产品创新设计技术现状与发展趋势PPT专业课件.ppt

产品创新设计技术现状与发展趋势 产品创新设计技术现状与发展趋势 2 4 3 5 现代企业环境的变化 我国产品开发设计现状 产品开发设计技术发展趋势 总结 1 引言 产品创新设计技术现状与发展趋势 2 4 3 5 现代企业环境的变化 我国产品开发设计现状 产品开发设计技术发展趋势 总结 1 引言 各国间的竞争由冷战时期的军事竞争为主转变成以科技为先导 经济为基础 国防为后盾的综合国力的竞争 90年代以来 随着冷战的结束 美苏争霸的两极格局向多极化方向发展 引言 经济竞争将成为21世纪世界各国竞争的焦点和社会发展的主要动力 对于制造业来说 竞争的核心将是产品创新能力的竞争 我国要想参与这场经济竞争 并在下世纪中叶达到中等发达国家水平 必须提高我国制造业的综合竞争能力和产品创新能力 尤其是产品创新开发设计能力 引言 信息技术在现代企业中的地位 党的十五届五中全会指出 以信息化带动工业化 发挥后发优势 实现社会生产力的跨越式发展 企业能持续发展的根本是 有适应市场的创新产品和现代的科学管理 产品创新设计技术现状与发展趋势 2 4 3 5 现代企业环境的变化 我国产品开发设计现状 产品开发设计技术发展趋势 总结 1 引言 1 现代产品的特点 产品结构的特点知识 技术 产品的时间越来越来短 结构越来越复杂1782年摄影原理到1838年照相机56年1831年电机原理到1872年发动机41年1948年半导体到1954年半导体收音机6年现在市场上的电子产品更新周期半年 产品的批量更小产品价格的特点取决于独占知识的含量产品的市场特点顾客对产品功能 性能 质量 服务更高参与全球竞争更加激烈环保意识 绿色制造呼声更强一般水平的产品及制造能力严重过剩 发达国家的制造业发展迅速 例 波音777的设计和制造是20世纪90年代制造业的标志性进展全数字化定义 无纸生产 数字化预装配 无金属样机的生产 虚拟 广域网上的异地设计 异地制造 基于 的数据交换 协同工作小组 Teamwork 238设计制造周期大大缩短 波音757 767 9 10年波音7 7缩短到4 5年 并获得巨大的独占性利润 每架波音777要价1 4亿美元 2 现代制造企业环境的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争 竞争的知识化 顾客需求个性化 多品种小批量生产比例增大 Internet产生了巨大的影响 现代制造企业环境的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争 竞争的知识化 顾客需求个性化 多品种小批量生产比例增大 Internet产生了巨大的影响 时间作为竞争的决定性因素 Prof Dr IngBullinger 78 80 82 84 86 88 90 92 9496 2 时间 4 6 8 10 平均产品寿命TL 平均开发时间TD TD TL 年数 现代制造企业环境的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争 竞争的知识化 顾客需求个性化 多品种小批量生产比例增大 Internet产生了巨大的影响 产品开发周期 产品上市 时间 产品市场寿命 10年 X 构想 SiemensAG 产品上市时间对企业利润的重要性 假设 5年的产品寿命 20 的市场增长率 每年2 的价格降低 利润减少 4 22 33 原因 开发成本增加50 制造成本增加10 产品上市延迟6个月 现代制造企业环境的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争 竞争的知识化 顾客需求个性化 多品种小批量生产比例增大 Internet产生了巨大的影响 21世纪的 无国界经济 跨国公司的生产总值占资本主义世界生产总值的40 跨国公司的贸易额占世界贸易总值的50 跨国公司的工业研制费占世界总值的80 跨国公司操纵了世界技术转让的75 跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的90 中国国际竞争力发展报告 1997 中国人民大学出版社 1998年4月第一版 跨国公司的规模 1 跨国公司中最大的200家 巨头 的年销售总额 7万多亿美元 比全世界除了美 日 德 