数字化设计与制造

本课程简介 数字化设计与制造 产品数据 CAD CAM技术 核心 关心 产品生产情况 产品生产效率 产品营利情况 产品的性能及质量 本课程介绍CAD CAM技术的主要技术及产品数据的意义 产品的建模枝术产品数据的交换与传输技术产品数据的应用技术 第一章数字化设计与制造技术引论 产品开发与数字化开发技术数字化设计与制造的内涵及学科体系数字化设计与制造技术特点数字化设计与制造的应用实例 一 数字化概念数字化 实物模型用计算机用二进制数字表示 将实物模型变为数字模型 数字化过程 1 1产品开发与数字设计技术 实物模型设计概念 应用软件用户界面 数字模型 计算机 存储器 人机交互输入 数字模型的各种应用 在应用软件界面上按软件的规则交互输入应用软件将输入的模型按该软件的法则 表达方法 转化为数字模型数字模型是后续数字化应用的基础数字模型的各种应用 并产生众多的产品数据 二 产品开发与数字化开发技术1 产品开发的一般过程 从市中来 到市场中去 市场调研 产品概念设计 产品结构设计 产品试制 批量生产 检验 产品营销 市场 Y 产品的市场竞争产品的的复杂性不断增加 功能综合 产品的生命周期不断缩短 开发周期短产品的设计风险增加社会环境对产品的影响 旧的产品开发模式无法满足市场竞争的要求 现代好产品的标志 TQCSET时间更短Q质量更好C成本更低S服务质量更好E更环保 缺点 开发周期长 无法适应迅速变化的市场要求 开发成本高 投资风险大 设计风险大 无法保证质量 2 数字化开发技术 产品数字化开发过程 市场调研 产品概念设计 建立产品数字模型 设计分析 批量生产 检验 产品营销 市场 Y 设计优化 产品外观效果 设计评价 产品试制 虚拟装配 CAPP CAM Y 数字设计制造阶段 提高设计效率改进设计质量降低产品的开发成本 缩短开发周期改善信息管理提高企业的竞争力 应用CAD软件将产品概念模型转化为数字模型 产品虚拟原型 应用虚拟现实技术对产品虚拟原型的结构 外观和性能作分析评价应用CAPP软件产品的数字设计模型转化为数字制造模型应用CAM软件辅助产品制造 现代产品数字开发的技术以CAD CAE CAPP CAM为基础 为核心实现产品开发的并行工程技术 CE 实现产品所有信息集中管理 处理的计算机集成制造系统 CIMS 实现产品生命周期管理的产品全生命周期管理技术 PLM 产品数字化开发的关键 产品数字模型的描述 CG 数字信息集成管理技术 PDM 数字信息交换技术 STEP 计算机硬件及网络技术 CPU NET 1 2数字化设计与制造的内涵及学科体系 数字化设计与制造涵盖 数字化设计 DD CAD 概念化设计 几何造形 工程图生成及相关文档CAE 有限元分析 FEM 优化设计DS 虚拟装配 产品性能质量仿真分析 运动学仿真 外观效果渲染等等数字化制造 DM CAPP 毛坏设计 加工方法选择 工艺路线制定 工序设计 刀夹具设计CAM NC图形辅助编程 GNC 加工仿真检验数字化制造资源管理 MPR ERP 数字化设计与制造数字信息集成管理 PDM CIMS PLM 1 3数字化设计与制造技术的特点 一 计算机和网络技术是数字化设计与制造技术的基础二 计算机只是数字化设计与制造的辅助工具三 数字化设计与制造能有效提高产品质量 缩短开发周期 降低生产成本四 数字化设计与制造技术只涵盖产品生命周期的某些环节 1 4数字化设计与制造技术的应用实例 第二章数字化设计与制造系统的组成 数字化设计与制造技术的发展数字化设计与制造系统的组成数字化设计与制造系统的建立 2 1数字化设计与制造的发展 2 1 1数字化设计与制造发展历史1 准备及酝酿阶段 20世纪50年代 出现数控机床为数控机床开发自动编程工具语言APT2 2D时代 20世纪60年代 计算机辅助绘图 提高绘图质量和效率方便图纸管理平面分析计算3 CAD CAM一体化 20世纪70 80年代 3D建模统一数字模型CAE广泛应用CAD CAM通过CAPP实现无缝结合无图纸生产数字信息交换接口 