制造企业数字化智能设计制造与管理技术与应用(课件)

1、Y -u丄 tewHH ihh7参考资料数字制造周祖德编著科学出版社数字制造基础杨文玉.尹周平.孙容磊等编著北京理工大学出版社现代制造企业信息化刘树森等编著科学出版社制造企业数字化智能设计制造绪论数字化智能设计 数字化智能制造 数字化智能管理第一章绪论现代制造企业概况我国制造业面临的新环境和新使命 制造强国的指导方针和发展目标 我国制造业发展路径智能化概述数字化制造概述1-1现代制造企业概况1现代制造企业制造环境的变化产品生命周期缩短大市场和大竞争交货期成为主要竞争因素用户需求个性化明显多品种、小批量生产比例增大1.1现代制造企业概况2、现代制造企业制造模式的变化生产模式演变图物料需求计划 制

2、造资源计划 准时制生产 精益生产 并行工程 企业资源计划 计算机集成制造 网络化制造 智能制造 大规模走制 敏捷制造现代企业先进生产制造模式J 為洁 丿物料需求计划(MRP)物料需求计划(Material Requirement Planning , MRP )是指根据产品结 构各层次物品的从属和数量关系，以每个物品为计划对象，以完工时期为时间基 准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后顺序，是一种工业 制造企业内物资计划管理模式。原理目标MRP根据市场需求预测和顾客订单制定产品的生产计划,然后基于产品生成进度计 划，组成产品的材料结构表和库存状况，通过计算机系统计算所需物资的需

3、求量和 需求时间，从而确定材料的加工进度和订货日程。特点需求的相关性需求的确定性计划的复杂性物料及产品按需供应.库存水平尽可能降低.生产活动精确衔接制造资源计划(MRPH)制造资源计划(Manufacturing Resource Planning , MRP II),是在物料 需求计划上发展出的一种规划方法。它是以物料需求计划MRP为核心，覆盖企业 生产活动所有领域、有效利用资源的生产管理思想和方法的人机应用系统。它围绕企业的基本经营目标，以生产计划为主线，对企业制造的各种资源进行统 的计划和控制，使企业的物流、信息流、资金流流动畅通地动态反馈。MPR与MRPH区别M PR主要对制造坏节中的

4、物流进行管理，使企业达到既要保证生产又要控 制库存的目的;而MRPII则集成了物流和资金流,将人、财.物r时间等各种资 源进行周密计划”合理利用，以提高企业的竞争力。准时制生产(JIT)准时生产方式(Just In Time简称JIT ),又称作无库存生产方式，零库存， 个流或者超级市场生产方式，是日本丰田汽车公司在20世纪60年代实行的一种 生产方式。现在这一方式与源自日本的其它生产、流通方式一起被西方企业称为 日本化模式。品质柔性投放市场时间产品多元化效率适应性学习对生产制造的影响准时生产方式是通过生产的计划和控制及库存的管理，追求一种无库存，或库 存达到最小的生产系统。它的核心是追求一种

5、无库存的生产系统，或使库存达到最 小的生产系统。生产流程化.资源配置合理化生产均衡化精益生产(LP)工具6S与目视控制准时化生产(JIT)全面生产维护(TPM )价值流图精益生产又称精良生产，其中精表示精良、精确、精美；益表示利 益、效益等等。精益生产就是及时制造，消灭故障，消除一切浪费，向零缺陷、 零库存进军。核心追求零库存追求快速反应，即快速应对市场的变化。 企业内外坏境的和谐统一人本位主义、库存是祸根目标降低在制品数量及其占用资金；降低产品质量损失；缩短订单交货期;减少设备故障停机率;降低生产耗用工时；减少人员。并行工程(CE)并行工程(Concurrent Engineering ,简

6、称CE)是一种先进的企业全局管理和 生产集成模式。它将企业中复杂的工程设计、制造和经营管理过程中的各种作业 ,按最终目标，在时间和空间上并行交互进行，从而缩短了传统串行作业方式所 需的时间和反复修改的次数,大幅度提高了作业质量，加快进程，降低了成本。本质.并并行工程强调系统集成与整体优化;并行工程强调面向过程和面向对象；在先进制造技术中的地位与作用承上启下的作用；并行工程与面向制造和装配的产品设计;企业资源计划（ERP）企业资源计戈U （ Enterprise Resource Planning ,简祢ERP7它是针对物资 资源管理（物流）、人力资源管理（人流）、财务资源管理（财流）、信息资源

7、 管理（信息流）集成一体化的企业管理系统,包含客户/服务架构，使用图形用户 接口，应用开放系统制作。原理工具ERP信息系统将企业的各个方面的资源（包括人财、物、产、供、销等因素）合理配置， 以使之充分发挥效能，使企业在激烈的市场竞争中全方位地发挥能量，从而取得最 佳经济效益。管理理念体现了对整个供应链资源进行有效管理的思想； 体现了精益生产,并行工程和敏捷制造的思想, 体现事先计划与事中控制的思想；计算机集成制造(CIMS)计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System ,简 称CIMS ),它是在信息技术自动化技术与制造的基础上，通过计算

8、机技术把分散 在产品设计制造过程中各种孤立的自动化子系统有机地集成起来，形成适用于多 品种、小批量生产，实现整体效益的集成化和智能化的制造系统。应用分类从生产工艺方面分：离散型制造业、连续性制造业、混合型制造业 从体系结构来分：集中性、分散性、混合型CIMS的技术先进制造技术 敏捷制造 虚拟制造并行工程保障和提高了新产品开发的质量缩短了新产品的上市周期经营管理科学化同时降低了产品的成本网络化制造(NM)网络化制造(Networked-manufacturing. NM)是指通过采用先进的网 络技术、制造技术及其它相关技术，构建面向企业特定需求的基于网络的制造 系统,并在系统的支持下,突破空间对

