GibbsCAM：向CAM 自动化方向迈进

密密麻麻

GibbsCAM：向CAM 自动化方向迈进
作为一个“无纸化工厂”，“无纸化”不仅仅意味着产品设计师、生产工程师和CNC 编程员必须要使用计
. m2 E4 i1 v: B0 [$ x0 \8 j  b算机，而不使用图纸来共享生产信息，还意味着数据格式再也不需要通过人工进行编译。这就是说从此可以远
+ p0 P: s% L# ?+ ?离电子版的工程图纸了。
# u5 {6 y& n* q几个世纪以来，生产人员一直是通过工程图纸来传递编译信息的。因此尽量减少信息（不管是通过纸张传
) N0 ?5 F8 P4 N( Y+ u8 n递还是通过计算机发送）对人工编译的依赖性，这样才是无纸化工厂的真正发展前景。人们的目标除了要取消
用木材纤维压制而成的纸张，还必须要取消在计算机上进一步处理前的多个步骤，其中包括人们必须对信息进
7 s2 i: x6 _) {5 ]# z' ?行智能分析和分派定义的各个步骤。
$ n& ~8 r2 F9 }2 B2 [! t' D在一个无纸化的工厂里，“无纸化”的含义得到了最充分的体现，无纸化工厂中的零件生产将是无缝连接
的和高度自动化的。有的人想象其零件的生产，犹如采用流水线作业，就像在笔记本电脑或PC 机上看到的那样，
% N) |+ ?! H# ~; p3 h5 c( K可立即复印一份资料。在计算机上生产3D 的“硬拷贝”像打印文件或数码相片那样简单。当然，将材料从备料
9 E( O) G, s5 x) q' t仓库中搬移出来创建一个零件，远远要比在纸上打印成行的字母或排列彩色的点阵复杂得多。
幸好对于完成打印任务而言，与使用的计算机品牌、文字处理软件或网络浏览器以及与电缆线另一端连接
的打印机品牌都没有太大关联。只需要适当地解决其必要的连接性、协调性和兼容性等问题就可以了。
但实际生产中的情况肯定会有所不同，至少对大部分公司来说都不是这样的。设计人员与车间之间的几乎
9 {1 ^  }4 ^* g. s( o- J0 G每一个步骤都存在一些问题，其中包括数据交换、格式不兼容、缺乏协调性等方面，这时不可避免的需要进行
人工干预，而且涉及到某些不确定的因素。多年来，人们一直在努力使生产计算机系统进行无缝连接，并使自
动化达到更高的水平。
& U3 b' g4 o4 G# O! K9 h, U4 v$ a1 F事实上，我们已经在逐渐地接近和实现无纸化工厂的梦想了。但是进展一直非常缓慢，常常遇到很多挫折。
6 P6 H0 Q# i! |1 \: X+ e0 r5 n但最近一段时间向前迈出的几步可能有助于为实现这一宏大的设想带来一些动力。
在一项令人鼓舞的进展中，一家CAD/CAM 软件供应商完成了一种新接口的开发任务，它允许其所提供的CAM
以一个标准化的文件格式阅读产品数据，在这个文件格式中包括可加工的特性以及加工所必需的严格规范。
Gibbs 公司（位于加州的Moorpark 地区）是一家CAD/CAM 供应商，它一直在与南卡罗莱研究权威机构（South
Carolina Research Authority，缩写SCRA）合作，共同开发了这一接口。产品数据的格式采用STEP 标准应用
协议书224（即AP224）进行定义。STEP 标准（产品模型数据交换标准）是国际标准化努力的结果，通过这一
标准可减少不同和不相匹配硬件和软件之间的产品数据交换障碍。STEP 标准是20 世纪80 年代创建IGES 标准
- d) v; k+ E$ u( O( x4 U! y（图像交换规范）过程中而大幅度扩展的副产品。
STEP 标准包括一套标准化“生产用”数据代码的开发以及满足数据要求的文件格式（协议书）开发，这些
要求是由主要的产品设计和生产的应用领域提出的。其中一项应用领域协议书就是AP224。

GibbsCAM 的AP224 接口可作为AP224 文件特性与软件本身特性管理器之间的连接装置
AP224 专门用于支持设计工程团队与生产工程团队之间的产品制造信息传递。它主要集中在机械零件的生
