CIMS核心技术.doc

1、目 录第1章 概 述11.1CIMS是工业自动化的发展方向11.2 选择CAD/CAM软件的原则2第2章 CAM系统的概念和发展趋势5第3章 CAM关键技术及应用状况103.1 CAM的关键技术103.2 CAD/CAM技术应用状况10第4章 CAM系统中孔加工路径的优化处理154.1数学描述154.2 程序算法174.3 实际验证18第5章 柔性制造系统(FMS)205.1柔性制造系统的规模205.2 关键技术215.3 发展趋势23第6章 结语25参考文献：26 第1章 概述 第1章 概 述1.1CIMS是工业自动化的发展方向作为CIMS核心技术的CAD/CAM系统，主要支持和实现产品对象

2、的设计、分析、工艺规划、数控编程等一系列生产活动的自动化处理.近几年，随着计算机和数控技术的飞速发展，CAD/CAM已逐渐进入实用化阶段，广泛应用于航空航天、汽车、机械、模具制造、家电、玩具等行业.特别是数控机床的普遍使用，使得CAD/CAM技术成为企业实现高度自动化设计及加工的有效手段之一.目前CAD/CAM系统运行的硬、软件环境主要有两种：一是工作站，另一是微机.随着硬件技术的发展，在图形处理方面工作站与微机之间的差异逐渐缩小.由于微机的硬件投资远运低于工作站，且易于掌握，便于用户进行软件开发、移植和扩充，微机与各种数控装置的通讯技术成熟，因此微机逐渐成为各类CAD/CAM软件的主要运行平

3、台.CAD/CAM系统的工作性能，既取决于硬件系统的好坏，又受到软件性能的制约.一个良好的CAD/CAM软件系统，将有助于更快地编程和处理更复杂的加工作业，有助于改善工作质量、提高生产效率和利润.因此，选择合适的CAD/CAM软件包是十分重要的事情.下面着重介绍市场上常见的基于微机的CAD/CAM软件包的性能和特点，以及选择原则与方法.261.2 选择CAD/CAM软件的原则首先应广泛了解和对比各种软件性能及价格.每一种软件都有自己的优点和不足之处，最适用的软件才是最好的软件.选择软件时，应以满足需要为前提，除价格因素外，应考虑以下几方面问题.(1)操作使用的方便性首先应注意软件的安装对操作系

4、统及硬件的要求，能否直接运行于普通配置的微机上，需要增加哪些专用配件.其次再检查软件的各个子系统，比如界面设计是否符合逻辑和便于阅读，各级子菜单如何管理和显示，用户如何与系统交流等.一个好的软件还应便于初学者掌握，操作简便实用，一般应包含供初学者使用的学习模块和即时帮助系统. (2)软件的集成化程度一个完整的CAD/CAM软件系统是由多个功能模块组成的，如三维绘图、图形编辑、曲面造型、数控加工、有限元分析、仿真模拟、动态显示等.这些模块应该以工程数据库为基础，进行统一管理.这样既保持了底层数据的完整性和一致性，实现了数据共享，又节约了系统资源和运动时间.有些CAD/CAM软件则以文件管理为基础

5、，导致数据冗余度大，占用存储空间大，缺乏数据安全保护措施，不利于工程数据管理.(3)CAD功能应能设计制作出既满足设计使用要求又适合CAM加工的零件模型.优秀的CAD系统是一个高效的设计工具，应具有参数化设计功能，三维实体模型与二维工程图形应能相互转化并关联.CAD可分为自动设计和交互设计两类.自动设计效率高，但灵活性差，只适用于标准化程度高、产品结构固定的产品；交互设计灵活性大，能充分发挥设计人员的主观能动性，但效率低，交互愈多愈复杂效率愈低.实际上，几乎没有纯粹的自动设计或纯粹的交互设计软件，好的软件能根据产品对象恰当地处理自动设计和交互设计的配合.另外，开放型的结构不仅便于用户进行二次开