9、企业生产经营范围和方式的约束,开展覆 盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销 售、采购、管理等)。背景及发展国外：国内：德国Produktion2000框架方案;杨叔子院士一基于Agent的网络化制造模 第五框架计划(1998- 2002年);式及基于利益驱动的动态重组机制； 第六框架计划(20022006年)o刘飞教授一支撑网络化制造的技术体系； 祁国宁和顾新建教授一网络化制造的几种 发展途径。智能制造(IM)智能制造(Intelligent Manufacturing , IM )是一种由智能机器和人类 专家共同组成的人机一体化智能制造系统。它在制造过程中能进

10、行智能活动 ,诸如分析、推理、判断、构思和决策等。通过人与智能机器的合作共事， 去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。从智能制造系统的本质特征出发,在分布式制造网络环境中,根据分布式集成 的基本思想,应用分布式人工智能中多Agent系统的理论与方法,实现制造单 元的柔性智能化与基于网络的制造系统柔性智能化集成。前景智能化是制造自动化的发展方向。在制造过程的各个环节几乎都广泛应用人工 智能技术。专家系统技术可以用于工程设计，工艺过程设计，生产调度，故障 诊断等。也可以将神经网络和模糊控制技术等先进的计算机智能方法应用于产 品配方，生产调度等，实现制造过程智能化。按订单销售(Sa

11、le-To-Order )按订单装配(Assemble-to- Order )按订单制造(Make-to-Order )按订单设计(Engineer-to-Order )大规模定制(MC)大规模定制(Mass Customization , MC )是一种集企业、客户、供应 商、员工和环境于一体，在系统思想指导下，用整体优化的观点，充分利用 企业已有的各种资源，在标准技术、现代设计方法、信息技术和先进制造技 术的支持下，根据客户的个性化需求，以大批量生产的低成本、高质量和效 率提供走制产品和服务的生产方式。基本思想MC的基本思想是通过产品结构和制造流程的重构，运用现代化的信息技术等 一系列高新

12、技术,把产品的定制生产全部或部分转化为批量生产,以大规模 生产的成本和速度,为单个客户或小批量多品种市场定制任意数量的产品。分类大规模定制(MC)产品设计模块化 生产组织和管理网络化产品制造专业化 企业间的合作关系伙伴化生产制造系统模块化 动态组合的调度方式动态组合的布局方式 动态响应的控制结构大规模定制的企业核心能力表现准确获取顾客需求的能力面向M C的敏捷产品开发设计能力 柔性的生产制造能力敏捷制造（AM）敏捷制造（Agile Manufacturing , AM ）是指制造企业采用现代通信手段，通 过快速配置各种资源（包括技术、管理和人），以有效的方式响应用户的需求，实 现制造的敏捷性。

13、其核心是企业在不断变化、不可预测的经营环境中的快速重构能 力，具体表现为多个企业的核心制造能力的动态组织。核心思想要提高企业对市场变化的快速反应能力，满足顾客的要求。除了充分利用企业 内部资源外，还可以充分利用其他企业乃至社会的资源来组织生产。特点从产品开发开始的整个产品生命周期都是为满足用户需求的; 采用多变的动态组织结构、着眼于长期获取经济效益； 建立新型的标准体系，实现技术、管理和人的集成； 最大限度地调动、发挥人的作用。云制造(CM)云制造(Cloud Manufacturing: CM )是为避免制造资源的浪费，借用云计算 的思想，利用信息技术实现制造资源的高度共享。建立共享制造资源

14、的公共服务平 台，提供各种制造服务，实现制造资源与服务的开放协作、社会资源高度共享。特征面向服务和需求的制造、不确定性制造、透明和集成的制造、支持多用户的制 造、支持按需使用和付费的制造、低门槛众包式制造、绿色低碳制造等。五大应用方向针对大型集团企业的研发设计能力服务平台； 区域性加工资源共享服务平台； 制造服务化支持平台也是将来云制造重点发展的方向之一； 制造更可以服务于量大面广的中小企业； 建立物流拉动的现代制造服务平台。12我国制造业面临的新环境新的发展阶段新的挑战新的发展机遇1-2.1新的发展阶段新中国成立后我国制造业经历了三个发展阶段:形成比较独立完整体系厂告别工业产 K品短缺时代产

15、业规模 持续扩大(19491978年)(19781990年)(19902010年)2010年，我国制造业产出占世界比重的19.8%,超越美国 的19.6%,成为全球制造业第一大国，这一成就世界瞩目。1.2.1新的发展阶段但，我国制造业大而不强，不可持续发展问题凸显。水自主创新能力不强：核心技术对外依存度高，高端装备的关键零部 件依赖进口。泌于价值链低端：产品多数处于附加值较低的“制逐加工组装” 环节，产品附加值较低。协生产经营效率不高：2011年我国制造业增加值率为21.5%,发达国 家在35%以上。劳动生产率约为发达国家的36%40%。法产业结构不合理：_般加工工业和资源密集型产业比重过大，

