計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)研究

鄧其貴，韋 敏，蔣愛榮

（1.柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545036；2.百色職業(yè)學(xué)院，廣西 百色 533000)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)著模具生產(chǎn)行業(yè)實(shí)現(xiàn)新的產(chǎn)能革命，以智能化數(shù)控機(jī)床為載體，模具生產(chǎn)愈發(fā)趨于規(guī)模化，真正實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助制造的技術(shù)構(gòu)想。模具生產(chǎn)在經(jīng)歷周期縮短、技術(shù)改造、工藝優(yōu)化等革新后，將合理提升模具企業(yè)的生產(chǎn)效率，確保模具為制造業(yè)的發(fā)展推波助瀾。很多模具的成型都會(huì)產(chǎn)生大量的參數(shù)，這些參數(shù)是控制和提升模具精度的重要標(biāo)尺。要進(jìn)一步保障模具生產(chǎn)的效率與質(zhì)量，必然需要將一些慣用參數(shù)作為歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包歸集，這就需要建設(shè)和持續(xù)擴(kuò)容工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。模具生產(chǎn)引入計(jì)算機(jī)輔助制造工藝以來，其計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)即CAM 數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)也成為眾多研究者的重點(diǎn)關(guān)注課題。

1 計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)模型及特點(diǎn)

模具CAM，是模具計(jì)算機(jī)輔助制造之代稱，內(nèi)涵是利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能來輔助模具制造系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品成型全過程的輔助，將計(jì)算機(jī)與各種產(chǎn)品制造過程以及相關(guān)設(shè)備實(shí)施直接或間接性關(guān)聯(lián)，讓計(jì)算機(jī)系統(tǒng)加強(qiáng)對(duì)不同階段所產(chǎn)圖形、數(shù)據(jù)、作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)進(jìn)度等內(nèi)容整合，強(qiáng)化各種過程控制與操作運(yùn)行，借助各種資源的轉(zhuǎn)化，以特定信息流的方式作用于全生產(chǎn)系統(tǒng)，完成產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理、物料流動(dòng)控制以及產(chǎn)品性能檢測(cè)等。模具CAM 既可優(yōu)化勞動(dòng)生產(chǎn)效率，又能降低制造成本，進(jìn)一步簡(jiǎn)化生產(chǎn)復(fù)雜度，縮減周期，確保高質(zhì)量的生產(chǎn)過程同時(shí)具備要素可調(diào)試的生產(chǎn)柔性。

模具生產(chǎn)CAM 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)常以四種模型出現(xiàn)，分別是：層次模型、網(wǎng)絡(luò)模型、關(guān)系模型、面向?qū)ο竽Ｐ停瑢?duì)應(yīng)的模型示例如圖1 和圖2 所示。

圖1 層次模型的結(jié)構(gòu)

圖2 網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)

綜上對(duì)比，以面向?qū)ο竽Ｐ蛠硗瓿傻哪＞呱a(chǎn)CAM 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的效果最佳。首先，面向?qū)ο竽Ｐ涂蛇m用于不同的數(shù)據(jù)類型，該數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)可以有不同的屬性，無論是文本數(shù)字圖片格式還是視頻音頻，都可以以面向?qū)ο竽Ｐ蛠眢w現(xiàn)，可為數(shù)據(jù)庫(kù)的處理提供更大的集成應(yīng)用開發(fā)系統(tǒng)；其次，面向?qū)ο竽Ｐ途邆淅^承、多態(tài)和動(dòng)態(tài)綁定等強(qiáng)大功能特性，不同的用戶在引入模型開發(fā)過程中，能夠降低對(duì)特定對(duì)象的代碼編寫要求，真正成為簡(jiǎn)化流程的對(duì)象構(gòu)成方案，較好地為客戶提供解決方案，讓用戶能夠真正體會(huì)到快捷便利高性能的程序開效率；其三，面向?qū)ο竽Ｐ蛯?duì)于數(shù)據(jù)的訪問方式設(shè)定有兩種，可支持關(guān)聯(lián)式與導(dǎo)航式，因此對(duì)數(shù)據(jù)的訪問性能會(huì)更加出色。事實(shí)證明，面向?qū)ο竽Ｐ涂蔀橛脩籼幚砭哂卸嘣獙哟蔚臄?shù)據(jù)提供更加便捷的服務(wù)，同時(shí)能夠?qū)τ脩襞R時(shí)定義的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行必要的邏輯學(xué)習(xí)，支持以新數(shù)據(jù)類型來完成對(duì)應(yīng)的目標(biāo)操作與改進(jìn)性分析，面向?qū)ο竽Ｐ湍軌蚣皶r(shí)修改或重新定義來自系統(tǒng)更新數(shù)據(jù)的模式評(píng)價(jià)，其能力靈活，可在數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中發(fā)揮強(qiáng)大的管理能力，特別是能夠?yàn)橛脩舨煌枨蟮墓ぷ魈峁└斜Ｕ闲缘墓ぷ鹘涌凇?/p>

