1、.第 5 章 其他一些 CIMS應用工程的實例5.1 東風汽車公司CIMS應用工程5.1.1概況東風汽車公司（原中國第二汽車制造廠）是我國汽車行業的大型骨干企業，具有年產20 萬輛汽車的生產能力。汽車工業是我國的支柱產業，90 年代以來國內汽車行業競相迅速發展。 東風汽車公司在日益激烈的市場競爭環境下，迫切需要應用CIMS技術，以保證快速、高質量、低成本地推出滿足市場需求的汽車新產品。東風汽車公司“八五”規劃的基本目標是：“擴大卡車優勢，實現更新換代， 上新水平； 開創轎車新業， 從高起點追趕， 走向國際。”東風汽車公司在其下屬的技術中心和沖模廠開發應用CIMS單元技術，即在技術中心的車身設計

2、中采用CAD，在沖模廠的車身覆蓋件模具的設計制造采用CAD/CAPP/CAM，以縮短車身開發和生產準備時間， 增強開發新車型的能力， 提高產品質量。 只有這樣，才能真正做到“預研一代，開發一代，改進一代” ，為實現東風汽車公司的“八五”目標創造條件，為企業的長遠發展注入新的活力。東風汽車公司技術中心是東風汽車公司下屬的技術部門，其主要職能是全廠的產品開發、生產服務、 配套零件的質量鑒定。東風汽車公司沖模廠是東風汽車公司下屬的一個專業分廠，目前是國內規模最大、設備最全，技術力量最雄厚的汽車模具專業廠。東風汽車公司于1991 年完成 CIMS應用工程可行性論證，1992 年完成初步設計，1994年

3、完成詳細設計與部分實施，1995 年被批準為CIMS應用工程突破口項目，1996 年 4 月通過CIMS主題專家組組織的二期工程驗收。5.1.2生產經營特點及對CIMS的需求生產經營特點在汽車產品的開發中，車身設計和覆蓋件模具的設計制造起著十分關鍵的作用，是影響汽車產品更新換代的瓶頸環節。傳統的車身開發與覆蓋件模具設計制造方法，存在著設計制造周期長、質量難以保證和信息不能共享等問題。東風汽車公司應用 CIMS技術的目的，在于將車身設計、模具設計與模具制造活動集成起來，建立汽車車身與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM集成系統，以縮短產品開發和生產準備時間，提高產品質量。車身設計和覆蓋件模具設計制

4、造中存在的問題歸結為以下幾個方面：1）車身設計中存在的問題設計信息量大，復雜程度高，設計周期長；CAD技術的應用面較窄；設計分析和計算能力較差；信息共享程度低。（ 2）覆蓋件模具設計中存在的問題設計周期長，設計能力不足；現行設計方法難以保證型面的設計制造精度；現行設計方式阻礙了CAM的應用；憑經驗設計，結果難以預測。3）模具制造工藝設計中的問題工藝設計效率低；工藝質量不穩定；成套模具的生產過程規劃不盡合理。4）模具制造中存在的問題制造周期長：.加工精度嚴重依賴于工藝模型；模具型面的NC加工應用不普遍。對 CIMS技術的需求總體需求（ 1）交流和合作企業技術水平的提高和生產的發展， 離不開與國外

5、先進企業之間的交充和合作。 國際市場的開拓，必須廣泛與國外汽車廠商交往。目前，國外先進的汽車生產廠家已廣泛采用了CAD/CAPP/CAM或 CIMS技術。如果東風汽車公司自身不具備相應條件和一定的技術水平，將很難開展國際間的技術交流和合作、合資生產和技術轉讓等。東風汽車公司近年來通過提高產品質量、 逐步提高了產品創匯能力， 近五年來出口創匯 4475 萬美元，沖模廠先后為美國、日本的客商制造了五批四十多套中型模具。隨著企業的發展和市場的開拓， 企業的產品將進一步走向國際市場。 要達到上述目標， 必須采用計算機集成制造技術，實現從產品設計到制造的計算機一體化，提高產品質量，降低產品的成本，縮短產

6、品開發周期，增強產品在國際市場上的競爭能力。另一方面， 東風汽車公司為贏得國內市場， 也必須進一步提高企業的整體素質和產品技術水平，縮短與國際先進水平的差距，促進我國汽車工業的發展。（ 2）對車身CAD的需求東風汽車公司在引進CADAM等軟件的基礎上， 已自行研制了一些CAD系統和有限元前后處理軟件， 將 CAD技術初步應用于車身二維圖紙繪制、外表央三維幾何造型及線圖繪制等方面。但是， 在應用范圍和水平上，都還不能滿足產品更新換代和企業發展的需要。為了逐步設計開發自己的轎車產品， 必須研制開發車身CAD系統， 以縮短車身的設計開發周期， 提高車身設計能力。 通過在車身設計中應用CAD技術，提高

7、分析和計算的能力， 特別是完成結構分析、 人體工程分析和機構運動分析等項工作，將提高設計方案的科學性和可靠性，優化設計結果，減少樣件試驗次數，從而達到提高產品的設計和降低設計費用的目的。實施 CIMS應用工程前，車身設計、模具設計和模具制造各環節之間均采用二維圖紙傳遞信息。 這種傳遞信處的方式難以保證模具形狀與設計形狀的一致性，而且各環節間也不能實現信息共享， 因此，只有在車身設計采用三維造型方法，定義統一的產品模型，才能實現在各個環節上共享產品模型的信息，實現車身CAD與覆蓋件模具CAD/CAPP/CAM的集成。（ 3）對模具CAD的需求在實施 CIMS應用工程前，東風汽車公司模具設計為手工

8、完成，工作量大且缺少定量的設計準則，主要依靠設計者的經驗，因此，設計能力低，并且模具設計結果不能提供模具CAM所需的模具型面的三維信息。這種設計和制造的脫節，嚴重阻礙了CAM的采用，難以保證零件設計形狀和模具型面形狀的一致性。（ 4）對模具CAPP的需求在實施 CIMS應用工程前，是人工憑經驗設計模具加工工藝，工作效率較低，工藝質量不能保證。 成套模具的生產規劃靠人工安排， 往往造成模具生產投入和管理上的忙亂。 導致在制品積壓，延長了成套模具的制造周期。5）對模具 CAM的需求制造高加工精度及加工效率。5.1.3 CIMS應用工程開發及實施 CIMS應用工程的目標（ 1）總目標東風汽車公司 C

