计算机辅助工程是指计算机在现代生产领域,特别是生产制造业中的应用,主要包括计算机辅助设计、计算机辅助制造和计算机集成制造系统等内容。
计算机辅助设计
计算机辅助设计(CAD)在如今的工业制造领域,设计人员可以在计算机的帮助下绘制各种类型的工程图纸,并在显示器上看到动态的三维立体图后,直接修改设计图稿,极大地提高了绘图的质量和效率。此外,设计人员还可以通过工程分析和模拟测试等方法,利用计算机进行逻辑模拟,从而代替产品的测试模型(样机),降低产品试制成本,缩短产品设计周期。
目前,CAD技术已经广泛应用于机械、电子、航空、船舶、汽车、纺织、服装、化工以及建筑等行业,成为现代计算机应用中最为活跃的技术领域。
计算机辅助制造
计算机辅助制造(CAM)这是一种利用计算机控制设备完成产品制造的技术。例如,20世纪50年代出现的数控机床便是在CAM技术的指导下,将专用计算机和机床相结合后的产物。
借助CAM技术,在生产零件时只需使用编程语言对工件的形状和设备的运行进行描述后,便可以通过计算机生成包含加工参数(如走刀速度和切削深度)的数控加工程序,并以此来代替人工控制机床的操作。这样不仅提高产品质量和效率,还降低生产难度,在批量小、品种多、零件形状复杂的飞机、轮船等制造业中备受欢迎。
计算机集成制造系统
计算机集成制造系统(CIMS)CIMS是集设计、制造、管理三大功能于一体的现代化工厂生产系统,具有生产效率高、生产周期短等特点,是20世纪制造工业的主要生产模式。在现代化的企业管理中,CIMS的目标是将企业内部所有环节和各个层次的人员全都用计算机网络连接起来,形成一个能够协调统一和高速运行的制造系统。
计算机辅助制造的核心是计算机数值控制(简称数控),是将计算机应用于制造生产过程的过程或系统。1952年美国麻省理工学院首先研制成数控铣床。数控的特征是由编码在穿孔纸带上的程序指令来控制机床。此后发展了一系列的数控机床,包括称为“加工中心”的多功能机床,能从刀库中自动换刀和自动转换工作位置,能连续完成铣、钻、铰、攻丝等多道工序,这些都是通过程序指令控制运作的,只要改变程序指令就可改变加工过程,数控的这种加工灵活性称之为“柔性”。加工程序的编制不但需要相当多的人工,而且容易出错,最早的CAM便是计算机辅助加工零件编程工作。麻省理工学院于1950年研究开发数控机床的加工零件编程语言APT,它是类似FORTRAN的高级语言。增强了几何定义、刀具运动等语句,应用APT使编写程序变得简单。这种计算机辅助编程是批处理的。
CAM系统一般具有数据转换和过程自动化两方面的功能。CAM所涉及的范围,包括计算机数控,计算机辅助过程设计。
数控除了在机床应用以外,还广泛地用于其它各种设备的控制,如冲压机、火焰或等离子弧切割、激光束加工、自动绘图仪、焊接机、装配机、检查机、自动编织机、电脑绣花和服装裁剪等,成为各个相应行业CAM的基础。
计算机辅助制造系统是通过计算机分级结构控制和管理制造过程的多方面工作,它的目标是开发一个集成的信息网络来监测一个广阔的相互关联的制造作业范围,并根据一个总体的管理策略控制每项作业。
从自动化的角度看,数控机床加工是一个工序自动化的加工过程,加工中心是实现零件部分或全部机械加工过程自动化,计算机直接控制和柔性制造系统是完成一族零件或不同族零件的自动化加工过程,而计算机辅助制造是计算机进入制造过程这样一个总的概念。
一个大规模的计算机辅助制造系统是一个计算机分级结构的网络,它由两级或三级计算机组成,中央计算机控制全局,提供经过处理的信息,主计算机管理某一方面的工作,并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控,计算机工作站或微型计算机承担单一的工艺控制过程或管理工作。
计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面:硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等,软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。