计算机辅助制造

计算机辅助制造

1.C AD/CAM系统的组成及功能模块有哪些？(1)CAD/CAM系统的组成

其中，硬件系统的典型硬件有以下几个组成部分：

1)中央处理机(CPU)，有运算器与控制器组成。

2)数控存储器，如磁存储器、光存储器等。CPU 和存储器通常组装在一个机壳内，合称为主机。

3)输入/输出设备，如键盘、数字化仪、鼠标、图形显示器、打印机、绘图机等。

一般系统软件包括有：操作系统(OS)、程序设计语言处理系统、数据库管理系统(DBMS)、服务性程序和计算机网络软件。

(2)CAD/CAM系统的功能模块

雕塑曲面造型功能、实体造型功能、物体质

量特性计算功能、三维运动机构的分析和仿真功能、二三维图形的转换功能、三维几何模型的显示处理功能、有限元法网格自动生成功能、优化设计功能、数控加工功能、信息处理和信息管理功能。

2.利用网络查找出常见的CAD/CAM软件系统及其应用。

1)I-DEAS

该软件是高度集成化的CAD/CAE/CAM软件系统。它帮助工程师以极高的效率，在单一数字模型中完成从产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程。I-DEAS是全世界制造业用户广泛应用的大型CAD/CAE/CAM软件。2)P ro-Engineer

Pro-Engineer由美国PTC公司推出的

CAD/CAM集成软件。其特点是：参数化特征造型、统一的数据库、设计修改关联性。

3)U nigraphics

Unigraphics（简称UG）是美国EDS PLM Solutions的主导产品，是全球应用最普遍、最富竞争力的计算机辅助设计、辅助制造、辅助工

程（CAD/CAM/CAE）的一体化软件系统之一，广泛应用于机械、汽车、飞机、电器、化工等各个行业的产品设计、制造与分析。

4)C imatronE

CimatronE是以色列公司是面对工模具行业集成的CAD/CAM一体解决方案，该软件3D设计工具功能异常强大，且易于使用，该工具融合了线框造型、曲面造型和实体造型，使用者可以方便的处理获得的产品数据模型或者对新产品进行概念性设计。而且还支持具有高速铣削功能的2.5轴～5轴加工的铣削编程功能基于毛坯残留知识的加工和自动化加工模板，大大缩短了数控编程和加工的时间。

5)M aster CAM

该软件是美国的CNC Software公司开发的基于PC平台的CAD/CAM系统，由于它对硬件要求不高，并且操作灵活、易学易用并具有良好的价格性能比，因而深受广大企业用户和工程技术人员的欢迎，广泛应用于机械加工、模具制造、汽车工业和航天工业等领域，是目前应用较为广泛的CAD/CAM软件之一。

3.利用网络查找PDM、CE、CIMS、虚拟制造的相关资料（定义、发展、应用）。

1)P DM

PDM的中文名称为产品数据管理（Product Data Management）。PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD 文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。

随着市场竞争的加剧，缩短产品上市时间、降低生产成本已经成为企业所面临的严峻挑战，这种情况直接影响到了企业的产品全生命周期管理。而虚拟企业概念的提出，更加要求企业具备一种信息基础环境，使得企业能够实现与供应商和客户之间交换多种类型的产品数据。每个企业在产品开发过程中必须全面有效的协作，这种合作关系从产品的概念设计阶段就要开始，它们不但要访问产品设计数据，而且要还需要访问制造过程中的数据，还有其它一些在产品生命周期中的涉及到的有关产品信息。但是，传统的PDM系统局限于设计阶段的工程信息管理，不能够很好的适应敏捷制造和虚拟环境下的产品开发尤其