9、IMS應用工程從實際情況出發，以信息集成為核心，以解決企業的全局性關鍵問題為突破口應用 CIMS技術。在初步設計階段，確定了“八五”期間的總目標是：.開發車身 CAD子系統、 覆蓋件模具CAD、CAPP和 CAM子系統， 在計算機網絡和數據庫管理系統的支持下，實現車身與覆蓋件模具 CAD/CAPP/CAM系統的信息集成，實現各子系統的數據交換和產品模型的共享。 系統建成后使東風汽車公司的車身開發和模具設計制造周期縮短。2）突破口目標完善計算機支撐環境的建設；完成車身 CAD、模具 CAD、 CAPP和 CAM子系統，實現系統的集成；在車身設計和覆蓋件模具設計制造實際應用中，取得顯著的經濟效益。

10、 CIMS應用工程總體結構東風汽車公司車峰與覆蓋件模具 CAD/CAPP/CAM系統由 4 個應用子系統組成，即車身CAD、模具 CAD、模具 CAPP和模 CAM子系統組成 （圖 5-1 ）。該系統包括了車身設計和覆蓋件模具設計制造過程的主要功能。車身與覆蓋模具CAD/CAPP/CAM系統還包括一個集成支持環境子系統。4 個應用子系統在網絡和數據庫子系統的支持下實現集成。系統采用了多級以太網結構，以 CHALLENGE為網絡服務器。在技術中心，網絡系統將計算機科、技術科和加工車間聯系起來，包括了模具CAD、CAPP和 CAM子系統的設備。技術中心和沖模廠之間可通過IBM4381 仿真終端實現

11、通訊和數據傳輸。（ 1）應用系統結構（ 2）支撐系統結構車身 CAD子系統車身 CAD子系統將CAD技術應用于車身設計過程，對現行的設計流程進行重新組織和合理安排。新的設計流程的特點主要表現在：a. 在 1： 5 模型的制作和測量完成后，直接進行外表面和部分內飾件的3D造型；b. 從車身造型、 結構布置到零件設計全過程， 始終采用 3D造型技術， 由 3D 幾何模型與其他非幾何信息構成產品定義模型；加強了結構分析在設計過程中的作用，為設計方案的評價和修改提供了可靠的依據。該子系統包括幾何造型、總體布置、結構布置、性能分析和零件設計等主要功能模塊。車身 CAD子系統的結構分為兩個層次。 系統的上

12、層為應用層， 由五大功能模塊組成， 支撐層由 CAD支撐軟件和信息管理軟件組成。數據庫系統對產品設計、結構分析、設計標準和法規等數據進行統一管理。車身 CAD子系統在SGI 工作站上運行。（ 1）目標在現有 CAD系統軟件及支撐環境的基礎上， 自行開發造型與設計功能模塊， 初步建成與車身設計有關的標準件庫、漢字庫、 設計標準、 法規庫和設計分析計算軟件包。在上述工作基礎上， 依據信息集成與共享的原則， 實現主要功能模塊的集成， 建立起一個具有良好的開放性的 CAD系統，支持 CAD/CAPP/CAM集成系統。（ 2）子系統結構車身 CAD系統由基礎層、技術支撐層和應用層組成，系統結構如下圖5-

13、4 所示：（ 3）車身 CAD子系統中主要模塊的工作方式及功能，如表5-1 所示。模具 CAD子系統模具CAD 子系統在車身覆蓋件產品模型的基礎上，完成覆蓋件模具的設計，提供模具CAPP和 CAM所需的模具產品模型。模具 CAD子系統以EUCLID、 PRO/E和 DUCT等軟件為支撐軟件，在SGI 工作站上實現。模具 CAD子系統由沖壓工藝設計、模具結構設計和成形分析與模擬等模塊組成。沖壓工.藝設計模塊完成工藝方案設計、工序設計、 材料與工時定額制定和設備選擇等項工作。模具結構設計模塊包括結構方案設計、詳細設計和模具圖繪制等功能。通過模具結構與零件的標準化和建立圖庫， 提高模具結構設計的效率

14、，成形分析與模擬軟件用以模擬覆蓋件的沖壓成形過程，分析工件變形，計算工藝力，預測成形缺陷，對沖壓工藝設計和模具結構設計的結果進行驗證。沖壓成形分析與模擬結果，如發現車身零件設計存在工藝性不良的問題，將要求修改車身零件設計的信息反饋給車身CAD子系統。1. 目標在數據庫和網絡的支持下，利用引進的CAD軟件，建立汽車覆蓋件拉延模CAD系統， 以提高覆蓋件拉延模的設計質量，縮短設計時間， 支持車身CAD、覆蓋件模具CAD、CAPP和 CAM的集成。 同時，利用現有CAD軟件及建立的圖庫、數據庫，在模具設計中逐步采用CAD方法，使用具設計工作量的30%采用 CAD方法完成。2. 結構模具 CAD子系統

15、由沖壓工藝設計，成形分析與模擬和模具結構設計三大模塊組成。其中，沖壓工藝設計和模具結構設計模塊的是在SGI 工作站上利用EUILID 軟件為基礎實現的。子系統的結構如圖5-5 所示。3. 功能1）沖壓工藝設計模塊的功能2）模具結構設計模塊的功能與結構模具結構設計模塊完成模具結構設計，主要包括拉延模結構設計和標準件圖庫二個部分，其結構如圖5-7 ，圖 5-8 所示。3）拉延件成形分析軟件的功能與結構拉延件成形分析模塊完成汽車覆蓋件成形過程的有限元模擬，提供拉延件成形過程中變形和應力分布。 該分析軟件采用動力顯式有限元算法，避免了因非線性引入的迭代計算，具有計算時間短、穩定性高等優點。沖壓工藝設計

