數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)基礎(chǔ)

1、第一章1.1 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造是現(xiàn)代產(chǎn)品研制的根本 手段。1.2 先進(jìn)制造技術(shù)的特征： (1) 先進(jìn)制造技術(shù) 是制造技術(shù)的最新開展階段； (2) 先進(jìn)制造技 術(shù)貫穿了制造全過程以至產(chǎn)品的整個(gè)生命周 期； (3) 先進(jìn)制造技術(shù)注重技術(shù)與管理的結(jié) 合； (4) 先進(jìn)制造技術(shù)是面向工業(yè)應(yīng)用的技 術(shù)。1.3 設(shè)計(jì)制造技術(shù)主要表現(xiàn)在全球化、網(wǎng)絡(luò) 化、虛擬化、智能化和綠色化等幾個(gè)方面。1.4 任何一種產(chǎn)品的研制過程從大的方面可 以劃分為設(shè)計(jì)與制造兩局部。1.5 可以將產(chǎn)品的制造過程的根本要素抽象 為產(chǎn)品( product )、工藝過程( process )、 制造資源(resource ),即PPR模型，實(shí)

2、際的 過程是三個(gè)要素相互耦合作用的結(jié)果。1.6 串行設(shè)計(jì)與并行設(shè)計(jì)：(1) 串行設(shè)計(jì)的組織模式是遞階結(jié)構(gòu)， 各個(gè)階 段的活動(dòng)是按時(shí)間順序進(jìn)行的，一個(gè)階段的 活動(dòng)完成后，下一個(gè)階段的活動(dòng)才開始，各 個(gè)階段依次排列，都有自己的輸入和輸出。(2) 并行設(shè)計(jì)的工作模式是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同 時(shí)就考慮后續(xù)階段的相關(guān)工作，包括加工工 藝、裝配、檢驗(yàn)等，在并行設(shè)計(jì)中產(chǎn)品開發(fā) 過程各個(gè)階段的工作是交叉進(jìn)行的。1.7 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造根本概念：(1) 數(shù)字化是利用數(shù)字技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)內(nèi) 容和體系進(jìn)行改造的進(jìn)程。(2) 數(shù)字化設(shè)計(jì)就是通過數(shù)字化的手段來改 造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，旨在建立一套基于 計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，

3、支持產(chǎn)品開發(fā) 與生產(chǎn)全過程的設(shè)計(jì)方法。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造 的內(nèi)涵是支持產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持產(chǎn)品創(chuàng) 新設(shè)計(jì)、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持產(chǎn)品 開發(fā)流程的控制與優(yōu)化等，歸納起來就是產(chǎn) 品建模是根底，優(yōu)化設(shè)計(jì)是主體，數(shù)據(jù)管理 是核心。(3) 數(shù)字化制造是指對(duì)制造過程進(jìn)行數(shù)字化 描述而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品的制造過程是 計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造技術(shù) 不斷融合、開展和應(yīng)用的結(jié)果，也使制造企 業(yè)、制造系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的 必然。(4) 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造本質(zhì)上是產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造 信息的數(shù)字化，它將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料 特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來。典型的CAD模型標(biāo)準(zhǔn)交換格式，DXF DWG JG

4、ES、 STEP。1.9 典型的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造應(yīng)用工具系統(tǒng)：(1) CAD 系統(tǒng)， AutoCAD、CATIA、UGS、Pro/E(2) CAE 系統(tǒng)， NASTRAN ANASYS(3) CAPP 系統(tǒng)， CAPPFramework(4) CAM 系統(tǒng)，在 CATIA、UGS 和 Pro/E 等CAD/CA隠統(tǒng)中，均包含有專門的CAM模塊(5) DFx ( design for x )系統(tǒng)， x 可代表生 命周期中的各種因素，如制造、裝配、檢測(cè)等1.10 產(chǎn) 品 數(shù) 據(jù) 管 理 ( product data managemen，PDM是一種幫助工程技術(shù)人員 管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過程的工具。