是制造过程的需要。因此，在虚拟企业概念下的，

面向产品生命周期的产品数据管理系统成为研

究的焦点。

采用先进的CAD/PDM技术，是提高产品竞争力的必由之路。在美国，近50%的企业已采用了PDM 技术，而对于拥有百万企业的中国来说，随着信息化进程的推进，越来越多的企业将意识到采用PDM技术来存取和管理生产的重要性，预计在今后五年内，我国将有30%的企业会使用PDM技术，国内的PDM市场在2000年会超过5000万元。可见，PDM技术在我国企业中有着非常广阔的应用前景。

国产PDM产品已经进入国内PDM市场，但大多是用在图档管理上，尽管在软件的功能、性能及稳定性方面与国外软件还有一定差距，但在符合企业需求、价格优势及技术支持等方面已明显地显示出了国产PDM系统的优势。

2）CE

CE:光端交换机

CE(Communication Edge)设备：通信终端

3）CIMS

CIMS是英文Computer Integrated Manufacturing Systems或contemporary的缩写，直译就是计算机/现代集成制造系统。

CIMS 定义：CIMS是通过计算机硬软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关的人、技术、经营管理三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的大系统。

发展趋势：

1、集成化-从当前的企业内部的信息集成发展到过程集成（以并行工程为代表），并正在步入实现企业间集成的阶段（以敏捷制造为代表）。

2、数字化/虚拟化-从产品的数字化设计开始，发展到产品全生命周期中各类活动、设备及实体的数字化。

3、网络化-从基于局域网发展到基于Internet/Intranet/Extranet的分布网络制造，以支持全球制造策略的实现。

4、柔性化-正积极研究发展企业间的动态联盟技术、敏捷设计生产技术、柔性可重组机器技术等，以实现敏捷制造。

5、智能化-智能化是制造系统在柔性化和集

成化的基础上进一步发展与延伸，引入各类人工智能技术和智能控制技术，实现具有自律、分布、智能、仿生、敏捷、分形等特点的新一代制造系统。

6、绿色化-包括绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等。它是全球可持续发展战略在制造业中的体现，是摆在现代制造业面前的一个崭新的课题。

应用：

1987 年至今, 已有20 多家企业先后被选作“ 863”CIMS 典型工厂, 有40 多家企业在10 个省( 市) 开展了CIMS 推广应用工作, 这些企业覆盖了多种类型的机械制造、飞机、汽车、电子、家电、服装、通讯、石化、冶金、煤炭、化工等行业。

第一批“突破口”企业是: 北一数控机床集团( 原北京第一机床厂) 、成都飞机制造工业公司、沈阳鼓风机厂、经纬纺织机械厂等。这些企业的共同之处是, 很早就进行了技术改进, 引进了不少数控机床和计算机, 从局部看, 虽然在各个单元技术( 如管理信息系统、CAD/CAM 等) 和制造设备等方面取得了一定成绩, 但始

终没有构成一种整体集体优势, 使原有的投资不能发挥应有的效益。其中, 北一数控机床集团是我国最大的铣床制造厂, 年生产铣床40～60个品种3 000余台, 1990 年实施CIMS 工程后, 对生产物资进行信息化管理, 开发出了与国外著名机床厂商抗衡的新产品, 销售收入逐年上升, 有效地控制了成本, 大大提高了国际竞争力, 其超重型数控龙门铣床生产周期由36个月减少到18个月, 加工中心由12个月减少到6个月; 在机床行业疲软形势下, 1996 年仍取得2 200万元的利税, 1995 年获美国制造工程师协会“工业领先奖”。成都飞机制造工业公司已成为合格的飞机部件国际承包商, 麦道机头装配周期由12个月减少到6个月, 库存积压下降20%; 军用飞机生产周期从18个月减少到12个月。经纬纺机实施CIMS 一、二期工程后, 流动资金下降60%, 细纱机交货期由102天减少到72 天, 支持自主设计开发中高档和高档剑杆织机, 实现“两年磨一剑”的战略目标。4）虚拟制造

虚拟现实（Virtual Reality）技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型

生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造（Virtual Manufacturing）技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