1 I0 j& [9 D. Q产，其中包括加工这些零件所必要的信息。AP224 能够捕捉到零件的特点、几何尺寸和公差尺寸、材料、表面
光洁度和加工中所需的其他零件数据。
$ \, V& j) f2 o* W% v与所有的STEP 标准应用协议书一样，AP224 能够将信息编译成代码，这样计算机系统就可以直接将这些代
9 m: @9 h2 ]: F& G. J0 N- f  v码编译转换。编码过程是不依赖于任何计算机系统的。
% L! Q" q+ ~5 P7 h# c/ YGibbsCAM 的AP224 接口可以阅读这些经过格式化的信息，然后创建可加工的零件特性，当然这些特性是与
8 t+ z0 b8 Q7 `AP224 文件中的特性互相对应的。NC 编程人员和编程软件都不需要对零件的几何形状进行“特殊处理”，因为
3 x8 B! c: C0 m部分工艺将会使其创建机床加工指令和刀具路径数据。这是向无纸化工厂迈进的重要一步，尽管在前进的道路
上还会出现更多的挑战。
8 Q/ @  R9 V+ gAP224 的其他情况
! I4 O% ~& J& Q/ Q% C" ]. YAP224 是一系列应用协议书的其中一项，是根据STEP 标准为生产企业所创建的。这套“生产用”接口，代
1 o  \4 v- O1 C" e# A5 X5 O! |, l0 C表了很多相关的标准，可满足生产企业对产品模型数据的特殊需要。由于离散的加工件对许多产品而言是非常
( z. M" _2 N% `关键的，其中包括军用飞机和战车，因此对含有加工数据的产品模型数据需要更多的关注。AP224 的正式名称
( Z+ [, G3 m3 k( o( N0 h是：采用加工特性的机械产品工艺计划定义。
% Q0 I2 N, X- _8 `$ T/ bAP224 被认为是生产过程中很重要的一环，因为其所编码的信息，对完成下游生产任务来说是非常关键的，
这些任务包括工艺计划、机床调试、CNC 操作和检测等。这些应用程序的协议书要进一步执行，用于执行软件
8 h# t5 o4 d# i也需要跟随其执行。包含在STEP 中的标准化方法应注意保证这些AP 能互相“协调”，也就是说，这些格式应
互相兼容，这样，AP 准备的数据就可以被他人使用。由于产品生产过程中的工艺和阶段是同时进行的，因此在
  w) b/ ^1 p9 w4 MAP 所包括的范围内也会出现重叠的现象。

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9 K$ L; `* v4 r5 o" }+ A在开发AP224 的过程中，SCRA 机构起着非常关键的作用。SCRA 机构是一家从事应用研究和商业化工作的机
构。它在Anderson、Charleston 和Columbia、南加利福尼亚以及其他地区都设有办事处。SCRA 的Readiness and
Sustainment Business Unit（业务准备支持机构）设立在Institute for Solution Generation（解决方案研
究院），主要负责开发AP224 的工作组提供指导服务。该机构最初创立于1991 年。
* A7 P8 v1 ]' U/ Z) c6 qAP224 以及其他的STEP 标准正在全美国的各个军事维修和检测区使用。这些设施向提供维修零件和零配件
的行业提出了挑战，因为其中许多零件是军事设备需要的，它们的有效使用寿命需要延续到几十年。对这些产
/ @+ a2 `+ i) }  \; D# w  Z品的信息，以计算机系统可以读懂的产品模型数据方式进行编码，就能帮助这些设施满足它们的生产挑战要求，
并具有更高的效率和经济特性。
$ R, h2 _0 W4 {( J" S$ ~GibbsCAM 的AP224 接口是在“军事坦克汽车研究、开发和工程中心”的资助下研制成功的。与一家私有企
业的CAD/CAM 供应商合作，立即达到了两个目标：首先将AP224 接口引进到了消费者和通用业务产品生产领域，
它在那里体现出来的效率和经济性得到了高度评价。同样，它也为军事供应链中的那些公司提供了商用CAD/CAM
