网络化CAM系统总体设计报告

网络化CAM系统总体设计报告摘要：网络化制造是企业经营管理的新模式，是未来制造业发展的必然趋势。网络化CAM系统是网络化制造的重要组成部分，是基本的制造单元。是制造业企业实现内部信息化集成和外部的信息化集成的基础。本文提出了网络化CAM原型系统，详细阐述了该系统的系统结构和工作流程，通过具体应用试验，证明该系统的优越性和可行性。关键词：网络化CAM网络化制造3D数控加工1.网络化CAM应用现状及发展趋势1.1网络化CAM应用现状网络化CAM技术，是指借助计算机来完成从生产准备到产品制造出来的过程中的各项活动，并通过网络实现生产制造过程中的产品及零件的数据传输与交换。包含计算机辅助数控加工编程、制造过程控制、质量检测与分析等。CAM是CAD/CAPP/CAM集成系统中重要的组成部分，涉及到许多学科领域，如计算机科学与工程、计算数学、机诫设计、人机工程、电子技术及其他很多工程技术。网络化CAM技术在国内的应用现状如下：(1)起步晚、市场份额小。我国CAD/CAM技术应用从20世纪80年代开始，经过四十多年的发展，与发达国家还有很大的差距。有些小企业由于经济实力不足、技术人员缺乏，CAD/CAM技术还不能够完全应用到生产实践中。国内研发的CAD/CAM软件在包装和功能上与发达国家还存在差距，市场占有率小。(2)应用范围窄、层次浅CAD/CAM技术在企业中的应用在CAD方面主要包括二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。其中CAD二维绘图技术在企业应用情况较好,这一方面得益于国家大力推进“甩图板”工程,另一方面是由于二维绘图技术解决的是所有企业的共性问题。三维造型软件由于早期没有推出微机版本,需要在工作站环境中工作,投资较大,所以只有部分大企业有所应用。在CAM方面,目前企业普遍应用的只是数控程序编制,国内企业已经开始广泛使用华中数控系统、南京SKY系统、日本FUNUC系统、德国SIEMENS系统。而广义的CAM只有少数大型企业采用,中小企业极少应用。(3)网络化功能单一。目前国内的生产制造企业在生产过程中的数据传输技术比较单一，主要是采用单向的数据传递，即数据不能利用网络实现数据实时的共享，往往造成在制造过程中数据的丢失或失真，影响了生产过程的产品质量和生产效率。国内对网络化CAM系统的研究相对落后，相比较发达国家还有很大的差距，同时由于不同的行业和企业的CAD/CAM技术又有很大的不同，因此定制的网络化CAM系统发展更加缓慢。现阶段国内的主要生产制造企业对网络化CAM的需求主要是依赖国外同类产品。因此开发合适的网络化CAM系统具有现实意义。1.2网络化CAM发展趋势1.2.1软硬件平台WinTel结构体系因优异的价格性能比、方便的维护、优异的表现、平实的外围软件支张正义：网络化CAM系统总体设计报告持,已经取代UNIX操作系统成为CAD/CAM集成系统的支持平台。OLE技术及O&M技术的应用将会使系统集成更方便。今后CAM的软件平台无疑将是WindowsNT或Windows2000,硬件平台将是高档PC或NT工作站系列。随着高档NC控制系统的PC化、网络化及CAM的专业与智能化的发展,甚至机上编程也可能会有较大的发展。1.2.2面向对象、面向工艺传统CAM局布曲面为目标的体系结构应被改变成面向整体模型(实体)、面向工艺特征的结构体系。系统将能够按照工艺要求(CAPP要求)自动识别并提取所有的工艺特征及具有特定工艺特征的区域,使CAD/CAPP/CAM的集成化、一体化、自动化、智能化成为可能。1.2.3智能化CAM系统应发展为不仅可继承并智能化判断工艺特征,而且具有模型对比、残余模型分析与判断功能,使刀具路径更优化,效率更高。同时面向整体的形式也具有对工件包括夹具的防过切、防碰撞修理功能,提高操作的安全性,更符合高速加工的工艺要求,并开放工艺相关联的工艺库、知识库、材料库和刀具库,使工艺知识积累、学习、运用成为可能。