CAXA數(shù)字化設計制造教學平臺

CAXA數(shù)字化設計制造教學平臺-CAXAPLM體驗中心

現(xiàn)代制造企業(yè)實行數(shù)字化管理。數(shù)字化、無紙化技術的普遍使用縮短了產(chǎn)

品開發(fā)周期，降低了成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，提升了客戶滿意度。

CAXAPLM體驗中心集成設計、工藝、制造等專業(yè)軟件，通過構建項目式教學，做到學校和企業(yè)的人才對接，同時構建工學結合的模式。建立一個以項目式教學為主導的企業(yè)環(huán)境體驗教室，實現(xiàn)從單人表現(xiàn)到團隊組合表現(xiàn)的多方位考核方式。項目教學的過程以圖紙設計到產(chǎn)品加工成型為一個流程，以資源管理平臺來控制這個流程。同時將企業(yè)中產(chǎn)品設計、工藝、生產(chǎn)流程體現(xiàn)出來。中心配置CAXA協(xié)同管理軟件模塊，將CAXA數(shù)字化設計、CAXA數(shù)字化工藝、CAXA數(shù)字化編程、CAXA數(shù)字化制造、實訓車間的視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成，形成數(shù)字化工廠的教學管理平臺，將理論教學與實訓融為一體。按照企業(yè)設計、工藝、生產(chǎn)流程，完成所有相關的技術文件及產(chǎn)品數(shù)據(jù)。同時，按照企業(yè)的模式對技術文件和產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行調(diào)度與管理。

體驗中心一系列電腦、工業(yè)觸摸屏、數(shù)控機床以及移動終端可展示新型工業(yè)企業(yè)如何通過CAXA軟件和平臺進行數(shù)字化研發(fā)設計、數(shù)字化生產(chǎn)制造以及數(shù)字化集中管控，從產(chǎn)品的3D創(chuàng)新設計到快速生成2D國標圖紙，從圖文并茂的工藝編制到高效匯總各類生產(chǎn)準備報表，從復雜曲面的數(shù)控編程到數(shù)控仿真，從車間現(xiàn)場的實時信息采集到制造過程的智能管控，以及企業(yè)主管通過iPad對以上所有業(yè)務的集中管控這一系列過程集中體現(xiàn)出CAXA的CAD軟件和PLM解決方案如何幫助提升企業(yè)創(chuàng)新能力和管理能力，也生動展現(xiàn)了工業(yè)與信息化的深度融合。

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CAXA數(shù)字化設計制造

一、CAXA數(shù)字工廠網(wǎng)絡化、數(shù)字化的軟硬件架構

數(shù)字化、網(wǎng)絡化設計制造技術是現(xiàn)代設計技術的發(fā)展方向,也是設計制造技術的一次深刻的革命。它包括目前各種功能強大、人性化強的設計類、工藝類、制造類、管理類軟件,可全面進行產(chǎn)品開發(fā)、設計、生產(chǎn)、管理的數(shù)字化操作,而三維CAD是數(shù)字化設計制造的基礎。對應于這些新軟件而出現(xiàn)的新的設計理念和新的設計方法也在不斷的推陳出新,對此我校機械專業(yè)的學生應緊跟技術發(fā)展的潮流,適應這種新的變化。這一點在畢業(yè)設計中體現(xiàn)的較為重要,因此我們必須適當?shù)母倪M我們畢業(yè)設計的中所采用的一些傳統(tǒng)的設計方法,進一步提高畢業(yè)設計的質(zhì)量和創(chuàng)新成份。

下面以我們國家具有自主知識產(chǎn)權的CAXACAD/CAM一體化軟件為例,研究如何進一步應用數(shù)字化、網(wǎng)絡化設計制造技術,提高我校機械專業(yè)的畢業(yè)設計質(zhì)量,增加畢業(yè)設計中的創(chuàng)新成份CAXACAD/CAM一體化集成軟件包含:管理類:CAXA圖文檔;設計類:CAXA電子圖板、CAXA實體設計;工藝類:CAXA工藝圖表、CAXA工藝匯總表;制造類:CAXA制造工程師、CAXA網(wǎng)絡DNC。其中CAXA實體設計提供了一個三維創(chuàng)新設計的平臺,支持概念設計總體設計、詳細設計、工程設計、分析仿真、數(shù)控加工的應用等,還提供了參數(shù)化設計和拖放設計操作方法[1],并能生成符合國家標準的二維圖紙,可有效提高設計的效率,利于創(chuàng)新設計。

CAXA數(shù)字化工廠

（1）、搭建實訓車間的數(shù)字化網(wǎng)絡：

將實訓車間的數(shù)控設備與CAXA數(shù)據(jù)管理平臺相連，進而實現(xiàn)對數(shù)控設備網(wǎng)絡化管理。（2）、打造無紙化生產(chǎn)場景：

