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中文譯文
計(jì)算機(jī)輔助制造
計(jì)算機(jī)輔助制造一詞涵蓋了信息處理、生產(chǎn)決策、及生產(chǎn)加工等諸多領(lǐng)域，給CAM下一個(gè)簡(jiǎn)單的定義極為困難。D.Kochan針對(duì)CAM的多樣性和廣泛的應(yīng)用范圍，給CAM下了一個(gè)非常合適的定義。CAM可定義為計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)準(zhǔn)備，包括決策、工藝和作業(yè)計(jì)劃、軟件設(shè)計(jì)技術(shù)、人工智能、用不同類型的自動(dòng)機(jī)床（如數(shù)控機(jī)床、數(shù)控加工中心、數(shù)控加工單元、數(shù)控柔性制造系統(tǒng)），以及不同種類的實(shí)現(xiàn)方法（CNC——計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、DNC——群控技術(shù)）。
由于CAM有如此廣泛的使用范圍。認(rèn)識(shí)CAM更好的方法是通過(guò)CAM技術(shù)。CAM技術(shù)覆蓋了群控技術(shù)、射干難產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)、自動(dòng)化、公差等。圖22-1所示的是CAM的一般框架結(jié)構(gòu)。
生產(chǎn)中計(jì)算機(jī)的基本職能就是獲取和處理與大量業(yè)務(wù)有關(guān)的數(shù)據(jù)，這些業(yè)務(wù)在企業(yè)內(nèi)各個(gè)部門中連續(xù)不斷地發(fā)生。CAM最初的研究是1953年麻省理工學(xué)院（MIT）對(duì)機(jī)床數(shù)字控制的研究。在MIT，出現(xiàn)懶得編程語(yǔ)言即自動(dòng)化編程工具（APT），它是后來(lái)進(jìn)一步發(fā)展的基本工具。當(dāng)前CAM涉及到的功能如下：
·數(shù)控技術(shù) （NC）
·計(jì)算數(shù)字控制 （CNC）
·計(jì)算機(jī)控制輸送系統(tǒng)
·計(jì)算機(jī)加工控制過(guò)程
·計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程監(jiān)控
·計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)
·計(jì)算機(jī)輔助刀具設(shè)計(jì)
·計(jì)算機(jī)輔助公差分析
·計(jì)算機(jī)輔助成本估算
·物料需求規(guī)劃 （MRP）
·計(jì)算機(jī)輔助加工工藝（CAPP）
·計(jì)算機(jī)化的可加工數(shù)據(jù)系統(tǒng)
·加工資源規(guī)劃 （MRPⅡ）
計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)
數(shù)控（NC）是可編程自動(dòng)化的一種表現(xiàn)形式，它以數(shù)字、字母和其他符號(hào)來(lái)控制加工設(shè)備。這些數(shù)字、字母、符號(hào)按適當(dāng)?shù)母袷骄幋a，形成用于某一工件或任務(wù)的加工程序。當(dāng)任務(wù)改變了，某一工件的加工程序也隨之改變。這種改變程序的能力使得NC適合于西歐挨批量生產(chǎn)，更新程序要比大量改變加工設(shè)備要容易得多。
數(shù)控原理首先用在銑削加工中，然后用在車削加工中、火焰切割、鉆削和磨削之中，數(shù)控技術(shù)越來(lái)越多地用在其他的機(jī)加工過(guò)程中，如成形加工（精密鍛造，液壓等）、雕刻或激光切割。
目前數(shù)控技術(shù)相對(duì)成熟，許多數(shù)控設(shè)備具有多種加工功能，如銑削中心可以進(jìn)行垂直和水平銑削、鉆削、鏜削、鉸孔、插削、成形和車削等加工過(guò)程，當(dāng)然，在配有大容量的自動(dòng)化刀庫(kù)后，CNC機(jī)床的功能將更加豐富。
可編程控制器
可編程控制器（PLC）廣泛地用于計(jì)算機(jī)輔助制造中。事實(shí)上，PLC用在企業(yè)有自動(dòng)化要求的每個(gè)環(huán)節(jié)上，PLC是電子工業(yè)快速發(fā)展的代表。從PLC誕生之起，就成為許多生產(chǎn)規(guī)劃中的重要輔助設(shè)備，而以往是依靠機(jī)電控制系統(tǒng)的。PLC是一個(gè)硬件裝置，用來(lái)實(shí)現(xiàn)以前繼電器完成的邏輯功能。大多數(shù)PLC的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)相似。PLC基本上由固態(tài)數(shù)字邏輯元件組合而成，用于進(jìn)行邏輯判斷和提供輸出?？删幊炭刂破骺捎脕?lái)運(yùn)行和控制生產(chǎn)加工設(shè)備及其他機(jī)器設(shè)備。