法 意 英 中国 加拿大 巴西9个经济大国之外的180多个国家的GDP总和 6 9万亿美元 还多 巨型跨国公司的经济规模十分庞大 往往超过一个国家的实力 例如 从经济活动规模来说 三菱公司比全球第四人口大国印尼大 通用汽车公司比丹麦大 福特公司比南非大 丰田公司则超过挪威 跨国公司的规模 2 黄金与知识 现代制造企业环境的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争 竞争的知识化 顾客需求个性化 多品种小批量生产比例增大 Internet产生了巨大的影响 市场个性化需求越来越明显 中心 的变化 以产品为中心 以顾客为中心 以市场为中心 两种计算方法 卖方市场 价格 成本 利润买方市场 利润 价格 成本 推 卖方市场 拉 需求 生产企业 价格 买方市场 将核心工作放在本企业两头在内 中间在外动态协作 知识联网 开发设计 制造 市场销售 流动领域中的升值和品牌效应adidas 成本中国福建70元 销售价美国140美元 中国的合资企业大多没有自己的品牌 现代制造企业环境的变化 产品生命周期缩短 交货期成为主要竞争因素 大市场和大竞争 竞争的知识化 顾客需求个性化 多品种小批量生产比例增大 Internet产生了巨大的影响 信息高速公路 资料来源 SAP 换一个角度看世界 时间 成本 C 质量 Q 交货期 T 环境清洁 E 服务 S 知识创新 K 70年代 90年代 80年代 70年代以前 21世纪 90年代后半期 企业的竞争要素 企业竞争要素的变化 成功企业的关键因素 上市时间T质量Q产品成本C服务S环境E灵活性F 上市时间T 快鱼 吃 慢鱼 现代制造系统的模式和哲理 成组技术 相似性 CIM 集成 并行工程 同步 JIT 准确 智能制造系统 智能 敏捷制造 灵活 精益生产 简化 CIPE 重组 标准化 业务过程重组BPR 重组 大规模定制生产MC 简化 灵活 电子商务EC网络化制造 TQCSEF 产品创新设计技术现状与发展趋势 2 4 3 5 现代企业环境的变化 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计技术发展趋势 总结 1 引言 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计过程的重要性国外产品开发设计技术现状我国产品开发设计技术现状 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计过程的重要性国外产品开发设计技术现状我国产品开发设计技术现状 产品开发设计过程在整个生产周期中所占的比重 0 20 40 60 80 100 产品开发设计过程 制造 时间百分比 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计过程的重要性国外产品开发设计技术现状我国产品开发设计技术现状 工业发达国家的21世纪的制造业发展战略 1美国先进制造技术计划2美国TEAM计划3美国NGM4美国国家关键技术5德国 生产2000 计划6德国 生产2000 计划7德国 微系统2000 计划8日本智能制造系统计划9韩国高级先进技术国家计划 G 7计划 重点领域之一是 为产品 工艺过程和整个企业的设计提供集成工具 分为5个领域 产品并行设计 虚拟制造 制造计划和控制 智能闭环过程 企业集成 预研项目之一 全球并行工程技术企业集成 研究重点 产品开发方法和制造方法 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计过程的重要性国外产品开发设计技术现状我国产品开发设计技术现状 我国先进制造技术计划 863 CIMS计划 自动化领域2国家科技攻关计划 CAD应用工程技术开发与应用示范3各部委 省市科技攻关计划4 我国产品开发设计现状 几个统计数据 机械行业 九五 期间培育了50家CAD示范企业 直接带动了近500家CAD重点应用企业 全行业重点骨干企业的CAD技术应用面达70 以上 CAD应用水平达到国外工业发达国家20世纪90年代中期水平 建筑行业建筑设计软件已经左右国内市场 目前大 中型设计院的计算机出图率已达到100 我国产品创新开发能力与国际先进水平的差距 根据世界经济黄皮书的统计数字 