1绪论
1.1概述
解决CAD/CAM一体化集成问题,解决新品试制工艺流程问题,解决模具车间基本生产管〔必要时方便实现模具生产PDM管理),解决数控加工中DNC与程序断点续传问题,为长安汽新产品试制及夹、模具生产建立起一套完成的制造集成体系。为保证汽车新品试制及模具制造技术的完善及提高,经多次反复论证和研究,我们提出模具制造必须面向企业的生产发展需要以先进的DNC软插件异构通信技术及信息集成技术对汽车模具制造中心原有的DNC通信网络系统进行技术改造及进行工艺住处集成生产管理系统的研制开发及大型复杂模具DNC加工中断点续传问题研究。以解决环境温度变化及粉尘对原有DNC计算机的影响,提高系统的可靠性和通信速度。同时实现汽车模具制造工艺住处集成化管理,减肥轻数控工艺编制人员的劳动强度,提高数据的一致性,提高数控工艺的设计水平,降低DNC加工中因各种因素造成的DNC中断后带来的损失,实现模具制造CAPP与DNC系统的集成。
1.2制造自动化技术的发展过程
分析制造自动化的发展历史和发展趋势,可以看出,制造自动化的历史和发展可分重庆大学工程硕士学位论文绪论为如图1.1所示的五个台阶。第一台阶:刚性自动化,包括刚性自动线和自动单机。本台阶在20世纪4压50年代己相当成熟。应用传统的机械设计与制造工艺方法,采用专用机床和组合机床、自动单机或自动化生产线进行大批量生产。其特征是高生产率和刚性结构,很难实现生产产品的改变。引入的新技术包括继电器程序控制、组合机床等。
1.3课题背景及来源
长安公司大模具车间(下称模具中心或230车间)以生产汽车覆盖件冲压模具为主,兼生产塑料、橡胶、精铸模具及焊接夹具。年生产汽车大型模具80付、中型170付、小型484付,年生产工时40万小时。在公司、工厂新品开发任务日益繁重的今天,230车间肩负重任.根据长安汽车有限责任公司汽车产品开发战略、过程、组织和开发平台,230车间作为长安公司汽车夹、模具生产的专业车间,在长安公司汽车生产保证体系及新车开发体系中,扮演着先锋队和终结者的角色。长安汽车模具中心制造自动化工作起步于1989年,随着国有汽车工业的高速发展和先进制造技术的不断应用,230车间无论在生产制造还是技术准备方面己开始越来越远落后于竞争对手。在技术准备方面,模具中心建立于1993年的CAD/C月讥心NC体系随着时间的推移,由于缺少量的积累和质的提高,早期领先一步的技术优势已荡然无存。而且随着公司产品开发体系逐步完善,新产品开发速度日渐加快的今天,230车间无论从人员配备,还是硬、软件环境均无法满足生产需求。模具中心DNC系统历经纸带、磁盘阅读器、单机点对点到网络PC点对点DNC控制四个阶段,现已充分暴露出速度慢;兼容性差;稳定可靠性差,操作复杂且要求高等致命点,已无法支撑长安汽车新品模具的开发制造工作,必须立即改造和技术攻关研究。
针对目前长安公司汽车模具制造中心的点对点DNC系统及现场粉尘污染(汽车覆盖件模具NC加工以铸铁件为主)特殊工况的特点,结合国家高技术研究发展计划(863计划)自动化领域计算机集成制造系统主题研究与开发项目,结合长安汽车(集团)C加S工程(一期),经我与重庆大学相关人员一起,同长安公司的有关人员多次反复研究和论证。提出对现有的DNC通信网络系统进行技术改造,以先进实用的CANBUS作为DNC集成系统的通信网络,这样既实现了DNC集成化控制,又解决了环境温度变化及粉尘对DNC计算机的影响,提高系统的可靠性,同时将现有的通信速率提高,减少现场操作人员的工作量,便于DNC系统的管理。另外,长安汽车模具制造瓶颈是设计、工艺及管理,经多次反复研究和论证,提出同时开发研制长安汽车模具制造CAPP系统。该系统应尽可能覆盖230车间各个室的所有有关工艺设计及管理的业务范围。各子系统的划分基本与230车间现行业务范围相一致。因此,这些子系统提供的功能基本上可以覆盖230车间设计、工艺与管理的主要业务范围。
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2系统总体结构研究
2.1现状需求及可行性分析