5、 PDM 系統(tǒng)確保跟蹤設(shè)計(jì)、制造所需的大量數(shù)據(jù)和 信息，并由此支持和維護(hù)產(chǎn)品。1.11 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的特點(diǎn)： (1) 過程延伸；(2) 智能水平的提高； (3) 集成水平的提高。1.12 數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的性能要求： (1) 穩(wěn)定 性；(2) 集成性 (3) 敏捷性； (4) 制造工程信息 的主動(dòng)共享能力； (5) 數(shù)字仿真能力 (6) 支持 異構(gòu)分布式環(huán)境的能力； (7) 擴(kuò)展能力。 第二章2.1 產(chǎn)品數(shù)字化模型是產(chǎn)品信息的載體，包 含了產(chǎn)品功能信息、性能信息、結(jié)構(gòu)信息、 零件幾何信息、裝配信息、工藝和加工信息 等。2.2 信息的表現(xiàn)形式主要以幾何信息和非幾 何信息為主。2.3 設(shè)計(jì)過程的零

6、件模型為主模型，其他模 型均以主模型為根底，在此根底上進(jìn)行新模 型的構(gòu)建。2.4 產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的模型：(1) 概念設(shè)計(jì)階段模型： 主要從功能需求分析 出發(fā)，初步提出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，此時(shí)并不 涉及產(chǎn)品的精確形狀和幾何參數(shù)設(shè)計(jì)。概念 設(shè)計(jì)模型包括產(chǎn)品的方案構(gòu)圖、 創(chuàng)新設(shè)計(jì)等。 從數(shù)字化角度看，概念設(shè)計(jì)師在一定的設(shè)計(jì) 標(biāo)準(zhǔn)下，以方案報(bào)告、草圖等形式完成設(shè)計(jì) 的。(2) 零件幾何模型： 幾何模型是產(chǎn)品詳細(xì)設(shè)計(jì) 的核心，是將概要設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化的關(guān)鍵內(nèi)容， 是所有后續(xù)工作的根底，也是最適合計(jì)算機(jī) 表示的產(chǎn)品模型。幾何模型用二維或者三維 模型表示。幾何模型的非幾何信息以屬性表 示，屬性信息的定義以文本說明。零

7、件幾何 模型是詳細(xì)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生的信息模型，是其 他各階段設(shè)計(jì)的信息載體， 通常作為主模型。(3) 產(chǎn)品仿真模型： 一般不能直接在詳細(xì)設(shè)計(jì) 階段產(chǎn)生的零件幾何模型上進(jìn)行。產(chǎn)品仿真 模型表達(dá)了仿真分析階段的信息。(4) 產(chǎn)品裝配模型： 表示產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)關(guān)系、 裝 配的物料清單、裝配的約束關(guān)系、面向?qū)嶋H 的裝配順序和路徑規(guī)劃等。裝配結(jié)構(gòu)樹， 反映產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)；屬性信息表，用來 表示產(chǎn)品的非幾何信息；裝配約束模型， 包括裝配特征描述、裝配關(guān)系描述、裝配操 作描述以及裝配約束參數(shù)； 裝配規(guī)劃模型， 用于裝配順序規(guī)劃和路徑規(guī)劃。2.5 產(chǎn)品制造階段的模型：(1) 工藝信息模型：為 CAPP提供根本信息。

8、根據(jù)零件加工要求和尺寸、粗糙度、公差、 基準(zhǔn)、 加工方法等信息， 建立工藝信息模型。 工藝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)源來自于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段產(chǎn)生 的幾何模型和裝配模型。(2) 工裝模型： 是經(jīng)過不斷演化產(chǎn)生的中間狀 態(tài)模型。工裝模型包含了兩大局部，工裝設(shè) 計(jì)模型和產(chǎn)品過程模型。(3) 數(shù)控加工模型： 是指數(shù)控加工設(shè)計(jì)的模型 和產(chǎn)生的相應(yīng) NC程序。2.6 物理樣機(jī)與數(shù)字樣機(jī)：(1) 用物質(zhì)材料制作的產(chǎn)品模型一般稱為物 理模型(或物理樣機(jī)、實(shí)物樣機(jī)) 。數(shù)字樣機(jī)(Digital MockUp ，DMU是相對(duì) 于物理樣機(jī)在計(jì)算機(jī)上表達(dá)的產(chǎn)品數(shù)字化模 型。(3) 在CAD領(lǐng)域，虛擬樣機(jī)的概念實(shí)際上是數(shù) 字樣機(jī)的含義。(

