《数字化设计与制造》第1讲-绪论

河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件《数字化制造》主讲：逄明华电话：[phone]E-mail:[e-mail]单位：机电学院专业：2012级硕士研究生食品加工装备及其自动化河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件理解数字化设计与制造技术的基本概念和基本理论，掌握产品数字化建模、设计、分析、制造的过程，学会使用常见的数字化设计与制造软件，了解当代数字化设计制造技术的特点和发展趋势，培养创新思维能力，为从事数字化设计与制造相关领域的研究与应用奠定基础。1、本课程的任务：河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件参考文献：[1]苏春主编.数字化设计与制造.机械工业出版社.2005.9[2]杨海成主编.数字化设计制造技术基础.西北工业大学出版社.2007.1[3]杨文玉等编著.数字制造技术基础.北京理工大学出版社.2005.11[4]张浩等编著.数字化工厂技术与应用.机械工业出版社.2006.4[5]周祖德主编.数字制造.学出版社，2004考核方式：教材：《数字化设计制造技术基础》,主编:杨海成,出版社:西北工业大学出版社,2007闭卷考试（70%）平时成绩（30%）（作业＋考勤）河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件（1）制造业与制造技术（2）数字化制造的概念（3）数字化制造下的产品实现（4）数字化技术的最新发展前沿（5）数字化设计与制造技术的应用绪论内容：河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件一、装备制造业的作用与地位1、装备制造业是国家安全的主要保障、国家竞争力的重要体现。河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件2、制造业是我国国民经济的基础和支柱GDP总值29.07%出口总额的92.06%2003年全国制造业贡献的GDP和出口全部就业人11.27%工业就业人数90.74%2002年制造业提供的就业人数2001年全国制造业创造的税收工业税收78.93%总税收的28.74%2007年中国已成为世界第二制造大国3、制造业的基本概念所有将原材料转化为物质产品的行业都可称为制造业，它覆盖了除去采掘业、建筑业等以外的整个第二产业。河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件二、制造技术全球化挑战关键是核心技术的掌握SikorskyS-92共轴直升机SikorskyAircraftCorporation西科斯基飞机公司据了解，其中，负责总値约31亿美元“黑鹰”直升机的西科斯基（Sikorsky），在大陆拥有多家子公司。上海西科斯基飞机有限公司（SSAC）就是2003年由Sikorsky与上海雏鹰科技有限公司共同合资组建。河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件三、我国制造技术的现状：举例：2005年我国需要芯片365亿块，2003年自给率小于20％，自主开发率约5％，关键就是我国制造不出生产芯片的装备。存在的问题：1)是自主技术创新能力不强,机械工业产品落后;●中国是世界贸易第三大国，但出口产品拥有自主品牌或知识产权的只占10％;●中国是制造大国，但重要的技术装备和关键零部件主要依赖进口；重要装备及高技术装备尚未掌握系统设计与核心制造技术;●中国高技术产品出口不断增加，但不仅关键零部件依赖进口，而且为软件、技术标准要向外企支付高额费用河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件2)不掌握产品核心技术,是核心制造技术基础薄弱;航空发动机第三代单晶叶片制造技术民用燃燃汽汽轮轮机机定定向向凝凝固叶片河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件3)核心制造技术基础薄弱大马力低速柴油机制造技术大马力曲轴制造技术4)研究费用及人力投入少,近年虽有较大增长,仍落后于国外。2005年中国研发支出占GDP的1.34%，欧盟为1.84%,美国则更大。河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件四、数字化制造的概念及内涵1）背景数字化制造技术是计算机技术在制造领域的广泛应用的结果※从计算机技术或信息技术数字是用于表示事物以及事物之间联系的符号。信息的基础，信息的载体，信息则体现数字的内涵。※数字化计算机处理的任何对象表示为数字形式。2）数字以计算机硬件技术、软件技术、通讯网络技术、数据存储技术、计算机网络通讯协议和计算机外围设备等为技术手段，以信息科学为理论基础，包括信息的数字表达、定量、收集、处理、存储、传递、仿真、控制、物化、集成、联网等领域的科学技术集合。3）数字化技术1、概念河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件狭义：传统意义上的机械制造，产品的机械工艺过程和机械加工过程，是一个物料加工与转化的过程。广义：领域和活动两个方面对传统制造进行了扩展。4）制造数字化制造是以制造为对象，以制造科学和技术为基础，应用数字化技术对制造所涉及的所有对象和活动进行表达、处理和控制，使其具有信息化、网络化、集成化、智能化和可视化等技术特征的技术系统。5）数字化制造6）数字化制造技术计算机技术、现代信息技术、现代控制理论、计算机网络技术等与先进制造科学技术相结合发展起来的新兴学科方向，通过数字化方法研究制造过程中现实的和模拟的实体、活动和过程，旨在提高制造过程各环节决策和控制能力，建立计算机集成的、基于信息的制造系统。它不仅提供可视化的、交互式的、从生产线到企业级进行的生产过程、生产规划、作业计划、装配计划、后勤保障以及加工和装配过程仿真的计算机模拟和仿真工具，而且提供从产品设计、生产组织与过程控制、经营过程控制与管理、产品性能数据采集与管理、企业组织等有关产品制造的所有信息的集成环境，是突破传统制造模式、实现敏捷制造和分散化网络制造的关键技术。河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件五、数字化设计制造的基础技术1.产品统一数据模型表示与交换方法产品的几何建模是数字化设计制造的核心。产品几何模型的表示包括建模、造型和可视化三个方面，而建模又可以分解为基于曲线、曲面、实体等的表示。