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机电一体化技术及其进展机电一体化技术及其进展第三章第三章机械制造生产过程机电一体化机械制造生产过程机电一体化2012-6-152机械制造生产过程的机电一体化机械制造生产过程的机电一体化z1.计算机辅助工艺过程设计（CAPP）技术z2.自动编程和人机接口技术z3.工程数据库，网络通讯z4.CAD与CAM的一体化技术，专家系统z5.柔性制造系统(FMS)，z6.计算机集成制造系统(CIMS)z7.计算机直接数控和分布式数控（DNC）z8.人机一体化制造系统机械制造生产过程的机电一体化机械制造生产过程的机电一体化3.13.1计算机辅助计算机辅助工艺过程设计工艺过程设计CAPPCAPP2012-6-15433.1.1CAPP.1.1CAPP的概念的概念zCAPP（ComputerAidedProcessPlanning，计算机辅助工艺过程设计）（计算机自动工艺过程设计(ComputerAutomatedProcessPlanning)计算机来进行零件加工工艺过程的制订向计算机输入被加工零件几何信息和工艺信息（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工艺过程自动设计zCAPP开发、研制从60年代末开始,1973年正式推出商品化CAPP系统z是连接设计（CAD)与制造(CAM)之间的桥梁2012-6-155工艺设计包含的内容和基本流程工艺设计包含的内容和基本流程z产品:设计部门：设计图纸工艺部门：工艺审查→工艺审查记录单设计部门：产品图纸修改工艺部门：工艺总方案设计及编写→工艺总方案工艺部门：工艺路线的编制及工艺规程的编制设计和工艺部门：工艺更改通知单z设备汇总、工装汇总、物资供应、组织生产z工艺文件工作流程：设计→校对→批准→标准化→会签等2012-6-156工艺设计工程师工艺设计工程师z工艺设计工程师必须具备如下条件：（1）丰富的生产经验（2）熟知企业的各种设备的使用情况（3）熟知企业内各种生产工艺方法（4）熟知企业内各种与生产加工有关的规范（5）熟知与生产管理有关的各种规章制度（6）能与有关各方保持友好协作z具有丰富经验的工艺工程师：美国40岁以上，英国平均年龄55岁丰富经验的工艺工程师紧缺传统的工艺设计方式严重阻碍设计生产效率的提高2012-6-157计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计(CAPP)(CAPP)优点优点1.从大量繁重、重复的手工劳动中解放2.缩短工艺设计周期，保证质量，提高产品竞争能力3.继承高级工艺设计人员经验，提高企业工艺继承性4.提高工艺设计标准化，工艺设计昀优化工作5.适应现代制造环节、CIMS的需要6.工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享7.制造资源、工艺参数、标准（典型）工艺库2012-6-1583.1.2CAPP3.1.2CAPP工艺规程的生成方式及实现原理工艺规程的生成方式及实现原理z检索原理利用零件分类编码原理而构造的CAPP系统根据零件几何形状及工艺上的相似性，分类归族，形成零件族找出主样件，制定标准工艺规程，存贮于计算机数据库系统根据零件的几何及工艺信息，确定所属零件族检索出该零件族中主样件的标准工艺文件修改编辑，从而得到该零件的工艺规程。