數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化課件

1、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造自動(dòng)化張晨光機(jī)械設(shè)計(jì)及理論數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計(jì)是主體 產(chǎn)品 的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的控制與優(yōu)化設(shè)計(jì) 企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵支持企業(yè)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)全過(guò)程、支持企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的控制與優(yōu)化、 數(shù)控技術(shù)是工具 制造狀態(tài)與過(guò)程的數(shù)字化表述 生產(chǎn)過(guò)程的全面數(shù)字化控制 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵非符號(hào)化制造知識(shí)的表述 加工 通過(guò)CAM及其與CAD等的集成技術(shù)與工具的研究，在產(chǎn)品加工方面逐漸解決制造狀態(tài)與過(guò)程的數(shù)字化表述非符號(hào)化制造知識(shí)的表述制造信息的可靠獲取與傳遞制造信息的定量化、質(zhì)量、分類與評(píng)價(jià)生產(chǎn)過(guò)

2、程的全面數(shù)字化控制加工 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵管理 產(chǎn)品全生命周期的優(yōu)化與管理企業(yè)的全局優(yōu)化與最佳模式運(yùn)作數(shù)字的存儲(chǔ)、處理和控制數(shù)據(jù)管理是核心通過(guò)對(duì)產(chǎn)品全生命周期中所有相關(guān)方面（如產(chǎn)品數(shù)據(jù)、企業(yè)資源數(shù)據(jù)等）進(jìn)行數(shù)字化定量、表述、存儲(chǔ)、處理和控制等，支持對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全生命周期的優(yōu)化與管理以及企業(yè)的全局優(yōu)化與最佳模式運(yùn)作。 重點(diǎn)放在開(kāi)發(fā)和制造零件重點(diǎn)放在產(chǎn)品的形成過(guò)程原型重點(diǎn)放在產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品從CAD到虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬現(xiàn)實(shí) 3D CAD 2D CAD繪圖Digital Mock-upDigital Prototyping產(chǎn)品設(shè)計(jì)：昨天-今天-明天產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理（PDM）隨著CAD技術(shù)的推廣，原有技術(shù)

3、管理系統(tǒng)難以滿足要求。在采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以前，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和經(jīng)營(yíng)管理過(guò)程中涉及到的各類圖紙、技術(shù)文檔、工藝卡片、生產(chǎn)單、更改單、采購(gòu)單、成本核算單和材料清單等均由人工編寫、審批、歸類、分發(fā)和存檔，所有的資料均通過(guò)技術(shù)資料室進(jìn)行統(tǒng)一管理。自從采用計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，上述與產(chǎn)品有關(guān)的信息都變成了電子信息。簡(jiǎn)單地采用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬原來(lái)人工管理資料的方法往往不能從根本上解決先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造手段與落后的資料管理之間的矛盾。要解決這個(gè)矛盾，必須采用PDM技術(shù)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理圖文檔管理工作流程管理動(dòng)態(tài)權(quán)限設(shè)置工程變更管理項(xiàng)目管理外部集成工具PDM的功能波音777：建立了全球第一個(gè)全機(jī)數(shù)字樣機(jī)，取消了全尺

4、寸實(shí)物樣機(jī)，通過(guò)精確定義幾何尺寸和形狀，使工程設(shè)計(jì)水平和飛機(jī)研制效率得到了巨大的提高，設(shè)計(jì)更改返工率減少了50以上，裝配時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題減少了5080，制造成本降低了3040，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期縮短了4060，用戶交貨期從18個(gè)月縮短到12個(gè)月。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造典型案例制造自動(dòng)化技術(shù)Manufacturing Automation Technology概述Introduction計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品工程（CAE） 計(jì)算機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）制造技術(shù)的自動(dòng)化 產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化 制造自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵企業(yè)管理自動(dòng)化 企業(yè)ERP（Enterprise Resource Planning）加工過(guò)程

5、自動(dòng)化 包括各種計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，如CNC、DNC、自動(dòng)存儲(chǔ)和運(yùn)輸設(shè)備、自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控設(shè)備等 質(zhì)量控制自動(dòng)化 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）主要技術(shù)：成組技術(shù)(GT)、計(jì)算機(jī)直接數(shù)控和分布式數(shù)控 (DNC)、柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性加工線(FML)、離散系統(tǒng)理論和方法、仿真技術(shù)、車間計(jì)劃與控制、制造過(guò)程監(jiān)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制與通信網(wǎng)絡(luò)等。 第三階段(1965-) ：柔性制造 智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、全球制造和綠色制造。 第五階段(1991-) ：新的制造自動(dòng)化模式 特征是強(qiáng)調(diào)制造全過(guò)程的系統(tǒng)性和集成性。主要技術(shù)：現(xiàn)代制造技術(shù)、管理

6、技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)等。 第四階段(1973-) ：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS) 汽車后橋齒輪箱加工自動(dòng)線剛性自動(dòng)化20年代 柔性自動(dòng)化50年代焊接機(jī)器人綜合自動(dòng)化70年代綜合自動(dòng)化制造全球化的概念出于美日歐等發(fā)達(dá)國(guó)家的智能系統(tǒng)計(jì)劃。近年來(lái)隨著Internet技術(shù)的發(fā)展，制造全球化的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速。 制造全球化 制造網(wǎng)絡(luò)化敏捷制造是一種面向21世紀(jì)的制造戰(zhàn)略和現(xiàn)代制造模式，敏捷化是制造環(huán)境和制造過(guò)程面向21世紀(jì)制造活動(dòng)的必然趨勢(shì) 。制造敏捷化制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的集成。 制造環(huán)境與整個(gè)制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)制造環(huán)境與企

7、業(yè)中工程設(shè)計(jì)、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集成。企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合與優(yōu)化利用。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)異地制造。 虛擬制造(VM)是以制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的系統(tǒng)建模技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集現(xiàn)代制造工藝、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種高新技術(shù)為一體，由多學(xué)科知識(shí)形成的一種綜合系統(tǒng)技術(shù)。制造虛擬化綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的影響(負(fù)作用)最小，資源效率最高。 制造綠色化智能制造技術(shù)的宗旨在于通過(guò)人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和

8、部分地取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的優(yōu)化。制造智能化制造自動(dòng)化技術(shù)Manufacturing Automation Technology柔性制造系統(tǒng)Flexible Manufacturing System高柔性高效率高度自動(dòng)化FMS的特征柔性制造系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和物料輸送系統(tǒng)，把若干臺(tái)設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，形成沒(méi)有固定加工順序和節(jié)拍的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它在加工完一批某種工件后，能在不停機(jī)調(diào)整的情況下，自動(dòng)地向另一種工件轉(zhuǎn)換。其主要特征是：FMS的組成典型的FMS主要由以下三個(gè)子系統(tǒng)組成：（1）加工系統(tǒng)（2）運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)（3）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)的組成FMS的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信 息 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò)工夾具站FMS結(jié)構(gòu)框圖 加工單元CNC（MC）機(jī)床工作臺(tái)架（暫存工件）機(jī)器人或托盤交換裝置檢測(cè)、監(jiān)控裝置設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)傳感器群信號(hào)采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識(shí)別診斷決策預(yù)維修決策