16、模塊由四個部分組成，即工藝預處理、 沖壓方向確定、 工藝補充部分設計和特征曲線設計。模具 CAPP子系統建立基于成組技術，以派生法為主體的模具 CAPP系統，提供 CAM 所需的信息，實現CAD/CAPP/CAM的集成。模具 CAPP子系統包括毛坯設計、加工工藝設計、材料定額的編制、二級工裝設計和模具制造網絡控制計劃的制定等功能模塊。模具 CAPP子系統在486 和 386 微機上實現，利用Auto CAD 為圖形支撐軟件。成套模具投入制造的網絡控制計劃對組織模具制造的網絡控制計劃制定的功能，是CAPP功能的擴展，可滿足沖模廠在這方面的需求，有利于CIMS單元技術應用與生產計劃管理的結合，此項

17、功能可以按并行、串行和交叉投入制造方式制定網絡控制計劃。（ 1）目標利用成組技術、特征描述技術、網絡技術和優化技術等，自行開發模具 CAPP子系統。在“八五”期間，實現變異式 CAPP 系統，完成拉延模的工藝設計，實現模具網絡計劃圖的繪圖功能。2）結構系統在結構上分為三個層次：核心層、工具層和應用層。核心層操作系統、數據庫管理系統、網絡軟件、圖形軟件包等。工具層該層將為用戶提供開發工具，包括模具生產全過程的網絡計劃軟件的開發工具、.模具工裝設計圖形軟件的開發工具等。應用層模具零件的CAPP等。應用層 CAPP的結構如圖 5-10a ，系統分解為五個部分：毛坯設計、機加工工藝設計、材料定額、二級

18、工裝設計以及模具生產網絡計劃圖設計。（ 3）功能如圖5-10b 所示模具 CAM子系統模具 CAM子系統包括工序設計、 刀位文件和測頭文件生成與仿真、 后置處理和加工檢驗功能。模具 CAM子系統利用EUCLID和 DUCT等軟件在SGI 和 SUN工作站上運行。根據沖模廠的實際情況， 有些外來加工模具， 不需要設計模具， 而是提供樣件或三維掃描數據，為此該子系統加入了造型功能。為了保證 NC加工質量，實現加工過程中的質量控制， CAM子系統可生成測頭文件和程序，用于聯機 NC檢驗。這是 CAM功能的擴展，是整個模具制造過程質量保證體系的重要組成部分。加工和檢測過程的仿真功能可以及早發現和糾正

19、NC程序的錯誤，有利于保證模具加工質量。CAM子系統的編程工作站通過網絡與車間NC床相連，實現DNC。（ 1）目標將現有的 CAD/CAM軟件 DUCT系統及 EUCLID系統用于實際生產中， 使汽車車身外覆蓋件的主要拉延模具實現 NC加工。加工質量符合設計要求。對 DUCT和 EUCLID系統用于沖模制造過程中存在的問題， 在現有軟件和研究成果的基礎上作二次開發。在分布式數據庫支持下，實現沖模CAM子系統與CAD、 CAPP子系統的信息集成。（ 2）結構模具 CAM子系統的體系結構（圖5-11 所示）（ 3）功能1）數控編程三維型面數控國工軌跡生成；成形刀沿過渡面縱向生成加工軌跡；球面刀沿圓

20、弧過渡面縱向生成加工軌跡。2）后置處理刀具加工軌跡仿真；將刀位文件轉換為相應機床的數控程序。3）工藝管理建立數控編程任務單子數據庫；建立數控指導書子數據庫；1991 年 4 月，鄭州紡織機械廠列為 863/CIMS 單元技術應用工廠， 1991 年 12 月完成 CIMS 可行性論證， 1992 年 7 月完成 CIMS初步設計，1995 年 2 月通過 CIMS主題專家組組織有 CIMS 應用工程（一期）的驗收， 1996 年 6 月通過二期工程的驗收。5.2.2生產經營特點及對CIMS需求生產經營特點鄭州紡織機械廠是一個典型的多品種，中小批量生產的機械制造企業。各類產品的功能、.作用與構成

21、都不相同。 僅有部分產品如漿紗機、 烘干機等系列和孿生型設計。 在幾種大型產品中，才有一部分結構相似，功能相同的通用零部件。近年來，由于改進設計、測繪設計以及與國外合作生產的產品項目較多，所以產品的系列化、標準化程度比較低。多品種、中小批量生產造成了設計、工藝工作量大，工藝裝備制造任務重，生產技術準備和生產制造周期長，生產過程和生產管理十分復雜，生產透明度低， 難以實現高效率，低成本與高質量的統一。產品品種繁多，管理業務復雜，信息量大。對 CIMS技術的需求1）對 CAD/CAPP/CAM的需求鄭州紡織機械廠目前采用的設計方法和手段，遠遠不能滿足生產發展的需要，主要表現為：設計周期長由于設計手

22、段落后， 缺乏計算機和相應的現代設計技術， 產品設計周期較長。 平均新產品開發周期： 從調研初步設計到試制鑒定為 22 個月，到生產鑒定周期為 31 個月。其中初步設計、施工設計為 8.5 個月，占設計制造周期的 38.5%。若要使產品定型，需多次修改、多次反復，則設計周期更長。設計質量不夠高由于設計力量薄弱，設計、試驗手段落后，設計工作主要依靠設計人員的知識和經驗，采用類比和仿制的設計方法并通過手工繪圖、描圖來完成。產品設計工作量大、技術性高，采用常規設計方法， 設計水平和質量難以提高， 且有不少差錯， 一般圖紙在設計過程的修改率往往達 20 30%。由于設計中主要依賴于經驗和類比，缺乏工程

23、分析和優化設計，這樣設計出來的產品，難以適應新產品開發和市場競爭的需要。工藝設計工作量大而集中，工藝設計的標準化程度低，從 80 年代開始，鄭州紡織機械廠在 CAD， CAPP， CAM方面做了一些工作，但它們相互間缺乏緊密的聯系，尚未實現相互間數據的傳輸與共享，致使信息反饋不及時，冗余大，準確性差， 不能充分發揮各系統的潛力。2）對 MIS 的需求提高決策科學性高效率管理合理利用資源提高產品質量3）對 MAS的需求解決生產瓶頸據產品零件制造的統計分析，約有10%的零件屬于工序長，精度高的關鍵零件，尤其是大型結構件。對其中的中、小批量墻板，箱體類結構件應用數控加工技術和柔性制造技術，對于大批量