现状需求:需求分析是确定未来系统的总体需求,包括功能需求,信息需求,性能需求,接口需求和约束分析。本项目包括两个系统,即长安汽车模具制造CAPP系统和长安汽车模具中心DNC通信系统功能需求长安汽车模具制造CA卫P系统应尽可能覆盖230车间各个室的所有有关工艺设计及管理的业务范围。系统功能包括:主任查询子系统、材料管理子系统、工艺设计子系统、设备管理子系统、模具中心工具管理子系统、资料管理子系统、NC程序管理子系统、数据备份子系统、质量成本管理子系统九个主要功能子系统。各子系统的划分基本与230车间现行业务范围相一致。因此,这些子系统提供的功能基本上可以覆盖230车间工艺设计与管理的主要业务范围。针对目前长安公司汽车模具制造中心的点对点DNC系统及现场特殊工况的特点,经重庆大学与长安公司的有关人员多次反复研究和论证。提出对现有的DNC通信网络系统进行技术改造,以先进实用的CANBUS作为DNC集成系统的通信网络,这样既实现了DNC集成化控制,又解决了环境温度变化及粉尘对DNC计算机的影响,提高系统的可靠性,同时将现有的通信速率提高,减化现场操作人员的操作,便于DNC系统的管理。
2.1.2性能需求
长安汽车模具制造CAD/CAPP/CAM一体化网络系统改造及集成化控制管理系统的性能要求可以从以下几个方面来描述:覆盖面要广,应覆盖230车间各个室的所有有关工艺设计及管理的业务范围。集成度要高,以实现信息的共享,集成度不仅意味着230车间内部信息处理的集成,它还意味着230车间与长安公司CIMS的集成。开放性要好,系统应具备良好的通用性、移植性、可扩充性和可交互操作性。¼可靠性要好,系统的硬件,特别是服务器和网络应具有极高的可靠性,以保证系统的正常运行,同时不能丢失数据。½适用性要好,要具有良好的用户界面,便于用户操作。系统输入应简单,还要便于系统的维护和扩充。要具有一定的先进性,特别是网络系统和软件支撑平台的选择,对系统的先进性影响很大,慎重对待。响应速度要快,从发出请求到响应的时间间隔不应太长,以免影响用户的信心。
2.1.3信息需求
信息范围应广,应包括CAD、设备、工具、质量、材料、工时、工艺过程等所
有信息,特别是那些需要共享的信息。应按照适当的方法对涉及到的信息进行分类,以便于计算机处理。例如可以把信息分为各个模块都要用到的全局共享信息和只在某一模块内部使用的局部信息。这种分类方法便于数据库系统设计,减轻网络负担。信息的管理与信息的一致性信息的管理应保证:
2.2系统总体结构
本项目包括两个系统,由统一的网络进行管理与控制,下面对总体结构作进一步的解释:模具制造C妙P系统,该模具制造系统的主要功能有9个,它们分别是主任查询子系统、材料管理子系统、工艺设计子系统、设备管理子系统、模具中心工具管理子系统、资料管理子系统、NC程序管理子系统、数据备份子系统、质量成本管理子系统九个主要功能子系统。模具制造DNC系统,目前广泛应用的工业网络MA卫网是在每一个1Zh公JZ频宽的通道内以10N比/S的速度进行信息传递,共有三个通道可以选择。M诱卫网络是将宽带技术,总线技术和无源工作站融合在一起,从而保证信息高速无错的传输。尽管MAP有很多的优点,但由于自身结构的特点导致了MAp网络存取费用高,且实时性不强。在要求控制NC机床同步加工或NC程序传输与加工同时进行时,MAP网络不能达到实时性的要求。
于八十年代末九十年代初发展起来的现场总线(FeildBus)是在制造现场与安装在控制室中的计算机之间的一种数字通信链路,能同时满足过程控制自动化和制造自动化的需要。由于现场总线是基于数字通信的,因此在现场与控制室之间能进行多变量双向通信。现阶段最具代表性的现场总线有。根据现场具体情况及比较以上几种现场总线的优劣,最终选定用CAN总线作为DNC集成系统通信网络。模具制造CAD/CAPP/CAM集成化控制管理系统共分四层,最上面的一层是用户应用层,系统的功能实用性主要取决于这一层。第二层是本系统的开发平台,目前考虑采用visualFoxproforWin95来开发整个数据库系统。该数据库管理系统均是基于微机的优秀数据库系统。是由微软公司开发的数据库管理系统,几乎具有的所有功能,并且使用十分方便,直观。的另一个优势是与同属微软公司的产品,两者的配合运行必定要顺利、可靠得多。数据库管理系统是管理数据库数据的一组软件,是数据库系统中各部分取得联系的中心枢纽,主要完成数据的存放和查找,对数据库有定义、管理、维护和通讯的功能。DBMS象一个向导,把用户对数据库的一次访问,从用户级带到概念级,再导向物理级。作为新一代关系数据库管理系统,能够简化用户数据库的管理,使得组织数据、定义数据库规则和创建应用程序等工作更加便捷,仅仅利用系统提供的可视设计工具和向导就可以快速创建表单,查询和生成报表。同时,还提供了一个集成开发环境,包括功能强大的面向对象编程工具,客户机/服务器能力以及OLE支持,使应用程序的开发流程更为合理,用户可以迅速创建功能完备的应用程序。