6、发，同时也使软件系统本身能够不断地扩充与完善.当然，还要考虑它与其它CAD/CAM软件的兼容性，注意软件所带的图形文件接口，看它能支持哪几种图形文件转换，是否能从其它系统读取图形文件，或将本系统的图形文件传送到其它系统.(4)CAM功能CAM功能应能提供一种交互式编程并产生加工轨迹的方法，它包括加工规划、刀具设定、工艺参数设置等内容.CAM功能检测应注意以下几方面：建立二维和三维刀具路径的难易程度；加工方法的多样性；刀具路径是否易于编辑和修改；是否有刀具和材料数据库，使系统能自动生成进给速度和主轴转速；有无内置的防碰撞和防过切功能；能否手动超调任何机加工缺省值(如进给速度，主轴转速等)；能否对

7、加工过程进行模拟和估算加工时间.(5)后处理程序及数控码输出一般的CAD/CAM系统使用后处理程序提供用户化的数控码输出，使用户能够灵活地使用不同的数控装置.选择软件时，应了解以下几方面：提供哪些后处理和程序.是否包括车床、线切割、电火花机床或三维五轴数控编程的后处理程序；后处理程序能否细调，以使数控输出符合用户的要求；能否将NC程序反向处理，显示刀具路径.(6)升级方法和技术支援应该了解该公司近几年来更新版本的情况，确认升级方法；公司在我国或当地有无办事处，可提供哪些技术支援；是否需要技术培训，采用什么方式等.3、结束语选择合适的基于微机的CAD/CAM软件，将微机与CNC机床组成面向车间的

8、系统，将大大提高设计效率和设计质量，充分发挥数控机床的优越性，提高整体生产水平，实现系统集成和设计制造一体化. 第2章 CAM系统的概念和发展趋势 第2章 CAM系统的概念和发展趋势2. 1什么是CAM系统？CAM (computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)：利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程.它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹（刀位文件）和数控程序.2.2 CAM系统的发展趋势2.2.1 国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开

9、发，提出了全新的制造模式.在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用.在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工.在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件

10、材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量.传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，对数控技术实行变革势在必行.2.2.2数控技术发展趋势1.性能发展方向(1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标.由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态

11、、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高.(2)柔性化柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能.(3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展.数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工.数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴.(4)实时智能化早期的实时

12、系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成.科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域.在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等.在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用

13、模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的.2.功能发展方向(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口.由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一.当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求.图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现. (2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，

14、使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息.可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义.在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等.(3)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等.多

15、种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等.(4)内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能.编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序.(5)多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力.在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现

16、场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值.3. 体系结构的发展(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度.应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能.平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流.应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体.通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性.(2)模块化硬

17、件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化.根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统.(3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作.通过机床联网，可在任何一台台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一机床的屏幕上.(4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统.闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭

18、式开环控制模式提出的.加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化.第3章 CAM关键技术及应用状况 第3章 CAM关键技术及应用状况3.1 CAM的关键技术3.1.1 数控编程技术数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用.在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用.由于

19、生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果. 3.1.2 NC刀具轨迹生成方法数控编程的核心工作是生成刀具轨迹，然后将其离散成刀位点，经后置处理产生数控加工程序.包括：（1）基于点、线、面和体的NC刀轨生成方法；（2）基于特征的NC刀轨生成方法.3.2 CAD/CAM技术应用状况 3.2.1 CAD/CAM的发展现状 汽车工业代表着一个国家机械制造业发展的水平，一直是CAD/CAM技术应用的先锋和大户.下面就以汽车工业为例，说明国内外机械CAD/CAM技术的应用状况. 国际上，美国福特汽车公司在CAD/CAM技术方面处于领先地位.早在80年代初，福特公司就着手

20、CAD/CAM系统的规划，建成了以工作站为主体的环形网络系统；1985年已经有一半以上的产品设计工作使用图形终端实现；1986年新开发的TAURUS和SABLE轿车，大约70%的外板件采用CAD/CAM;90年代初全面实行产品开发的CAD/CAM,应用率可达100%.福特公司1990年工作站已达2000台，以FGS工作站（约占70%）和CV工作台（约占18%）为主，其应用软件主要为自行开发的PDGS和CAD/CAM.1993年以后，福特汽车公司提出了C3P(CAD/CAE/CAM/PDM)概念，并决定今后将采用I-DEAS软件作为其主流核心软件. 日本三菱汽车公司1960年从冲模的NC数控加工