24、鈑金件應采用數控專機生產線生產。推行成組技術對于中、小批量的軸套類、齒輪類等零件，采用成組技術，通過計算機管理，實現物料自動化控制。再適當補充數控機床來解決勞動強度大、效益低，質量難保證等老大難問題。改進鈑金工藝有的新產品90%以上的零件是用鋼材來制造的。許多零件經過冷作加工成形，焊接而成。為保證成形精度高，表面質量好，需要采用鈑金FMS技術和自動焊接技術。5.2.3 CIMS應用工程開發及實施總目標以采用 CIM技術支持鄭州紡織機械廠的經營戰略為基本出發點，根據企業2000 年紡機產品多品種， 中小批量生產和出口創匯需求，針對生產薄弱環節， 充分發揮信息技術的作用，.建立實用， 可靠，具有明

25、顯經濟效益的計算機輔助經營、 管理、設計和制造的集成系統 CIMS，使企業能迅速、 及時、經濟地提供優質紡機產品。 為此，要結合成組技術 （ GT）的全面應用，開發覆蓋全廠的管理信息系統（ MIS），建立 CAD/CAPP/CAM集成系統，要建立經濟高效的多層次制造自動化系統（ MIS），建立 CAD/CAPP/CAM集成系統，要建立經濟高效的多層次制造自動化系統 （MAS）。所有這些分系統在實用、 可靠、技術較先進的計算機網絡和準分式數據管理的統一環境下運行，以實現整個系統的信處集成。 CIMS應用工程總體結構鄭州紡織機械廠 CIMS 由 MIS（含 CAQ）、 CAD/CAPP/CAM、

26、CAS三個應用系統和網絡、數據庫兩個支撐系統組成。 CAD/CAPP/CAM 集成系統目標鄭州紡織機械廠 CAD/CAPP/CAM集成系統的目標是要在微機 （包括工作站、 超級微機等） CIMS 環境下，在產品定義的基礎上，實現覆蓋加轉體類、非回轉體類和鈑金類零件的CAD/CAPP/CAM集成，以提高設計與制造能力，縮短加工周期，提高及時供貨能力，提高機床利用率和生產均衡率，縮短產品開發周期。結構鄭州紡織機械廠CAD/CAPP/CAM集成系統， 復蓋產品CAD、工裝 CAD、CAPP、CAM等活動，為了便于充分利用現有資源，便于系統的擴展，系統的總體結構應為開放式的體系結構。系統的總體結構圖如

27、5-12 所示，該系統是在微機CIMS環境下，以工程數據庫為核心，以統一的產品定義和設備環境定義為基礎，以回轉體、 非回轉體和鈑金類零件為對象，在網絡、微機586、 SGI 工作站以及IDEAS、 AutoCAD等的支持下，實現CAD/CAPP/CAM的集成。系統中， 除網絡和數據庫外，用統一的產品定義支持信息和功能的集成，并為數據的產生者和使用者之間提供共享數據。用設備環境定義為CAPP和 CAM提供統一的設備及環境的結構化數據。產品 CAD、設備環境定義、CAPP、工裝 CAD、 CAM子系統的結構如圖5-13 至圖 5-14 所示。3. 各應用子系統結構（ 1）產品 CAD子系統結構產品

28、 CAD系統主要用于產品、典型部件和零件的設計。系統在微機、SGI 工作站及其相應的支撐軟件的支持下， 在產品定義的基礎上， 實現產品、 典型部件和零件等的初步技術設計、施工設計和工程分析，并通過圖形、文件與檢索系統，對圖形和文件（表文件和技術文件）進行管理與檢索。（ 2）設備環境定義子系統結構設備環境定義子系統分為信息獲取，特征建模和數據交換三個功能模塊。信息獲取模塊是在對鄭紡機的各種加工設備的信息進行調查、分析的基礎上進行預處理的過程。該功能模塊還必須完成對設備的數據進行完備性和一致性檢驗，如存在不合理的或重新添加的數據，則必須進行調整和客理。特征建模模塊是設備環境定義的關鍵，它利用特征模

29、型，并將特征描述出來。數據交換功能模塊可滿足設備環境定義子系統向其它各子系統提供數據的需要，它通過對特征模型中所描述的內容進行信息分解，并按標準的數據交換方式對數據初始化，然后通過映射處理將各子系統所需數據傳遞過去。該子系統在微機上實現，并以數據庫管理系統作為支撐。（ 3） CAPP子系統結構整個系統分成裝配CAPP和冷加工CAPP兩大部分，以滿足CAPP子系統的功能需求。冷加工 CAPP按鄭州紡織機械廠三類主要零件分為回轉體零件CAPP、非回轉體零件CAPP和鈑.金零件 CAPP。四個主要模塊（典型工藝檢索、工藝規程編制、工序圖生成和刀位文件生成）用以完成冷加工工藝設計的主要工作。其中對回轉

30、體零件，采用GT思相對零件進行分類編碼，通過對典型工藝的修訂完成工藝設計，對非回轉體零件，則按半創成原理構造CAPP系統，實現箱體，墻板和支架類零件的工藝設計。（ 4）工裝 CAD子系統結構工裝 CAD子系統主要包括工裝方案設計系統、工裝參數設計系統、工裝圖形設計系統和圖形、文件管理系統。 在網絡、 微機及相應的軟件支持下，以數據為核心， 完成模具、 刀具、量具的設計。（ 5） CAM子系統結構CAM子系統結構a. NC 程序自動生成NC程序自動生成主要包括數據格式轉換、工藝文件整理和NC程序生成三個模塊。數據格式轉換是將生成NC程序所需信息如工藝規程，刀位文件按該子系統的要求轉化為標準格式。

