数字化设计与制造自动化分解

数字化设计与制造自动化数字化设计与制造的内涵产品建模是基础优化设计是主体产品的创新设计企业产品开发流程的控制与优化企业的产品开发全过程……数字化设计与制造的内涵支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化、……数控技术是工具制造状态与过程的数字化表述生产过程的全面数字化控制……数字化设计与制造的内涵非符号化制造知识的表述通过CAM及其与CAD等的集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐解决制造状态与过程的数字化表述非符号化制造知识的表述制造信息的可靠获取与传递制造信息的定量化、质量、分类与评价生产过程的全面数字化控制…数字化设计与制造的内涵产品全生命周期的优化与管理企业的全局优化与最佳模式运作数字的存储、处理和控制……数据管理是核心通过对产品全生命周期中所有相关方面（如产品数据、企业资源数据等）进行数字化定量、表述、存储、处理和控制等，支持对产品进行全生命周期的优化与管理以及企业的全局优化与最佳模式运作。产品形成过程昨天-今天-明天产品规划概念设计生产准备详细设计昨天过程序列产品规划概念设计详细设计生产准备PDM数字模型过程管理明天过程流产品规划概念设计详细设计生产准备PDM今天过程链重点放在开发和制造零件重点放在产品的形成过程原型重点放在产品全生命周期产品虚拟现实3DCAD2DCAD绘图DigitalMock-upDigitalPrototyping产品设计：昨天-今天-明天产品数据库管理（PDM）主要内容1、计算机辅助设计（CAD）2、计算机辅助工程分析（CAE）3、计算机辅助制造（CAM）4、计算机辅助工艺规划（CAPP）5、产品数据库管理（PDM）6、企业资源计划（ERP）7、反求工程技术（RE）8、快速成型技术（RP）随着CAD技术的推广，原有技术管理系统难以满足要求。在采用计算机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸、技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、采购单、成本核算单和材料清单等均由人工编写、审批、归类、分发和存档，所有的资料均通过技术资料室进行统一管理。自从采用计算机技术之后，上述与产品有关的信息都变成了电子信息。简单地采用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往不能从根本上解决先进的设计制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。要解决这个矛盾，必须采用PDM技术。产品结构与配置管理图文档管理工作流程管理动态权限设置工程变更管理项目管理外部集成工具PDM的功能波音777：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。数字化设计制造典型案例美国联合攻击战斗机JSF：以洛克希德·马丁公司为首的由30个国家的50家公司组成的团队，为了实现协同设计、制造、测试、部署以及跟踪整个项目的开发，洛克希德·马丁公司采用了全生命周期管理软件为集成平台，以数字化设计制造管理方式，重新改组公司的流程，以项目为龙头，充分发挥合作伙伴的最优能力，形成了全球性的虚拟企业。为满足技术和战术要求，多变共用性成为JSF的显著特色，即在一个原型机上同时发展成不同用途的三个机种，在一条生产线上同时生产三个不同的机种，互换性达到80％。据分析，JSF采用数字化的设计、制造、管理方式后，设计时间减少50％，制造时间减少66％，总装工装减少90％，分立零件减少50％，设计制造、维护成本分别减少50％。数字化设计制造典型案例制造自动化技术ManufacturingAutomationTechnology概述Introduction计算机辅助设计（CAD）计算机辅助产品工程（CAE）计算机产品数据管理（PDM）制造技术的自动化◆产品设计自动化制造自动化技术的内涵◆企业管理自动化企业ERP（EnterpriseResourcePlanning）◆加工过程自动化包括各种计算机控制技术，如CNC、DNC、自动存储和运输设备、自动检测和监控设备等◆质量控制自动化计算机辅助工艺设计（CAPP）计算机辅助制造（CAM）自动单机和刚性自动线；本阶段在20世纪40～50年代已相当成熟。特征:高生产率和刚性结构，很难实现生产产品的改变。适合大批量生产引入的新技术有继电器程序控制、组合机床等。制造自动化技术的发展历程◆第一阶段(1913-)：刚性自动化◆第二阶段(1930-)：数控加工NC和CNC；本阶段的NC在20世纪50～70年代已成熟，但到了70~80年代，CNC取代了NC。特征:柔性好、加工质量高，适应于多品种、中小批量(包括单件)产品的生产。引入的新技术有数控技术、计算机编程技术等。主要技术：成组技术(GT)、计算机直接数控和分布式数控(DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工线(FML)、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等。◆第三阶段(1965-)：柔性制造智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造和绿色制造。◆第五阶段(1991-)：新的制造自动化模式特征是强调制造全过程的系统性和集成性。主要技术：现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。◆第四阶段(1973-)：计算机集成制造系统(CIMS)汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代柔性自动化50年代焊接机器人综合自动化70年代综合自动化制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应用发展迅速。◆制造全球化◆制造网络化敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式，敏捷化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势。◆制造敏捷化制造自动化技术的发展趋势制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合与优化利用。通过网络，实现异地制造。虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。◆制造虚拟化绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。◆制造绿色化智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的优化。◆制造智能化制造自动化技术ManufacturingAutomationTechnology柔性制造系统FlexibleManufacturingSystem概念柔性制造(FlexibleManufacturing，FM)是指用可编程、多功能的数字控制设备更换刚性自动化设备；用易编程、易修改、易扩展、易更换的软件控制代替刚性联结的工序过程，使刚性生产线实现柔性化，以快速响应市场的需求，多快好省地完成多品种、中小批量的生产任务。FMS的定义与特征高柔性高效率高度自动化FMS的特征◆柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：FMS的组成典型的FMS主要由以下三个子系统组成：（1）加工系统（2）运储系统（3）计算机控制系统FMS的组成框图及功能特征柔性制造系统的组成FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站FMS结构框图加工单元CNC（MC）机床工作台架（暂存工件）机器人或托盘交换装置检测、监控装置◆设备运行状态监控与检测传感器群信号采集预处理特征提取状态识别诊断决策预维修决策监控检测报告正常状态模式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配状态异常报警预知故障报警输出设备运行状态监控与检测框图参考书目能源动力装置CAD技术.蒋炎坤.国防工业出版社数字化设计制造技术基础.杨海成.西北工业大学出版社机械数字化设计新技术.阎楚良.机械工业出版社