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计算机辅助制造技术
计算机辅助制造技术结课论文
题目:
计算机辅助制造技术在“中国制造2025”中的应用
姓名:
XXX
学号:
XXXXXXX
计算机辅助制造技术在“中国制造2025”中的应用
摘要
当今的中国正处于经济转型期,经济情况正面临严峻挑战,且面临着非常严峻的产能过剩问题。
实现“中国制造2025”的进程是按需个性化定制的时代,计算机辅助制造技术将在其中扮演异常重要的角色。
“互联网+”时代的工业生产,应按顾客需要小批量定制其所喜好的产品,而非当前大批量生产的不具个性的产品。
因而融合计算机辅助制造技术的未来生产过程不会出现当前产能过剩问题,且利用计算机辅助制造技术的仿真设计,有助于个性化生产线的调试与仿真,通过柔性生产线生产出顾客所需的产品,满足人们需要的同时,降低劳动者劳动强度,因而,应用计算机辅助制造技术的小批量定制的生产过程将在未来绽放异彩。
关键字:
计算机辅助制造;柔性生产;仿真设计;“中国制造2025”
一、计算机辅助制造技术基本理论
当今时代,计算机技术飞速发展,计算机辅助技术在人类各种生产生活过程中扮演越来越重要的角色。
CAM(Computeraidedmanufacturing,计算机辅助制造)技术,利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动。
图1-1按需定制生产过程
计算机辅助制造技术主要分成两块内容,计算机辅助设计,即CAD技术;以及计算机辅助制造,即CAM技术。
CAM技术,利用计算机代替人去完成制造及与制造系统有关的工作。
计算机辅助制造CAM是计算机集成制造系统CIMS的核心。
CAD中设计的结果(零件模型),经过CAPP工艺编排生产工艺流程图后,最终在CAM中进行加工轨迹生成与仿真,产生数控加工用代码,从而控制数控机床进行加工。
可以说,CAM系统功能强弱直接决定着整个设计过程的成败,CAD的效益最终也是通过CAM体现出来。
因此,在目前产品更新周期短,质量要求高,零件形状复杂的情况下,数控加工将成为制造行业最为主要的加工手段,CAM系统的作用也非常重要。
一般将CAM的内容理解为利用计算机辅助编制数控机床加工指令。
故CAM系统一般包括零件几何造型,零件加工轨迹定义,零件加工过程仿真,生成数控加工代码(NC代码)等功能。
其系统工作流程有以下过程组成。
l、准备被加工零件的几何模型途径利用CAM系统中提供的CDA模块直接建立加工模型;或利用数据文件接口读入其他CAD软件中建立的模型数据文件:
或利用数据接口读入加工零件的测量数据,生成加工模型。
接口文件一般有DXF文件或工GES文件;
2、加工轨迹生成根据工艺要求,选择加工刀具,生成不同零件加工面的刀位运行轨迹;
3、加工轨迹校验当文件的数控加工程序(或刀位数据)计算完成以后,将刀位数据在图形显示器上显示出来,从而判断刀位轨迹是否连续,检查刀位的仿真加工,模拟零件的整个过程(从粗加工到精加工),根据加工结果可作出判断,不满意可返回至前两个过程进行修改;
4、后置处理生成NC代码不同的数控机床,其数控加工指令总有些细微差别。
后置处理的目的是根据校验过刀位轨迹,生成不同数控机床匹配的数控加工代码(NC代码)。
5、反读NC代码,检查加工代码的正确性;
将零件的手工编程或自动编程的数控加工程序读入至CMA系统中,在图形显示器上显示对应的刀位轨迹,从而检验数控加工程序正确与否;
6、NC代码传至数控机床(DNC加工)
如果装有CAM系统的计算机通过通讯口RS232C或RS422或RS423串行接口与一台(或多台)数控机床相连,则可通过通讯协议将CMA系统中产生的NC代码直接传至数控机床,控制其进行加工。
日前,国内外的CAM系统基本都具有上述功能。
但完整的生产过程包括设计和制造两部分,为了真正做到设计和制造一体化,可将对CAM内容的理解扩大至用计算机进行制造信息处理的全部内容。
即除了上述功能以外,还应将产品数据管理(PDM)、材料需求计划MRP等功能融合起来,使之成为更为有效的工具。
二、“中国制造2025”目标及任务