16、技术密集型产业所占比重偏低，为用户提供服务的现代制造服务业占比偏低。法产品质量问题突出：质量直接损失每年1700亿元以上，间接损失超 万亿，食品安全事故时有发生，危及人民生命健康和损害国家形象。1.2.2新的挑战发达国家高端制造业回归本土：美国为首的发达国家鼓励制 造业回迁，期望巩固制造强国地位与固有优势，抢占新工业 革命先机。发展中国家低端制造业低成本竞争优势：印度越南、印尼 等发展中国家以更低的劳动力成本吸引着越来越多的跨国企 业布局，成为低端制造新的转移方向。我国资源和环境双重约束：一方面，石油、铁矿石、水等能 源资源约束趋紧。另一方面，牺牲环境的代价越来越大。123新的发展机遇第三次工

17、业革命给我国制造业带来难得的“机会窗口期”:以数字化制 造为标志的第三次工业革命已显端倪，这为我国制造业的超越发展带来 机遇。我国将成为第三次工业革命的主要参与者，而不再是前两次工业 革命的“看客” O城镇化及消费结构升级提供了巨大的市场需求空间：一个快速增长的10 多亿人口的消费市场，是任何一个国家在工业化、现代化过程中都未曾 拥有的，这是我国制造业拥有的最大优势也是最大机遇之一 O经济体制机制改革将加速制造业转型升级：打造中国经济升级版，依靠 改革释放制度红利，将有助于破除制造业发展的体制机制障碍，激发市 场活力。13我国制造业面临的新使命世界历史上三次“世界制造中心”的转移印证了：制 造

18、业强则国家强，制造业对促进国家经济繁荣的巨大 作用无可替代，因此，我国制造业肩负新的使命：制造业又大又强I以制造业的繁荣和强大托起中国伟大复兴梦。丿1.4 “制造强国”的指导方针.结构优化创新驱动质量为先.绿色发展1A1结构优化结构优化是制造业科学发展的主线，是提升国民经 济整体素质的主要途径。推动战略性新兴产业和先 进制造业健康发展；坚持利用信息技术和先进适用 技术改造传统产业；着力发展现代制造服务业；加 强基础产业建设，解决关键材料、元器件和零部件 及制造工艺严重滞后的局面。1A2创新驱动创新驱动是制造业生存和发展的灵魂，是实现制造 强国的不竭动力。提高原始创新、集成创新和引进 消化吸收再

19、创新能力，更加注重协同创新，在制造 业的优势领域取得突破,成为技术的引领者；以数字 化智能化制造为核心，推动制造技术、设计技术和 生产模式的创新；加快建设以企业为主体、市场为 导向、产学研用相结合的国家技术创新体系。1A3质量为先质量为先是制造业生存发展的生命，是国家强盛的关键内核。要制定质量发展政策，强化质量安全监管，夯实质量技术基础，大力实施品牌发展战略，创新质量管理理念，优化质量发展环境。1A4绿色发展绿色发展是破解资源环境瓶颈制约，实现制造业可持续发展的必由之路。开发高效率、低消耗、低排放的绿色制造流程；加大节能降耗力度，加 快淘汰落后生产能力；大力发展环保装备产业， 推行清洁生产和污

20、染治理；倡导绿色产业文化， 健全激励和约束机制。1-5 “制造强国”的发展目标2020年2030年一批优势产业率先实现突破，跻身强国之列。如通信设备、发电与输变电设备、工程机械、 轨道交通设备、石油炼制、钢铁、仪器仪表7 大产业。I我国制造业整体上处于世界前列，成为制造强 国，其中通信设备、发电与输变电设备、工程 机械、轨道交通设备、石油炼制、钢铁、仪器 仪表7大产业处于世界领先地位。1-6 “制造强国”的发展路径举例:大力推行数字化和智能化制造业数字化智能化是信息化和工业化深度融合的重要内容，是实现制造强国的核心技术。实施分两步走的策略2020年前应全力推行“数控一代工程”，在面上实现产品的

21、数字化和制造过程的数字化。选择信 息化和数字化基础好的汽车、机床、工程机械、航 空、通信设备制造、仪器仪表等产业的骨干企业， 进行智能制造试点示范。2020年后可在全行业分批 分期推广智能制造。举例:大力推行数字化和智能化制定科学可行的技术路线以传感器、控制系统和人工智能技术为神经中 枢，强化智能制造的智能功能；以工业机器人和传 动装置为手臂，增强智能制造的执行功能；以智能 制造单元和成套设备、数字化车间和数字化工厂为 载体，构建智能制造主体；以工业互联网为智慧通 道，加快智能制造信息的传递；以共性关键技术和 创新平台为支撑，增强智能制造技术基础；以示范、 应用及产业化为手段，推进产业规模化发

22、展。举例:大力推行数字化和智能化大力发展智能制造装备：“智能制造装备”是国家战略性 新兴产业重点发展方向之一，大力发展智能制造装备，为实 施智能制造提供基本条件和物质 O开展工艺优化和流程的创新：智能制造不仅是“硬件” 智能化，更重要的是工艺优化和工艺流程的再造。对经营管理体系和机制进行改革：使之能适应数字化、 能化改造的需要。对生产模式和商业模式进行创新：在互联网、物联网.计算、大数据等泛在信息的强力支持下，实现远程定制、 地设计协同生产的新型生产模式；推行电子商务，逐步代 替店铺式的商业模式。17智能化概述智能化:是指由现代通信与信息技术、计算机 网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的

