果1 1、提高生产效率、提高生产效率2 2、提高加工质量、提高加工质量3 3、提高生产管理水平、提高生产管理水平 应用计算机辅助制造技术，将数控机床、应用计算机辅助制造技术，将数控机床、加工中心、物料自动储存传送装置和辅助控加工中心、物料

11、自动储存传送装置和辅助控制装置等在计算机的统一控制下，形成柔性制装置等在计算机的统一控制下，形成柔性加工自动生产线，既柔性制造系统。加工自动生产线，既柔性制造系统。 第三节第三节 柔性制造技术柔性制造技术 1 1设备柔性：指制造系统中能加工不同类型零件所具备设备柔性：指制造系统中能加工不同类型零件所具备的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。的转换能力，其中包括刀具转换、夹具转换等。 2 2工艺柔性：能以多种工艺方法加工某一零件组的能力。工艺柔性：能以多种工艺方法加工某一零件组的能力。如镗、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。如镗、铣、钻、铰、攻螺纹等加工。 3 3工序柔性：能自动改变零件加工工序的能

12、力。工序柔性：能自动改变零件加工工序的能力。 4 4路径柔性：能自动更变零件加工路径。如遇到系统中路径柔性：能自动更变零件加工路径。如遇到系统中某台设备的故障某台设备的故障, ,能自动将工件转换到另一台设备上加工。可能自动将工件转换到另一台设备上加工。可以根据负荷以根据负荷, ,自动改变加工路线自动改变加工路线, ,提高利用率提高利用率, ,减少等待时间。减少等待时间。 5 5产品柔性：产品改变时能经济、迅速的转产。产品柔性：产品改变时能经济、迅速的转产。 6 6批量柔性：能在不同批量下运行都能获取经济效益。批量柔性：能在不同批量下运行都能获取经济效益。 7 7扩展柔性：能根据生产的需要组建和

13、扩展生产能力。扩展柔性：能根据生产的需要组建和扩展生产能力。一、柔性制造技术中一、柔性制造技术中“柔性柔性”的概的概念念 通常配置有零件缓冲区、刀具自动更换装置的数控机床或通常配置有零件缓冲区、刀具自动更换装置的数控机床或加工中心与工件存储运输装置组成。加工中心与工件存储运输装置组成。柔性制造单元中数控机床数量约柔性制造单元中数控机床数量约1-31-3台，具有加工多品种台，具有加工多品种, ,中小批量灵活的生产能力。中小批量灵活的生产能力。可以作为可以作为FMSFMS中的基本单元中的基本单元, ,也可视为小规模的也可视为小规模的FMSFMS。它的自动化程度略低于它的自动化程度略低于FMS,FM

14、S,但其投资比但其投资比FMSFMS少得多，而经济少得多，而经济效益相接近。这是中小型企业优先发展的机型效益相接近。这是中小型企业优先发展的机型, ,当生产规模当生产规模扩大时扩大时,FMC,FMC可以重组和扩展可以重组和扩展, ,以适应生产规模的需求。以适应生产规模的需求。二、柔性制造技术的类型二、柔性制造技术的类型1.FMC1.FMC柔性制造单元柔性制造单元 柔性制造系统是由数控加工设备（或柔性制造系统是由数控加工设备（或FMCFMC）, ,物料运储装置物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。一个柔性制造系统一般可概括为由下列三个部分组成

15、，一一个柔性制造系统一般可概括为由下列三个部分组成，一是可编程控制的加工系统，二是自动化的物料储运系统，是可编程控制的加工系统，二是自动化的物料储运系统，三是计算机控制系统。三是计算机控制系统。三个系统的有机结合，构成了一个制造系统的能量流（通三个系统的有机结合，构成了一个制造系统的能量流（通过制造工艺改变工件的形状和尺寸）、物料流（主要指工过制造工艺改变工件的形状和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和信息流（制造过程的信息和数据处理）。件流和刀具流）和信息流（制造过程的信息和数据处理）。2.FMS2.FMS柔性制造系统柔性制造系统 FMFFMF是是FMSFMS扩大达到全厂范围内的生产管理

16、过程。机械加工过程和物料扩大达到全厂范围内的生产管理过程。机械加工过程和物料储运过程全盘自动化。它的主要特点是：储运过程全盘自动化。它的主要特点是：（1 1）分布式多级计算机系统，生产计划、日生产进度计划的生产管理）分布式多级计算机系统，生产计划、日生产进度计划的生产管理的主计算机，它与的主计算机，它与CAD/CAMCAD/CAM系统相联，以取得自动编制加工用的数控程系统相联，以取得自动编制加工用的数控程序数据。序数据。（2 2）FMFFMF全部的日程计划进度和作业可以由主计算机和各级计算机通全部的日程计划进度和作业可以由主计算机和各级计算机通过在线控制系统进行调整，并可以进行无人化加工。过在