大量生產(chǎn)實(shí)踐表明，模具CAM 能夠基于合理模型的搭配應(yīng)用展現(xiàn)如下特點(diǎn)：

1）模具生產(chǎn)可以直接從設(shè)計(jì)與生產(chǎn)階段所設(shè)定的任務(wù)指揮中心取得各種可行數(shù)據(jù)，同時(shí)加載更多符合關(guān)鍵詞定義范圍的圖文資料，通過計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大邏輯運(yùn)算，快速開展工藝與生產(chǎn)方面的作業(yè)，極大地縮減在工藝與生產(chǎn)階段的準(zhǔn)備時(shí)間。

2）CAM使用計(jì)算機(jī)作為主控單元，能夠通過軟件編程與硬件動(dòng)作記憶等機(jī)制不斷調(diào)整整個(gè)模具生產(chǎn)過程，使得生產(chǎn)過程更加合理有序，質(zhì)量與效益得到雙保障。

3）計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)中，各種數(shù)據(jù)匯集的信息流在傳輸中體現(xiàn)出了節(jié)點(diǎn)定位的準(zhǔn)確性，使得信息響應(yīng)與反饋機(jī)制更加及時(shí)準(zhǔn)確。

4）大量工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)等工作環(huán)節(jié)可通過計(jì)算機(jī)控制機(jī)械裝置來完成，直接降低技術(shù)工作人員的工作壓力，管理人員通過各種監(jiān)控檢測(cè)系統(tǒng)維持整個(gè)生產(chǎn)的持續(xù)性運(yùn)行。

2 模具CAM工藝數(shù)據(jù)庫(kù)與成組技術(shù)的關(guān)聯(lián)性

模具生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)過程中，還需要準(zhǔn)確掌握成組工藝技術(shù)的概念與特性。成組技術(shù)主要是指一旦制造產(chǎn)品進(jìn)入生產(chǎn)階段后，將具有相近特性與規(guī)格特征的零部件進(jìn)行必要的分組，要求先編碼定位再判別分類，重新分類的零件與其他相似件間可組成一個(gè)零件族。計(jì)算機(jī)輔助制造過程中，將默認(rèn)以零件族作為識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)積極展開加工，如此必然屬于盡可能限制和優(yōu)化生產(chǎn)批次，并主動(dòng)擴(kuò)容單批次生產(chǎn)量，以高效法獲得高效益，充分體現(xiàn)出了加工近似零件的優(yōu)越性。成組技術(shù)原理圖如圖3所示。

圖3 成組技術(shù)工藝原理圖

成組技術(shù)的應(yīng)用一般會(huì)出現(xiàn)在眾多產(chǎn)品的中小批量化生產(chǎn)中。模具產(chǎn)品的生產(chǎn)，正是典型的中小批量甚至單件生產(chǎn)，因此采用成組技術(shù)便顯得十分妥帖合理。利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)行操作，模具生產(chǎn)中零件的各種分類以及編碼等工作都會(huì)更有效率。計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的建立，能夠?yàn)槌山M技術(shù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、核心數(shù)據(jù)，提高對(duì)各種零件的編碼、判別、分類等環(huán)節(jié)的精確性，為有序?qū)嵤┏山M技術(shù)，有序運(yùn)行模具計(jì)算機(jī)輔助制造奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 模具生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

模具生產(chǎn)計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)思想是以計(jì)算機(jī)作為重要技術(shù)支撐和平臺(tái)，整個(gè)模具的設(shè)計(jì)方案、規(guī)格數(shù)據(jù)、圖形圖表、工藝參數(shù)、作業(yè)計(jì)劃、刀具軌跡程序等信息數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系都能夠被記錄在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間中，通過富有邏輯的數(shù)據(jù)信息來展示各要素的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，并且通過專業(yè)處理軟件來強(qiáng)化對(duì)不同數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、讀取、整合與管理，確保模具的計(jì)算機(jī)輔助制造生產(chǎn)滿足各種工業(yè)需求。