9、4) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)特征： 自主性、 交互性和浸 沒性。2.7 幾何模型構(gòu)造的模型表達(dá)類型分為，線 框模型、外表模型、實(shí)體模型。(1) 線框模型： 在計(jì)算機(jī)內(nèi)描述一個(gè)三維線框 模型必須給出兩類信息：頂點(diǎn)表(存儲(chǔ)模 型中各頂點(diǎn)的三維坐標(biāo))；邊表(存儲(chǔ)模型 中的各棱邊， 用指針指向個(gè)棱邊的頂點(diǎn)) 。它 的缺點(diǎn)是：由于信息過于簡單，沒有面信 息，所以不能進(jìn)行消隱處理；模型在顯示 時(shí)理解上存在二義性；不便于描述含有曲 面的物體；無法應(yīng)用于工程分析和數(shù)控加 工刀具軌跡的自動(dòng)計(jì)算。(2) 外表模型：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以“面 -棱邊-點(diǎn) 三層信息表示。外表模型防止了線框模型的 二義性，表示的是零件幾何形狀的外殼，不

10、具備零件的實(shí)體特征，不能進(jìn)行物理特性計(jì) 算，如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、體積等。(3) 實(shí)體模型：一般是以“體- 面-環(huán)-棱邊-點(diǎn)五層結(jié)構(gòu)信息表示模型。實(shí)體建模最常用 的 是 邊 界 描 述 法 ( boundary representation，B-Rep)和構(gòu)造性實(shí)體幾何法( computed structure geometry ， CSM)。 實(shí)體建模方法在表示物體形狀和幾何特性方 面是完全有效的。2.8 特征建模(1) 特征是產(chǎn)品各種信息的載體， 包括幾何信 息和非幾何信息。(2) 特征分類： 形狀特征； 材料特征； 精度特征；裝配特征。(3) 特征造型的本質(zhì)還是實(shí)體造型， 但是進(jìn)行 了工程語義的抽

11、象，即語義 +形狀特征。(4) 應(yīng)用最好和最為成熟的是形狀特征設(shè)計(jì)。(5) 特征設(shè)計(jì)是在實(shí)體模型根底上， 根據(jù)特征 分類，對(duì)一個(gè)特征定義，對(duì)操作特征進(jìn)行描 述，指定特征的表示方法，并且利用實(shí)體造 型具體實(shí)現(xiàn)。2.9 特征造型系統(tǒng)的根本要求：(1) 所建立的產(chǎn)品零件模型應(yīng)包括以下 5 種 數(shù)據(jù)類型：幾何數(shù)據(jù)；拓?fù)鋽?shù)據(jù)；形 狀特征數(shù)據(jù)；精度數(shù)據(jù)；技術(shù)數(shù)據(jù)(2) 特征造型方式必須靈活多變， 應(yīng)當(dāng)允許設(shè) 計(jì)這以任何形式，任意級(jí)別和任意組合的方 式定義特征，以滿足各應(yīng)用領(lǐng)域的需要。(3) 造型系統(tǒng)應(yīng)能方便地實(shí)現(xiàn)特征和零件模 型的建立、修改、刪除、更新，應(yīng)能單獨(dú)定 義和分別引用產(chǎn)品模型中的各個(gè)層次數(shù)據(jù)對(duì)

12、行啊，并對(duì)其進(jìn)行關(guān)聯(lián)，相互作用，構(gòu)成新 的特征與零件模型。(4) 應(yīng)建立與應(yīng)用相關(guān)的映像模型， 支持產(chǎn)品 模型的應(yīng)用特征分解與釋義。參數(shù)化設(shè)計(jì)與變量化設(shè)計(jì)(1) 參數(shù)化設(shè)計(jì)一般是指設(shè)計(jì)對(duì)象的結(jié)構(gòu)形 狀根本不變，而用一組參數(shù)來約定尺寸關(guān)系。 參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯示對(duì)應(yīng)關(guān) 系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動(dòng)，因此參數(shù) 的求解較簡單。(2) 參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：基于特征；全尺寸約束；尺寸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)修改；全數(shù)據(jù)相關(guān)。(3) 參數(shù)化設(shè)計(jì)與變量化設(shè)計(jì)的共同點(diǎn)：二 者都強(qiáng)調(diào)基于特征的設(shè)計(jì)、全數(shù)據(jù)相關(guān)，并 可實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改等。(4) 參數(shù)化設(shè)計(jì)與變量化設(shè)計(jì)的不同點(diǎn)：參 數(shù)化設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)的是尺寸全約束，而變