23、针对 某一个方面的应用。智能化技术:集成化、模块化、网络化。智能化系统:由现代通信与信息技术、计算机 网络技术、行业技术、智能控制技术汇集而成的针对 某一个方面的应用的智能集合。1-8数字化的概念概念一：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以 度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的 数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计 算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。概念二:数字化将任何连续变化的输入如图画的线条或 声音信号转化为一串分离的单元，在计算机中用0和1表 示。通常用模数转换器执行这个转换。数字化是利用数字技术对传统的技术内容和体系进行改 造的进程。数字化的核

24、心是离散化 其本质是如何将连 续物理现象.模糊的不确定现象.设计制造过程的物理 量和伴随制造过程而岀现和产生的几何量设计制造环 境.个人的知识.经验和能力离散化 进而实现数字化1.9数字化制造以设计为中心以控制为中心以管理为中心数字化制造数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、 网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企 业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。第二章数字化智能设计概述绘图一三维CAD计算机辅助工程(CAE)计算机辅助制造(CAM)计算机辅助工艺设计(CAPP)计算机辅助工业设计(CAID)数字原型一虚拟现实2.1概述一数

25、字化设计数字化设计就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计 方法，旨在建立一套基于计算机技术、网络信息技术，支 持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计的内涵是支持产品开发全过程.支持产品创新设计.支持产品相关数据管理.支持产品开发流程的控制与优化等。归纳起 来就是产品建模是基础优化设计是主体，数据管理是核心。2.1概述一数字化设计制造数字化设计制造的本质是产品设计制造信息的数字化，是 将产品的结构特征、材料特征、制造特征和功能特征统一 起来，应用数字技术对设计制造所涉及的所有对象和活动 逬行表达、处理和控制，从而在数字空间中完成产品设计 制造过程，即制造对象、状态与过程的数字化表征、制造

26、 信息的可靠获取及其传递，以及不同层面的数字化模型与 仿真。2.1概述一数字化设计制造特点与传统的制造系统相比,数字化设计制造具有以下特点:过程的延伸：不仅是产品零件.部件的设计和加工制造过程,而且包括工装设计制造.检测和服务等。智能水平的提高：人工智能技术在数字化制造系统诸多方 面的应用,包括零件设计工艺设计.工装设计.过程控制等，使系统的智能水平提高并更为有效。集成水平的提高：覆盖零件全生命周期,实现生命周期各 个阶段的横向集成和企业各个层次的纵向集成，在信息集 成的基础上实现功能和过程集成（实现在正确的时间将正 确的信息传递给正确的人）。2.1概述一产品形成过程昨天过程序列今天过程链明天

27、过程流观划 槪念设羊细设告产准甲PDM过程管理产品规划概念设计详细设计 主产准备数毂型2.1概述一产品设计过程3D CAD虚拟现实lgital Mock-Digital ProL重点放在重点放在重点放在开发和制造产品的形成过程产品全生命周期零件原型产品2D CAD 绘图2.2绘图-三维CAD任务产品开发设计的一般进程1任务的明确和细化2确定功能原理及其结构3寻求原理方案及其结构进步实施前进或返回到一个或多个工作步骤2.2.1计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)CAD技术特点先导性:提前进行产品的样品设计或虚拟设计,可以让用户实时从 屏幕上看到尚未问世的新产品的外

28、观与性能f对其进行多方面的观 察和评审,为产品的方案设计及标书的编写和绘制做出快速反应。可仿真性：在产品进入详细设计阶段时,CAD技术可以进行模拟装配和运动仿真,以便及早发现运动机构的碰撞或空间布局中的干涉,避免不必要的损失和浪费。并行性:便于组织实施并行工程,在计算机中确立产品模型和总体 布局，与之配套的各个独立系统.部件组.试验组.生产准备等都 可以在总体设计下同时分头协调地进行工作f大大加快产品开发速 度。2.2.1计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design)动态扩展性：能方便.快捷地输入已有的图样,并对图样上的信息 缺陷实现修复,能根据客户提出的各种设计及时修改

29、；在此基础上 建立的各种数据库越来趣丰富,可以方便地检查和迅速组织各套图 的发放，为生产准备工作的各个方向赢得时间。效益性:CAD技术作为信息技术的一个重要组成部分f是促进科研 成果的开发和转化.实现智能劳动自动化.加快国民经济发展.有 利于国防现代化的_项关键性高技术；是提高产品设计质量.缩短 开发周期.大幅度提高劳动生产率的重要手段；是企业提高创新能力和管理水平、増强市场竞争力和参与国际竞争的必要条件。CAD 技术的开发与应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代 化的重要标志之CAD的发展历程6070年代主要用于科学计算70年代初期，主要是二维绘图（2D）70年代中期，出现三维线框模

30、型和基于B spline或NURBS的曲面模型80年代初期，基于实体的三维建模技术80年代中期基于参数化特征的实体的建模80年代后期90年代，CAD向集成方向发展2.2.3概念设计与形状设计:初急必:于厂场少滋尬问题抽象化，确定问题本质I构建珑能结探索实现子功能的设十222概念设计与形状设计概念设计阶段产品侑息待性2.2.2概念设计与形状设计形状设计工程设计人员常常以草概略形状来描述设计方案传统的CAD技术基于定量的形状数学模型223概念形状设计自然直观地表达和传输人类概念 具有充分的表现力不依赖定量信息的定性形状表现计算机建模和操作有利于形状的 表达和演变2.2.4当前CAD面临的主要问题模

