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热烈欢迎航天先进数字化制造技术研讨班全体人员12数字化制造技术现状与发展趋势西北工业大学现代设计与基础制造技术教育部重点实验室莫蓉2008-3-293讲座要点1.企业的发展与信息化(数字化)2.企业信息化的现状3.数字化协同4.数字化设计方法5.数字化与知识共享6.产品数据共享和管理7.数字化发展趋势41.1信息化是大势所趋组织保证–大部委合并:工业与信息化部–企业的专门信息化部门:用信息化为企业生产服务–专职设信息化副总师:专门负责信息化规划、执行、应用、服务等企业2大信息化主流–产品技术线(数字化):CAD/CAPP/CAM/CAE/PDM–生产经营线(信息化):人/财/物,生产经营管理-ERP集成平台–PDM:管理产品数据和流程–ERP:管理生产运营–OA:管理日常业务PDMBOMERP51.2企业的生产方式航天企业的产品对象是什么?–导弹类–动力类–卫星类–……企业的产品生产方式是什么?–大批量生产,以运营方式为主(批生产)–单件,小批量生产,订单式生产为主(研制)–混合式61.2企业的生产方式大批量:–设计数据定型,很少修改–关键是:生产效率、成本、质量–支撑工具:ERP;DNC;车间管理等多品种、小批量–设计类型多,产品数量少–设计更改频繁,不断优化–关键是:并行设计、工艺攻关、知识重用–支撑工具:PDM;数字化工艺设计方法;协同制造等71.2企业的生产方式企业的生产瓶颈是什么?–生产准备阶段–制造加工阶段–装配试车阶段生产准备阶段–工艺设计,数字化能提供什么?对工艺设计带来什么转变?–工装设计,数字化能做什么事?对工装设计带来什么转变?制造加工阶段–数控加工技术难点–数控加工效率、质量问题–加工参数优化问题装配试车阶段–装配现场管理–装配质量管理–试车数据管理–试车与装配关系分析81.3企业发展与数字化支撑环境企业产品瞄准的标杆是什么?–国际国内标杆企业:技术水平xx,年产xx,市场份额xx,他们采用的制造模式是什么?–他们采用的工艺方法是什么?–他们采用的现代化工具是什么?–我们什么时候能达到他们的水平?–怎么达到?现有的技术和支撑系统是什么?–长期计划发展目标的需求是什么–3年后,企业的市场在哪里?现有的系统能否支持,要升级吗?还是彻底换系统?–工艺的稳定性如何?91.4大设计概念——体现并行设计在实际的制造加工之前的设计活动,都可以归入设计,并且可以在计算机上完成,体现并行工程的理念广义设计:–产品设计(产品结构设计、分析仿真)–工艺设计(工艺规划、工艺参数优化、工艺仿真)–工装设计(刀、夹、量、模具设计)–数控编程(NC编程)101.5大制造概念——体现产品全生命周期以产品全生命周期的观点,在产品提交用户之前的设计制造活动均可列为大制造广义制造–需求分析–概要设计–详细设计–分析仿真–工艺设计–工装设计–数控编程–加工制造–装配试车111.6生产准备阶段的信息化生产准备:–工艺设计–工装设计工艺信息化:–工艺技术–信息化技术工装信息化–工装设计–信息化技术工艺技术信息化技术新材料新工艺工艺稳定性工艺先进性工艺参数优化工艺知识积累计算机辅助工艺设计工艺流程优化工艺信息管理工艺参数库工艺知识库工艺信息化工装技术信息化技术刀具设计模具设计量具设计夹具设计设计知识积累计算机辅助工装设计工装三维建模技术工装信息管理工装标准件库工装设计知识库工装信息化12讲座要点1.企业的发展与信息化2.企业信息化的现状3.数字化协同4.数字化设计方法5.数字化与知识共享6.产品数据共享和管理7.