21、着手，以CAD/CAE/CAM为动力，对从设计到制作的各项工程踏踏实实地进行了改革，至今，已形成了从车型款式设计到车身组装的新车型开发的完整的CAD/CAE/CAM系统. 法国雷诺汽车公司应用Euclid软件作为CAD/CAM的主导软件，目前已有95%的设计工作量用该软件完成，并开发出很多适合汽车工业需求的模块，如用于干涉检查的Megavision,用于钣金成形分析的OPTRIS等. 德国各大汽车公司普遍采用CATIA作为其CAD/CAM系统的主导软件.1994年，德国大众集团决定用CATIA和Pro/Engineer作为其将来开发新车型的主导CAD系统.我国的CAD/CAM工作始于70年代，

22、发展迅速，已取得了良好的经济效益.少数大型企业，如一汽、二汽等，已建立起比较完整的CAD/CAM系统，其应用水平也接近国际先进水平.许多中小企业应用CAD/CAM技术在保证产品质量、提高劳动率等方面也取得了显著的经济效益.但是总的说来，国内在CAD/CAM技术应用的深度和广度方面与国外先进水平相比还有很大差距.随着社会主义市场经济的发展，国有企业需要对传统的产品结构、生产设备和管理模式进行改造，以提高企业的活力和适应市场的应变能力，而采用CAD/CAM技术被认为是唯一的出路. 3.2.2 CAD/CAM技术集成 （一） 集成化的意义 集成化是CAD/CAM技术发展的一个最为显著的趋势.它是指把

23、CAD、CAE、CAPP、CAM以至PPC(生产计划与控制)等各种功能不同的软件有机地结合起来，用统一的执行控制程序来组织各种信息的提取、交换、共享和处理，保证系统内部信息流的畅通并协调各个系统有效地运行.国内外大量的经验表明，CAD系统的效益往往不是从其本身，而是通过CAM和PPC系统体现出来；反过来，CAM系统如果没有CAD系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC系统如果没有CAD和CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益.因此，人们着手将CAD、CAE、CAPP、CAM和PPC等系统有机地

24、、统一地集成在一起，从而消除“自动化孤岛”，取得最佳的效益. （二） 产品数据交换标准 建立统一的产品数据交换标准是实现CAD/CAM技术集成化的必要条件. 复杂机械产品的生产需要不同企业、部门的分工协作完成.由于产品信息是在不同的地点、不同的计算机和不同的CAD/CAM系统中产品，造长同一产品的信息表达差异.产品信息在各系统之间的集成现在主要采用标准格式交换法，如IGES标准、PDDI标准、PDES标准和STEP标准等.但是在朝着集成化目标发展的过程中，尤其是在解决面向CAD/CAE/CAPP/CAM、CIM、CE等的集成（信息交换、语义集成、功能集成）方面，遇到了很大的困难: 1)以IGE

25、S为代表的产品数据交换标准，尽管在支持几何数据的交换方面已达到实用程度，但它只支持物理层上的数据交换，难以满足信息集成的需要；2)发展中的STEP尽管克服了IGES的不足，从理论上解决了同时支持物理层和逻辑层的数据交换，即实现信息交换的方法，但由于其刚刚起步，在其资源的定义、程序实现、面向具体应用领域的参照模型的建立、特征造型的实施以及对象库的管理和使用等许多方面还远没有达到实用程度； 3)难以进行产品信息的统一管理、同步性维护、冗余控制和全局优化创成； 4)靠数据交换难以实现建立在满足下游开发活动约束及特定外部过程约束的智能决策支持机制.尽管许多著名的计算机软、硬件产品厂商都声称在产品中支持

26、IGES、STEP等产品数据交换标准，但结果并非如此.世界上各种CAD/CAM集成软件，都只是某些方面具有特长，故大型企业往往同时使用几种CAD/CAM软件系统才能满足自己的需要，结果导致软件之间进行数据交换时丢失信息.我们在为上海大众进行某项目的CAD软件选型时证明了这一点.因此，一般大型企业都选择一种CAD/CAM软件作为主流软件，再加上其它软件作为补充，从而尽量减少不同软件间的数据交换.产品数据交换标准的最终完善还需相当一段时间. （三） CAD/CAM系统选型原则 CAD/CAM系统的选择与配置对任何一个打算应用CAD/CAM技术的企业都是至关重要的.在作出CAD/CAM系统选择和配置