31、型资料的交换技术以及CAD设计方法技术 二维/三维CAD的集成与应用问题2.3计算机辅助工程(CAE-ComputerAided Engineering)2.3计算机辅助工程(CAE-ComputerAided Engineering)1、有限元分析技术：基本思想是将问题的求 解区域划分为一系列单元，单元之间仅靠节点 连接。有限元分析的三个阶段前处理:产生模型结构的有限元网格划分f走义边界条件， 零件本身的特性（如材料.密度等）和工况条件的施加等，为 后续的数值分析做数据准备。解算:根据前处理生成的网格模型和附加条件，构造数值 方程后解算出数值解。后处理:将数值解与零件的几何模型联系在一起,以

32、彩色 等值线.零件变形图或动画形等式把数值解形象地体现出来。2、优化技术：优化设计是上世纪60年代初期 发展起来的一门新学科 它是最优化技术和计 算机技术在设计领域应用的结果。优化设计为 工程设计提供了一种重要的科学设计方法f在 解决复杂设计问题时 它能够从众多的设计方 案中找到尽可能完善或最适宜的设计方案。主要包含两部分内容：优化设计问题的建模技术 和优化设计问题的求解技术。优化设计数学模型的三要素:设计变量.目标函 数和约束条件3、仿真技术：借助计算机f用系统的模型对真 实系统或设计中的系统逬行试验 以达到分析. 研究与设计该系统的目的。利用仿真技术不但可 以预示或再现系统的运动规律和运动

33、过程,而且 可以对无法直接逬行试验的系统逬行仿真试验研 究。通过仿真可以将产品在制造和使用过程中可 能发生的问题提前到设计阶段处理,在减少损失. 节约经费.缩短开发周期.提高产品质量等方面 发挥着巨大作用。4、虚拟样机技术：利用计算机建立产品的三维几 何模型f经过建立约束关系的装配模型.功能和 性能仿真,部分或全部代替物理样机的试验,使 得物理样机在真正生产之前f产品性能的大部分 已通过了计算机模拟或验证f从而减少产品设计 的返工和出错率,提高设计效率,同时又可及早 发现物理样机在制造和装配中可能出现的问题。关键技术：三维几何建模技术.产品的数字化定义方法、 数字化预装配以及仿真技术。2.4计

34、算机辅助制造(CAM-Computer Aided Manufacturing)计算机辅助制造cam :指利用计算机辅助完 成从生产准备到产品制造整个过程的活动f完成复杂零件的数控加工包括工艺过程设计.工装设计.NC动编程.生产作业计划.生产控制.质量控制等。CAM的支撑技术是数控编程.刀具轨迹生成.数控加工仿真技术。2.5计算机辅助工艺规划(CAPP- Computer Aided Process Planning)计算机辅助工艺规划(CAPP):是实现CAD/CAM-体 化 建立集成制造系统的桥梁 是一种通过计算机技 术 以系统化.标准化的方法 辅助确定零件或产品 从毛胚到成品的制造工艺流

35、程规划方法与技术。它通 过加工工艺信息(材料.热处理批量等)的输入，利用人机交互方式或由计算机自动生成零件的工艺路线和工序内容等工艺文件。与传统的手工工艺过程设计相比 CAPP能够显著提高工艺文件的质量和工作效 率 减少工艺编制工作对工艺人员技能的依赖 缩短 生产准备周期,便于保留企业生产经验 建立工艺知识库 改进工艺方法 引入新工艺。2.6计算机辅助工业设计(CAID- Computer-aided In dustrial Desig n)计算机辅助工业设计(CAID):传统的产品设计主要是 面向功能的设计，往往忽略产品的造型.肌理.色彩. 装饰.人机因素等 随着市场竞争的日益激烈，可供 顾

36、客选择的产品空间越来越大 顾客除了选择产品的 使用功能外 更加注重产品的外观.色彩.宜人性等 个性化特征。这些往往成为产品的主要卖点，同时也 使得产品具有更高的附加值。CAID是工业设计理论与CAD技术的有机结合,它是与工业设计的特点 及工业设计师的设计思维和习惯相适应的一种计算机辅助设计技术。CAID技术以工业设计知识为核心,以计算机为辅助工具，运用工业设计 的理念和方法,实现形态.色彩.宜人性设计和美学原则的定量化描述 充分发挥计算机快速高效的优点，以及设计人员的创造性思维审美 能力和综合分析能力。产品描述的完整性27al飙卅忻31沏洋 ourcw DH Bown Associates-

37、-nc设计信息共享的层次Source: D.H. Brown Associates, Inc.制造设计信息共享的层次Source: D.H. Brown Associates, Inc.制造（念粉CAD部件甜和特性畸部件詳细蹄工程图紙信息技术的挑战设计方案蠶和功能产品定义设计BOMBOM管理供应商管理计划安排成本核算库存控制时间调度工装准备装配顺序生产经营部门和ERPNC&CAM加工数据车间制造实体装配需求分析/ 市场调研客户合同产品标准产品说明书车间工艺配置和维护产品概念设计产品详细设计虚拟产品开发系统的一般性体系结构产品分析产品结构分析产品运动学/ 动力学分析产品工艺规划加工工艺规划 加工

38、轨迹规划 装配序列自动/ 半自动实现 装配轨迹自动/ 牟自劫实现 产品实现二 过程虚叙仿真 运动/动力学仿真设计目录产品可制造性分析产品可装配性分析加工过程仿真装配过程仿真 检测过程仿真3X-PDM平台及网络数据库支撑环境图形库标准及lissge工艺文件 匸与数据库实例库NC程序库 工具库2.7.1虚拟制造废品彎据 彳戸息原材料.V J品I I複备广苛房2.7.2 虚拟制造与CAD/CAE/CAM28实例一：邦迪管路基于UG的管路设 计CAD系统基于三维软件系统UG平台开发，具有胎具设计系 统和检具设计系统两大子系统。通过参数化标准件、Excel数据文件，一键式生成 复杂管路；一键式生成胎具和