通過數(shù)據(jù)查詢終端登陸系統(tǒng)，即可看到當期實訓的任務零件及相關信息（零件材料、毛坯尺寸、加工尺寸、加工工藝、加工示范及加工注意事項），改變傳統(tǒng)的教學模式，實現(xiàn)與現(xiàn)代化的企業(yè)的生產(chǎn)流程接軌。對外加工用到的軟件及編完的工藝和程序，通過數(shù)據(jù)查詢終端可以直接傳輸?shù)綑C床上進行加工，實現(xiàn)無紙化的設計與生產(chǎn)模式。

（3）、建設一體化討論區(qū)：在討論區(qū)中，通過網(wǎng)絡及大屏幕投影技術，可以將學生在體驗中心中做的基于工作過程的項目實例調(diào)出來，可以看到產(chǎn)品的設計圖紙、包括三維或二維圖，工藝卡片、加工模型及刀路軌跡、數(shù)控仿真的結果，可以看到編完的加工程序。同時，也可在此區(qū)域內(nèi)看到車間數(shù)控機床的面板操作及機床內(nèi)部視頻。通過展示軟件模型結果及機床操作視頻，實現(xiàn)理論與實踐的一體化。

（4）、視頻采集（數(shù)控機床視頻采集）：

通過視頻可以看到老師或?qū)W生在工作臺上的操作，包括工件裝夾情況、如何找到基準點、如何對刀，以及機床加工情況。

（5）、數(shù)控設備網(wǎng)絡化管理：

【1】代碼文件的傳輸（斷點續(xù)傳，自動應答、文件列表）�！�2】三色燈直接采：集黃燈：待機狀態(tài)綠燈：加工狀態(tài)紅燈：報警狀態(tài)

【3】機床信息采集（開機/關機、循環(huán)啟動/循環(huán)停止、報警/正常、主軸負載情況、感應電壓、工作電流）。

【4】統(tǒng)計分析（統(tǒng)計設備生產(chǎn)日、運行日志、報警日志。效率統(tǒng)計、開機率利用率、對比分析）。

二、CAXA產(chǎn)品設計、工藝、仿真及制造一體化過程

（一）CAXA產(chǎn)品設計：

CAXA實體設計采用拖放圖素的方式設計，就如同搭積木一樣直觀簡單，可以隨意拉伸、縮短，能輕松有趣的完成設計，并不需要花費很長時間去學習。

CAXA實體設計是一種基于創(chuàng)新設計的三維設計軟件。它以智能圖素為主體，通過添加、拖放智能圖素，可以高效快速的完成產(chǎn)品的設計。它還具有的智能渲染和智能動畫功能，通過智能渲染可使產(chǎn)品以電子樣機的形式完美的展現(xiàn)在客戶面前，通過智能動畫可將產(chǎn)品的現(xiàn)場工作過程演示給客戶�？焖偻昝赖姆桨甘沟门c客戶的交流更直接、更容易，在招標等場合能為中標增加籌碼。

CAXA實體設計在設計方法上更加貼近設計人員的設計思路，它可以將設計人員的模糊�；虿怀墒斓南敕ㄔ谌�維環(huán)境下直接、快速的表達出來，然后再按自己的思路做動態(tài)修改（通過智能圖素的添加、拖放來實現(xiàn)），最終形成產(chǎn)品。這應該是它與其它一些三維設計軟件最大的區(qū)別，也應該是較之其它軟件最大的優(yōu)勢。而其它三維軟件要求設計人員必須在頭腦里先有一個清晰的產(chǎn)品模型，然后從二維草圖開始，按部就班的進行拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描或放樣等特征形成實體，如此依次添加零件，形成最后產(chǎn)品。

下面依次從零件設計、裝配設計、渲染動畫及設計元素庫、三維球、包圍盒的用法等方面談談我的感受：

1、零件設計

CAXA實體設計在進行零件設計時對于可以直接從圖素中拖放形成；也可以對已拖入的

簡單圖素進行“編輯截面”，重新生成較為復雜的零件；還可以用生成工具（拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、圖素特征）在三維空間找一點繪制草圖生成造型；另外其特征設計功能更強，可以完成更為復雜的零件設計。修改時可以通過修改其智能圖素的包圍盒來實現(xiàn)，方便易行；

2、裝配設計

CAXA實體設計的裝配設計與零件設計是一個設計環(huán)境下完成，可以自由組合、解散裝

配體。其裝配分為無約束裝配和約束裝配，無約束裝配可快速定位零件，并且可以根據(jù)設計意圖修改、解除、改變裝配。約束裝配可保留配合關系。其裝配設計比較快速、自由，動態(tài)修改方便（尤其是將一個零件調(diào)整到另一個裝配體時更為方便）。