13、量化設(shè) 計(jì)不嚴(yán)格要求尺寸全約束，可以是過約束， 也可以是全約束。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法主要是利 用尺寸約束，而變量化設(shè)計(jì)的約束種類比擬 廣，包括幾何、尺寸、工程約束，通過求解 一組聯(lián)立方程組來確定產(chǎn)品的尺寸和形狀。 常用的文件交換類型：(1) IGES(i nitialgraphicsexcha ngespecificatio n)初始圖形交換標(biāo)準(zhǔn)，是國際上產(chǎn)生最早，且應(yīng)用最廣泛的圖形數(shù)據(jù)交換 標(biāo)準(zhǔn)。在IGES文件中，信息的根本單位是實(shí) 體(entity )。(2) STEP ( standard for the exchange of product model data )產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo) 準(zhǔn)，

14、是國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)制定的產(chǎn)品數(shù)據(jù) 表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)。STEP的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)覆蓋 產(chǎn)品的整個(gè)生命周期。形狀特征信息模型是 STEP的產(chǎn)品模型的核心。幾何信息交換是 STEP標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用著廣泛的一局部。(3) DXF(data excha nge file )數(shù)據(jù)交換文件。第三章數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)：是以專業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)為 根底，與以信息技術(shù)為代表的高科技充分融 合，形成面向產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析運(yùn)算、虛 擬仿真，在數(shù)字空間完成制造。數(shù)字化設(shè)計(jì) 是利用數(shù)字化技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的改 造、延伸與開展。3.2 “1+3+X綜合設(shè)計(jì)法：采用功能優(yōu)化、 動(dòng)態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu)化和可視優(yōu)化及對(duì)某種產(chǎn) 品有特殊要求的設(shè)計(jì)等幾種

15、方法來完成設(shè)計(jì)工作。1-功能優(yōu)化；3-將動(dòng)態(tài)優(yōu)化、智能優(yōu) 化和可視優(yōu)化結(jié)合在一起的設(shè)計(jì)方法；X-對(duì)某種產(chǎn)品有特殊要求的設(shè)計(jì)方法?？煽啃栽O(shè)計(jì)(1) 可靠性定義：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定 的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。它包括四個(gè) 要素：研究對(duì)象；規(guī)定的條件；規(guī)定 的時(shí)間；規(guī)定的功能。(2) 可靠性設(shè)計(jì)常用指標(biāo)： 可靠度(R(t)，設(shè)有N個(gè)相同的產(chǎn)品在相 同的條件下工作，到任意給定時(shí)間t時(shí)，累積有n(t)個(gè)產(chǎn)品失效，其余N-n(t)個(gè)產(chǎn)品仍 能正常工作，那么該產(chǎn)品到時(shí)間t的可靠度為R(t)= N-n( t)/N 累積失效概率(F(t): F(t)=n(t)/N；R(t)+F(t)=1。 失效概率密度(

16、f(t) )：f(t)=F (t)=(-R (t)失效率(入(t):入(t)=n(t t) n(t)N n(t) t入(t)= f(t)/ R(t)(3) 可靠性設(shè)計(jì)中常用分布函數(shù)： 指數(shù)分布，當(dāng)失效率入 為常數(shù)時(shí)，R(t),F(t) , f(t)都呈指數(shù)分布函數(shù)的形式。R(t)= e 0t(t)dtet；F(t)=1- e ；tf(t)= e 正態(tài)分布：Uz =Uc-UP(z 0)=P(t Zr)=1- P(t Zr)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度：RS=R1*R2* *Rn并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度：Rs=(1- R1)(1- R2) Rn)(6)復(fù)雜系統(tǒng)的可靠度：形 函數(shù)：Ni =12A(aiAxci y)(下

17、標(biāo)i,j,m 輪換)eT集中載荷移植：R=NPe面力移植：R=T N P tds第五章成組技術(shù)(1) 根本原理，對(duì)相似的零件進(jìn)行識(shí)別和分 組，相似的零件歸入一個(gè)零件組或零件族， 并在設(shè)計(jì)和制造中充分利用他們的相似點(diǎn)， 以獲得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。(2) 零件的相似性包括設(shè)計(jì)性質(zhì)方面的相似 性和制造型之方面的相似性，是零件分祖的 根底。(3) 定義：成組技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)和管 理技術(shù)科學(xué)，研究如何識(shí)別和開展生產(chǎn)活動(dòng) 中有關(guān)事務(wù)的相似性，并充分利用它把他們 之間的相似性歸類成組，并尋求解決這一組 問題相對(duì)統(tǒng)一的最優(yōu)方案，已取得所期望的 經(jīng)濟(jì)效益。編碼系統(tǒng)是一個(gè)十進(jìn)制的9位代碼的呼和結(jié)構(gòu)分類編碼系統(tǒng)