我国机械工业主导产品达到90年代国际水平的仅占30 美国制造业的新产品贡献率已达到国内生产总值的52 左右 1995年 而我国仅为5 9 1997年 美国 西欧诸国及日本机械工业企业的专业化水平为75 95 而中国仅为15 30 等 我国技术来源主要依赖国外技术 企业技术创新能力低下 是把 引进 作为长期依靠的必然恶果 产品创新设计技术现状与发展趋势 2 4 3 5 现代企业环境的变化 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计技术发展趋势 总结 1 引言 集成化 智能化 敏捷化 网络化 虚拟化 产品开发设计技术发展趋势 集成化 智能化 敏捷化 网络化 虚拟化 产品开发设计技术发展趋势 PDM ProductDataManagement 产品数据管理 计算机应用中迫切需要解决的问题PDM概念PDM工作方式PDM系统功能国内外有名的PDM产品 计算机应用中迫切需要解决的问题 庞大的数据流数据和过程缺乏透明性系统集成不充分 计算机应用中迫切需要解决的问题 庞大的数据流数据和过程缺乏透明性系统集成不充分 数据和过程缺乏透明性 计算机应用中迫切需要解决的问题 庞大的数据流数据和过程缺乏透明性系统集成不充分 系统集成不充分 基于统一数据库应用平台实现单元系统的集成 只能实现有限环节的集成 无法支持并行工程 企业级的PDM系统可以将所有单元系统的数据和过程完整地集成在一起 是真正意义上的集成信息系统的总体解决方案 单元应用系统在具体领域中的应用产生很好的效果 然而相互独立的信息孤岛处理方式存在产品数据无法共享等缺陷 PDM ProductDataManagement 产品数据管理 计算机应用中迫切需要解决的问题PDM概念PDM工作方式PDM系统功能国内外有名的PDM产品 PDM概念 PDM是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术 基本特征 产品数据和相关文档管理 产品开发过程管理 应用系统集成 PDM ProductDataManagement 产品数据管理 计算机应用中迫切需要解决的问题PDM概念PDM工作方式PDM系统功能国内外有名的PDM产品 PDM 多功能工作平台的基础 通信 图形 数据 语言 文字 查找信息 编制编辑 接收 存储 重用 发送 电子工作平台 PDM客户端 工程图管理 零件管理 产品结构管理 CAx和DMU入口 ERP入口 档案库入口 Intranet Internet入口 电子邮件 复制管理 传真 过程管理 文档管理 PDM 支持产品开发设计过程 数据库 数据库 数据库 数据库 数据库 数据库 数据库 CAD CAO ERP CAQ DMU CAP CAM 设计结果发放 工艺过程规划 工艺过程规划发放 制订生产计划 加工装配 质量控制 更改任务单 元数据库 PDM PDM 开发设计 PDM 虚拟产品开发平台 将来 顾客 虚拟产品 地点B 地点A 地点C 供货商A 供货商B 供货商C 供货商D 虚拟产品开发平台 Extranet 工作流 PDMERPSCMCRM PDM ProductDataManagement 产品数据管理 计算机应用中迫切需要解决的问题PDM概念PDM工作方式PDM系统功能国内外有名的PDM产品 PDM系统主要功能 图档管理零件管理零件分类产品结构管理产品配置管理工作流管理项目管理应用集成等 根据当前用户的权限对一般数据文档 CAD模型 工程图进行管理和操作 根据当前用户的权限对零件 部件进行管理和操作 基于零件属性对零件进行分类 方便查询 提高重用性 对产品结构进行管理 可以自动生成不同格式的BOM等 对产品配置信息进行管理 对过程进行定义与管理 可以为过程步骤分配具有规定权限的角色 确定使用的应用系统 具有项目进度技术和任务计划管理功能 可从不同层次上对项目的进度 质量和状态进行控制 以PDM系统为平台 提供集成接口 实现与CAx ERP等系统的集成 PDM ProductDataManagement 产品数据管理 计算机应用中迫切需要解决的问题PDM概念PDM工作方式PDM系统功能国内外著名的PDM产品 国内外著名的PDM产品 国外 IMANEDSUnigraphicsSolutionsWindchillParametricTechnologyCorporationMetaphaseMetaphaseTechnologyDivision