虚拟制造技术的广泛应用将从根本上改变现行的制造模式，对相关行业也将产生巨大影响，可以说虚拟制造技术决定着企业的未来，也决定着制造业在竞争中能否立于不败之地。

虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是：当市场新的机遇出

现时，组织几个有关公司联作，把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运行之前必须分析组合是否最优，能否协调运行，以及投产后的效益和风险进行评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司在一定的环境和条件下通过虚拟制造系统运行，包括物理基础、法律保障、社会环境和信息技术。因此研究开发虚拟制造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大，美国称AM为21世纪制造业发展战略。

虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）主要包括虚拟制造技术和虚拟企业两个部分。

虚拟制造技术将从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft Prototype）代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。

虚拟企业是为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及到的不同企业临时

组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。虚拟企业的特点是企业的功能上的不完整、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即功能的虚拟化、组织的虚拟化、地域的虚拟化。

4.上网查阅东芝门事件。

1987年5月27日，日本警视厅逮捕了日本东芝机械公司铸造部部长林隆二和机床事业部部长谷村弘明。东芝机械公司曾与挪威康士堡公司合谋，非法向前苏联出口大型铣床等高技术产品，林隆二和谷村弘明被指控在这起高科技走私案中负有直接责任。此案引起国际舆论一片哗然，这就是冷战期间对西方国家安全危害最大的军用敏感高科技走私案件之一———东芝事件。

1983年早春的一个深夜，由苏联海运公司开到日本的万吨货轮“老共产党员”号，从日本芝浦码头出港，运走了数十箱“五轴联动的数控机床”的部件。按照日本人的说法，苏联人购买这些数控机床的用途，除了使潜艇的推进性能改善之外，还能使当时正在建造中的新型航空母舰的推进器得到改进。这就是轰动一时的“东芝公司

违反巴统输出事件”。这次事件的后果是严重的：美国海军第一次丧失对苏联海军舰艇的水声探测优势，直到今天，美国海军仍没有绝对把握去发现新型的俄罗斯潜艇。

东芝公司的报价是每部母机10亿日元(按当时汇率，约为500万美元)，苏方的反应非常意外，他们要一次购买4部母机，并超量购买配件，而杀价的幅度却破天荒地仅为两成。东芝公司的代表虽然差点高兴得笑出来，表面却还是不肯同意苏方的价格。为了增加谈判的筹码，东芝公司的职员说：“除了我们东芝，任何资本主义国家都不可能有此种胆量!”据说，这是东芝在对苏贸易中惟一一次吊苏联人的胃口。

最后，交易以87折成交，东芝都不相信，4部数控机床能卖到35亿日元。然而，这场交易中真正得利的还是苏联：他们得到的产品是不能以价格来衡量的。因为这些技术的应用在海军舰艇方面使北约和美国一下子失去了原有的优势。

本来，东芝公司和苏联的交易确实做得相当漂亮，包括日本在内的西方国家，无一发现从日本装运出去的机械竟然对苏联舰艇的制造技术起到了巨大的推动作用。但是，从上世纪80年

代中期开始，北约各国的海军纷纷报告，苏联潜艇和军舰螺旋桨的噪声明显下降，跟踪难度加大，这使得美国开始怀疑，苏联是否获得了什么先进的技术，但是却苦于没有什么证据。一直到1985年12月，苏、日秘密协议当事人之一、日本和光公司的熊谷独因与他的雇主发生纠纷而辞职，并愤而向“巴统”主席盖尼尔·陶瑞格揭发了东芝事件。陶瑞格立即要求日方调查此事。日本通产省对东芝公司进行调查时，东芝公司以预先签署的假合同和其它技术文件为证，对此事矢口否认。经过进一步调查，1987年初，美国人掌握了苏联从日本获取精密机床的真凭实据。在美国的压力下，日本警视厅对东芝公司进行突击检查，查获了全部有关秘密资料，并逮捕了涉案人员。在以后的几个月里，美国朝野群情激愤，再三谴责日本，并对东芝公司进行了制裁。当时的日本首相中曾根康弘不得不向美国表示道歉，日本方面还花1亿日元在美国的50多家报纸上整版刊登“悔罪广告”。心惊胆颤的挪威政府除了向美国保证今后决不再发生类似事件外，还关闭了康士堡公司驻莫斯科办事处，并停止了该公司正在与东欧国家进行的全部贸易。不久后，挪