CAXA在添加螺栓聯(lián)結時很方便，找到需要添加的點，可以直接將螺栓、墊圈、螺母作為一個裝配體加到適當?shù)奈恢谩?/p>

3、渲染和動畫

CAXA通過智能渲染和智能動畫工具，可以作出具有相當水平的渲染效果和演示動畫。

這些在新產(chǎn)品的設計、模擬演示及與客戶的直接溝通時非常有用。尤其是與客戶交流時，最直接的動態(tài)效果顯示，不僅可消除與客戶溝通上的障礙，并可增強客戶對產(chǎn)品設計能力的信心。CAXA動畫制作也很簡單，將動畫設計元素中動作加到相應的零部件上，通過智能動畫編輯器設置其動畫屬性，可以很容易的完成動畫效果。

4、目錄式設計元素庫

CAXA實體設計的目錄式設計元素庫使設計很快捷。設計人員可以很方便的從屏幕右側

的庫中將想要添加的元素拖放到設計環(huán)境中。用戶可以建立自己的設計元素庫，將自己的圖速和零部件保存到新的設計元素中，以便于以后的調(diào)用。

CAXA標準件圖庫很豐富，但其型鋼件的尺寸是只有英制，沒有公制，這一點用起來不是太方便。其緊固件圖庫很方便，在向孔中添加的時候可以自己識別孔的大小添加相應的螺栓聯(lián)結（包括螺栓、螺母、墊圈）。

5、三維球和包圍盒

三維球和包圍盒是CAXA實體設計特有的工具。運用三維球可實現(xiàn)零部件及特征的空間

定位、旋轉(zhuǎn)、移動、復制、鏈接及生成直線風格，三維球的操作很方便，也很簡單，它可以實現(xiàn)精確的定位和其他操作。編輯包圍盒可以實現(xiàn)特征的修改。編輯包圍盒時通過修改不同方向上的操作柄可以實現(xiàn)所要求方向上的修改。掌握好三維球技術和包圍盒的編輯方法會對設計有很大幫助。

6、其它方面

CAXA實體設計的工程圖設計，不能在剖視圖上進行再次剖切。在一個三維界面上，設

計人員可以像畫師一樣，以鼠標和鍵盤為畫筆，以各種設計元素為原料，隨意表達自己的構思，并通過動態(tài)修改，獲得滿意的設計結果。這種創(chuàng)作的過程本身就是一種樂趣。所以，CAXA實體設計是一種真正意義的設計軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)真正的創(chuàng)新設計。

（二）CAXA工藝仿真：

對加工過程進行模擬仿真，仿真過程中可以隨意進行發(fā)大，縮小，旋轉(zhuǎn)，以便于觀察細節(jié)。

能顯示多道加工軌跡的加工結果。仿真過程中可以調(diào)節(jié)仿真速度。

仿真過程中可以檢查刀柄干涉，快速一移動過程（G00）中的干涉，刀具無切削刃部分的干涉情況。

可以把切削仿真結果與零件理論性狀進行比較，切削殘余量用不同的顏色表示。基于虛擬現(xiàn)實的工藝仿真能夠在三維沉浸感的虛擬環(huán)境中真實再現(xiàn)一個具體的工藝過程，并且允許用戶實時操作工藝設備或改變相關參數(shù)。它是產(chǎn)品設計與制造過程的有力輔助工具，它能夠使得用戶在產(chǎn)品開發(fā)或生產(chǎn)規(guī)劃階段對產(chǎn)品的工藝過程進行仿真和評估，從而能夠檢驗既定生產(chǎn)工藝和優(yōu)化生產(chǎn)工藝。此外產(chǎn)品的工藝過程仿真展示也廣泛用于培訓、教育、宣傳、召投標等多個方面。

生產(chǎn)工藝仿真的核心技術主要包括復雜過程的實時可視化、復雜幾何模型的實時處理。在不同的工藝過程中，可能產(chǎn)生各類不同的現(xiàn)象，如閃光、爆炸、煙霧、氣流、水流等等復雜現(xiàn)象，仿真系統(tǒng)必需能夠?qū)崟r、逼真、可控地顯示這些現(xiàn)象，因此必需解決各類復雜過程的實時生成和控制技術，本公司基于數(shù)據(jù)場可視化；此外在工藝仿真中還可能伴隨著各種幾何模型的生成、消亡、變形、破碎等現(xiàn)象，這要求仿真系統(tǒng)能夠快速地構造、修改、刪除各種類型的幾何模型，如鍛造過程的毛坯變形、石塊破碎過程的石塊對象生成和消亡，而目前虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)幾何模型構造、變形、破碎恰是瓶頸之一，為此本公司基于底層的幾何元素構造和顯示研發(fā)了各類幾何體的構造、拓撲和幾何參數(shù)控制技術，能夠解決各類歐式幾何或非歐幾何對象的快速構造和處理問題，從而為各類生產(chǎn)過程的仿真提供有力支撐。