SDRCOptegraComputerVisionCorporationSmarTeamSmartSolutionProduct ManagerInternationalBusinessMachinesCorporationMatrixMatrixOne Inc 等 国内外著名的PDM产品 国内 GS PDM浙江大天电子信息系统工程有限责任公司IntePDM武汉华中软件公司凯思PDM北京凯思博宏计算机应用工程有限公司同创PDM南京同创系统集成有限公司等 集成化 智能化 敏捷化 网络化 虚拟化 产品开发设计技术发展趋势 集成化 智能化 敏捷化 网络化 虚拟化 产品开发设计技术发展趋势 大规模定制MassCustomization 大规模定制生产模式的提出大规模定制的概念与实质大规模定制的基本思想大规模定制与大批量生产的比较大规模定制分类相关的关键技术大规模定制生产实例 大规模定制生产模式的提出 用户需求多样化 个性化市场竞争日益激烈 要求产品的价格越来越低 交货期越来越短 为了迎合这样的市场需求 出现了大规模定制生产方式 它将定制和大量生产完美地结合在一起 大规模定制的概念与实质 定制生产 在产品的设计制造过程中不断融入客户的个性化需求 大规模定制 以大规模生产的效益 包括低成本 短交货期 高质量 进行定制型的产品的生产 实质 根据每个用户的特殊需求 用大规模生产的效益完成定制产品的生产 从而实现用户的个性化和大规模生产的有机结合 大规模定制的基本思想 将定制产品的生产问题 通过产品结构和制造过程的重组全部或部分转化为批量生产 对客户而言 所得到的产品是定制的 个性化的 对企业而言 该产品是采用大批量生产方式制造的成熟产品 大规模定制与大批量生产的比较 关键 稳定的需求 动态的需求特征 大而统一的市场 分散的市场 低成本 一致的质量 低成本 高质量 定制的产品标准化的商品和服务和服务 产品开发周期长 产品开发周期短 产品生命周期长 产品生命周期短 大批量生产大规模定制 核心通过稳定性和控制获得效率通过柔性和快速反映实现产品变型和客户化 目标以几乎每个客户都能承受的以足够的变异性和客户化程度开发 低成本开发 生产 销售 生产 销售 运送几乎是每个客户运送和提供服务都正想要的商品和提供服务 大规模定制相关的关键技术 敏捷产品开发业务过程工程质量功能部署模块化产品和过程供应链管理产品数据管理基于Internet Intranet的产品信息资源共享等 大规模定制生产的实例 Motorola 美 传真机2亿9千万种松下 日 自行车1亿1千万种Raleigh 英 山地车15000种Benz 德 轿车Levi 意 牛仔裤Benetton 意 毛衣DELL 美 PC机Barbie 美 洋娃娃Acumins 美 维生素Hershey 美 巧克力 定单跟踪 定制的巧克力 分别确定 大小味道形状标签包装 来源渠道 http www mendocino Source 大规模定制 到2011年 汽车 电器等30 以上的产品将广泛实现大批量定制生产 美国乔治 华盛顿大学新兴技术预测委员会预测 逆向 反求 工程与快速原型制造ReverseEngineering RPM RE RPM背景基本原理反求工程技术RPM方法应用领域实例 逆向反求工程与快速原型制造背景 在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下 按照现有零件的模型 称为零件原型 利用各种数字化技术 CAD技术重新构造原型的CAD模型 利用输出的NC加工指令或STL文件驱动CNC或者快速成型机制造出产品 快速闭环制造系统基本原理 实物 RPM 反求工程 测量系统 CAD造型系统 几何模型 反求工程技术 数据滤波 数据拟合 曲面建模 数据云 滤除干扰信号和随机误差程序判断滤波 N点平均滤波 自适应滤波算法 不很密的双有序点列 非均匀B样条 NURBS 无规则离散数据点 弹性网格逼近法 曲线法 薄片样条法 多二项式插值法 参数曲面法 两步曲面逼近法 用非规则离散曲面拟合逼近法分区建立拓扑矩形网格 用B样条进行曲面插值 快速原型制造方法 1 激光造型技术2 选择性激光烧结技术3 分层实体制造技术4 熔融沉积成型技术 1 激光造型技术LaserStereolithgraphy SLA 基本原理 