31、工藝文件整理是根據刀位文件對工藝文件進行綜合處理，生成NC程序所需要的切削路徑文件， 而 NC程序生成模塊則是根據切削路徑規劃和設備環境信息以生成NC程序并提供刀具使用清單。該系統主要需要CAPP的工藝規程和刀位文件以及設備定義的設備環境信息。生成的 NC程序提供給NC程序檢驗仿真子系統和DNC或直接提供給NC機床、刀具清單則提供給技術準備室或加工機床。NC程序自動生成系統的結構見圖5-17 。b. NC 程序檢驗和仿真本系統目前包括NC程序編譯和編輯、圖形處理、干涉檢查及圖形仿真三個功能模塊。今后將由半自動的圖形輸入系統及自動編程取代前兩個功能。NC程序編譯和編輯主要針對NC程序進行處理，使

32、之成為計算機能識別的中間代碼，不但為用戶提供全屏幕編程 NC程序的功能，同時能查出 NC程序編制錯誤。 圖形處理主要對刀、夾具、 零件加工環境進行造型， 為仿真提供圖形工具。 干涉檢查及圖形仿真則能檢查出刀具與夾具的碰撞、 刀具與工件的干涉以及過切等錯誤。 系統能以動態圖形顯示出數控加工的全過程。本系統處理的 NC程序來自動生成系統， 圖形主要來自 CAD，工藝信息部分來自 CAD，其它部分業自 CAPP，經過本系統驗證修改后正確的 NC程序傳送給 DNC系統。NC程序檢驗和信真系統結構見圖 5-18 。c. NC 加工設備故障診斷本系統包括如下五個功能模塊：故障信息獲取： 對輸入的故障報警信

33、息及故障狀態信息進行編碼，使之成為可識別故障信息。知識獲取：完成知識的編輯，學習和維護，建成知識庫；診斷推理：運用知識庫中的知識，對輸入的可識別故障信息進行推理；診斷報告生成：生成診斷結果報告文件，包括故障定位，維修決策，診斷過程解釋等；培訓：利用知識庫中的可診斷知識，培訓一般技術人員。系統結構見圖5-19 。d. DNC本系統主要包括文件及數據管理，通訊初始化和通訊控制三個功能塊。文件及數據管理主要是對 NC程序及施工單中的工作指令的管理，通訊初始化則是對所需傳輸的數據及文件的抽取、 接口協議的設定和通訊啟動。 通訊控制完成通訊過程的監控及故障分析。.DNC主要利用計算機串行標準接口 RS2

34、32與 CNC機床的現有接口如 RS232C、RS429及專用通訊 DNC板相連，并設有 DNC監視屏以監控 DNC過程，實現自動控制。 DNC系統結構見圖 5-20 。系統功能根據目標的要求，系統應能對鄭州紡織機械廠的回轉體、非回轉體和鈑金零件，在微機CIMS環境下，籍助產品定義與設備環境定義，實現CAD/CAPP/CAM集成。系統由產品定義、產品設計、設備環境定義、工藝設計、工裝設計、計算機輔助制造等部分組成。產品定義的目的是為集成提供統一的產品模式，是CAD/CAPP/CAM集成的基礎；在集成系統中， 產品設計的對象是回轉體、 非回轉體和鈑金零件， 產品設計的目的是為集成提供圖形和 CA

35、PP、CAM所需的特征信息， 設備環境定義的任務是為 CAPP、CAM乃至 MIS 提供設備環境的結構化數據；工藝設計應能完成上述三類零件的工藝規劃，并提供標準化的輸入、輸出格式，為集成創造良好的條件：計算機輔助制造系統應能實現NC程序自動生成、NC加工程序的檢驗和仿真、數控加工設備故障診斷和NC程序傳遞等。 MIS分系統1）目標具體包括如下幾點：提高經營決策的正確性；提高生產作業計劃的質量；提高生產和工作的效率；提高企業的經濟效益和社會效益。2）結構鄭州紡織機械廠CIMS-MIS 由 11 個子系統構成，每個子系統又分成若干大的模塊，共53 個模塊（除生產技術數據管理子系統的4 個模塊外，其

36、余均為功能模塊），列舉如下：1）銷售管理子系統（五個功能模塊，需求預測、銷售合同管理、報價、銷售諸編制、售后服務）2）生產計劃管理子系統（五個功能模塊產品優化計劃編制、精能力計劃編制、生產計劃大綱編制、綜合統計、綜合信息查詢）3）生產技術管理子系統（三個功能模塊生產技術準備計劃編制、生產技術準備完工統計分析、生產技術準備情況查詢）4）物料需求計劃（ MRP）子系統（五個功能模塊作業計劃參數確定、自制件投入產出計劃編制、能力需求計劃（ CRP）編制、各類需求計劃編制、庫存統計）5）車間生產作業計劃與統計子系統（五個功能模塊工部月度投入出產計劃編制、機床任務分派、月任務與能力細平衡、雙日生產作業計

37、劃編制、車間作業統計與分析）6）勞動人事管理子系統（四人功能模塊：勞動管理、人事管理、工資管理、定額管理）7）設備管理子系統（四個功能模塊，設備資產管理、設備技術管理、維護管理、備件管理）8）物資管理子系統（四個功能模塊物資計劃管理、物資庫存管理、物資合同管理、統計分析）9）工具管理子系統（五個功能模塊工具合同管理、通用工具采購計劃編制、通用工具總庫管理、自制工裝管理、組合夾具、模具管理）10）財務管理子系統（五個功能模塊帳務管理、銷售核算、成本核算、報表編制、經濟分析）11）質量管理子系統 （四個功能模塊檢測計劃與規程制定、質量檢測、 質量評價與分析、質量信息管理）.（ 3）功能1）經營管理