17、线控制系统进行调整，并可以进行无人化加工。（3 3）CNCCNC机床的数量一般在十几台到几十台。可以是各种形式的加工机床的数量一般在十几台到几十台。可以是各种形式的加工中心、车削中心、中心、车削中心、CNCCNC机床等。机床等。（4 4）系统可以全自动地加工各种形状、尺寸和材料的工件。全部刀具）系统可以全自动地加工各种形状、尺寸和材料的工件。全部刀具可以自动交换、自动检测磨损或损坏的刀具，能自动更新废旧刀具。可以自动交换、自动检测磨损或损坏的刀具，能自动更新废旧刀具。（5 5）物料储运系统必须包括自动立体仓库，以满足存取为数众多的工）物料储运系统必须包括自动立体仓库，以满足存取为数众多的工件和

18、刀具的需求。系统可以从自动立体仓库中提取所需的坯料，并以件和刀具的需求。系统可以从自动立体仓库中提取所需的坯料，并以最有效的途径实现物流和进行加工。最有效的途径实现物流和进行加工。3. FMF3. FMF柔性制造工厂柔性制造工厂加工系统实际是完成改变物性任务的执行系统，主要由数加工系统实际是完成改变物性任务的执行系统，主要由数控机床、加工中心等加工设备（有的控机床、加工中心等加工设备（有的FMSFMS还带有工件清洗、还带有工件清洗、在线检测等辅助与检测设备）构成。在线检测等辅助与检测设备）构成。 对加工箱体类零件为主的对加工箱体类零件为主的FMSFMS而言而言, ,通常配置数控加工中通常配置数

19、控加工中心心,CNC,CNC铣床等；对于加工轴类零件为主的铣床等；对于加工轴类零件为主的FMS,FMS,则配有则配有CNCCNC车车削中心削中心,CNC,CNC车床和车床和CNCCNC磨床；对于加工复杂零件的磨床；对于加工复杂零件的FMS,FMS,由于由于数控机床的刀库容量有限数控机床的刀库容量有限, ,必要时要增加机外自动交换刀库。必要时要增加机外自动交换刀库。三、柔性制造系统的组成三、柔性制造系统的组成1 1加工系统加工系统FMSFMS中的物料主要指的是工件（毛坯）、刀具、夹具、切屑中的物料主要指的是工件（毛坯）、刀具、夹具、切屑以及切削液等。以及切削液等。物料储运系统就是实现对物料的自动

20、识别、存储、分配、物料储运系统就是实现对物料的自动识别、存储、分配、输送、交换和管理的系统。输送、交换和管理的系统。2 2物料储运系统物料储运系统第三节计算机集成制造系统第三节计算机集成制造系统CIMSCIMS1 1、CIMCIM与与CIMSCIMS的定义的定义CIMCIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲作为一种组织、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，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

21、管理要素及其信息程中有关人、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，从而使企业赢品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得市场竞争。得市场竞争。简单地说，简单地说，CIMCIM是用计算机通过信息集成实现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，制造为其内容的即以计算机作为工具，制造为其内容的CIMCIM，其哲理的核心为信息的其哲理的核心为信息的“集成集成”。CIMCIMCIMSCIMS CIMCIM是一种组织现代化生产的哲理，是一

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

23、提高企业竞争力。2 2、CIMSCIMS的组成的组成1 1、管理信息系统、管理信息系统2 2、设计自动化系统、设计自动化系统3 3、制造自动化系统、制造自动化系统4 4、计算机辅助质量保证体系、计算机辅助质量保证体系5 5、计算机通讯网络系统、计算机通讯网络系统6 6、计算机数据库系统、计算机数据库系统二、二、CIMS在我国的发展及实施在我国的发展及实施CIMS的效益的效益目标目标方针方针我国我国“863计划计划”中将中将CIMS确定为自动化确定为自动化领域的主题研究项目之一领域的主题研究项目之一，并规定了我国，并规定了我国863/CIMS的战略目标为：的战略目标为：跟踪国际跟踪国际CIMS有

24、关技术的发展；掌握有关技术的发展；掌握CIMS关键技术；在关键技术；在制造业中建立能获得综合经济效益并能带制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国产品化促进我国CIMS高技术产业的发展高技术产业的发展。效益驱动、总体规划、重点突破、分效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施、推广应用步实施、推广应用经过十多年的努力，我国经过十多年的努力，我国CIMS事业取得事业取得了迅速发展，已形成了一个健全的组织和了迅速发展，已形成了一个健全的组织和一支研究队伍；一支研究队伍；实现了我国实现了我国CIMS研究和开发的基本框架；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实验工程中心和实验工程中心和7个单元技术开放实个单元技术开放实验室，完成了一大批课题的研究工作，陆验室，完成了