在CAD系统中生成零件的三维模型 借助于切片软件 将模型 切成 一系列有序的2 5维薄片 然后控制一微小的紫外激光束 使其在液态光敏树脂表面扫描 固化生成一定厚度的零件切片层 其过程从第一切片层固化开始 固化完毕后 升降平台自动下降一定距离 切片层的厚度 激光束进行第二层的扫描固化 如此反复 最后从容器中取出已固化成形的零件 激光器 激光束 万向反射镜 升降平台 光敏树脂 原型 液面 容器 激光造型技术系统简图 基本原理 采用CAD软件 在计算机中建立三维实体模型及其表面 由CO2激光器发出的光束在计算机的控制下 根据几何形体各层横截面的坐标数据 对材料粉末层进行扫描 在激光照射的位置上 粉末熔化并凝固在一起 再铺上一层新的粉末 再用激光扫描 烧结 新的一层和前一层自然地烧结在一起 最后就可制造出所需零件 2 选择性激光烧结技术SelectiveLaserSintering SLS 基本原理 利用CO2激光束或切刀切割层片材料 然后粘贴成三维物体 LOM技术使用特殊纸张作为模型材料 其每层所需的激光截切时间很短 从而大大提高了模型的成型速度 由于受成型原理限制 目前LOM主要用来制作纸质模型 经过处理后可以代替翻砂模型等 3 分层实体制造技术LaminatedObjectManufacturing LOM 基本原理 熔融沉积成型技术是在选择性激光烧结技术的基础上发展起来的新型成型技术 利用一个三维空间计算机辅助设计的图样 然后将图样分割成许多小的部分 再利用一个类似喷墨打印机喷嘴的小喷管 将特殊的化学物质喷到表面铺有粉未状陶土 不锈钢或其它金属粉未的工作平台上 使这些粉未凝结 这样的程序反复操作几百次 形成数百层薄层后 再将这种半固化的零件送至热炉中烘烤定形 4 熔融沉积成型技术FusedDepositionModeling FDM 逆向工程应用领域 1 零件实物复制2 航天航空领域产品开发3 汽车产品开发4 模具制造5 破损艺术品修复等 逆向工程应用实例 集成化 智能化 敏捷化 网络化 虚拟化 产品开发设计技术发展趋势 基于Web的PDM系统 Windchill 零件和文档管理 搜索引擎 文档配置 BOM管理 更改管理 外部企业集成 基于Web的PDM系统 Windchill 零件和文档管理 搜索引擎 文档配置 BOM管理 更改管理 外部企业集成 利用Internet实现异地设计 PDMServer Internet LAN WAN Client LocalFiles Files 用户库 FORTRAN 或标准 C 中性文件 ISO13584 CAD系统1 ISO13584 后置处理器 ISO13584 前置处理器 CAD系统2 ISO13584 前置处理器 ISO13584 后置处理器 设计人员1 设计人员2 基于ISO13584标准的零件库共享原理 DIN66304 DIN66304 DIN66304 DIN66304 基于Internet Intranet零件库系统原理框图 企业 零件 库 CAD 系统 1 ISO13584 前置处理器 ISO13584 后置处理器 设计人员 1 ISO13584 前置处理器 ISO13584 后置处理器 设计人员 2 CAD 系统 2 零件库管理系统 用户接口 语义字典 标准件库 集成化 智能化 敏捷化 网络化 虚拟化 产品开发设计技术发展趋势 产品创新设计技术现状与发展趋势 2 4 3 5 现代企业环境的变化 国内外产品开发设计技术现状 产品开发设计技术发展趋势 总结 1 引言 我省应用现代集成制造技术 CIMS情况 二十一家企业实施 CIMS实施CIMS技术提高了企业的效益和竞争能力 1 杭州汽轮动力集团 实施CIMS后产品交货期 从14 22个月缩短到6 12个月年增产值 2000万 库存降低20 2 诸暨电动工具厂 300多人 产值 6300万上升到12000万流动资金 5642万减少到3758万人均产值32 1万 我省应用现代集成制造技术 CIMS情况 3 杭州三联电子有限公司 300人产品开发 20天2 3天模具制造 18天5天整机开发周期缩短了18天产值翻番4 绍兴第一涤纶厂 200人新增产值6000万流动资金下降19 1 质量 97 99 5 我省应用现代集成制造技术 CIMS情况 5 杭州鸿雁电器公司 系列产品开发时间 从37个月 15个月新产品的销售额 800万 4800万