制造流程：下達任務→產(chǎn)品訂單→產(chǎn)品設計→工藝設計→數(shù)控編程及仿真→生產(chǎn)派工→檢驗→進度跟蹤→工時核算

（三）管理一體化：

文檔管理系統(tǒng)（CAXAvault）讓企業(yè)的技術管理有了可靠的保證，目前圖紙，工藝及其他技術文件實現(xiàn)了網(wǎng)上傳輸，網(wǎng)上查詢，網(wǎng)上審核，效果明顯。以前大量的cad圖紙和設計文件雖然是電子版，但均是按照手工管理化方式，沒有進行電子化管理，導致大量技術文件在管理上存在安全隱患。實施圖文檔管理系統(tǒng)后盡力氣基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫，建立起激素文件的電子化管理。目前已經(jīng)建立起了許多裝置的文檔結構，建立產(chǎn)品的結構樹。非常方便的實現(xiàn)了圖紙共享與查詢，實現(xiàn)了各種bom表的自動匯總，并實現(xiàn)了產(chǎn)品bom結構和erp的傳遞，使生產(chǎn)檢驗部門對報表的需要，使所有與產(chǎn)品開發(fā)，生產(chǎn)準備，生產(chǎn)制造相關的人員在整個產(chǎn)品生命周期中共享與產(chǎn)品相關的數(shù)據(jù)。圖紙的查閱時間大幅提高，查詢時間特高了50%以上，數(shù)據(jù)的準確率提高了90%以上。

CAXA具有不同的cad軟件，但主要操作和設計理念上都有共同之處。

三、體會和心得

據(jù)我查詢的資料和實際體會，我了解到：多年來，CAXA在為中國汽車企業(yè)實施產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）的經(jīng)驗來看，我國汽車業(yè)今后迫切需要將研發(fā)技術、制造技術、管理技術、信息技術和自動化技術有機地結合起來，通過有效的應用，帶動汽車研發(fā)模式和設計理念的創(chuàng)新、汽車制造模式和方法的創(chuàng)新、企業(yè)管理模式和業(yè)務流程的創(chuàng)新、供應鏈協(xié)同商務模式的創(chuàng)新和供應鏈條下雙贏機制的創(chuàng)新等

通過CAXA的學習和了解，在網(wǎng)上搜索了很多資料，我了解到了CAXA在生產(chǎn)過程中優(yōu)點如下：

1：文檔管理網(wǎng)絡化

徹底解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)、文檔等的版本/數(shù)據(jù)存儲安全/權限控制/流程控制及可溯性追蹤等問題。實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)或過程的有效、有序管理，消除信息孤島、提高信息集成度，在各信息系統(tǒng)之間建立合理的數(shù)據(jù)傳輸通道。2：數(shù)據(jù)傳輸自動化

徹底解決機床端代碼、機床參數(shù)等數(shù)據(jù)錄入/上傳問題（DNC通信）。實現(xiàn)數(shù)控自動編程和自動傳輸，實現(xiàn)車間代碼和加工數(shù)據(jù)的集中管理。3：生產(chǎn)過程無紙化

建立生產(chǎn)過程管理平臺，理順設計、工藝與生產(chǎn)之間交互的數(shù)據(jù)模型，提升企業(yè)的整體信息化水平。生產(chǎn)管理人員不再逐層下發(fā)派工單、工藝單、圖紙等易損易丟難統(tǒng)計的紙質(zhì)文檔。

4：車間管理可視化

自動采集設備實時狀態(tài)、生產(chǎn)狀態(tài)、維修監(jiān)測。通過系統(tǒng)實現(xiàn)車間管理的可視性與透明能力，便于各種事件管理過程中的監(jiān)控，從而提高過程管理的可控性。5：設備/刀輔具管理現(xiàn)代化

由軟件系統(tǒng)將材料、刀輔具總庫集中管理，實現(xiàn)采購/分類/出入庫/使用記錄/壽命管理/查詢/盤點/報表生成等各種作業(yè)的快速實現(xiàn)。6：生產(chǎn)效率最優(yōu)化

自動匯總分析一定周期內(nèi)的產(chǎn)品、人員、設備的狀態(tài)，以豐富多樣的圖表形式的統(tǒng)計匯總表來表示。為企業(yè)領導排產(chǎn)優(yōu)化提供科學依據(jù)，充分挖掘企業(yè)內(nèi)人員、設備的潛力，提高生產(chǎn)效率。7：領導決策科學化

通過數(shù)字化制造平臺的支持，提高管理活動的效率、使管理資源的配置獲得優(yōu)化，從而降低企業(yè)的經(jīng)營成本與管理成本、實現(xiàn)快速決策，提高企業(yè)的整體盈利能力。

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