38、經營管理子系統的基本功能如下：市場預測正確地決定生產什么， 生產多少和何時出產的問題， 并預測市場需求。 在市場多變的情況下，單憑管理人員和銷售人員的經驗是不可能把握市場變化的。報價能快速有效地報價，以利于爭取市場。交貨期確定憑經驗確定交貨期，不僅粗略，而且還保證不了按期交貨。因此，在簽定合同時，正確地確定交貨期，對于爭取顧客，提高企業的信譽非常重要。優化產品化組合運用線性規劃和其它優化方法來優化產品組合，為訂貨提供依據和參數。綜合信息統計與分析企業領導在生產經營活動中作出正確的決策，需要提供企業活動的綜合信息。2）生產管理用網絡計劃方法縮短生產技術準備周期，加快開發新產品的速度。運用 MRP

39、編制廠級生產作業計劃， 以提高計劃的準確性， 應變性和有效地提高生產過程的準時性，均衡性，減少工件等待，縮短加工周期，提高機床昨用率。編制車間級生產作業計劃，減少工件等待，縮短加工周期，提高機床利用率。控制投入和產出，力爭實現準時生產，減少過量生產與缺件并存的現象。3）質量管理運用計算機及時處理制造過程和采購過程中產生的質量數據， 并對各分廠質量指標進行統計和考核，對綜合質量信息進行分析和管理，編制各種質量計劃。4）資源管理勞動人事管理按照企業的長期規劃和發展戰略， 為正確地配置各種工人和專業人才提供計劃， 提供職工考評材料， 及時準確地進行勞動統計， 為制定和修改勞動定額提供依據， 建立各類

40、人事檔案。設備管理建立設備與技術措施檔案， 編制大中修與技措計劃， 為故障與事故分析提供資料， 合理控制備件庫存與合同執行情況。物資管理編制物資供計劃， 提供各種物資庫存信息， 提供物資訂貨合同及執行情況查詢， 提供各種材料消耗記錄和缺料預報警。財務管理包括帳務管理，成本核算，銷售核算，經濟分析與報表編制。工具管理實現計算機輔助工具管理， 包括編制工具采購計劃， 進行工具俁同管理， 工具臺帳管理，庫存控制和各種報表編制。 MAS分系統1）目標大型結構件制造自動化系統；機二分廠柔性制造車間以及鈑金制造自動化系統。2）結構.按不同的加工對象，MAS分為三個子系統。各子系統結構如圖5-21 、5-2

41、2 、5-23 所示。1）大型結構件加工子系統由FMS、蓋板專用生產線、箱體類制造單元、托盤站等組成。2）回轉體零件加工子系統由軸套、齒輪等多個成組制造單元、測量單元以及立體倉庫物料系統組成。3）鈑金零件加工子系統由鈑金FMS DNC制造單元，自動焊接單元以及鈑金日耗庫等組成。（ 3）功能1）車間生產管理功能：根據 MIS 的周計劃。自動生成兩日滾動計劃。能根據工況反饋自動生成作業進度統計、 設備負荷和工時質量統計， 可據以調整日作業計劃。2）具有與 CAD/CAPP/CAM、CAQ直接進行信息交換的功能，實現 NC程序傳遞和部分零件的集成制造。3）單元級運行控制，日作業調度仿真，工況監控與統

42、計功能。4）物料管理與物料流控制功能。保證按生產任務規定的物料需求和合理流動，減少在制品，提高勞動生產率。5）向廠級反饋計劃執行、質量統計以及設備維修等信息。網絡系統（ 1）目標鄭州紡織機械廠 CIMS網絡系統旨在為鄭州紡織機械廠 CIMS的信息交換和集成提供可靠的，滿足一定速度要求的信息傳輸通道， 并且在網絡技術的實用性、 先進性等方面具有推廣價值和示范作用。（ 2）結構鄭州紡織機械廠CIMS 網絡系統由一個工廠主干網和3 個部門子網組成。3 個部門子網分別是技術處、研究所、工具處子網，簡稱子網1；機二分廠子網，簡稱子網2；冷一分廠、冷二分廠子網，簡稱子網3。主干網和子網都統一采用Ether

43、net網（以太網），用 TCP/IP 、IPX/SPX 兩種協議。 3 個子網都通過網橋與主干網互連。其中主干網、子網1 位于工廠層，子網 2、子網 3 位于車產層（結構見5-24 ）。數據庫系統（ 1）目標鄭州紡織機械廠CIMS分布式數據庫管理系統的結構若網中設置一個集中式數據庫，則會帶來通信開銷大，性能差（形成瓶頸）、可用性差（一旦集中式數據庫不能工作，則會導致整個系統崩潰）、可擴充性差等弊病，這樣鄭州紡織機械廠 CIMS根據數據的來源及需求，將分別建立若干個數據庫，合理地分布在網絡系統中，使得大部分數據可以就近存取，同時又可共享一些所需的其它數據庫的數據。另外，根據需要與現實，鄭州紡織機

44、械廠CIMS中已配置有INFORMIX、 FOXBASE、 SYBASE、 dBASE、ORACLE等 DBMS，它們都是基于關系數據模型。 因此， 鄭州紡織機械廠 CIMS數據庫系統結構將是一個同構異質的準分布式數據庫系統。從技術條件、時間條件、設備條件等實際情況出發，鄭州紡織機構廠CIMS數據庫系統的支撐，首先將采用如圖5-25 所示的系統結構。在此結構中，將以Informix的分布式數據庫產品 INFORMIX-STAR為主，它與能管理 Byte 、 Text 等數據類型（可存貯大型的非結構化數據） 的 INFORMIX-ONLINE配套使用， 系統全部另起爐灶顯然是不合理的。這樣在“九

45、五”期間， 將采用自底向上的方法把現有的數據庫集成起來構成準分布式數據庫，其結構如圖 5-26 所示。.5.2.4效益與經驗效益（ 1）在 AutoCAD平臺上開發的隱含產品定義的inteCAD 二維繪圖軟件已具備實用化的要求。 特別是漿紗設計且得到廣泛應用。加強了產品設計能力。用 CAD技術消化吸收引進德國特呂茨勒清梳聯生產技術，節省引進費用數十萬美元。（ 2）回轉體零件的CAPP系統包括工廠自行研制的CAPP軟件，已編制1 千余種零件的工藝文件。部分零件采用CAD/CAPP/CAM集成系統產生NC程序。（ 3）箱體墻板類零件CAPP/CAM集成系統已用于龍門式加工中心（FAUNC 15M）