18、。是由德國教授 領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的。(1) 第I V位，代表形狀碼，用于描述工件 的主要設(shè)計(jì)特征，其中第I位代表零件類別碼，第n位代表形狀及加工碼。(2) 第W 區(qū)位代表輔助碼，用于描述制造特 征。我國研制的編碼系統(tǒng)JLBM-1，其根本結(jié)構(gòu)與OPITZ根本相同，該系統(tǒng)有15個(gè)碼位，每個(gè)碼位有09十個(gè)數(shù)字表示不同的特征項(xiàng) 號(hào)。(1) 第12碼位代表零件類別碼(2) 第39碼位代表形狀和加工碼(3) 第1015碼位代表輔助碼，表示工藝信 息。工藝規(guī)劃是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的橋梁， 產(chǎn)品制造一般包括工藝規(guī)劃、生產(chǎn)設(shè)計(jì)制定、 零件加工、部件和產(chǎn)品裝配、檢驗(yàn)等主要環(huán) 節(jié)。其中工藝規(guī)劃一般是指零件機(jī)械加工工 藝設(shè)計(jì)

19、和產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品是由零件、 組件和部件組成的。 裝配單元可分為零件、組件、部件和機(jī)器四 種等級(jí)。計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(computer aided process planning, CAPP是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和編制工藝規(guī)程。計(jì)算機(jī) 技術(shù)在在工藝規(guī)劃中的輔助作用主要表達(dá)在 交互處理、數(shù)值計(jì)算、圖形處理、邏輯決策、 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等方面。從內(nèi)容上來說，CAPP 應(yīng)包括工藝規(guī)劃的全部內(nèi)容。的開展，可分為三個(gè)開展階段：(1)基于自動(dòng)化思想的修訂/創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)； 基于計(jì)算機(jī)輔助的實(shí)用化CAPP系統(tǒng)；(3)面向企業(yè)信息化的制造工藝信息系統(tǒng)。系統(tǒng)的三個(gè)根本組成局部：(1)產(chǎn)品

20、的設(shè)計(jì)信息輸入；(2)工藝決策；(3)產(chǎn)品工 藝信息輸出。系統(tǒng)所采用的根本工藝決策方法有以下兩種：(1) 修訂式方法(variant approach):修訂式方法也稱為派生式方法，其根本思路是將 相似的零件歸并成零件族，設(shè)計(jì)時(shí)檢索出相 應(yīng)零件族的標(biāo)注工藝規(guī)程，并根據(jù)設(shè)計(jì)對(duì)象的具體特征加以修訂。(2) 生成式方法(generative approach ):生 成式方法也稱為創(chuàng)成式方法，其根本思路是將人們?cè)O(shè)計(jì)工藝過程時(shí)的推理和決策轉(zhuǎn)換成 計(jì)算機(jī)可以處理的決策邏輯、算法，在使用 時(shí)由計(jì)算機(jī)程序采用內(nèi)部的決策邏輯和算 法，依據(jù)制造資源信息，自動(dòng)生成零件的工 藝規(guī)程。常用的決策方法有決策表和決策樹等

21、。工藝決策專家系統(tǒng)(1) 所謂專家系統(tǒng)，就是一種在特定領(lǐng)域內(nèi)具 有專家水平的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，它將人類專 家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)以知識(shí)庫的形式存入計(jì)算機(jī)，并模擬人類專家解決問題的推理方式和 思維過程，運(yùn)用這些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)中的 問題做出判斷和決策。(2) 專家系統(tǒng)的三個(gè)組成局部：零件信息輸入模塊、推理機(jī)和知識(shí)庫。其中，知識(shí)庫和推 理機(jī)是專家系統(tǒng)的兩大主要組成局部，知識(shí) 庫是專家系統(tǒng)的核心。(3) 專家系統(tǒng)中使用的三種推理方法： 正向演 繹推理、反向演繹推理和正反向混合演繹推 理5.11 物料清單 BOM(bill of material)是描述用于制造一個(gè)產(chǎn)品的所有零件、組件、 部件和原材料的表單，