39、检具。可由UG的工程图转换为二维dwg格式文件，可用 AutoCAD打开并编辑；可入库（PDM管理）保存 和打印（彩色）。28实例一：邦迪管路基于UG的管路设 计CAD系统主界面SIEMENS文件 邂辺 IA1)刼 fs. 弐这顼卸 直口 邦迪管昭业具设计茶妹拜迪瞬归貝役计做 MMI)m 33钱用文件菜竿中的打开或敎建邦迪管賂检貝浚计岳绒 X5 Vgm生密訓生成爲板裝飜具T装豳补哗薔二工鏗连田逡社曩掠君诛営理系境*生战訓7生战底板牙冬N淞耳T装购隔母创注第二底板工程旧曰缺珮盲伦改底梔:Z俺改检貝-移动检具.摘入辭插入曜夹T插入密婚胎剧隹件库!生圧待跖吃路跻餌观缶*!W叙W卄i心自定义标准件制作

40、GW _GL(a) 0-30型尺寸(b) 30-45型尺寸（c） 45-65型尺寸（d） 65-90型尺寸（f）slider型尺寸（g）T型尺寸（h）II型尺寸图2-5各类型的尺寸生成営莆库E1 X1 Y1 I| R1-79.309523.922276.99102-65.000527. 000321.00003-50.ODO520. 000354.000045.527487. 162363.851058. 547487. 943369. 8820046.800481. 238369.7120792.619447.897383. 3390B105.702439.557422. 1500g103.

41、918451. 11044山 126010137.297450.624484.42B0停管路r护苣胡宙列丟11167.510429. 000485. 13012167.610382.284485. 13513187.010382.284460.4430 00老曲半径I上移下移上羽誥顶下移盍底导入导出笆3&姿池管材粪型 |Alal 4. 75ir(n DW(Cu)拟格| Aliri7HC*rKI*1十 r *(*H W3 AlUucU4 U ll|i 11WU4 K 4“ 3)d diW).JM 芦代W MB *WM M tMM忱(n 2 lx节X 叶”“戶 9t lb* 41M *! 讣s0.

42、4，iC JM HtiO* fK tH 44* Ml* iMvU I Ml . im 例$ ；”?fi il CMM M M oasUUN hMrtwn-owogg5“.m*VQMSIM?XM人9M，冷44 Q卄-M-HQ:41MOTl Automotiver.MM Jh ix hl K !.e.bh勺(胎具设计一标准件管理胎具设计一标准件管理12、准面茶准面基准轴基准柚基准面基准面基准面胎具设计一生成管路胎具设计一生成管路停管路护査翻筱列表RfY 1234567B9101112131JUO-65. 000JC-J. VC.C.527. 000C IU. 321. 0000-50.000520

43、. 000354. 0000-44. 527487.162363. 85108. 647487.943369. 882046.800481.238369.712092.619447. 897383. 3390105. 702439. 557422. 1500103.9181104U4. 1260137. 297450. 624484.4280167.510429.000485.1360167.510382. 284486. 136018T.010382.284460.4430添加官;W类型Algal 4.75nn DV(Cu)二姒格p. 75 内径 外経|5. 11 确定 |取消胎具设计一模型

44、设计胎具设计一模型设计选定夹持点生成工作台执行弯曲操作弯曲检查干涉胎具位置调整输出bend数据胎具设计一夹持点胎具设计一生成工作台胎具设计一生成工作台工作台离夹持点距离|200能转操绕隣由旋转角度Io-绕Y轴旋转角度 绕Z轴旋转角度工作台坯 TOC o 1-5 h z 工作台当前状态 绕晤由旋转了 I 0.000度绕Y轴旋转了 | 0.000度绕Z轴旋转了 | 0.000度形状参数 长盈余 I100 宽盈余 I80- 工作台厚度| 上下反向| 左右反向| 应用 |退出胎具设计一弯曲结果2.9实例二：基于UG二次开发的铸造工 艺CAD系统基于三维软件系统UG平台开发，具有重量、模数、补缩 系统（

45、冒口和冷铁）.浇注系统（直浇道、横浇道、内浇 道）等计算设计、参数化绘制功能，得到三维铸造工艺图。通过接口文件，设计后的三维模型可用于CAE模拟分析和 CAM数控加工，符合铸造工艺CAD/CAE/CAM一体化要 求。三维铸造工艺可由UG的工程图转换为二维dwg格式文件, 可用AutoCAD打开并编辑。利用二维铸造CAD可生成红 蓝铅笔电子文档，可入库（PDM管理）保存和打印（彩 色）。ItI UJ- AAs 汗瞰純粗妲H胡檢 運栄骤碾開堞婕巒怒坦叹糊e冬庚闊 叙凉畝品 1 吊MSK-1H口Em 畜口厕坟 日 ：)_ 喩 服孜 站K-i 檢回-一出 僉&H囲W- 弓I o .xrb Qf sl