2 }" ~4 e, Y5 ^' W+ J% |系统，以满足它们的需要，帮助平衡它们在STEP 数据中的投资。
当然，在开发接口技术方面，SCRA 机构也比较急切地希望看到其他的CAD/CAM 供应商也能紧随Gibbs 公司
的领先步伐。CAD/CAM 供应商并不是与SCRA 机构在有关STEP 项目方面合作的惟一合作伙伴。
作为“基础格式”，AP224 接口有两个非常重要的方面需要让所有CNC 机床用户理解，它适合于处理加工
的特性，而数据代码不只是用于在计算机上的显示，而是适用于计算机编译。正如之前提到的，与NC 编程相关
! s6 @# z! H- }5 I/ @- ?的大部分活动都会涉及到对加工特性的确认和评价。没有附加的说明或指示，零件的几何形状只是利用其表面
6 J, i% O. }# k或体积作为实体输入数据来描述一个形状。有必要对这一形状进行解释，以识别这一几何形状的各个部分，作
为特定零件特性的代表，如像隐窝、凸台、孔径、圆角等。同样，这些特性必须根据它们的公差进行分析，因
4 i& K7 V9 a) f6 |) h; E为这其中最关键或最困难的问题，一般还是在于确定究竟采用什么样的加工工艺最为合适，采用什么样的加工
工序最好。最后，在毛坯工件上加工生产这些特性的加工步骤和刀具路径需要由NC 编程员进行组织，并由CAM
6 }; P8 T. D% U" l7 U* s' g; O软件进行处理。
AP224 可与其他的制造数据一起，捕捉有关零件几何模型中所包含的加工特性信息。该标准包括16 个不同
种类的特性，其中许多特性还可以分成很多子类。这意味着，设计人员可以使用AP224，将零件特性的名称和
$ A+ S- h! m+ w) T. N: {规格“包装”成一个整体，变成一个计算机可以读懂的数据模型，然后发送出去，用于生产制造。再也用不着
保留需要传送的补充工程图纸。采用AP224 以后，所有的公差信息，材料规格，加工特性信息和其他特殊的要
求都全部定义为STEP 数据。这些专门设计的定义是非常全面的，而且非常明确，可再次使用。
AP224 文件中的数据采用了一种计算机可以解读的格式。这一点是非常重要的，Gibbs 公司的营销副总裁在
2 ^0 h& c% n; B6 N! S3 C讨论AP224 问题的时候曾这样强调说：“这些文件中的信息不是简单地用于显示，它还具有实际的消费价值。”
* n: e$ N9 m9 b8 u- h' p: w按照Gibbs 公司的营销副总裁的说法，这是其最关键的一个区别。
正如他所解释的那样，显示信息只是其中的一个方面，例如，当其与CAM 软件互动和需要做出决策时，这
+ q+ a) O6 |5 F7 ~) _+ o2 t: s4 G. {样做有利于NC 编程人员随时掌握它的动态。然而Gibbs 公司的营销副总裁还表示说，消费这一信息就意味着他
( U- {2 g: r' I$ q& Y0 ^" W能够调用所输入的软件程序，并对这一数据产生直接的作用——即一种不同的建议。这一功能为NC 编程功能的
) O+ o" E3 v# y4 l/ H. M自动化打开了大门，并在减少编程时间和提高编程效率方面获得了很好的收益。
% k0 r4 m* K5 g达到的目标

" z, h2 x4 H" i$ O按照Gibbs 公司的营销副总裁的说法，较高的CAM 自动化水平和流水化作业正是GibbsCAM AP224 接口所要
- k5 e- R5 }0 s) q达到的目标。作为起步，可以说这一接口是AP224 文件特点与CAM 软件特点之间的联系桥梁，它知道如何处理。
2 K. W# W1 C" Q例如，从AP224 文件中吸取的特点可控制、组织成GibbsCAM 中使用的特性实体。
GibbsCAM 的特性管理器将可以自动地隔离这一特性中的几何表面，这样它们就能够作为一个相关的组合通
+ b( r- V' }5 g3 Z- L! k: B  C" S$ B过，达到在软件中加工使用的各种操作要求。例如，可作为一个组合，选择孔径的特性，然后通过软件中的孔
径管理器对其进行加工处理。