威又以从事窃取科技情报的间谍活动为由，驱逐了苏联一名外交官和三名贸易代表。

5.感兴趣的同学，可以利用网络查看有关：精益生产(Lean production)、准时生产(JIT/Just in time)的相关资料。

1)精益生产

精益生产（Lean Production），简称“精益”，是衍生自丰田生产方式的一种管理哲学。

精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好结果的一种生产管理方式。与传统的大生产方式不同，其特色是“多品种”，“小批量”。

包括众多知名的制造企业以及麻省理工大学教授在全球范围内对丰田生产方式的研究、应用并发展，促使了精益生产理论和生产管理体系的产生，该体系目前仍然在不断演化发展当中。从过去关注生产现场的Kaizen转变为库存控制、生产计划管理、流程改进（流程再造）、成

本管理、员工素养养成、供应链协同优化、产品生命周期管理（产品概念设计，产品开发，生产线设计，工作台设计，作业方法设计和改进）、质量管理、设备资源和人力资源管理、市场开发及销售管理等企业经营管理涉及的诸多层面。

其中有代表性的包括德国MTM工业工程方法与精益生产（卓越生产管理系统）结合的经营理念，目前已在众多产业先锋企业中扮演着前沿导师和实践先锋的角色。

2)准时生产

准时制(Just in Time，JIT)生产是指：在所需要的时刻，按所需要的数量生产所需要的产品（或零部件）的生产模式，其目的是加速半成品的流转，将资金的积压减少到最低的限度，从而提高企业的生产效益。

准时制生产是一种全方位的系统管理工程。它象一根无形的链条调度并牵动着企业的各项工作能按计划安排的进程顺利地实施，因而又称为一种“拉动”式的生产模式。它与大批大量生产的福特模式生产线方式有很大的不同，后者是在每一道工序一次生产一大批零件，并需将其在中间仓库或半成品库中存放一段时间，然后再运送

到下一道工序;而准时制生产是以市场需求为依据，采用拉动式的生产模式，准时地组织各个环节进行生产，既不超量，也不超前，以总装配拉动总成总配，以总成拉动零件加工，以零件拉动毛坯生产，以主机厂拉动配套厂生产。在生产过程中，工序间的零件是小批量流动，甚至是单件流动的，在工序间基本上不存在积压或者完全没有堆积的半成品。

JIT生产方式将“获取最大利润”作为企业经营的最终目标，将“降低成本”作为基本目标。在福特时代，降低成本主要是依靠单一品种的规模生产来实现的。但是在多品种中小批量生产的情况下，这一方法是行不通的。因此，JIT生产方式力图通过“彻底消除浪费”来达到这一目标。所谓浪费，在JIT生产方式的起源地丰田汽车公司，被定义为“只使成本增加的生产诸因素”，也就是说，不会带来任何附加价值的诸因素。任何活动对于产出没有直接的效益便被视为浪费。这其中，最主要的有生产过剩（即库存）所引起的浪费。搬运的动作﹑机器准备、存货、不良品的重新加工等都被看作浪费；同时，在JIT的生产方式下，浪费的产生通常被认为是由

不良的管理所造成的。比如，大量原物料的存在可能便是由于供应商管理不良所造成的。因此，为了排除这些浪费，就相应地产生了适量生产、弹性配置作业人数以及保证质量这样三个子目录。

准时制生产基本原则：物流准时原则、管理的准时原则、财务的准时原则、销售的准时原则、准时生产原则。