2025的德国制造业,通过“工业4.0”的推广需要十年时间将实现成本可控的大规模定制生产,使制造业出口超过中、美成世界第一,同时带动信息技术发展,通过服务化,标准化巩固德国制造业优势,通过高效节能减排,实现制造业绿色发展和可持续发展。
在中国,工信部成立以来,一直推进“两化融合”推动传统制造业转型升级。
2011年4月b日工信部,科学技术部、财政部、商务部、国有资源监督管理委员会联合印发《关于加快推进信息化与工业化深度融合的若干意见》。
2015年3月“两会”期间,国务院在政府工作报告中提出了“互联网+”。
而“互联网+工业”将开创制造业的新思维。
其“互联网+工业”的含义是从互联网制造到数据制造。
2015年3月25日国务院事务会提出“中国制造2025”,更确切地说“互联网十工业”,实质上就是《中国制造2025》也可以说从2015的状态开始经过十年奋斗。
完成从制造业大国向制造业强国转变。
因此,《中国制造2025》是我国实施制造业强国的十年行动纲领,实现高端化的跨越发展。
《中国制造2025》坚持五项方针是:
1)创新驱动的发展道路;
2)质量为先,把质量作为建设制造强国的生命线;
3)绿色发展作为着力点加强节能减排技术,走生态文明
的发展道路;
4)结构优化,走提质增效的道路;
5)人才为本,培养和造就人才是根本,有计划有步骤创造有素质、有能力、有水平的队伍。
《中国制造2025》的九大任务是;①提高国家制造的创新能力;②推进两化深度融合;③强化工业基础能力;④加强质量品牌建设;⑤全面推行绿色制造;⑥大力推动重点领域突破发展;⑦推进制造业结构调整;⑧极积发展服务制造;⑨提高制造业国际化水平。
三、计算机辅助制造技术在“中国制造2025”中的应用
当今的中国正处于经济转型期,经济情况正面临严峻挑战,且面临着非常严峻的产能过剩问题。
“中国制造2025”是按需个性化定制的时代,计算机辅助制造技术将在其中扮演异常重要的角色。
“互联网+”时代的工业生产,应按顾客需要小批量定制其所喜好的产品,而非当前大批量生产的不具个性的产品。
因而融合计算机辅助制造技术的未来生产过程不会出现当前产能过剩问题,其利用柔性生产线生产出顾客所需的产品,小批量个性化生产。
计算机辅助制造技术集成仿真及柔性化生产,他们的推广将促进“中国制造2025”的实施。
3.1仿真技术助推“中国制造2025”
图3-1仿真技术推动“中国制造2025“
在线仿真是指根据运行设备、系统的设计参数和特性参数建立全物理过程的精细数学模型并建立了在线仿真系统,再通过真实运行系统DCS、辅机和需要的实时数据通过数据库进人模型,从而使仿真系统直接取得现场运行状态和操作动作,实时地对当前状态进行仿真并跟踪生产线实际运行。
在线仿真技术的几个要点:
在线仿真系统介入生产第一线为《中国制造2025》实现提供基础和支撑,不是简单的信息组合,是揭示能效如何高效利用的虚拟实验室,是解决各种问题、诊断、决策、优化、是信息技术在工业系统的革命性变化,要点如下:
1)建立全范围、全物理过程的精细数学模型。
2)建立初始化条件。
3)高精度跟踪机组运行。
4)机组运行中在线仿真模型可操作。
5)能实现不同速度运行。
6)多套在线模型在运行,实现特性分析、软测量和特殊需求。
7)所用的数据时真实运行数据,不仅仅是设计数据。
8)是实现智能化的基础。
计算机辅助制造系统作为计算机集成制造系统的核心,其仿真的应用在一定程度上方便了工程师进行柔性生产线的调试及搭建工作,实现“中国制造2025“是一项大型的、复杂的系统工程,所涉及的对象时复杂多样的,涉及的技术广泛且有一定难度,对象特性复杂,既要基于基础自动化成果,又要涉及大数据、互联网+等最近蓬勃发展的新理念。
计算机辅助制造技术是实现“中国制造2025”的基础,利用仿真技术缩短研发周期,避免走弯路,有助于“中国制造2025“的实施和进步。
3.2柔性制造系统FMS
柔性制造系统具有明显的经济效益,代表着切削加工的发展方向。
柔性制造系统作为应对市场激烈竞争的主要手段,已在各国特别是工业发达国家中得到较广泛的应用。
柔性制造系统能较好的解决中小批量、多品种零件的加工,但是柔性制造系统要实现自动化加工,要更进一步提高其效率,还必须加强与之配套的刀具管理系统的研究,必须进行高效的刀具管理和监控。