22、并給出了它們的類型、 編號(hào)、數(shù)量及其裝配關(guān)系。(1) 設(shè)計(jì)部門產(chǎn)生的是工程 BOM( EBOM)(2) 工藝部門產(chǎn)生的是制造 BOM( MBO)M(3) 制造部門產(chǎn)生的是質(zhì)量 BOM( QBOM)6.1 生產(chǎn)過程是指圍繞完成產(chǎn)品生產(chǎn)的一系 列有組織的生產(chǎn)活動(dòng)的運(yùn)行過程。6.2 生產(chǎn)過程的組織形式可以按照生產(chǎn)工藝 專業(yè)化(job shop)和產(chǎn)品對(duì)象專業(yè)化(flowshop )原那么進(jìn)行分類。(1) 按照生產(chǎn)工藝專業(yè)化的原那么分類， 常見的 形式有：鍛造車間、鑄造車間、機(jī)械加工車間。(2) 按照產(chǎn)品對(duì)象專業(yè)化的原那么分類， 常見的 形式有：汽車生產(chǎn)線、家電生產(chǎn)線。6.3 按照生產(chǎn)的連續(xù)程度生產(chǎn)類

23、型可以分為 連續(xù)型生產(chǎn)和離散型生產(chǎn)兩種類型。機(jī)械加 工是典型的離散加工類型。根據(jù)產(chǎn)品的品種 的產(chǎn)量，離散型生產(chǎn)可進(jìn)一步分為：(1) 大批量生產(chǎn)，最典型的例子是汽車制造業(yè)。(2) 單件小批量生產(chǎn)， 如船舶、 大型電機(jī)、 橋 梁、大型建筑等。(3) 多品種小批量生產(chǎn)， 主要特點(diǎn)是通常應(yīng)用 成組技術(shù)。(4) 大批量定制生產(chǎn)6.4 生產(chǎn)管理是企業(yè)對(duì)所有和生產(chǎn)產(chǎn)品或提 供效勞有關(guān)活動(dòng)的管理，是對(duì)生產(chǎn)過程所涉 及的活動(dòng)進(jìn)行方案、組織與控制。(1) 狹義的生產(chǎn)管理主要包括生產(chǎn)管理和生 產(chǎn)控制兩個(gè)方面。(2) 廣義的生產(chǎn)管理主要包括與企業(yè)生產(chǎn)相 關(guān)的方案、組織和控制等活動(dòng)。6.5 數(shù)字化生產(chǎn)管理的特點(diǎn)： (1

24、) 實(shí)時(shí)性； (2) 精確性； (3) 集成性； (4) 自反響性； (5) 決策 支持。6.6 在現(xiàn)代生產(chǎn)管理過程中，把用于生產(chǎn)管 理的各種軟硬件與管理方法和制造過程集成 起來，形成數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)。它的主要 功能包括： 方案管理、 資源管理、 庫存管理、 生產(chǎn)過程控制等。數(shù)字化生產(chǎn)管理系統(tǒng)是計(jì) 算機(jī)軟硬件、生產(chǎn)管理理念與生產(chǎn)過程的集成。6.7 物 料 需 求 計(jì) 劃 ( material resource planning ， MRP)(1) MRP是以生產(chǎn)方案為根底，結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和庫存信息來制定生產(chǎn)方案和采購方案(2) MRP的根本原理：是將企業(yè)產(chǎn)品中的各中 物料分為獨(dú)立物料和相關(guān)

25、物料，并按時(shí)間段 確定不同時(shí)期的物料需求，基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的 物料需求組織生產(chǎn)，根據(jù)產(chǎn)品完工日期和產(chǎn) 品結(jié)構(gòu)制訂生產(chǎn)方案，從而解決庫存物料訂 貨與組織生產(chǎn)的問題。(3) 主方案是獨(dú)立需求方案，MRP是相關(guān)需求 方案。制造資源方案(MR巴)(1) 在MRP的根底上增加了財(cái)務(wù)管理和銷售 管理(2) 根本思想： 基于企業(yè)經(jīng)營目標(biāo)制訂生產(chǎn)計(jì) 劃，圍繞物料轉(zhuǎn)化組織制造資源，實(shí)現(xiàn)按需 按時(shí)生產(chǎn)。6.9 企業(yè)資源規(guī)劃( enterprise resource planning , ERp ,涉及企業(yè)供給鏈的所有管 理。6.10MRP n ( manufacturingresourceplanning ) /ER