1.2.4网路化近年来,计算机网络技术和信息技术得到了空前的发展,网络已经渗入到全球的各个角落,并时刻影响和推动着制造的发展、改变着制造环境,面对这种变化,迫切的需要建立一种以市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造系统模式。制造企业将利用Interner进行产品的协同设计和制造。而CAM作为制造的核心部分更是需要建立起CAM2NET,通过Interner提供多种制造支撑服务,如产品设计的可制造性、加工过程仿真及产品的试验等,使得集成企业的成员能够快速连接和共享制造信息。建立敏捷制造的支撑环境在网络上协调工作,将企业中各种以数据库文本图形和数据文件存储的分布信息集成起来以供合作伙伴共享,为各合作企业的过程集成提供支持。CAM技术要得到全面的发展,还有很长的路要走,开发CAM技术的最终目的是应用CAM技术,提高企业的制造技术。经过多年的积累,CAM在市场需求、理论基础及外围技术等方面的准备已经成熟,我们有理由相信今后的CAM一定会朝着方便、快捷、网络化、智能化、专业集成化的方向不断发展!2.网络化CAM所涉及的基本理论及方法在网络化制造的研究与应用实施中,涉及大量的组织、使能、平台、工具、系统实施和运行管理技术,对这些技术的研究和应用,既可以深化网络化制造系统的应用,同时又可以促进先进制造和信息技术的理论、方法及工具系统的研究与发展。网络化制造涉及的技术,大致可以分为总体技术、基础技术、集成技术与应用实施技术。(1)总体技术总体技术主要是指从系统的角度,研究网络化制造系统的结构、组织与运行等方面的技术,包括网络化制造的模式、网络化制造系统的体系结构、网络化制造系统的构建与组织实施方法、网络化制造系统的运行管理、产品全生命周期管理和协同产品商务技术等。(2)基础技术基础技术是指网络化制造中应用的共性与基础性技术,这些技术不完全是网络化制造所特有的技术,包括网络化制造的基础理论与方法、网络化制造系统的协议与规范技术、网络化制造系统的标准化技术、产品建模和企业建模技术、工作流技术、多代理系统技术、虚拟企业与动态联盟技术和知识管理与知识集成技术等。(3)集成技术集成技术主要是指网络化制造系统设计、开发与实施中需要的系统集成与使能技术,包括设计制造资源库与知识库开发技术、企业应用集成技术、ASP服务平台技术、集成平台张正义：网络化CAM系统总体设计报告与集成框架技术、电子商务与EDI技术、WebService技术,以及COM+、CORBA、J2EE技术、XML、PDML技术、信息智能搜索技术等。(4)应用实施技术应用实施技术是支持网络化制造系统应用的技术,包括网络化制造实施途径、资源共享与优化配置技术、区域动态联盟与企业协同技术、资源(设备)封装与接口技术、数据中心与数据管理(安全)技术和网络安全技术等。3.总体构架及各模块的主要功能说明3.1网络化CAM的结构模型如图3.1所示：图3.1网络化CAM结构模型3.2系统的功能设计网络化CAM是基于Web的CAD／CAM集成系统的一部分，但是它也可以在IntemeVIntranet上完整地运行，是一个相对独立的系统，具有一般CAM系统所具有的主要功能。在进行系统总体设计时，主要考虑以下几个方面的功能：(1)系统页面的服务用户可通过系统用户登录页面进入系统，因此要求系统页面简洁友好，能提供系统的在线帮助、进行系统数据库的维护和管理以及新用户的注册等。(2)文件操作功能能进行文件的操作，例如打开CAD模型文件、保存刀具轨迹文件、后置处理文件以及生成的NC代码文件等。用户通过系统可以存取本地机器或者服务器端的CAD模型文件。(3)模型浏览用户在客户端可以浏览CAD模型，对模型进行放大、缩小、平移、旋转等操作，并通过鼠标操作获得模型的几何信息。(4)生成NC代码用户使用系统的支撑软件，根据数控加工的条件(工件材料、工件切削表面形状、刀具类型与参数、机床参数等)进行数控加工参数优化，自动完成刀具轨迹的计算；最后根据系统生成的刀具轨迹和给定的数控加工机床(控制系统类型)进行后置处理，生成数控加工所需要的NC代码。