z自动决策原理按照自存的决策逻辑，自动选择加工方法、机床、工夹量具，自动排序、自动确定切削用量等现有的典型工艺进行自动地修定z人工智能原理-----工艺过程设计专家系统拥有某个特定领域内专家的知识和经验，能象专家那样运用这些知识，通过推理，作出智能的决策2012-6-1593.1.3CAPP3.1.3CAPP软件的基本功能软件的基本功能zCAPP的体系结构(1)控制模块--协调各模块的运行，人机交互窗口(2)零件信息输入模块(3)工艺过程设计模块--工艺流程决策，产生工艺过程卡(4)工序决策模块--生成工序卡，生成工序图(5)工步决策模块--工步内容设计，确定切削量，NC刀位文件(6)NC加工指令生成模块--刀位文件→NC代码→NC加工指令(7)输出模块--工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图、文档(8)加工过程动态仿真--模拟加工过程，检查工艺2012-6-1510机械加工工序卡片机械加工工序卡片2012-6-1511工艺过程综合卡片工艺过程综合卡片2012-6-1512表格定义表格定义------表格对应表格对应2012-6-1513选择工序卡表格格式选择工序卡表格格式2012-6-1514选择工艺规程类型选择工艺规程类型2012-6-1515检索典型工艺检索典型工艺2012-6-1516检索工艺定义条件检索工艺定义条件2012-6-1517自编工艺路线自编工艺路线2012-6-1518查询参数查询参数2012-6-1519设置当前工艺文件信息设置当前工艺文件信息2012-6-1520编辑库文件编辑库文件2012-6-1521工艺资源管理器工艺资源管理器2012-6-1522CAPPCAPP应用程序应用程序2012-6-15233.1.53.1.5CAPPCAPP的研究发展方向的研究发展方向z探讨工艺规程生成的原理和实现方法，提高工艺设计的自动化水平，实现全自动化；z将人工智能技术应用于工艺过程设计之中，开发工艺过程设计专家系统，使CAPP智能化；zCAPP的集成化与CAD集成，解决设计和工艺人员都能接受的产品数据模型与车间生产管理系统集成，改变缺乏柔性的工艺设计模式，静态的工艺顺序以适应生产车间随机出现的约束条件以经验为基础的知识与以科学为基础的理论集成工艺过程设计活动本身与设计、制造、管理活动的集成与各种工程技术（如成组技术、优化技术、仿真技术等）的集成约束条件、监控和实施的集成3.2自动编程和人机接口技术机械制造生产过程的机电一体化机械制造生产过程的机电一体化2012-6-1525自动编程和人机接口2012-6-15263.3.语言编程系统语言编程系统z编程语言（数控语言）加工零件信息编制成零件加工程序（源程序），输入计算机z计算机编译,得到数控加工所需信息通过自动编程（编译程序）,进行编译、计算和自动处理z自动编程语言系统，包括前置和后置处理程序前置处理对由数控语言书写的零件源程序进行翻译，计算出刀具中心轨迹，这一部分独立于具体的数控机床后处理根据数控机床要求，把刀具位置数据，刀具命令及各种功能转换成数控机床所能识别的指令字集，具有专用性z发展方向：小型化，适应使用价廉小型计算机或微型计算机的需要具有加工技术的处理语言，能自动地确定昀佳的加工工艺参数2012-6-15273.3.其他编程方法其他编程方法z图象编制程序采用图形核心软件和图象编制程序应用软件编程人员发出相应的命令或“指点”菜单，给出一些必要的工艺参数实时“指点”被加工零件的图形元素，得到零件数控加工刀具位置坐标，并在屏上显示出刀具加工轨迹z实物编程由平面轮廓零件或实物模型通过测头测量直接得出数控加工所需的数据及程序2012-6-15283.3.其他方法其他方法z语音自动编程系统利用声音作为输入介质，命令计算机自动编制出零件的加工程序z视觉自动编程系统采用计算机视觉系统自动阅读、理解图纸，记录图纸上点、线、圆等图形的各种信息由编程员在编程过程中实时给定起刀点、下刀点和退刀点后，计算机自动计算出刀位点的有关坐标值，经后置处理就可得到数控加工的程序机械制造生产过程的机电一体化机械制造生产过程的机电一体化3.33.3CADCAD与与CAMCAM的的一体化技术，专家系统一体化技术，专家系统2012-6-153011、、CADCAD与与CAMCAM的一体化技术的一体化技术z解决CAD与CAM结合问题主要有两种途径z（1）利用接口连接各自独立的CAD和CAM系统实现时间短，投资少，相互制约因素较多，用户的友善性较差采用专用的数据接口程序，通用性差z（2）开发集成的CAD/CAM系统一体化程度高，用户界面友好，开发难度大，周期长，费用高研究面向制造的特征造型技术，建立一种既能有效地进行CAD，又能为CAPP系统、CAM系统所完全理解的计算机内部模型产品数据交换规范PDES完整地定义了零件或装配件，并贯穿产品生命周期的始终，使设计、分析、制造、试验、检查和产品支持等各个环节都能直接应用产品定义数据2012-6-153122、、CAD/CAMCAD/CAM专家系统专家系统z专家系统技术和CAD／CAM技术结合起来构成智能型CAD／CAMz基本思想：使计算机摸拟人类专家解决实际问题的工作过程，模拟专家运用知识与经验来解决问题的方法与步骤zCAD／CAM专家系统一般由以下7部分组成知识库这是本领域专家知识，经验和书本知识、常识的存贮器数据库又称动态（当前）数据库，推理机控制、协调整个系统，按一定的推理策略，去解决问题解释机制回答用户的询问，对系统的自身行为和结论进行说明知识获取机制实现专家系统的学习功能图形处理系统输出数据进行处理，输总图或零件图人一机接口实现例·算机与专家或用户的相互通信2012-6-1532CADCAD／／CAMCAM专家系统的发展趋势专家系统的发展趋势z1）研究新的理论z2）知识表示方面功能表示法、面向对象表示法、非规范逻辑表示法、不确定性知识的表示法z3）推理方面分类学、基于模型、并行、归纳、定性、壳单调、不确定性等z系统结构方面元知识、分布式，多推理机、多知识表尔、多层系统结构等z5）解释方面预制文本法、执行追踪法、策略解释法、自动程序员解释法等z6）专家系统开发工具软件工具与开发环境的研究、已转入实用化和商品化2012-6-1533专家系统开发工具专家系统开发工具z支援具体的专家系统开发的一套软件环境，也称为外壳（Shell）z使专家系统的开发由手工方式转入为半自动、自动化批量生产方式z特点：知识库与应用知识的推理程序相分离z专家系统工具是利用知识规格化和推理程序的通用性的开发环境2012-6-1534专家系统开发工具专家系统开发工具z专家系统开发工具有三类：1．骨架（skeleton）型工具从已有专家系统中抽去原有的领域知识，经加工精练出一个“空架”专家系统开发快速方便，易于掌握，效率高，缺乏灵活性2．通用知识工程语言型运用工程的观点、方法和组织方式设计知识库应用系统而产生的工具语言灵活性好，应用面较宽，开发难度较大3．成套型工具系统组合开发工具，以部件的形式提供知识工程领域的各种通用模块，用户选择适当的部件和添加具有领域针对性的模块进行组合，便可构造专家系统机械制造生产过程的机电一体化机械制造生产过程的机电一体化3.43.4柔性制造系统柔性制造系统(FMS)(FMS)3.53.5计算机集成制造系统计算机集成制造系统(CIMS)(CIMS)3.63.6计算机直接数控和分布式数控（计算机直接数控和分布式数控（DNCDNC））3.73.7人机一体化制造系统人机一体化制造系统2012-6-15363.43.4柔性制造系统柔性制造系统（（FlexibleManufacturingSystemFlexibleManufacturingSystem，，FMSFMS））z高技术学科的前沿领域，“未来无人化工厂的雏形”zFMS是一种自动化机械制造系统物资流物资流信息流z由共同的控制系统、输送系统相连的自动机床和制造设备z包含：信息流的自动化信息流的自动化，物资流的自动化物资流的自动化信息流2012-6-15373.43.4柔性制造系统柔性制造系统z能进行自动加工，能在人力干预昀少的情况下，制造任意一组或一个范围的元件。z具有调度生产的能力，有相应确定产品或元件通过系统的路线的手段，具有生产系统作业的报告和数据的手段通常是按中小可变批量方式和混流方式制造一组元件而设计z具有柔性，但通常局限于设计时所针对的产品组zFMS包括三个基本要素：1).标准的数控机床（NC、CNC）；2).一个在机床和装夹工位之间运送零件和刀具的输送系统网络；3).一个协调机床、零件运送装置和工件仓库的总体控制系统。2012-6-