数字化设计与制造自动化资料课件.ppt

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1、数字化设计与制造自动化数字化设计与制造数字化设计与制造的内涵的内涵产品建模产品建模是基础是基础优化设计优化设计是主体是主体 产品产品 的创的创新设计新设计 企业产品开发流程的控制与优化设计 企业的产品开发全过程全过程数字化设计与制造的内涵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、数控技术数控技术是工具是工具 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数字化设计与制造的内涵非符号化制造知识的表述 加工 通过通过CAM及其与及其与CAD等的集成技术与等的集成技术与工具的研究，在产

2、品加工方面逐渐解决工具的研究，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加工 数字化设计与制造的内涵数字化设计与制造的内涵管理 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数据管理是核心是核心通过对产品全生命周期中所有相关方面（如产品数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储、处理和控制等，支持对产品进行全生命

3、周期的优化与管理以及企业的全局优化与最佳模式运作。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明天过程流产品规划概念设计详细设计生产准备PDM今天今天过程链 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从从CAD到虚拟现实到虚拟现实虚拟现实虚拟现实 3D CAD 2D CAD绘图绘图Digital Mock-upDigital Prototyping产品设计：昨天-今天-明天产品数据库管理（产品数据库管理（PDM）主要内容

4、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）随随着着CAD技技术术的的推推广广，原原有有技技术术管管理理系系统统难难以以满满足足要要求求。在在采采用用计计算算机机辅辅助助设设计计以以前前，产产品品的的设设计计、工工艺艺和和经经营营管管理理过过程程中中涉涉及及到到的的各各类类图图纸纸、技技术术文文档档、工工艺艺卡卡片片、生生产产单单、更更改改单单、采采购购单单、成成本本核核算算单单和和材材料料清清单单等等均均由

5、由人人工工编编写写、审审批批、归归类类、分分发发和和存存档档，所所有有的的资资料料均均通通过过技技术术资资料料室室进进行行统统一一管管理理。自自从从采采用用计计算算机机技技术术之之后后，上上述述与与产产品品有有关关的的信信息息都都变变成成了了电电子子信信息息。简简单单地地采采用用计计算算机机技技术术模模拟拟原原来来人人工工管管理理资资料料的的方方法法往往往往不不能能从从根根本本上上解解决决先先进进的的设设计计制制造造手手段段与与落落后后的的资资料料管管理理之之间间的的矛矛盾盾。要要解解决决这个矛盾，必须采用这个矛盾，必须采用PDM技术。技术。产品结构与配置管理产品结构与配置管理图文档管理图文档

6、管理工作流程管理工作流程管理动态权限设置动态权限设置工程变更管理工程变更管理项目管理项目管理外部集成工具外部集成工具PDM的功能波音波音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：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以上，装配时出现的问题减少了5080，制造成本降低了，制造成本降低了3040，产品开发周期缩短了，产品开发周期缩短了4060，用户

7、交，用户交货期从货期从18个月缩短到个月缩短到12个月。个月。数字化设计制造典型案例美国联合攻击战斗机美国联合攻击战斗机JSF：以洛克希德：以洛克希德马丁公司为首的由马丁公司为首的由30个国家的个国家的50家公司组成的团队，为了家公司组成的团队，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

8、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，互换性达到产三个不同的机种，互换性达到80。据分析，。据分析，JSF采用数字化的设计、制造、管理方式后，设采用数字化的设计、制造、管理方式后，设计时间减少计时间减少50，制造时间减少，制造时间减少66，总装工装减少，总装工装减少90，分立零件减少，分立零件减少5

9、0，设计制造、维护，设计制造、维护成本分别减少成本分别减少50。数字化设计制造典型案例制造自动化技术制造自动化技术Manufacturing Automation Technology概述概述Introduction计算机辅助设计（计算机辅助设计（CADCAD）计算机辅助产品工程（计算机辅助产品工程（CAECAE）计算机产品数据管理（计算机产品数据管理（PDMPDM）制造技术的自动化制造技术的自动化 产品设计自动化 制造自动化技术的内涵制造自动化技术的内涵企业管理自动化 企业企业ERPERP（Enterprise Resource PlanningEnterprise Resource Pla

10、nning）加工过程自动化 包包括括各各种种计计算算机机控控制制技技术术，如如CNCCNC、DNCDNC、自自动动存存储储和和运输设备、自动检测和监控设备等运输设备、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（计算机辅助工艺设计（CAPPCAPP）计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAMCAM）自自动动单单机机和和刚刚性性自自动动线线；本本阶阶段段在在2020世世纪纪40405050年年代代已已相相当成熟。当成熟。特特征征:高高生生产产率率和和刚刚性性结结构构，很很难难实实现现生生产产产产品品的的改改变变。适合大批量生产适合大批量生产 引入的新技术有继电器程序控制、组合机床等。引入

11、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5070年代已成熟，但到了7080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(19

12、65-)：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

13、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。制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。制制造造环环境境与与整整个个制制造造企企业业的的网网络络化化，实实现现制制造造环环境境与与企企业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。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。与优化利用。通过网络，实现异地制造。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

14、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制造自动化技术Manufacturing Automation Technology柔性制造系统柔

15、性制造系统Flexible Manufacturing System概念概念柔性制造(Flexible Manufacturing，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的定义与特征的定义与特征高柔性高柔性高效率高效率高度自动化高度自动化FMSFMS的特征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，把柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把柔性制

16、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，能在不停机调整化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整化制造系统。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：的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征

17、是：的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：FMSFMS的组成的组成典型的典型的FMSFMS主要由以下三个子系统组成：主要由以下三个子系统组成：（1 1）加工系统）加工系统（2 2）运储系统）运储系统（3 3）计算机控制系统）计算机控制系统FMSFMS的组成框图及功能特征的组成框图及功能特征柔性制造系统的组成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结构框图结构框图 q 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能源动力装置CAD技术技术.蒋炎坤蒋炎坤.国防工业出版社国防工业出版社数字化设计制造技术基础数字化设计制造技术基础.杨海成杨海成.西北工业大学出西北工业大学出版社版社机械数字化设计新技术机械数字化设计新技术.阎楚良阎楚良.机械工业出版社机械工业出版社