26、P和MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))集 成階段，管理系統(tǒng)參加了生產(chǎn)狀況反響信息。6.11 制造方案又稱為生產(chǎn)方案， 是為制造企 業(yè)、制造車間或制造單元等制造活動(dòng)的執(zhí)行 機(jī)構(gòu)制定在未來一段時(shí)間內(nèi)所完成的任務(wù)和 到達(dá)的目標(biāo)。制造方案按照不同的層次，可 以分為三類方案：(1) 企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃： 一般來說， 戰(zhàn)略規(guī)劃是由 高層管理人員參與制訂，它的覆蓋周期通常為 35 年或者更長。(2) 生產(chǎn)經(jīng)營方案： 企業(yè)戰(zhàn)術(shù)層的經(jīng)營方案比 戰(zhàn)略規(guī)劃的時(shí)間跨度要短一些，通常為一年 左右。在企業(yè)中，經(jīng)營方案的制定往往由生 產(chǎn)方案部門負(fù)責(zé)。(3) 執(zhí)行作業(yè)方案： 執(zhí)行作業(yè)方案的生產(chǎn)周期 一般比擬短，集中在戰(zhàn)術(shù)層和執(zhí)行層。6.12

27、數(shù)字化制造方案系統(tǒng)主要有：(1)MRP 方案系統(tǒng)： 是一種將庫存管理和生產(chǎn)進(jìn)度方案集合在 一起的計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)方案管理系統(tǒng)。 MRP的方案原理：MRP十劃是以零部件為對(duì) 象的生產(chǎn)進(jìn)度方案。通常，它是根據(jù)產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)中的零件層次關(guān)系，來編制零件的生產(chǎn)進(jìn) 度。MRP方案最為關(guān)鍵的文件形式就是物料 清單BOM以此來描述零件在產(chǎn)品中的層次 關(guān)系和數(shù)量。 MRP方案系統(tǒng)根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件、工藝文 件、物料文件和生產(chǎn)提前期( lead time )等 資料自動(dòng)生成BOM表。 MRP在編制零部件的生產(chǎn)進(jìn)度時(shí)，它是以 產(chǎn)品的交貨期(或方案完工日期)為基準(zhǔn)， 朝著工藝過程的逆向，按生產(chǎn)投入提前期的 長度，采用倒排法

28、來編制。 滾動(dòng)方案(rolling plan)是一種動(dòng)態(tài)編制方案的方案方法，滾動(dòng)方案編制規(guī)那么是每 走一步向前看兩步。滾動(dòng)方案一般把方案分 為三個(gè)時(shí)區(qū)，執(zhí)行區(qū)、準(zhǔn)備區(qū)和展望區(qū)。離 當(dāng)前最近的是執(zhí)行區(qū)，最遠(yuǎn)的是展望區(qū)。按 滾動(dòng)方案而編制方法是每經(jīng)過一個(gè)執(zhí)行區(qū)編 制一次方案， 每個(gè)方案的長度仍為 8 個(gè)星期。 MRP的滾動(dòng)期通常設(shè)為周，班組的生產(chǎn)日 程規(guī)劃每天滾動(dòng)一次。每滾動(dòng)一次，方案就 重編一次，為了減少重新編制的操作采用了 兩種方式切換進(jìn)行的方式，即采用凈改變(net change)和完全重編 (regeneration )。凈改變只修改方案期內(nèi)有變化的局部，局部 重編。完全重編那么要運(yùn)行一次

29、方案編制程序， 重新一個(gè)新方案。(2)JIT ( just in time )方案系統(tǒng)： JIT方案的核心思想是在需要的時(shí)候才去 生產(chǎn)所需要的品種和數(shù)量，不要多生產(chǎn)，也 不要提前生產(chǎn)。 JIT 方案系統(tǒng)又稱豐田生產(chǎn) 系統(tǒng)。 JIT屬于拉式系統(tǒng)，是由需求驅(qū)動(dòng)的，而 MRP等推式系統(tǒng)，是有方案驅(qū)動(dòng)的。 拉式系統(tǒng)不制訂主生產(chǎn)方案。 看板是 JIT 方案系統(tǒng)中最為重要的管理工 具?？窗宓淖饔檬莻鬟f信息?？窗宓姆N類有 生產(chǎn)看板、運(yùn)輸看板、外協(xié)看板和臨時(shí)看板 等?？窗迨褂靡?guī)那么如下： 看板必須跟隨實(shí)物， 與工件一起轉(zhuǎn)移；每一種看板嚴(yán)格按照自己 的路線運(yùn)行；看板必須對(duì)所需工件提供完整 的信息；不合格產(chǎn)品不能