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3系统详细设计开发研究……………………19
3.1加工及DNC通信技术研究. ……………………19
3.2管理技术研究……………………24
3.3设计及工艺技术研究……………………44
3.4本章小结……………………51
4系统集成技术研究……………………52
4.1选型和配置原则……………………52
4.2网络系统设计……………………52
4.3接口技术研究设计集成……………………56
4.4本章小结……………………57
5应用……………………58
5.1应用情况……………………58
5.2典型零件及实际环境图片汇总……………………61
6结论……………………63
5应用
5.1应用情况
“长安公司汽车模具制造CAD/C妙P/CAM一体化网络系统改造及集成化控制管理系统”在重庆长安汽车股份有限公司得到了有效的推广应用。从1998年至2001年,取得良好的使用效果,使用情况如下:长安公司模具中心(230车间)现有DM万175B(E气NUC15MB数控系统),DMV40o(三菱系统),MV80、DMV49oo、DMv30oo(F/。用COM系统),、网络系统。上述设备及系统主要用于加工汽车覆盖件模具及部分军用产品模具。DNC系统采用CAN总线及软插件技术,系统运行可靠性大大提高。从原来采用局域网型DNC系统(点对点式)改造成现在的群控式,每台机床因DNC系统故障而导致的设备停产,从每月2次降低到每半年1次。可以多台机床同时加工控制,使用方便。从机床面板上直接申请NC程序,操作方便。通信速度可提高到19200BPS,可以有效提高表面精加工的质量。具有生产订单及资料管理、工艺设计、设备管理、工具管理和NC程序管理等,功能完整,运行可靠。使我模具中心技术上得到了进一步提高,管理上更先进,工艺设计能力更强。
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6结论
本文针对汽车模具制造行业在新产品模具的设计、工艺及制造自动化集成方面进行了研究,结合国内外DNC及模具CAPP现状和发展趋势及长安汽车(集团)C皿S工程(一期)及长安汽车股份有限公司汽车制造厂模具制造车间的长安公司汽车模具制造CAD/C妙P/CAM一体化网络系统改造及集成化控制管理系统,取得如下研究成果:作者结合十几年的工程经验,对项目进行了充分调查,需求分析可靠准确,可行性分析详细理,为研究工作开展奠定了良好的基础。特别是对系统的总体方案设计及可靠性研究方面作出了重要贡献。系统总体结构先进实用,功能模块划分准确,具有工艺设计、设备管理、工具管理、材料管理、NC程序管理、质量管理、生产订单及资料管理、DNC通信及监控等功能在内的开放式体系结构保证了详细设计及内外部体系的集成性。»采用软插件技术并以CanBus作为数控系统集成化控制的通信平台,以软插件技术作为异构数控系统通信协议转换软件的设计核心,有创新地解决了数控系统集成化控制时的通信竞争问题、环境粉尘及温度对系统运行可靠性的影响、NC程序实时传输、机床操作面板上直接申请NC程序、异构数控系统集成控制、PDM/CAD/CA即/C胡与DNC信息集成等六个技术关键问题。特别对系统可靠性研究取得重要突破。所研制的“汽车新品开发中模具制造集成化系统”是一个集生产管理、工艺设计、DNC控制为一体,可以与CIMS其它系统进行信息共享的集成系统,,能够满足无纸化生产及异构型数控系统集成化的要求。
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参考文献（略）