模具生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建過程中，應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)變換要求和具體情況。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)會(huì)選擇雙層變換時(shí)，首先考慮到數(shù)據(jù)冗余量的問題，計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)出于強(qiáng)化數(shù)據(jù)共享的目的，主動(dòng)將不同用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合，并通過必要的算法或邏輯抽象出具有統(tǒng)一形態(tài)的數(shù)據(jù)流圖；其次是考慮到數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)效率，并且要不斷優(yōu)化存儲(chǔ)性能，系統(tǒng)會(huì)將所有數(shù)據(jù)按照物理組織最優(yōu)化形式來實(shí)行存儲(chǔ)。可見，在模具計(jì)算機(jī)輔助制造的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶模型、數(shù)據(jù)模型以及系統(tǒng)內(nèi)部模型都是彼此互通，相互轉(zhuǎn)化的。在數(shù)據(jù)庫(kù)中，用戶模型又稱之為子模式，數(shù)據(jù)模型稱之為模式，而內(nèi)部模型稱之為是物理模式。通過三種模式之間的相互轉(zhuǎn)化，各種資源才能實(shí)現(xiàn)合理化利用，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)也才能真正體現(xiàn)其價(jià)值，在便捷有序的存取中發(fā)揮最大化作用。

4 典型模具生產(chǎn)企業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)建設(shè)案例

某企業(yè)在模具制造方面能力較強(qiáng)，屬于行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)軍者。多年來，已經(jīng)通過資金的合理投資引入了先進(jìn)的設(shè)備，并在技術(shù)方面不斷優(yōu)化，達(dá)到了國(guó)內(nèi)一流國(guó)際領(lǐng)先水平。目前，該企業(yè)的模具加工中心已具有較強(qiáng)的生產(chǎn)能力，有先進(jìn)的引進(jìn)設(shè)備和精良的技術(shù)，主要的數(shù)控設(shè)備資產(chǎn)及模具年生產(chǎn)情況見表1。

表1 某企業(yè)內(nèi)部主要數(shù)控設(shè)備資產(chǎn)及模具年生產(chǎn)情況統(tǒng)計(jì)清單

企業(yè)在應(yīng)對(duì)激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的過程中，主動(dòng)投入更大的技術(shù)、資金等資源開發(fā)自有產(chǎn)品，擴(kuò)大產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率。在生產(chǎn)軍民品種方面，極力發(fā)揮大而全的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如拓展了摩托車的生產(chǎn)型號(hào)，現(xiàn)有50 型、55 型、60 型、80 型、150 型等五個(gè)型號(hào)，對(duì)產(chǎn)品精度的考驗(yàn)與要求十分嚴(yán)格。為滿足生產(chǎn)需要，在生產(chǎn)計(jì)劃中安排復(fù)雜模具制造的大部分工作量由加工中心和數(shù)控機(jī)床來完成，企業(yè)技術(shù)人員為了充分發(fā)揮加工中心與數(shù)控機(jī)床的工作效率，首先花費(fèi)一定的前期時(shí)間開發(fā)了部分模具的計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，主動(dòng)分析整個(gè)工藝過程，積極調(diào)整其中的不同要素，優(yōu)化過程消耗，縮減數(shù)控程序編制時(shí)間，努力提升模具制造質(zhì)量。針對(duì)模具型面項(xiàng)目開發(fā)過程中，技術(shù)人員會(huì)先將參考模具的型面進(jìn)行可視化分解，突出其中的基本型面，如平面、圓柱面、圓錐面、球面、擬合曲面等，這樣復(fù)雜模具實(shí)體就可看作是眾多基本型面的組合，從而將這些基本型面分解后建立必要的制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，通過數(shù)據(jù)庫(kù)得到優(yōu)化的NC與CNC程序，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助制造的功能。

5 結(jié)束語

現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展離不開模具的生產(chǎn)制造，為了進(jìn)一步提升模具生產(chǎn)制造的質(zhì)量與效率，有必要研究建設(shè)模具生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)輔助制造工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。本文對(duì)如何正確選用數(shù)據(jù)庫(kù)中的構(gòu)建模型，探討研究其中的數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了各種數(shù)據(jù)流的動(dòng)態(tài)循環(huán)，發(fā)揮最大化的數(shù)據(jù)應(yīng)用價(jià)值，推進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在制造業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展提供了理論支撐。