(5)网络之间及与数控机床的实时通讯将通过数控加工仿真后准确无误的NC代码，通过网卡或者串口，传送到工控机或数控机床上，控制数控机床进行实际的加工。系统通过与数控机床的实时通讯，可以了解机床的状态，从而合理地在机床间分配加工任务。此外，由于系统在网络上运行，必须对系统的使用者进行角色划分，如管理员可以对整个系统进行管理和维护(主要是数据库的管理和维护，如用户数据库、刀具库的管理、机床数据库的管理、切削参数库等)，正式用户和试用用户可以使用整个系统(但对试用户必须作出一定的限制)，在系统开发过程中必须对以上因素进行充分的考虑。3.3系统功能的分配张正义：网络化CAM系统总体设计报告目前，网络化CAM系统采用浏览器/服务器和瘦客户机/胖服务器相结合的计算模式，所有的应用由客户机和服务器共同完成。如果所有的功能都由服务器来完成，必然导致客户机和服务器之间频繁的传输数据，从而容易形成数据传输方面的瓶颈；同时，由于客户端的硬件配置往往较低，所以由客户端承担所有的计算任务显然也不合理。因此，将系统的功能合理地分配到客户端和服务器端对于提高整个系统的性能至关重要。在系统中，客户机与服务器的功能分配如下：客户端(1)交互式图形显示。主要是CAD模型、刀具轨迹、加工仿真过程以及机床状态等的显示。(2)用户界面。提供系统运行的全部人机界面，包括系统登录界面、系统菜单、各种参数输入对话框等。通过这些界面，可以进行系统管理、用户注册、查看在线帮助、文件存取、加工仿真以及传送NC代码等全部操作。服务器端(1)动、静态页面服务，这是服务器最基本的功能。(2)计算处理。这是系统的核心功能，包括模型文件格式转换、数控加工参数优化、刀具轨迹生成、后置处理、仿真计算以及通讯计算等复杂的处理过程。(3)数据库操作。完成数据库中的各种数据如用户信息、零件信息、刀具信息、材料信息、机床信息等的读写操作。系统的总体结构图如图3.2所示：图3.2系统的总体结构图4.软硬件环境张正义：网络化CAM系统总体设计报告4.1系统支撑软件简介选择EDS公司的UnigraphicsV18．0软件为系统的CAM支撑软件，它集产品设计、工程分析、数控加工、模具设计和仿真、样机测试和数据管理为一体，是高度集成化的CAD/CAE/CAM/PDM一体化的软件工具。被众多世界领先的航空、航天、汽车、家电与其他工业控制产品制造厂商采用，广泛用于复杂机械产品的设计、分析、测试和加工，可运行于WindowsNT和UNIX平台上。UG有以下几个主要模块：(1)设计模块工程设计模块主要用于对产品进行几何设计，包括建模、曲面、装配、机构、制图建模等几个子模块。(2)制造模块在机械行业中用到的制造模块中的功能是数控加工模块。该模块分三大部分：前置处理模块、后置处理编写器和后置处理模块。在前置处理模块中，提供了完整的机加工环境，可同时处理三维实体和曲面。NC刀具轨迹可根据仿真情况进行修正。后置处理编写器用于生成适合具体NC机床的后处理程序，该部分采用表格驱动，很容易编写出适合FANUC、SIMENS、FAGOR等数控系统的后置处理程序。后处理模块读入生成的后处理程序后，再对前置处理模块中生成的刀位文件进行处理，就可生成所需的数控程序。(3)测试数据分析模块它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助用户对症下药，排除产品故障，改进产品设计。(4)数据管理模块数据管理模块简称IDM，能管理UG的每一个任务模块，并自动跟踪在UG中创建的数据，这些数据包括存贮在模型文件或库中零件的数据。IDM能跟踪数据之间的关系，并通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。4.2客户机和服务器硬件配置客户机是指与服务器相连的、具有独立运行能力的、能够接受网络服务器的控制和管理并可共享网络资源的计算机。客户机的选择主要看所使用的操作系统及所应用软件的要求。网络化CAM原型系统客户机选用acer牌电脑，其配置为：INTELPIII83