46、可提高編程效率510 倍。（ 4）工具和NC刀具管理系統投入使用，提高了管理水平，減少占用資金20%。（ 5） MIS 系統的初步推行，縮短流動資金占用40 天，年節約資金200 余萬元。6）NC機床故障診斷系統的應用， 減少故障停機時間 20%以上， 為解決我廠生產瓶頸，起到了不可忽視的作用。經驗1）堅持從工廠的實際情況出發， 選擇適合企業的 CIMS方案，摸索一條具有一定特色的低成本微機 CIMS道路。鄭州紡織機械廠根據自己的實際承受能力和階段性要求，提出了微機CIMS的方案，并進行了實踐。 80 年代末， 90 年代初，微機工業有了飛速發展，功能越來越強，價格大幅度下降；在軟件方面，使用

47、的AutoCAD-12 版， UNIX操作系統和（ Informix）數據庫等支撐軟件功能強大， 已能滿足鄭紡機現階段CIMS工程的需求， 同時微機CIMS具有成本低， 易維護使用，便于更新換代等特點，對一般中小型企業應該具有更強的吸引力。（ 2）廠校結合是鄭州紡織機械廠CIMS成功的保證在鄭州紡織機械廠CIMS的實施過程中，廠校結合是成功的保證。開發過程，院校的同志經常到工廠聽取一線技術人員尤其是將來的使用者的意見，工廠的同志也經常到院校參與開發。又方以長補短，共同發揮優勢，既加速了軟件的開發進程，也保證了軟件的實用化。在軟件的完善和使用階段。應該以工廠人員為主，院校教師師要保證工廠人員掌握

48、正確使用軟件以軟件維護的方法。(3) CIMS工程應該和工廠的其他技術改造有機地結合起來鄭州紡織機械廠CIMS工程在總體規劃和實施過程中充分考慮到和工廠前期技改項目和后續技改項目的有機結合。這樣做既有利于系統的集成，又減少投避免開發項目的重復和資金的浪費。立足實用，不盲止追求先進性考慮到現階段鄭紡機的條件，在氦訂技術方案時，不盲目追求先進性，而首先強調實用性。總體規劃，分步實施在初步設計和詳細設計中，對整個系統進行了仔細規劃，但是在實施時往往還要分輕重緩急，有些項目必須分步實施，比如鄭州紡織機械廠已開發了針對箱體、墻板類零件的CAPP，目前尚未與CAM集成起來，但由于在總體規劃中充分考慮了集成

49、問題，下階段實施與CAM集成時將不會有太大的困難。5.3杭州三聯電子有限公司CIMS應用工程5.3.1概況杭州三聯電子有限公司( 簡稱三聯公司 ) 是由浙江省余杭市無線電廠、香港良佑發展有限公司和杭州西湖電子集團公司三方聯合資興建的中外合資企業。公司目前的固定資產為1300 萬元人民幣，注冊資本從原來的340 萬元增加到現在的581 萬元，上述三方的出資比.例分別 37.5%，25%，37.5%。公司產品以單面印刷線路板為主，主要客戶是全國各大電視機廠及其他家電廠家，公司經營目標是設計生產各類單面印制線路板、碳膜板， 并進一步發展以設計生產多層印制線路板，向客戶提供品種劉全的高質量產品。公司現

50、有員工3000 余人，其中工程技術人員三十多人。三聯公司現有完整的生產線三條，一條從日本引進，兩條國產。 公司現有設備也比較先進。總體上已形成規模經營，1991 年年產 PCB板為 11.2 萬平方米， 1992 年為 14.8 萬平方米，而 1994 年達 29 萬平方米， 1995 年達 30 萬平方米。產量、質量在全國300 多家同行業中名列前芭。公司人均利潤、經濟效益在全國同行業中排名和一。三聯公司1993 年 10 月通過CIMS可行性論證的評審，1994 年 6 月列入國家864/CIMS應用工廠， 1994 年 5 月通過初步設計評審，1995 年 11 月一期工程通過驗收。5.

51、3.2生產經營特點及對CIMS的需求生產經營特點三聯公司是一家專門印刷線路板加工企業，其經營目標是近期設計生產各類單面印制板、碳膜板，進一步發展能設計生產多層印刷線路板。印刷線路板(PCB) 是電子產品的通用部件， 它的設地制造的速度、質量對整機新品的開發、質量、資金的占有箸陰極其重要的影響。三聯公司印由板產品屬多品種，大中小批量混合交叉的經營方式。大到一個整機定刑產品年產幾千塊到幾十萬埠，而小到單件生產，如整機廠新產品的印刷板開發，塊數不多。要求交貨十分緊迫在，一般定制樣板到驗證可開模，要求10天時間，因此，從設計到成品制造、測試，要求高度自動化，才能保證質量，及時交貨。在一個電子產品的設計

52、、加工制造中，PCB的設計、加工、測試約占整個產品研制周期的 40%50%，因而縮短 PCB的設計、加工、生產、測試等時間，對它們短電子產品的研制周期起了重要的作用。因此，整機立品廠家對PCB板的設計、中工、測試、質量諸方面都提出了更高的要求，即生產周期越來越短、質量要求越來越高、難度越來越大。對 CIMS的需求由于三聯公司印制板生產線上的關鍵設備是國際80 年工中期產品，原有的設計、加工手質量測控體模具機床、X Y 讀數程機，還是自動化“信息孤島” ，與 CAD系統信息無法集成。迫于國內外市場的競爭壓力，整機生產廠家對印刷板廠有的配套技術裝備也提出了更高的要求， 不但要求 CAD系統配套，

53、而且要求能直接光繪輸出照相底片配套技術，加快新產品的開發，因此，實現設計加工信息集成化，使CAD系統與光繪系統、三軸、X Y 讀數編程機、測試點自動生成系統之間實現信息集成是三聯公司迫切要解決的問題。另外，由于電子產品生命周期越來越短，客戶廠的新產品開發品種多，要求時間緊； 而且新品試制到定型要經過調試，改進，修改PCB設主，再調式，改進，定刑的過程。在這過程中，三聯公司要與整機廠頻繁地交換設計信息， 如用人工傳遞設計數據或設計改型數據，一個往返就要八天十天，若幾個來回，花費的時間就更多，嚴重影響新產品的研制周期。困此，以三聯公司為中心，建立輻射各整機廠乃至國際客戶CAD中心的遠程通信風改變古