' e& x& J% u5 y0 ?同样，在铣削加工隐窝时，可根据各种独特的GibbsCAM 优化战略，选择特别的隐窝特性，对其进行组合加
9 Q# S% N0 |! d1 R  Z工处理。采用AP224 接口连接，为NC 编程员提供了一种新的方法，增加了软件的自动和交互式特性辨识功能。
5 \- L  j1 ~* k3 l/ \# `) |采用AP224 口时候，使零件的特性达到了能够“预先辨识”的程度。
2 H% J: i* u9 C3 k" Y+ V2 P+ V显然，AP224 文件所确定的特性是属于几何学方面的特性。换句话说，这些定义独立于机床上用于生产的
' m9 k0 u0 D9 G# D0 n可能加工操作。因此，这些定义不会限制 NC 编程这样的下游应用领域对它们的使用方法。作为通用的多功能
/ G) T' n+ u' x6 U机床，这一点是值得注意的。这一等级的机床可允许非常新颖的技术应用于违背传统观念的特性加工。
AP224 文件中包含的其他产品信息也可依赖于该接口读入到GibbsCAM 软件之中。这可以使该信息提供给用
5 V# w4 G" }# b! x. b* x; y户参考，同时创建一个 CNC 程序。Gibbs 公司的营销副总裁说：“对于生产工程技术人员而言，AP224 接口相
当于一站式的采购服务。NC 编程人员和工艺计划师可以从一个文件中获得其所需的全部信息。”总之，AP224
接口使产品生产的信息流通犹如流水作业，避免了因产品信息的失误、不清晰或不明确所造成的延误。
8 Y  D1 A+ q* A( gGibbsCAM AP224 接口将进一步得到加强和扩大，因为该公司和SCRA 机构还在继续从事这一技术的开发。
, B9 G3 a- F& n* h$ m这些努力获得了一个振奋人心的成果——使各种接口的执行与其他的STEP 应用协议书结合在一起，特别是那些
属于上游和下游生产的操作。例如AP219 接口和AP240 接口，分别解决了尺寸检验和工艺计划问题。在这些接
7 S* q- |& n! s4 d口中，最具有发展前景的是AP238 接口及其STEP NC 应用协议书。
STEP NC 为CNC 系统确定了独立于机床的数据输入标准。这一AP 系统考虑到了使用这一文件格式的概念作
为CNC 单元的直接输入，从而回避了创建传统M 代码和G 代码以及使用这些传统格式所必需的后处理器问题。
% L& x$ _+ D+ L" V这一加工设想已开始接近之前所提到的从笔记本电脑到打印机的无缝工作。
最近，AP238 STEP NC 的执行机构已大量安装。其中一个原因是建造的商业设计系统不能提供AP238 所需
  m, {/ O! z: Y2 }8 B/ \的高水平产品生产信息。而且机床控制单元的制造商并不急于采用这一技术。
Gibbs 公司的营销副总裁确信，支持STEP 生产技术中的基础格式，将会使最终用户对全面执行STEP 创新
技术的兴趣提高，为他们创建一个有力的基础。执行STEP 标准的强大趋势将越来越明朗。他说：“加工车间将
: d! i5 K" x7 P3 h& z会看到STEP 标准所显示出来的底线优势。”
STEP 应用协议书为产品生产信息的编码创建了一个规则和方法，这样它就能够通过先进的CAM 软件功能对
* N; g4 D9 c1 X, B$ f# p其进行计算机化的阅读和进行解释。由这些数据通信标准建立起来的基础工作，如CAM 功能，将能够充分利用
在目前生产制造集团中活跃的分析技术和加工专业知识。这样，他们的智慧和知识将能保留下来，以进一步开
# I7 {: ~7 U" r4 a* L) U发新的产品模型，并在不久以后，使它们成为下一代的飞机、科学仪器和医疗器械。
即使最终实现了“无纸化工厂”的构想，但如果加工中所涉及的问题特别复杂，那么零件的加工生产永远
不可能像鼠标点击那么容易。但对于今天的许多生产企业来说，没有一件事情是不需要付出艰辛就可以获得成
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以后都是自动化的了