46、sn 9i& 骨担祖 3 sO1Ss I St&r = J O选样铸件外田侧面0 寸 “WOQ+JOQ测虽高度(top+bottom)，怎输入上部长度(top)0. 0000I cl ocrnci输入中间长度(center)0 0000上部拔模角0. 0000朮反下部拔模角0- 0000求反提驱.1$怦上郃外国蛇廊3构谨上部竝伸面組|反向捉取铸件下部外E0轮廓线对应下部长度(bottom)0. 0000构堂下部拉仲面爼| 反向 _ 选样待合井实体(捋件)OK | | Apply | | ConcelItI UJ- AAs 汗瞰純粗妲H胡檢 運栄骤碾開堞婕巒怒坦叹糊e冬庚闊 叙凉畝品 1 吊MS

47、K-1H口Em 畜口厕坟 日 ：)_ 喩 服孜 站K-i 檢回-一出 僉&H囲W- 弓I o .xrb Qf sl sn 9i& 骨担祖 3 sO1Ss I S 缩短产品设计与工艺设计 周期。在加工制造方面。可提高制造过程的柔性与 质量f提高设备利用率f缩短产品制造周期。在经营管理方面。市场竞争中，保证产品报 价快速.准确。生产过程中f减少在制品f压缩 库存r加速资金周*专。陵造的环保化实现一绿色设在漫长的人类设计史中，工业设计为人类创造了现 代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源，能 源的消耗，并对地球的生态平衡造成了极大的破坏（ 特别是工业设计的过度商业化，使设计成了鼓励人 们无节制的消

48、费的重要介质，“有计划的商品废止 制”就是这种现象的极端表现。无怪乎人们称“广 告设计”和“工业设计”是鼓吹人们消费的罪魁祸 首，招致了许多的批评和责难。正是在这种背景下: 设计师们不得不重新思考工业设计师的职责和作用: 绿色设计也就应运而生。绿色设计(Green Design)绿色设计(Green Design)也称为生态设计(Ecological Design),环境设 计(Design for Environment)等。绿色设计是指:在产品及其寿命周期全过程的设计中，要充分考虑对资 源和环境的影响,在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同 时，更要优化各种相关因素，使产品及其制造

49、过程中对环境的总体负影 响减到最小，使产品的各项指标符合绿色环保的要求。其基本思想是：在设计阶段就将环境因素和预防污染的措施纳入产品设 计之中,将环境性能作为产品的设计目标和出发点，力求使产品对环境 的影响为最小。对工业设计而言，绿色设计的核心是3R” ,即 Reduce, Recycle, Reuse(回收再用少用)，不仅要减少物质和能源的 消耗，减少有害物质的排放，而且要使产品及零部件能够方便的分类回 收并再生循环或重新利用。3.6.1绿色设计一内容1.绿色产品设计的描述与建模。2.绿色设计的材料选择与管理。 3.绿色产品的可拆卸性设计。 4.绿色产品的可回收性设计。3.6.2绿色设计一原

50、则令1资源最佳利用原则 2、能耗、污染最少原则& 3、损害最少原则 4、生态经济效益最佳原则363绿色设计一传统设计传统设计绿色设计设计勺设计人员3依据用户对产品提出的功能、性能、质量及成本要求来设计依据环境效益和生态环境指标以及用户要求来设计很少考虑到资源再利用及对环境的影响设计阶段必须考虑资源再利用 以及对环境的影响技术弓很少考虑产品回收，仅考虑优先的贵重金在制造和使用中可拆卸、易回收、 属的回收不产生書副作用及最小的废弃物设计目的以需求为主要设计目的为需求和环境而设计, 满足可*寺续发展J产品普通产品绿色产品和绿色标志产品364绿色设计一案例一这款可口可乐罐设计从绿 色设计出发，取消了可

51、乐 罐表面的有害涂漆，而是 把其标志设计成冲压凸起 ,视觉效果同样震撼，而 且更为环保。世博西班牙馆在总面积达8000平方米的大 厅内，考虑到节能，展馆内 部主要使用了竹子和半透明 纸作为材料,顶部则使用太 阳能板。设计方案也考虑到 了上海台风、梅雨和高温等 气候因素，建筑非常牢固, 而且场馆设计也考虑到了如 何调节室内温度。364绿色设计一案例三华硕U6V竹韵笔记 本是选择天然竹材 制作笔记本外衣， 它是非常优异的绿 色材料；可降解的 有机特质，更是对 于减少环境污染有 着天然的优势。3.6.4绿色设计一案例四展馆的外表层受到传统民间剪 纸艺术启发的独特设计，选用 漫渍激光切割胶合板,安装在

52、 块一块的胶合板建筑模块上 o然后再在模块的表面套上玻 璃、聚碳酸酯，以及防水或防 紫外线辐射的材料z构成墙体 o在展馆内部/还要安装半透 明的PCV或高密度聚乙烯合成 纸的材料薄膜,再安装展馆的 夕卜部材料。展馆外部、入口处 的地面和展馆内部都覆盖着一 层浸渍木地板（俗称强化地板, 经热压、成型的地板）。3.6.5 绿色制造(Green Manufacturing)绿色制造：又称环境意识制造(Environmentally Conscious Manufacturing )、面向环境的制造 (Manufacturing For Environment)等。它是一个综合考 虑环境影响和资源效益

53、的现代化制造模式。目标：使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处 理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小, 资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化C绿色制造这种现代化制造模式,是人类可持续发展 战略在现代制造业中的体现。365绿色制造一研究内容绿色产品及评价资源能源及其对环境影产品的环境影响绿色工艺绿色设计365绿色制造一内外驱动力消费要求产品服务法律繫规ft生态ZDlk国际坯|可翳发展3.6.5绿色制造一闭环特性拆卸、回收第四章数字化智能管理概述数字化生产管理PDM产品数据管理ERP企业资源计划4,1.1概述一数字化管理概念数字化管理(Digital Manage

