先进制造技术培训课件资料

第一章引言1.1制造业和制造技术制造业是现代社会和经济的支柱产业，包括机械设备制造业、电子产品制造业、非金属产品制造业、服装、食品、玩具等。制造业是一个将相关制造资源(原材料、设备、工具、能源、资本、人才、技术和信息)转化为人们可以使用和消费的有价值的产品和服务的行业。制造业的水平反映了一个国家的经济实力、技术和生活水平。工业化国家60%-80%的社会财富来自制造业，占国际贸易总额的75%。因此，制造业水平代表着一个国家的综合实力。制造业的定义：制造企业中一系列相关活动的总称，包括产品设计、材料选择、生产计划、生产质量保证、经营管理、营销和服务。制造技术：与制造相关的一系列技术的总和。先进制造技术是在传统制造技术的基础上发展起来的。分界线大致可以追溯到20世纪50年代。主要标志：电子计算机、数控机床和工业机器人的出现。1.2制造技术的发展过程，19世纪：手动制造，20世纪早期：大规模生产，30年代：刚性自动化，60-80年代：计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程，柔性制造系统，实时制造，20世纪80年代：集成制造，并行工程，90年代：敏捷制造，虚拟制造，智能制造，绿色制造，1.3先进制造技术1.3.1先进制造技术的主要领域(5个主要领域)1。系统整体技术柔性制造(FMS)、计算机集成制造(CIMS)、敏捷制造(AM)、智能制造(IM)。2.设计与制造集成技术计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程、数控技术、并行工程、虚拟制造。3.制造工艺及设备材料生产工艺及设备、热处理工艺及设备、高速切削工艺及设备、精密/超精密及纳米加工工艺及设备、特殊加工工艺及设备。管理技术计算机辅助生产管理、物料需求计划、制造资源计划、企业资源计划、供应链管理、质量管理、JIT、LP、业务流程再造等。5 .支持技术标准化技术、计算机技术、软件工程、数据库技术、通信技术、人工智能、多媒体、虚拟现实、人机工程学、环境科学。先进制造技术的分类先进制造技术涵盖范围广，技术领域复杂。为了掌握其基本体系和主要内容，从制造技术功能的角度将其分为五类：1 .现代设计技术现代设计技术是先进制造技术的基础。随着微电子技术、信息技术、材料科学、机械制造、优化理论、人机工程学等学科的发展，现代设计技术的深度和广度都得到了极大的拓展，优化设计、有限元分析、计算机辅助设计、计算机辅助工艺设计、计算机辅助夹具设计、逆向工程、产品生命周期设计、基于网络的远程设计、智能设计、虚拟设计和绿色设计应运而生。现代加工技术先进的切削加工技术成形加工技术表面工程特殊加工技术和快速成型制造技术。3.自动化技术数控加工技术，工业机器人技术，FMS，CIMS。4.制造管理技术组技术、全面质量管理、物料需求计划、准时生产、企业资源计划和其他管理方法。5.CIMS先进制造技术、并行工程、精益生产、敏捷制造、虚拟制造和绿色制造是制造技术、计算机技术、通信技术、自动化技术和管理科学的交叉学科。它正朝着灵活性、集成性、网络化、虚拟化和清洁化的方向发展。现代设计技术的概念是基于产品的功能要求和市场竞争因素(质量、成本、服务和环境保护)的要求，融合现代科学技术，通过设计者的科学、规范和创造性工作，创造包含相应信息(如文本、数据和图形)的技术条件，来制定产品制造的设计方案。现代设计技术使产品设计和开发以科学技术为基础。随着微电子信息、材料和系统科学的发展，现代设计技术日新月异。新的设计理念和新的设计方法不断涌现。特点：1。从单目标规划到多目标规划的转变2。从传统手工设计到计算机辅助设计的过渡。从传统的顺序设计过渡到并行设计组织。从简单的产品设计到全生命周期设计。远程设计区域6。绿色设计功能的可持续发展、现代设计技术非常重要。产品设计成本占产品成本的15%-20%，但决定了产品成本的70%-80%。设计水平是衡量一个国家创新能力和竞争力的主要因素。现代设计方法1。最佳设计方法一种通过使用数学方法和系统工程方法对产品的结构和性能进行分析和决策的方法，以获得最佳解决方案。