30、使用看板。(3) TOC 方案系統(tǒng)：約束理論(TOC的指導(dǎo)思想實(shí)質(zhì)上是尋求 系統(tǒng)的關(guān)鍵約束點(diǎn)，集中精力優(yōu)先解決主要 矛盾。TOC方案系統(tǒng)，首先確定瓶頸工序和 瓶頸資源，編制產(chǎn)品關(guān)鍵生產(chǎn)方案，在確認(rèn) 關(guān)鍵件的生產(chǎn)進(jìn)度的前提下，再編制非關(guān)鍵 件的生產(chǎn)方案，一般來說，瓶頸工序的前導(dǎo) 和后續(xù)工序采用不同的方案方法，以提高計(jì) 劃的可執(zhí)行性。(4) APS 高級(jí)方案排產(chǎn)系統(tǒng)： 是進(jìn)行優(yōu)先能力 方案的應(yīng)用系統(tǒng)，它是基于約束理論，通過 事先定義的規(guī)那么，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行排產(chǎn)的 過程。6.13 生產(chǎn)調(diào)度( product scheduling )是在 生產(chǎn)作業(yè)方案的根底上確定生產(chǎn)任務(wù)(入工 件)進(jìn)入車間的順序以

31、及車間運(yùn)行中各種制 造資源的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度。一般將生產(chǎn)調(diào)度又 分解為生產(chǎn)任務(wù)的靜態(tài)排序、動(dòng)態(tài)排序和系 統(tǒng)資源實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度三個(gè)子問題。(1) 生 產(chǎn) 任 務(wù) 的 靜 態(tài) 排 序 ( off-line sequencing )是指根據(jù)零件生產(chǎn)作業(yè)方案規(guī) 定的生產(chǎn)進(jìn)度，進(jìn)一步具體地確每個(gè)工件在 每臺(tái)設(shè)備上的加工工序和生產(chǎn)進(jìn)度，同時(shí)也 確定了每臺(tái)設(shè)備、每個(gè)工作人員、給個(gè)工作 班次的生產(chǎn)任務(wù)。 生產(chǎn)任務(wù)排序分類： 按機(jī)器的數(shù)目的不同， 可以分為單臺(tái)機(jī)器的排序問題和多臺(tái)機(jī)器的 排序問題。按工件到達(dá)的情況不同，可以分 為靜態(tài)排序問題和動(dòng)態(tài)排序問題。按目標(biāo)函 數(shù)的不同，可以分為使平均的流程時(shí)間最短 的排序問題和

32、使誤期完工工件數(shù)量最少的排 序問題。 生產(chǎn)任務(wù)排序方法：約翰遜法；關(guān)鍵工序 法；優(yōu)先規(guī)那么法。(2) 生產(chǎn)任務(wù)的動(dòng)態(tài)排序( on-line or real time sequencing )：使用最多的動(dòng)態(tài)排序算 法是人工智能領(lǐng)域的啟發(fā)式規(guī)那么和遺傳算法 等。制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES在數(shù)字化生產(chǎn)管 理中起到了承上啟下的作用。數(shù)字化生產(chǎn)管 理系統(tǒng)的層次模型： (1)方案層：數(shù)字化生產(chǎn)管理中的方案系統(tǒng)， 以客戶訂單和市場(chǎng)需求為方案源頭，充分利 用企內(nèi)的各種資源，降低庫存，提高生產(chǎn)經(jīng) 營的效益。從數(shù)字化生產(chǎn)管理的角度來看，MRRI /ERP屬于企業(yè)的方案層。(2) 執(zhí)行層： 上層和底層的信息樞紐， 強(qiáng)調(diào) 方案的執(zhí)行和制造過程的控制，把上層的計(jì) 劃層和車間的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)控制有機(jī)地集成起來。(3) 控制層： 對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的開啟、 運(yùn)行和停 止進(jìn)行控制等，完成方案指令和制造指令執(zhí) 行的控制。第七章7.1 數(shù)字控制( numerical control ， NC)， 簡稱數(shù)控，是一種自動(dòng)控制技術(shù)，使用數(shù)字 化信號(hào)對(duì)控制對(duì)象加以控制的一種方法。數(shù) 字控制的對(duì)象是多種多樣的，但數(shù)控機(jī)床是 最早應(yīng)用數(shù)控技術(shù)的控制對(duì)象，也是最經(jīng)典 的數(shù)