54、ment, DM)是指利用计算 机、通信、网络、人工智能等技术，量化管理对象与 管理行为，实现技术、组织、协调、服务、创新等职 能的管理活动和管理方法的总称。数字化管理的本质就是将现代化管理思想、管理方法、 管理技术、管理手段充分加以数字化，从而全面提高 管理的效益和效率。由于国际互联网技术以及电脑技 术的飞速进步。数字化管理是一种思想，是一种潮流 是大势所趋、人心所向。4.1.2概述一数字化管理总体结构体系0B门期上归档公文故质席文档导出自秦散孑化琦归档偉一忙塞亍敏度档養収实档奏数宇化及迁移系统安全控制呼.尊IOCR识别 正文录入 即分茗录说最人 音观峻看录顶录入档案内容借理裆秦利用営理 |

55、癲卷否回給合育询专越镰铝蛋阅音湮日态音理 空级宜艮 实体儁阅 継退壌培谒助实体営世| 怡案交阳.熒定亡案自毀 密级曰期妥更档案服务与利用系统总体结狗体系图4.1.3概述一数字化管理优点数字最简单：是人类最容易学习、接受、掌握的知识。 数字最客观：能客观、公正地反映岀事物的本质和规律。数字会说话：能消除语言障碍，中国文字较难理解虽然这是 文化优势，但对沟通执行不利。数字速度快：计算机技术的发展大大加快了数据的计算、统 辻、分析、处理的速度。数字国际化：在国际商业运作中大量使用，是国际化的语言 数字来决策:能正确评判企业技术、质量、财务、营销、服 务、人力等绩效。数字最有力：从平民百姓到专业权威，

56、再挑剔的消费者在有 力的数据面前也能理解接受。4,1.4概述一数据分工管理高层管理中层管理IB：数字决策者责任：数字制造者，原 始数字的准确、 及时的记录基础管理责任:数字组织者，数字的分 析、判断、处理责任：数字处理者，原始数字的 筛选、加工、上传4.2数字化生产管理数学化生*管理糸统的内容是利用计算机软件技术、网络技术和数据 库技术将先进的生产管理理念和管理过程进行固化，形成标准、通用、 自动进行生产管理的软件系统。数字化生产管理是计算机软件、硬件与 生产管理理念、生*管理过程的融合与集成。数字化生产管理系统是计算机欢硬件、生尹管理与生庐过程的集成。 计算机夜件包括服务器、客户机、网络设备

57、以及加工控制设备等。铁件 包括基础性软件（操作系统、数据库库软件等）、而向生产过程管理的 功能性软件（CAPP、计划管理、资源管理、质量控制等）以及实现功 能性软件集成的软件框架（MRRERP和MES等）。4.2.1生产管理的基本内容协同问务供需链信息集成物流资金流 信息集成4.2.2制造业信息化 发展轨迹库存计划物料信息集成MPS , MRP , CRP 库存管理 工艺踣线 工作中心BOM销售管理财务管理成本管理MPS z MRP z CRP 库存管理 工艺路线 工作中心BOM法制条例控制 流程工业管理 运输管理 仓库管理设备维修管理 质量管理产品数据管理销售管理-财务管理 成本管理MPS

58、, MRP , CRP 库存管理 工艺路线工作中心BOMWAPS/BI 电子商务 Internet/Intranet 法制条例控制 r 流程工业管理 运输管理 仓库管理 设备维修管理 质量管理 产品数据管理销售管理 财务管理 成本管理MPS , MRP , CRP 库存管理 工艺路线工作中心BOM423数字化生产管理的发展历程企业经营方面问题提出追求降低成本 手工订货发货 生产缺货频繁(II)计划偏离实际70年代人工完成车间作业计划如何保证计划 得到有效实施 和及时调整管理软件H阶段如何确定订货 时间和订货数 量理论基础库存管理理论、 主生产计划. BOM与物料需求 计划、期量标准能力需求计划

59、 车间作业管理 计划.实施.反 馈与控制的循环(III)80年代(IV)90年代如何实现企业 管理系统的一 体化如何在社会范 围内利用一初 可利用的资源系统集成技术 物流管理 决策与仿真供应链管理 混合型生产管理 预测控制追求竞争优势 各子系统缺乏联 系,矛盾重重 追求创新要求适应市场环 境的迅速变化4.2.4数字化计划管理系统MRP计划系统|TOC计划系统APS计划系统数字化计划管理系统425工作流程管理创建.执行.监督.管理和控制工作流程可建立串行或并行的工作流程提供CR （审批流程）和CM（更改管理流程） 可容易地按企业特定需要来设定有关流程 追踪任务发放和工作状态4.2.6产品结构配置

60、管理工艺BOM部件代号/版本2_J产品代号/版本零件代号/版本毛坯代号/版本部件代号/版本零件代号/版本毛坯代号/版本426 BOM管理产品数据管理（PDM ）MRP设计工程师工艺工程师车间工人明/结件表配零细装设计工程师 的BOM视图工艺工程师 的BOM视图生产制造的 BOM视图维修服务的 BOM视图4.2.7产品结构管理4.2.7产品结构管理E圏示化的BOM浏览界图示化的BOM浏览界 面创建/编辑BOM多种配置管理规则产品的有效性管理替换件变鼻配置多种BOM视图创建/编辑BOM多种配置管理规则产品的有效性管理替换件IIVar iant Condit tons厂=提供如果一那 么”形式的装配