建立一个能够表达和处理产品全生命周期各个阶段所有信息的统一的产品模型是数字化设计制造的基础。由于产品几何模型需要在设计制造过程中进行传递、交换，因此需要建立统一的模型表示格式。模型的表示方法多种多样，如DXF，DWG，IGES，STEP等就是典型的CAD模型标准交换格式。数字建模数字造型可视化数字化设计数字制造DXFDWGIGESSTEPSCAD格式河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件CAD(ComputerAidedDesign)系统：是由计算机软件和硬件系统构成的人机交互系统，辅助工程技术人员根据产品功能和性能需求进行结构设计，建立产品的三维几何模型，输出二维工程图。典型的CAD系统有AutoCAD，CATIA，UGS和Pro／E等。2．数字化设计制造应用工具河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件CAE(ComputerAidedEngineering)系统：是对产品的静态强度、动态性能等在计算机上进行分析、模拟仿真的计算机系统。典型的CAE系统如NASTRAN，ANSYS，ADAMS等。2．数字化设计制造应用工具CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)系统：也是由计算机软件和硬件系统构成的人机交互系统，辅助工艺技术人员根据产品几何模型、生产要求和资源条件，规划、设计产品制造工艺过程，输出制造工艺指令。CADMESCAPPERPPDMCAE工艺评价产品信息工艺信息工艺管理物料信息MBOM可用资源工艺路线工艺方法工艺仿真河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件2．数字化设计制造应用工具河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件CAM(ComputerAidedManufacturing)系统：是指辅助完成从产品设计到加工制造之间生产准备活动的计算机应用系统，包括NC编程、工时定额计算、加工过程仿真等。在CATIA，UG和Pro/E等CAD/CAM系统中，均包含有专门的CAM模块。2．数字化设计制造应用工具河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件DFx(DesignForx)系统：面向产品全生命周期的设计。是指在产品设计阶段对零件或部件的可制造性或可装配性等进行评价诊断的计算机辅助应用工具。服务ServiceabilityDFX之“X”制造Manufacture装配Assembly应力Stress测试Test质量Quality拆卸Disassembly互换性Interchangeability人机工程Ergonomics功能Fuction可靠性Reliability维护Maintenance成本Cost美学Aesthetics环境Environment回收Recycling2．数字化设计制造应用工具河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件※传统的产品研制中设计制造的基础依据是产品图样（图纸），建立在二维图样上的管理和档案管理是联系在一起的。3．产品数据管理技术※然而，在数字化设计制造中，基础依据是产品的数字化模型。由于CAD模型是非结构化信息，其管理成为新的问题。一般地，数字化设计制造中的数据集成是对产品数据的统一管理和共享，它通过产品数据管理(ProductDataManagement，PDM)软件系统来实现。定义：PDM是一种帮助工程技术人员管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和信息，并由此支持和维护产品。数据管理管理产品结构、零部件数据、设计图文档，以及人员组织、供应商、客户、外协、设备等数据，确保产品开发数据准确正确，方便获取。过程管理管理产品开发过程，组织协调开发过程中设计、评审、批准、变更及产品发布等。河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件保证数据的完整、准确、安全；控制追溯设计、变更过程；便于检索利用。PDM的目的河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件3．产品数据管理技术河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件内容：建立数字化产品开发模式下产品三维建模规范、虚拟装配规范、数字化工艺设计和工装设计制造规范以及PDM的实施规范等。作用：提供用户管理、资源管理、项目管理和工作流管理等服务支持。通过并行工作管理规范和工作流程管理规范来实现信息、过程的集成和资源共享。4．面向产品数字化设计制造的标准规范河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件(1)过程的延伸：不仅是产品零件、部件的设计和加工制造过程，而且包含工装设计制造、检测、服务等。(2)智能水平的提高：人工智能技术在数字化制造系统诸多方面的应用，包括零件设计、工艺设计、工装设计、过程控制等，使系统的智能水平提高并更为有效。(3)集成水平的提高：覆盖零件全生命周期，实现生命周期各个阶段的横向集成和企业各个层次的纵向集成，在信息集成的基础上实现功能和过程集成(实现在正确的时间将正确的信息传递到正确的人)。六、数字化设计制造的特点信息的产生、传递、复制和存储的主要形式是图纸、文件、报表和各种会议信息传递的过程是不连续的、缓慢而且经常中断的，没有形成连续的信息流信息流企业运作的各种信息数字化、有序化信息的处理和传递速度加快形成连续的管理层次和部门众多、机构重叠、各自为政、效率低下改变了传统的业务流程、工作方法，组织管理模式得到变革河南科技学院《数字化设计与制造》研究生授课课件一、波音777研制过程是数字化设计制造的经典波音公司1990年在波音777飞机研制中，全面采用数字化技术，实现了三维数字化定义、三维数字化预装配和并行工程，建立了全球第一个全机数字样机，取消了全尺寸实物样机，通过精确定义几何尺寸和形状，使工程设计水平和飞机研制效率得到了巨大的提高，设计更改和返工率减少了50％以上，装配时出现的问题减少了50％～80％，制造成本降低了30％～40％，产品开发周期缩短了40％～60％，用户交货期从18个月缩短到12个月。1．100％的数字化定义2．100％三维实体模型数字化预装配3．并行方式产品定义波音777数字化设计制造的技术手段波音777采用CATIA系统