54、老的設計信息交換方式，提高快速響應能力，改善服務質量是十分必要的。隨著生產經營規模的擴大， 產品品種日益增多， 由于市場需求趨向多樣化， 客戶新品開發，比五年之前成幾倍遞增。但是，生產計劃調度管理，質量分析，還是后工管理，已無法適應生產發展的需要；三聯公司的信息分散在各個部門，無法及時匯總， 嚴重影響高層的決策、向管理要效益，要效率，必須建立企業MIS 系統。5.3.3. CIMS 應用工程的開發及實施 目標通過分步實施， 把公司建成具有集成體制結構的“靈活”型制造企業。在公司內部以數.據庫網為支持系統， 把生產經營管理， 設計加工生產過程質量控制集成在一起， 從而達到信息、技術與組織功能集成

55、； 對外建立以三聯公司為中心， 輻射全國各整機研制的遠程通信網絡，把客戶 ( 可以擴大到國外客戶 ) 的產品設計中心與三聯公司的 CAD/CAM設計加工中心直接相連，實現企業這間信息集成。實現了設計加工信息集成化革除了孫舊落后的紙帶輸入/ 輸出系統，使加工孤島變為信息通途。各子系統這間數據模型，數據交換格式符合國際工業標準，使 CAD系統與光繪系統、三軸、 X Y 讀數編程機、測試點自動生成系統之間實現了信息集成。實現了客戶信息網絡化建立起以三聯公司為中心，輻射各客戶廠家CAD中心的遠程通信網，實現了 PCB設計加工信息遠距離高速傳輸，完成了企業之間PCB設計加工信息的集成。實現了管理信息一體

56、化集成在網絡數據庫的支持下，實現了生產經營管理，生產計劃調度， 生產過程質量記管理等一體化集成。提供公司領導綜合信息查詢支持。總體功能設計加工信息集成系統該集成系統包括：CAD/光繪集成系統、CAD/CAM集成子系統、 CAD/測試點自動生成系/CAM系統子系統。設計加工信息集成系統功能圖，如圖5 28 所示。CAD/ 光繪集成子系統高精度光繪系統 (100 線 / 毫米 ) 是充分利用浙江大學八五攻關的科技成果開發研制成功的，是在聯 CIMS工程實施過程中的關鍵技術。CAD/光繪集成子系統的組成系統硬件構成光繪集成系統硬件由主控計算 486(RAM24MB， HD540M)，掃描圖形輸出接口

57、卡和光繪機構成，見圖 5 29。(2) CAD/光繪集成子系統軟件功能該軟件系統由標準語方接口器，圖象發生器， 圖象編輯器， 圖象掃描輸出器等模塊組成。各功能簡述如下：標準語方接口器， 把客戶 CAD系統提供的各種標準語方格式解釋為圖象發生器能接收的統一數據格式 (GFORMAT)；圖象生成器功用，把GFORMAT格式數據解釋為光繪機能接收的點陣圖象格式；圖象掃描輸出器，控制與光繪機控制接口會話，實時傳送掃找數據信息和接口間應答信息。2. CAD/CAM集成子系統該系統硬件由微機系統、仿真接口卡、數空機床構成，邏輯功能見圖5 13。微機系統的功用是控制讀入開模具，或鉆孔數據， 并控制接口卡與數

58、控不通信聯絡，數據傳送等項工作。光電輸入機仿真接口卡功用是控制與數控機床硬件接口實時傳送。該系統應用軟件運行于DOS平臺上，主要功用是讀入EIA( 三軸 ) 和 ISO( 四軸 ) 數控編程格式數據，控制仿真接口傳給數控機床，軟件功能模塊如圖5 32 所示。3. CAD/X Y 實數編程集成子系統X Y 讀數編程機是三聯公司的關鍵生產設備，它的主要功用是：(1) 開模具之前，底片上的孔位數據與將要送給模具機就要的數據進行校驪；(2)讀孔位數據，并產生編程格式.數據； (3) 手工立生針床測試 時，通過它選取針床測試點編程加工數據。因此，隨時都離不開它。 X Y 讀數編程機原先配有紙帶輸入機、紙

59、帶輸出機等設備，這些設備老化已無法應用，在實施 CIMS工程設計中，革除了紙帶輸入 / 輸出設軒，為該設備設計了輸入 / 輸入仿真接口智能接卡。 該系統采用微機控制， 信息用軟盤傳遞， 向上與 CAD系統的數據信處集成，向下實現了與數控機床的信息集成。其完成原理如圖5 33。針床測試點自動生成系統PCB測試點生成要求每一連通區域內至少取一個焊盤點作為測試點；線徑最小處大于等于最小線徑的僅需取一個焊盤點作為測試點；線徑最小處小于最小線徑取相隔最遠的兩個焊秀點作為測試點；莓花型走線 ( 我分支 ) 交叉點處無需設測試點，只需在非交叉點設置測試點；在針腳密集，優選距該點 =ds 的連通網絡中一點作為

60、測試點；測試點最小間距不得小于測試探針的直徑；測試點分布均勻，使受測印制板在針床下受力比較均勻。系統功能圖如5 34。軟件模塊由PCB信生成器、 圖象預處理、 連通網絡識別、測試點生成器、后處理及用戶接口等模塊構成，其相互關系見圖5 23。企業經營管理信息系統 (MIS)一期工程完成生產銷售管理系統( 圖 5 37) 、質量信息管理系統( 圖 538) 。網絡數據庫系統數據庫支撐系統三聯公司 MIS 系統采用 FOXPRO2.5FORDOS數據庫軟件設計。數據庫包括有關部門的共用信息庫和私用庫， 共由四十多個庫文件組成， 以支持第一期工程 MIS系統的計劃制定、 任務下達、生產統計、銷售、產銷