4 数字信息集成管理 90年代开始 微机化 网络化特征建模产品信息 数据集成管理PDM并行设计智能化分布式网络化CIMSPLM 2 1 2数字化设计与制造技术的发展趋势1 利用基于网络的CAD CAE CAPP CAM PDM集成技术 以实现全数字化设计与制造2 CAD CAE CAPP CAM PDM技术与ERP 企业资源计划 SCM 供应链管理 CRM 客户关系管理 结合 形成企业信息化的总体构架3 通过Internet Intranet及Extranet将企业的各种业务流程集成管理4 虚拟制造 虚拟工厂 动态企业联盟 敏捷制造 网络制造以及制造全球化 国内外的应用情况1 国外开展得较早 上世纪60年代 国内开展较迟 上世纪80年代 2 国外市场经济较成熟 企业建立较完善的现代企业管理方法3 国外建立较完善的CAD CAM技术开发和应用的团队和梯队4 国外国家 企业对CAD CAM技术 现代制造技术和现代企业管理技术的投入较国内要多 2 2数字化设计与制造系统的组成 数字化设计与制造系统 人 硬件 软件组成人 专业技术人员硬件 计算机 输入 输出设备和数据交换通信接口软件 操作系统 支撑软件 应用软件决定数字化设计与制造系统应用好坏的主要因素是人 1 数字化设计与制造系统的硬件组成 计算机 操作人员 扫描仪 鼠标 键盘 光笔 三坐标测量仪 图形输入板 快速成形机 显示器 打印机 绘图仪 硬盘 磁盘 光盘 输入设备 输出设备 输入输出设备 数字化仪 绘图仪 大型平板绘图仪 CPS系列紫外光快速成型机 光固化快速成型机 系统的软件可以表示为 1 系统软件操作系统存储器管理 CPU管理 I O管理 文件系统及数据库管理编译系统 语言处理系统支持用户开发应用软件常用开发工具 汇编语音 VB VC C Fortran诊断系统对系统的软硬件进行诊断维护 2 数字化设计与制造系统的软件组成 支撑软件图形处理软件二维图形的生成 编辑 修改 尺寸标注和图形的输入输出几何造型软件线框 曲面 实体 特征 模型的造形设计 编辑数据库管理系统存储系统指定数据 保证数据的完整 有效 安全 共享性 并便于修改扩充 应用软件 针对用户具体要求而开发的专用功能软件专用性应用软件获得途径 1 专业性开发的商品软件2 二次开发 在系统软件 支撑软件上作二次开发二次开发一般做如下工作 1 参数化绘图功能开发2 标准件库和产品部件库的开发3 分析计算功能的开发4 数据管理系统开发5 CAPP的开发 1 通过专用数据接口实现集成 2 利用标准格式接口文件实现集成 3 基于统一产品模型的数据库的集成 4 基于产品数据管理 PDM 的系统集成 数字化设计与制造系统集成方案 常用系统软件 支撑软件 系统软件CAD CAM常用的操作系统 1 unix X windows 常用于大 中 小型机或图形工作站 2 MS windows 常用于单用户系统 3 windowsNTLinux 常用于网络系统 支撑软件支撑软件一般有商品软件 有集成型和单功能型二种 集成型 Pro EUGI DEASCATIACAX A单功能型 AutoCADAnsysMasterCAMORACLE 1 建模功能2D建模 3D建模 特征建模2 分析与优化设计FE分析机械运动学分析动力学运动分析优化设计装配检验 3 数控编程功能模具设计GNC加工仿真后置处理4 数据管理功能工程数据管理模型数据交换接口5 提供专用功能开发环境 大型集成支撑软件的功能 2 3数字化设计与制造系统的建立 建立数字化设计与制造系统的途径 1 成套购买数字化软件2 自主开发数字化软件系统3 购买与开发建立数字化系统 2 3 1软件系统的开发流程系统分析对产品的开发流程进行调研 了解用户及产品开发的需求 确定系统开发目标 性能要求和接口形式 建立系统的逻辑模型系统设计确定软件的总体结构和模块间的关系 定义各模块的功能和结构及其它们之间的接口 设计出全局数据库结构 确定系统与其它软件 用户之间的界面程序设计用某种语言实现各功能模块