計(jì)算機(jī)輔助物料處理
物料處理（MH）是體現(xiàn)工廠或公司運(yùn)營(yíng)效率的非常重要因素，一個(gè)高效的MH系統(tǒng)有助于減少等待時(shí)間，它甚至有助于提高整個(gè)加工過(guò)程的安全性或效率。
Cabbert和Brown指出，生產(chǎn)成本的60%用于物料處理。事實(shí)也證明大多數(shù)離散加工的產(chǎn)品在加工過(guò)程中有90%的時(shí)間用于物料處理及儲(chǔ)存。由于MH在生產(chǎn)總成本中占有如此多的比例，顯然減少產(chǎn)品的物料處理時(shí)間一定能降低產(chǎn)品成本。幫助降低這些成本的途徑之一是應(yīng)用計(jì)算機(jī)做無(wú)聊處理的部分工作。
目前，有許多物料處理設(shè)備可供購(gòu)買。并有許多種MH手段可供使用。一種手段就是采用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)記錄MH設(shè)備清單和輸入使用者因素植。計(jì)算機(jī)獲取使用者的需求水平、輕重緩急、各自的信譽(yù)度及擁有的MH設(shè)備完成任務(wù)的可行性，并且提供設(shè)備的種類，待使用者從中挑選適合的MH設(shè)備品種和模塊。
生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控及故障診斷
在計(jì)算機(jī)監(jiān)控及故障診斷系統(tǒng)中，監(jiān)控的目的是發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而診斷的目標(biāo)包括故障定位和確認(rèn)。監(jiān)控和診斷都應(yīng)出現(xiàn)在各級(jí)監(jiān)控體系中。
幾乎所有監(jiān)控和診斷系統(tǒng)都要達(dá)到如下的基本要求：
(1) 具有測(cè)量和處理相當(dāng)多的模擬和數(shù)字信號(hào)的能力。
(2) 具有測(cè)量信號(hào)并進(jìn)行深層次的預(yù)處理能力，包括統(tǒng)計(jì)分析和頻率分析的能力。
(3) 具有復(fù)雜多參數(shù)的決策能力。
(4) 具有模塊化、可延展性和可重性的結(jié)構(gòu)。
(5) 所有功能的可編程能力。
(6) 有標(biāo)準(zhǔn)的軟件/硬件雙向接口與CNC/DNC控制器相連。
對(duì)診斷系統(tǒng)的要求如下：
(1) 當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)能方便地提供關(guān)于該機(jī)差錯(cuò)的相關(guān)知識(shí)，使得甚至是對(duì)加工過(guò)程不熟悉的工人能知道差錯(cuò)發(fā)生在何處。
(2) 差錯(cuò)的影響結(jié)果在系統(tǒng)中能方便得到，因而能估計(jì)到已知差錯(cuò)后續(xù)生產(chǎn)影響的嚴(yán)重程度。
(3) 用戶該有獨(dú)自修復(fù)差錯(cuò)的可能性，即修復(fù)指令以一種合適的形式讓用戶能夠得到。
(4) 該專家系統(tǒng)能由那些先前在計(jì)算機(jī)方面沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的雇員來(lái)操作。
(5) 經(jīng)過(guò)短期培訓(xùn)之后，系統(tǒng)可由運(yùn)行設(shè)備的雇員來(lái)維護(hù)，這樣，專家工程師就沒(méi)有必要時(shí)刻在現(xiàn)場(chǎng)。
根據(jù)在制造系統(tǒng)中所處的位置和具備的功能，監(jiān)控診斷系統(tǒng)可有三種主要類型：
(1) 獨(dú)立監(jiān)控子系統(tǒng)：它僅從上級(jí)控制層獲得包含環(huán)境或條件描述的信息，為所有監(jiān)控處理單元提供測(cè)量、處理、分類及干預(yù)所需的指令、參數(shù)或配置。
(2) 輔助監(jiān)控子系統(tǒng)：僅僅完成測(cè)量和處理任務(wù)并向系統(tǒng)控制層傳輸分類和干預(yù)信息。
(3) 半獨(dú)立監(jiān)控系統(tǒng)：在同層中表現(xiàn)出獨(dú)立的簡(jiǎn)單快捷的監(jiān)控功能，并將復(fù)雜的分類和干預(yù)信息轉(zhuǎn)交給上層。
理想的計(jì)算機(jī)監(jiān)控和診斷系統(tǒng)可以概括為是一個(gè)專家不在現(xiàn)場(chǎng)即可使用的系統(tǒng)，例如當(dāng)專家休假、休息，或者公司要求有三班制，其中底三班沒(méi)什么人的情況下能使用的系統(tǒng)。