27、的决策时，需要综合考虑以下因素: 1)系统的功能 选择硬件时要考虑CPU的运算处理能力、内、外存储器容量、图形显示与处理能力、输入/输出作业能力、通信联网能力等.选择软件时要考虑各种产品设计过程中对CAD/CAM应用软件的功能要求，要注意软件与硬件的匹配. 2)系统的可调节性和可扩展性新安装的系统应能与原安装的计算机环境进行交互操作，即向下兼容能力；同时应该具有升级扩展能力；要注意软件的二次开发性、用户界面等. 3)性能价格比这是一个相对的综合指标.在购买软、硬件系统时，用户按功能和价格同时比较考核，在满足用户要求的情况下，取其最佳值作为选择对象. 4)供应商的发展趋势和资产可信度在选购系统时

28、，不仅要比较分析其技术性能指标、价格，还要分析供应商的发展变化趋势和财务经营状况.若用户对供应商的发展情况不了解，购买了即将停产换代的产品，或是与即将易手的公司作生意，其后果是非常被动的.第4章 CAM系统中孔加工的优化处理 第4章 CAM系统中孔加工路径的优化处理CAD/CAPP/CAM系统在CIMS中占有极其重要的地位.在某企业CIMS一期工程中，实现了基于产品数据管理(ProductDataManagement，PDM)的初步集成.该工程采用的CAD/CAM商用软件为I-DEAS，CAM系统以I-DEASGM模块为平台，一方面接受CAPP生成的工艺结果，另一方面接受CAD的几何实体信息，

29、生成各种加工信息，自动规划刀位轨迹，经过后置处理模块，生成适用于不同数控系统的NC代码.4.1数学描述特征加工点位优化的数学模型是图论中的旅行商问题.这一问题的原形，即有一个旅行售货商要从他所在的村子出发，到周围的几个村子售货，每个村子去一次，最后回到出发点，求他的一条最短路径.如果抽象成数学语言，可以说成:给定一个正权完全图，求其最短的哈密尔顿道路.如图1所示，这是由结点V1至V6组成的正权完全图G，结点间的细线称作边，设线的度为边权;则粗线是旅行商问题的解.对这类问题的精确求解法是分支与定界法，它是在搜索过程中不断地构造分支与确定界值;一旦确定了界值，则对大于等于界值的分支不再搜索，最后得

30、到的界值就是问题的最优解.此方法比枚举法优越得多，但是在最坏情况下，其计算复杂度仍为(n!)次(枚举法的平均计算复杂度为(1/2(n-1)!).因此，在实际问题中，需要采用近似算法求得问题的近似最优解，以避免巨大的计算量.便宜算法是其中较好的一种近似算法.为了采用该算法，我们假定:G是由n个结点组成的无向正权图，即G的任意两结点间有边，且边无向;G的任意三结点符合三角不等式关系:两边之和大于第三边.如果设G的边权代表结点间的距离，用结点vk的下标K(K为结点序号)建立两个序列S和T，则算法描述如下:(1)置S=2，3，n，T=1;(2)对S中的各结点，求distmin=min(dist(j,k

31、)，(jS,kT)(其中假定dist(i,j)为求结点i和j间距离的函数)(3)设distmin=dist(m,n),(mS,nT)若dist(m,n-1)-dist(n,n-1)dist(m,n+1)-dist(n,n-1),则m插入到T的n-1、n之间，否则，m插入到T的n、n+1之间.在S中将m的位置置为零;若S=，结束;否则转第(2)步.T是一个不断扩充的初级道路，最初只有一个结点.结点m插入的原则是寻找插入后对总路程贡献小的位置.如果旅行商问题的最优解为Q，便宜算法的解是T，则可以证明T/Q2.这一结果的近似程度并非理想，但在实际中它的解与最优解十分接近，计算复杂度小，因而我们采用此

32、种算法.4.2 程序算法程序逻辑如图2和图3所示.先从后置处理模块产生的初始数控代码文件中读出各特征位置，即加工中各个特征的坐标值，按便宜算法求得最短路径后，遵从模态原则回写到原文件中.4.3 实际验证 上述算法通过编码实现，应用在企业CIMS的CAM分系统中，取得了很好的效果.图4是一个墙板类零件的孔加工示意图.在加工多个孔特征时，例如，钻12个孔，走刀路径由CAD特征造型次序决定，其值并非最优，如图5所示.经过本文提出的算法优化后，刀位路径结果如图5所示，图中虚线为刀路途径.第5章 柔性制造系统（FMS） 第5章 柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统(FMS)系指具有自动化程度高的制造系统