近年来，优化设计与可靠性设计、模糊设计相结合，形成了一种新的优化设计方法。有限元分析方法将零件视为由有限数量的元素组成，并通过求解每个元素(位移、应力)来获得零件的整体解。它广泛用于零件和结构的分析和计算。计算机辅助设计利用计算机强大的数据计算和信息处理功能来完成设计工作，应用最为广泛。4.面向产品全生命周期的设计将并行工程思想应用到产品设计中。在设计阶段，综合考虑产品整个生命周期中设计、加工、装配、测试、维护、销售和废品回收环节的影响因素，对产品设计进行综合评价，以达到开发周期短、成本低、质量高的目的。随着网络和通信技术的发展，远程和远程设计开发资源得到共享和整合，大大拓展了设计工作的时空维度。6.逆向工程以先进产品的物理对象或软件(程序、图纸、文件)为研究对象，综合运用现代工程设计的相关理论和方法进行剖析、分析和研究，以开发类似产品。7.绿色设计将产品和环境视为一个系统，充分考虑产品及其制造系统与环境的兼容性，以尽量减少对环境的影响。(2.2)计算机辅助设计，2.2.1概述1。计算机辅助设计的发展过程1950年，麻省理工学院开发出了能够显示简单图形的呼/风I。1958年，卡尔康公司开发了鼓式绘图仪和格柏公司平板绘图仪。麻省理工学院的萨瑟兰在1962年提出了计算机图形学、交互技术和分层存储符号的数据结构，为计算机辅助设计技术的发展奠定了理论基础。1970年，美国Applicon公司引进了一套完整的计算机辅助设计系统。20世纪80年代，计算机辅助设计/计算机辅助制造技术被应用到工程设计中。图形界面和图形功能越来越标准化。由计算机辅助设计/计算机辅助制造/计算机辅助工程组成的CIMS系统的出现，提高了设计的自动化程度。借助计算机辅助技术，功能工程和产品设计2。计算机辅助设计使工程技术人员能够方便地完成某一项目或产品的选择、评价、详细设计、优化等工作，实现从零件图到装配图、装配图、平面布置图和管线布置图的自动绘制。仿真模拟高性能计算机辅助设计系统能够真实地模拟产品的实际运动和变化过程，如机构的运动、零件的加工、柔性制造系统的运行、汽车和飞机的运行过程等。帮助设计师正确进行方案论证、产品选择、性能评估等。事务管理实现了数据的计算机管理为设计者提供相关的客户要求和改进意见，组织特定结构件的生产成本核算、外购件成本、原材料信息、生产设备、生产状况等。这有利于更好地设计零件和产品。智能计算机辅助设计技术和人工智能的结合被用于产品的概念设计中，以帮助设计者进行决策、分析和推理，并更有效地设计方案。计算机图形显示和几何造型利用CAD系统丰富多样的交互方法和造型工具，通过人机对话进行方案的概念设计和总体设计。产品的几何模型在计算机系统中建立，产品的形状显示在显示器上。分析和计算对模型进行分析和计算，包括工程计算、机械动态性能分析和物理性能分析，以确定产品的几何、机械、物理等参数，评价设计的优缺点，并快速修改和完善以达到最佳效果。自动绘图工程图自动绘图(效率高、质量好)。6.工程数据管理管理产品设计过程中生成和使用的各种数据、文本和图形，保持其良好的数据独立性、一致性和完整性，并提供标准化的数据转换接口。2.2.3概念设计CAD概念设计是产品设计过程中最具创造性的工作。为了根据市场和用户的需求完成设计方案的制定、分析和选择，设计师需要具备丰富的专业知识和经验来构思、推理和判断。采用专家系统进行。在概念设计阶段，专家系统主要帮助设计人员进行评估、选择和决策，并自动生成设计方案。下图显示了用专家系统计算机辅助设计解决设计方案的一般过程。这个过程是一个“设计评估重新设计”的过程。因为设计要求是多种多样的，模糊的，有时是矛盾的可行方案。一般来说，有一定的范围，需要评估和选择，有时需要人工判断。开始时，确定设计要求，指定设计方案，分析设计方案，评估设计方案，做出决策，修改设计要求，进行重新设计，n，y，2.2.4详细设计CAD1。在机械制造中，通常使用一组工程图来表示产品的形状和尺寸，每个视图都是一个物体在某个平面上的投影，反映了产品几何形状的一面。因此，需要二维设计来生成产品的二维几何轮廓。二维视图的三维设计要求人们通过思考来推测视图和实物图像之间的关系，这不是很直观。