数字化发展趋势132.1企业信息化的现状工艺技术及其基础–各企业都有工艺知识积累–新材料新工艺不断突破(例如复合材料)–掌握关键工艺(数控工艺、焊接工艺、……)–设计手段:采用CAPP,二维为主–设计方法:检索式+二维工序图–工艺仿真:采用数控仿真–管理技术:CAPP系统存在问题–工艺知识在个人头脑中,缺乏工艺知识积累和知识库管理–设计手段和方法:三维CAPP尚未应用–资源集成:工艺和相关的信息库没有联通–工艺仿真:工艺仿真广度不够–基础数据库:工艺参数库、工艺知识库等未建立–产品设计-工艺设计的并行性较弱14工艺部门与其它相关部门的联系--动态数据设计部门采购、库管部门生产车间工装、工具财务、劳资部门产品图纸信息产品结构信息工艺部门其它部门材料明细标准件明细等工艺路线过程卡工序卡等工装汇总刀具清单等材料明细工时统计相关报表工艺数据数字化恢复数据的动态特性数据集成共享机床资源机床数据信息152.1企业信息化的现状工装设计技术及其基础–设计手段:采用CAD系统,二维为主–设计方法:凭经验、师傅带徒弟,查询已有工艺–管理技术:CAPP系统存在问题–工装设计知识在个人头脑中,缺乏工装设计库管理–设计手段和方法:三维CAD尚未应用–资源集成:和工装相关的信息库没有联通–基础数据库:工装实例库等未建立–设计知识的重用较弱162.1企业信息化的现状数控加工技术应用深度不够–复杂零件数控加工技术有难度–数控加工质量难以保证–数控加工效率难以提高–数控工艺不稳定制造执行系统的应用深度不够–制造执行系统的应用范围不足–在计划管理和生产现场管理之间缺乏集成–现场获取准确数据不及时172.1企业信息化的现状缺顶层规划,信息化总体上来说不系统投资购买系统,却未用起来,效益体现不出来知识如何储存和利用,信息查询效率低信息化和型号应用两张皮,为数字化而数字化粗放型设计,工艺仿真技术应用较少自动化孤岛:CAD、CAM、CAPP、ERP、MES等182.2信息化困惑有认识,缺热情有热情,缺规划有规划,缺管理有管理,缺方法有方法,缺落实有落实,缺工具有工具,缺跟踪192.2信息化困惑二维设计的历史–传统的采用机械制图的设计–autoCAD:是机械制图为基础设计习惯的影响–把三维的物体想象成三个视图的投影–每个视图的投影可以精确定义数据–问题:要求空间立体感强,复杂问题想象很麻烦,不能进行物理特性计算,各种分析难做三维设计:不知如何下手共享:给下游什么数据和信息?202.3希望的产品开发和制造模式新产品开发-集成人员和过程,以便迅速把创新产品投入市场,满足市场需求。企业数据管理-组织、管理并保护关键的产品和过程信息。通用化和重用-在最大程度上重用现有零部件、装配、设备和过程。知识管理-捕捉、重用产品和过程知识,并使其自动化。212.3希望的产品开发和制造模式工信结合—工艺设计工装设计等和信息化技术紧密结合工艺设计-二维、三维设计并存,当前三维装配工艺设计已进入应用阶段。三维零件加工工艺已经有多种解决方案,部分已进入应用阶段。企业数据管理-组织、管理并保护关键的产品和过程信息。通用化和重用-在最大程度上重用现有工装、装配、设备和过程。知识管理-捕捉、重用产品和过程知识,并使其自动化。仿真优化—优化工艺设计,提倡设计精确化,减少粗放型工艺设计,提高质量NC编程能力—提高零件数控加工编程能力22波音777数字化制造体系产品订单集成化的制造计划工作描述几何模型分析仿真集成的BOM生产计划订单管理库存管理采购管理车间加工控制自动化工厂产品技术服务与支持客户客户23产品数字化:产品数字建模和预装配,并行产品定义设计数字化:飞机构型定义和控制,多变共用模块设计,整体件,减少分立零件试验数字化:功能和性能分析用样机,减少或简化实物试验制造数字化:数字化生产线,大幅度减少工装模具,全面推行数字化制造方式飞行数字化:构建虚拟飞行环境管理数字化:以项目为龙头建立全球虚拟企业JSF---开创数字化生产方式24产品开发过程的转变串行工程并行协作工程(利用CAD/PDM)。11零件的参数化建模产品的参数化建模(利用三维CAD系统)。2基于二维工程图纸的开发过程以三维实体模型为主的开发过程(利用三维CAD)。34部门的CAD/CAE/CAM数据管理(PDM)产品生命周期的数据管理(利用PLM)。