33、.目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统.随着社会对产品多样化、低制造成本及短制造周期等需求日趋迫切，FMS发展颇为迅速，并且由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备的发展，也促使柔性制造技术日臻成熟，80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点. 5.1柔性制造系统的规模 柔性制造系统按规模大小FMS可分为如下4类：1.柔性制造单元(FMC) FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚68年，它是由12台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮

34、设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性.FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段.2.柔性制造系统(FMS)通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理.3.柔性制造线(FML)它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线.其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高.它是以离散型生产中的柔

35、性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段.4.柔性制造工厂(FMF)FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS.它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化.FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术.它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(

36、IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化.5.2 关键技术1.计算机辅助设计 未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题.当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型.它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度.2.模糊控制技术模糊数学的实际应用是模糊控制器.最近开发出

37、的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注.3.人工智能、专家系统及智能传感器技术迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统.专家系统利用专家知识和推理规则进行推理，求解各类问题(如解释、预测、诊断、查找故障、设计、计划、监视、修复、命令及控制等).由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了柔性.目前用于FMS中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能.预计到21世纪初，人工智能在FMS中的

38、应用规模将要比目前大4倍.智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动.在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力.故IMT被称为未来21世纪的制造技术.对未来智能化FMS具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术.4.人工神经网络技术人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法.故人工神经网络也就是一种人工智能工具.在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自支化系统中的一个组成部分

39、.5.3 发展趋势1.FMC将成为发展和应用的热门技术这是因为FMC的投资比FMS少得多而经济效益相接近，更适用于财力有限的中小型企业.目前国外众多厂家将FMC列为发展之重.2.发展效率更高的FML多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对FML的需求引起了FMS制造厂的极大关注.采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势. 3.多功能方向发展 由单纯加工型FMS进一步开发以焊接、装配、检验及钣材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS.FMS是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势，是决定制造企业未来发展前途的具有战略意义的举措.目前反映工厂整体水平的FMS是第

40、一代FMS，90年代此种状况仍将会持续下去，日本从1991年开始实施的“智能制造系统”(IMS)国际性开发项目，属于第二代FMS；而真正完善的第二代FMS预计至21世纪才会实现.届时，智能化机械与人之间将相互融合、柔性地全面协调从接受订单货至生产、销售这一企业生产经营的全部活动.80年代中期以来，FMS获得迅猛发展，几乎成了生产自动化之热点.一方面是由于单项技术如NC加工中心、工业机器人、CAD/CAM、资源管理及高度技术等的发展，提供了可供集成一个整体系统的技术基础；另一方面，世界市场发生了重大变化，由过去传统、相对稳定的市场，发展为动态多变的市场，为了从市场中求生存、求发展，提高企业对市场

41、需求的应变能力，人们开始探索新的生产方法和经营模式.近年来，FMS作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认.结 语第6章 结语前面所做的工作均是在计算机上进行的，学生还很难将NC程序和实际的加工联系起来，总的理解是停留在理论知识上，感性认识不足，实际应用能力的训练环节很不够.因此在条件允许的情况下，让学生将零件的NC程序通过数据接口传至数控机床，控制机床进行加工.在这个过程中，NC程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用.作为数控技术开发人才，应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识，并得到相应的动手能力的训练.将经典的旅行商问题数学模型成功地

42、应用于CAM分系统的后置处理模块中，解决了生产实际问题.经过实际验证，尤其是在打中心孔时，由于一把刀具要完成80余个孔的加工，经过该方法优化的刀具路径和原始的未经处理的路径相比，大大缩短了加工时间.因此，本文的算法符合实际情况，解决了多孔加工时刀具路径冗长、加工效率较低的问题.参考文献参考文献：1中国机床工具工业协会行业发展部.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：18-20.2梁训王宣,周延佑.机床技术发展的新动向J.世界制造技术与装备市场，2001(3)：21-28.3中国机床工具工业协会数控系统分会.CIMT2001巡礼J.世界制造技术与装备市场，2001(5)：13-17.4杨学桐，李冬茹，何文立，等距世纪数控机床技术发展战略研究M.北京：国家机械工业局，2000.