因此，三维物体应该根据二维信息来构建。随着计算机辅助设计本身及其相关技术的发展，计算机辅助设计技术正朝着集成化、网络化、智能化和可视化的方向发展。1.CAD系统的集成CAD技术是CIMS的核心技术。CIMS的理念是将设计、制造、生产和管理联系在一起。它不仅在设计和制造过程中由计算机辅助技术完成，而且在库存管理、生产计划、财务管理、销售等方面也由计算机完成。通过计算机通信，控制信息共享和交换，使各部门协调一致，形成一个整体。基于网络技术的计算机辅助设计系统技术发展迅速，开放的分布式计算机环境可以实现远程资源共享。网络化的计算机辅助设计系统可以全面统一地考虑每个工作站的具体配置，以最低的成本获得最佳的效果。例如，单个工作站上只能配备一些昂贵的软件和硬件，其他工作站可以通过网络调用，并且每个工作站不需要拥有完整的资源。3的可视化技术。计算机辅助设计系统以图形和图像处理技术的形式表达科学计算过程中以及计算后的数据和计算结果，并进行交互处理。可视化技术可以用来处理大量复杂的数据，控制和干扰传统的4。计算机辅助设计系统缺乏综合和选择的能力。当用户使用它时，他们需要有很高的专业知识和丰富的经验。因此，人们开发了人工智能专家系统。利用专家系统辅助设计可以将知识信息处理与一般数值信息相结合，利用专家知识解决特殊问题。机器智能可以通过知识积累、存储、联想、类比、分析、计算、演示、比较、优化等信息处理过程来解决问题。智能CAD系统还不成熟。2.3计算机辅助工艺规划。通过计算机辅助技术，技术人员采用系统化和标准化的方法来确定零件或产品从毛坯到成品的制造方法。这项技术被称为计算机辅助工艺设计。CAPP的一般过程是输入几何信息(形状、尺寸等)。)和过程信息(材料、热处理、批次等。)的零件输入计算机，计算机自动输出零件的工艺路线和工艺内容等工艺文件。1的主要功能。CAPP系统(1)接收或生成零件图纸上的几何和拓扑信息、工艺信息和测量信息；(2)搜索标准工艺文件；(3)选择加工方法；(4)安排加工路线；(5)选择机床、刀具和夹具；(6)选择切削参数；(7)计算切削参数、加工时间和加工成本；(8)优化工艺流程，优化多工序和单工序的切削参数；(9)确定工艺尺寸和公差，选择毛坯；绘图过程；(10)生成刀具运动轨迹并自动进行数控加工编程；(11)模拟加工过程，显示刀具轨迹。变型法变型法的工作原理是基于成组技术，利用零件的相似性建立一组工艺规范相似的零件的标准工艺。采用基于成组技术的编码系统。标准工艺规范存储在计算机中。新零件的工艺规范通过成组技术代码检索系统中现有的类似零件的标准工艺规范进行筛选和编辑。变型方法原理图、输入零件GT代码和辅助信息、零件族搜索和识别、搜索和编辑标准工艺路线、搜索和编辑标准工艺路线、输出工艺程序、存储工艺结果信息、零件族矩阵文件、工艺路线文件、工艺程序文件、其他应用程序等。生成方法依赖于它自己的决策逻辑和相关的产品数据来执行过程规划。通过向计算机输入描述性零件信息，计算机系统根据其知识决策规则自动执行工艺规划。CAPP专家系统是人工智能运用人工智能技术形成的。CAPP专家系统由知识库、推理机和用户输入组成。它根据输入的零件信息访问知识库，通过推理机中的控制策略在知识库中搜索能够处理零件当前状态的规则，然后执行该规则，并依次记录通过执行该规则得到的结论，直到零件被处理到最终状态，从而形成工艺规范。专家系统方法代表了发展趋势，但需要改进。专家系统方法工作原理图、用户界面、系统用户界面、解释推理系统、推理机推理控制、专家系统、知识获取系统、知识库规则事实、2.4。全生命周期设计，1。全生命周期设计。全生命周期设计技术是现代设计技术的重要组成部分。产品设计不仅设计产品的功能和结构，而且系统地设计产品的整个生命周期，包括产品规划、设计、制造、销售、使用、维护、报废和回收的全过程。这意味着产品生命周期中的所有环节都应该在设计阶段考虑，以实现产品生命周期设计的全面优化。(2)生命周期设计的特征(1)整合：生命周期设计依赖于设计者在所有环节和部分的分工与合作。(2)开放性：整个生命周期设计涉及复杂的人和领域，因此设计方案是基