（A）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)可定義為用計(jì)算機(jī)來(lái)通過(guò)有效的創(chuàng)造、修改，或證明零件的幾何模型來(lái)輔助工程設(shè)計(jì)過(guò)程。CAD是最普遍的人機(jī)交流的綜合系統(tǒng)的一種應(yīng)用。工程設(shè)計(jì)的對(duì)象被儲(chǔ)存和表現(xiàn)為幾何模型的形式。幾何學(xué)的模型和發(fā)展物體的幾何學(xué)的數(shù)學(xué)描述與CAD系統(tǒng)的使用有關(guān)。數(shù)學(xué)的描述叫做一個(gè)模型。有三種模型形式（線框架模型，表面模型和實(shí)體模型），它們被普遍用來(lái)表現(xiàn)一個(gè)實(shí)際的物體。線框架模型也被叫做邊緣——頂點(diǎn)或枝條——輪廓模型，是定義零件計(jì)算機(jī)模型的最簡(jiǎn)單和最常用的方法。表面模型可能被構(gòu)造在要使用一個(gè)表面面貌的大部分時(shí)。實(shí)體模型能比枝條——面的構(gòu)造更好地記錄計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)從面跳躍到體積。結(jié)果，它可能用來(lái)計(jì)算零件的大部分性能，就是要求經(jīng)常進(jìn)行工程分析的如有限元分析，動(dòng)力學(xué)分析，和大部分壓力轉(zhuǎn)移的檢查。
CAD模型也被分成二維（2D）模型，二又二分之一（2/1）模型，三維（3D）模型。一個(gè)2D模型表現(xiàn)一個(gè)平坦的部份，而一個(gè) 3D立體模型則提供零件整體的形狀。一個(gè)2/1模型可以用來(lái)描述不變的沒(méi)有邊——面部分的斷面。2/1模型的大部分優(yōu)點(diǎn)就是給一些3D立體模型的一部份一個(gè)大概的意思，而沒(méi)有產(chǎn)生完整 3D立體模型數(shù)據(jù)庫(kù)的必要。
在一部分選擇替代發(fā)展后，許多工程分析必須經(jīng)常被定義為設(shè)計(jì)過(guò)程的一部分。這個(gè)分析可以是壓力——拉力的計(jì)算，動(dòng)力學(xué)分析，有限元模擬實(shí)驗(yàn)等。一些在CAD系統(tǒng)的典型軟件上提供一些大部分性能分析和有限元分析的例子。大部分性能分析包含一個(gè)實(shí)體的外貌如它的體積，空間表面，重量和重心。有限元分析在大部分CAD系統(tǒng)中有效地輔助壓力轉(zhuǎn)移，拉——壓應(yīng)力分析，動(dòng)力學(xué)分析，和各種工程計(jì)算。現(xiàn)在，各種CAD系統(tǒng)可以自動(dòng)地產(chǎn)生2D或3D有限元分析緊密配合這就是有限元分析的實(shí)質(zhì)。
現(xiàn)實(shí)中的問(wèn)題是，CAD系統(tǒng)的發(fā)展是成熟的。盡管如此，考慮到CAD和CAPP的相互配合工作，許多問(wèn)題仍然存在。主要的問(wèn)題是幾何模型的轉(zhuǎn)變，嚴(yán)格地說(shuō)是，幾何模型的描述，從CAD到CAPP。例如，最簡(jiǎn)單的2D形式中，最初制圖明細(xì)表可以認(rèn)為是工程畫法，但是一個(gè)小的項(xiàng)比如尺寸可以用不同的方法定義。不同的設(shè)計(jì)系統(tǒng)用不同的技術(shù)把線組合成面。結(jié)果，在用IGES在不同的系統(tǒng)中間進(jìn)行數(shù)據(jù)捕捉時(shí)出現(xiàn)了很多問(wèn)題。在三維中，這些問(wèn)題更加突出因?yàn)樵S多整理表面和空間曲線的方法的不協(xié)調(diào)。一些另外的嘗試，比如分界線描述的接近和實(shí)體結(jié)構(gòu)模型上的接近在這些創(chuàng)造中被認(rèn)為是從最初的模型中得到特殊關(guān)系。不要提供任何可以和在局部信息的基礎(chǔ)上得出的機(jī)械加工相結(jié)合的警告信息。然而，在這一個(gè)區(qū)域中做了很多的努力，而且許多方法已經(jīng)與CAD一起提供到CAPP的接口中。
(B) 計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程計(jì)劃