基于编程的专家系统知识驱动自动化过程向导5信息化孤岛:设计-工艺-工装-生产的上下游协同625数字化工艺过程设计集成性强,功能多,知识重用性强产品设计工艺设计数控编程工装设计物料采购生产计划质量控制制造资源、物料管理生产制造质量计划26对数字化生产线定义、数字化车间定义扩大数控机加范围、增加大件、高效数控加工对钣金、复材构件、焊接、检测等采用数字化加工手段和工艺减少零部件工装、发展柔性工装和数字化装配定位技术,取消精加工台工艺仿真,加工仿真、成型过程仿真、车间仿真等目标:制造时间减少工装减少制造成本减少制造数字化27讲座要点1.企业的发展与信息化2.企业数字化设计的困惑与问题3.数字化协同4.数字化设计方法5.数字化与知识共享6.产品数据共享和管理7.数字化发展趋势283.1协同xx概念协同设计–支持跨企业、跨地域、跨学科专业之间的设计协同仿真–支持跨时间、跨地域、跨学科的多学科仿真协同制造–企业内部门间的协同:设计-工艺;工艺-工装;工装和制造协同–企业间跨企业的协同:制造资源共享的协同;总装厂-附件厂-供应商的协同293.2工艺设计与多部门的协同CAD模型的工艺信息表达–工艺信息的三维标注–加工特征表示CAPP的新发展:工艺设计+制造资源集成+三维可视化–工艺设计流程–三维可视化:工序多态模型,装配工艺可视化–检测工艺的三维可视化30工艺部门与其它相关部门的联系--动态数据设计部门采购、库管部门生产车间工装、工具财务、劳资部门产品图纸信息产品结构信息工艺部门其它部门材料明细标准件明细等工艺路线过程卡工序卡等工装汇总刀具清单等材料明细工时统计相关报表工艺数据数字化恢复数据的动态特性数据集成共享机床资源机床数据信息313.3CAD与CAM协同建模NC加工:CAD模型——计算刀具轨迹;可加工性分析:–最小曲率,刀具可达性、结构合理性等NC加工仿真:–几何仿真,切削过程可视化–物理性能仿真,刀具受力,切削温度,切削精度仿真,残余应力仿真323.4数字化与各职能部门关系数字化不是信息化部门的事情应解决信息化和型号应用的两张皮信息化部门:–做好企业信息化规划–提供良好的数字化环境–为应用部门提供信息化服务应用部门:–一定要在型号中使用–骨干带动大家,以点带面–结合工艺、工装的设计特点,应用信息化技术333.4数字化与各职能部门关系设计部门:–产品设计、3D模型是核心–下游的约束作为数字化定义的条件–模型的可修改性–模型本身的建模质量–模型的正确性检验–便于下游使用的模型信息的完整性–模型的有效性检查343.4数字化与各职能部门关系工艺设计部门:–工艺设计与设计单位的协同–工艺信息对设计的约束–工艺流程管理–三维工序模型构建–与工艺相关信息的数据资源获取–工艺更改的反馈机制和版本管理–NC编程及数控加工参数库–工艺数据库–工艺知识重用353.4数字化与各职能部门关系工装设计部门–工装设计与产品设计、工艺设计的协同–工装三维模型构建–夹具结构设计实例库–模具设计–工装标准件库建立–工装信息库363.4数字化与各职能部门关系标准化部门:–修改完善数字化环境下的标准规范制定–设计过程的标准化–零件信息的标准化–信息集成标准化–标准的检查工具的应用–各种资源库(标准件库、材料库、工艺知识库、工艺参数库、数控加工方法库)的建立和维护373.4数字化与各职能部门关系总装部门:–装配三维工艺可视化–装配质量信息管理–装配过程管理–装配数据包管理–装配互换性下的优配管理–装配齐套性管理–装配试车管理–质量质检–零部件仓库领料配料383.5基于模型的产品定义(MBD)设计模型协同并行定义–设计模型(为下游提供哪些信息?受哪些下游信息约束?)–分析模型(对设计模型的约束)–工艺模型(与产品模型的衔接,相关的信息)–工装模型(与产品模型的关联,与工艺的相关)–NC模型(对设计模型的约束)–制图模型(为工艺设计提供信息)–装配模型(为装配工艺提供信息)–轻量级模型(装配工艺信
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