仓储系统作为柔性制造系统的子系统,己经成为柔性制造系统的一个重要组成部分,它主要是实现加工单元内所需零件的调度、贮存及信息管理等任务,从而可以及时而准确地为指定的机床提供物料和工具,以便在维持较好的设备利用率的前提下,生产出所需的合格产品。
柔性制造系统是一种由两台以上加工中心或NC机床、一套功能完善的刀具和工件运输与存储系统,在计算机控制下能完成零件的整个制造过程的系统。
虽然这种系统结构复杂、投资巨大,但是由于它能够适应中小批量多品种零件的加工要求,受到了制造厂商的普遍欢迎,是一种能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。
柔性制造技术高效、灵活的特性使其曾经是实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造的基础,且应用日益广泛,现己成为整个机械制造领域的核心技术。
FMS的工艺基础是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料储运系统,并由计算机进行控制,故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性”),并能及时地改变产品或产品的各项属性以满足市场需求。
FMS兼有加工制造和生产管理两种功能,因此能综合地提高生产效益。
FMS的工艺范围正在不断扩大,可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。
采用FMS的主要技术经济效果是:
能按装配作业配套需要,及时安排所需零件的加工,实现及时生产,从而减少毛坯和在制品的库存量,及相应的流动资金占用量,缩短生产周期;提高设备的利用率,减少设备数量和厂房面积;减少直接劳动力,在少人甚至无人看管条件卜实现昼夜24小时的连续生产,提高产品质量的一致性和稳定性。
柔性制造系统按机床与搬运系统的相互关系可分为直线型、循环型、网络型和单元型。
加工工件品种少、柔性要求小的制造系统多采用直线布局,虽然加工顺序不能改变,但管理容易;单元型具有较大柔性,易于扩展,但调度作业的程序设计比较复杂。
柔性制造系统有很多优点:
1)机床连续24小时运行;
2)减少直接劳动工人数量,在FMS中,加工、换刀、装夹、测量和物料搬运,全部由计算机自动控制,只需工人负责观察运行情况,进行工件装卸和维护;
3)减少在制品库存; 4)减少刀具和夹具; 5)柔性高。
柔性是FMS最大的特点,具体表现在:
1)能够加工比较宽的零件带,包括并不相似的零件;
2) 2)能够适应变化的零件批量、零件品种的混合;
3) 3)能够迅速响应设计、工艺的变化;
4)4)有能力适应生产计划的突然变化;
5) 5)系统本身易于扩展、重新配置和改变。
将计算机辅助制造技术的柔性制造生产线应用到小批量个性化制造中,将自动化生产带有个性定制的符合客户需求的独特产品,将缓解当下产能过剩问题,并能提高企业利润,更大程度上解放劳动力。
柔性生产线集成自动加工系统、物流系统、信息系统、软件系统于一体,提高了设备利用率,生产能力稳定,产品质量高且应变能力强,符合未来按需定制的需求,符合“中国制造2025“的发展理念。
四、总结与展望
随着计算机技术的发展,计算机集成制造系统的功能将越来越丰富,作为计算机集成制造技术的核心,计算机辅助制造系统亦将在未来个性化小批量生产加工中扮演重要角色。
将计算机辅助制造应用于机械产品的零件加工、电子产品元器件老炼或者是各种机电产品的成品检验、质量控制,计算机辅助制造都将在其中发挥重大作用,有助于产品的个性化加工,有助于产品质量的提高,因而,计算机辅助制造将在中国迈向“中国制造2025“。
参考文献
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[5]张芳.浅谈计算机辅助制造及CAD/CAM的一体化.内蒙古科技与经济.2008年1月.50-54
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