CAPP被定義為使用計(jì)算機(jī)編制輔助加工工藝規(guī)程計(jì)劃工作的功能。輔助加工的水平程度依賴于不同的工作人員編制執(zhí)行不同的加工工藝規(guī)程計(jì)劃。對(duì)于將會(huì)用手被程序計(jì)劃者構(gòu)造的程序計(jì)劃為儲(chǔ)藏和數(shù)據(jù)的取回降低水平策略唯一的使用計(jì)算機(jī), 連同為供應(yīng)將會(huì)被用于計(jì)劃者的新工作的數(shù)據(jù)。和傳統(tǒng)的技術(shù)水平比較低的手工編制工藝規(guī)程的計(jì)劃相比，計(jì)算機(jī)輔助故意規(guī)程設(shè)計(jì)的水平大大的提高，許多簡(jiǎn)單規(guī)則的幾何學(xué)形狀可以自動(dòng)生成工藝規(guī)程計(jì)劃程序。CAPP 的終極目標(biāo)的是計(jì)算機(jī)能夠自動(dòng)生成加工工藝規(guī)程計(jì)劃的程序，取代工藝規(guī)程計(jì)劃編制者的地位，此時(shí)工藝規(guī)程知識(shí)和編制計(jì)劃的工作經(jīng)驗(yàn)已經(jīng)被電腦合并了。CAPP 已經(jīng)被認(rèn)為在 CIM 中扮演一個(gè)重要的角色。
計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的研究已超過(guò)了20年，巨大的努力到今天才有現(xiàn)在的CAPP系統(tǒng)?，F(xiàn)在，對(duì)于 CAPP 系統(tǒng)的發(fā)展的研究興趣的重心集中在利用零件的相似性去檢索和修改工藝過(guò)程的形成相應(yīng)零件的工藝規(guī)程。增加 CAPP 系統(tǒng)的智能化，研究方向類于類神經(jīng)網(wǎng)路，模糊邏輯和機(jī)器學(xué)問(wèn)。為增加 CAPP 系統(tǒng)的 智能化，工藝規(guī)程的計(jì)劃所起的主要角色就是合理安排加工的次序和程序編制的時(shí)序要完美的整合。而且制造業(yè)計(jì)劃的整合中心在資源計(jì)劃的整合。這一種現(xiàn)象是完全可以一起進(jìn)行的工程。
為什么要使用計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程的程序? 很顯然，CAPP發(fā)展已經(jīng)被許多大學(xué)、機(jī)構(gòu)、研究組織和企業(yè)的發(fā)展部門提出，已經(jīng)認(rèn)為是一個(gè)很好的課題在努力的研究了。然而, CAPP對(duì)現(xiàn)在的生產(chǎn)是如此重要仍然被人們懷疑。一般情況下，在這個(gè)課題上主要有三個(gè)爭(zhēng)論的觀點(diǎn)：
調(diào)查容易發(fā)現(xiàn)在制造業(yè)的整個(gè)系統(tǒng)中，加工工藝規(guī)程的計(jì)劃是最基本工作之一，因?yàn)橐粋€(gè)加工工藝規(guī)程的計(jì)劃決定其加工方法、設(shè)備、時(shí)序、工件材料、等其他一些必需條件的集合。那些比較困難的和有著詳細(xì)的工藝規(guī)程計(jì)劃的工作已經(jīng)廣泛地讓那些對(duì)制造業(yè)的輔助工藝規(guī)程很理解的工人去完成。熟悉工藝規(guī)程計(jì)劃程序的工人，大部分都要退休的或者接近退休，然而沒(méi)有年輕的了解工藝規(guī)程工人有資格去取代他們。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程人才的短缺已經(jīng)產(chǎn)生，鑒于全球市場(chǎng)的強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)的高壓力，公司生存而且成功的方法就是整合完美的計(jì)算機(jī)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)程序。CIM 在計(jì)算機(jī)自動(dòng)化編寫工藝規(guī)程計(jì)劃中扮演一個(gè)主要角色，它是許多公司借助計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的原因。
計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程計(jì)劃的自動(dòng)化被大多數(shù)的公司解決和克服熟練計(jì)算機(jī)工藝規(guī)程工人不足方法。如美國(guó)機(jī)械師和自動(dòng)化制造業(yè)的社會(huì)已經(jīng)使用計(jì)算機(jī)軟件所寫的程序報(bào)告，提高準(zhǔn)確性和一致性,被用計(jì)算機(jī)處理的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)本質(zhì)上有四個(gè)目標(biāo):
(1) 在制造業(yè)的工程師和熟練的工藝規(guī)程計(jì)劃者基礎(chǔ)上減少其勞動(dòng)量,計(jì)算機(jī)會(huì)及時(shí)的不給程序去完成。
(2)最優(yōu)的工藝規(guī)程計(jì)劃是利用現(xiàn)有的最新的信息，使用最好的機(jī)器、工具、速度等等。
(3)工藝規(guī)程劃分成若干個(gè)規(guī)范化的工作程序，藉此培養(yǎng)出多的熟練工藝規(guī)程計(jì)劃的工人
(4)規(guī)范化產(chǎn)品制造時(shí)間和費(fèi)用是工藝規(guī)程的重要組成部分。