第2 章 数字化设计与制造概述

数字化设计与制造理论及其应用东南大学机械工程学院工业工程系苏春2026/6/291SuChun,SoutheastUniversity提纲1、现代制造企业的生存环境和面临的挑战2、数字化设计与制造的内涵及学科体系3、数字化设计与制造的案例分析

2026/6/292SuChun,SoutheastUniversity产品开发的基本流程产品开发的基本流程2026/6/293SuChun,SoutheastUniversity产品生命周期与产品成本之间的关系产品生命周期与产品成本之间的关系2026/6/294SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系中共十六大报告指出：“实现工业化仍然是我国现代化进程中艰巨的历史性任务。信息化是我国加快实现工业化和现代化的必然选择。坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，走出一条科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥的新型工业化路子。”数字化设计与制造技术是信息化的重要组成部分2026/6/295SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系近年来，以计算机为基础、以数字化信息为特征、支持新产品数字化开发技术日益成熟，广泛地应用到产品开发中，成为提高企业综合竞争力的有效工具。其中包括：计算机辅助制造（ComputerAidedManufacturing，CAM）成组技术（GroupTechnology,GT）①

数字化设计（DigitalDesign）技术

②

数字化制造（DigitalManufacturing）技术计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，CAD）计算机辅助工程分析（ComputerAidedEngineering，CAE）逆向工程技术（ReverseEngineering，RE）2026/6/296SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系③

数字化管理（DigitalManagement）技术

产品数据管理（ProductDataManagement，PDM）产品生命周期管理（ProductLife-cycleManagement，PLM）客户关系管理（CustomerRelationshipManagement，CRM)供应链管理（SupplyChainManagement，SCM）企业资源计划（EnterpriseResourcePlanning，ERP)计算机辅助工艺规划（ComputerAidedProcessPlanning，CAPP）

数控编程与加工（NCProgrammingandManufacturing）快速原型制造（RapidPrototypingManufacturing)计算机集成制造（ComputerIntegratedManufacturing）2026/6/297SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系产品数字化开发环境及其学科体系2026/6/298SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系2026/6/299SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系NO

KNOWLEDGEPRODUCT

KNOWLEDGEPROCESS

KNOWLEDGEKNOWLEDGE

THROUGHHISTORYDIGITALMOCKUP3DDESIGN2DDESIGNNO

CADDIGITALPRODUCTLIFECYCLEDIGITALPROCESS KNOWLEDGE-BASEDINNOVATIONProductLifeCycleManagement2026/6/2910SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系ManufacturingMaintenanceTubingElectricalConceptDesignStructureAnalysisKinematicsDigitalAssemblyPartAnalysisStructuresSheetMetal数字化样机2026/6/2911SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系InitialDesignandFairingIsometricsDrawingProductionDraftingFEAStructuralFrameAnalysisNesting,CuttingArcWeldingManufacturingProcessVirtualProductManagementDuctworkEquipmentRacewayPipingDetailDesignFunctionalDesignElectricalP&IDConceptualDesign数字化样机2026/6/2912SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系SuppliersProductCustomersResources企业运作的基本要素2026/6/2913SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系产品数字化开发环境SuppliersProductCustomersLifecycleManagementRelationshipManagementResourcesEnterprisePlanningSupplyChainManagement2026/6/2914SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系生产厂长之烦恼产品设计

产品结构修改物料用量增减材料代用产品销售

预测不准品种变化数量变化交货期变化?零部件库存

现货量已分配量即将入库量失窃、报损??计划产品信息库存信息物料需求计划主生产计划2026/6/2915SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系1生产什么？2用到什么？3已有什么？4还缺什么？何时定货？（量）（期）制造业的通用公式问答1主生产计划（MPS）2产品信息，物料清单（BOM）3库存信息，物料可用量4加工及采购计划2026/6/2916SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系

物料需求计划MRP42产品信息

（物料清单）（工艺路线）库存信息3（物料可用量）主生产计划MPS

1潜在客户预测合同采购计划生产计划卖什么？做什么？买什么？市场要什么？2026/6/2917SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系制造企业数字化管理的演变MRPMRPIIERPERPII70年代 80年代90年代21世纪销售管理财务管理成本管理物流资金流信息集成MPS，MRP，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MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM销售管理财务管理成本管理库存计划物料信息集成MPS，MRP，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MPS，MRP，CRP库存管理工艺路线工作中心BOM销售管理财务管理成本管理CRM/APS/BI协同电子商务Internet/Intranet2026/6/2918SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系SCM销售公司制造部物资供应公司ERP（供需链管理/Internet）主体企业（盟主）联盟（虚拟）企业联盟（虚拟）企业联盟（虚拟）企业MRP/MRPIIDRPCRM电子商务（B2B）（B2B、B2C）供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商批发商代理商维修服务办事处内销外销客户客户客户客户客户客户零售商零售商维修点代销点服务点代销点直销客户客户MIS系统理念技术运输、仓储运输、仓储、配送虚拟企业(动态联盟)2026/6/2919SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系(1991)需求市场/制造企业/供应市场信息集成(1980)(1965)ERP面向供需链EnterpriseResourcePlanningMRPII物料/资金信息集成面向企业ManufacturingResourcePlanningMRP物料信息集成MaterialRequirementsPlanningERPII协同商务(2004)2026/6/2920SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系数字化信息在企业内部的传递2026/6/2921SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系2026/6/2922SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系2026/6/2923SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的内涵及学科体系2026/6/2924SuChun,SoutheastUniversity数字化设计与制造的案例分析

鼠标上盖注塑模具的数字化开发

手机注塑模具的数字化集成开发

基于逆向工程的汽车数字化开发

汽车保险杠的注塑工艺优化2026/6/2925SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发鼠标上盖的塑件设计2026/6/2926SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发生成毛坯（基体）2026/6/2927SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发确定分型面2026/6/2928SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发确定分型面2026/6/2929SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发确定分型面2026/6/2930SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发生成凸模和凹模（型芯和型腔）2026/6/2931SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发注塑成型特性及工艺参数分析2026/6/2932SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发凸模的数控加工编程及仿真2026/6/2933SuChun,SoutheastUniversity鼠标上盖注塑模具的数字化开发以CAE为核心的注塑模具数字化开发2026/6/2934SuChun,SoutheastUniversity手机模具的数字化集成开发手机模具的数字化集成开发CAD设计分析手机市场需求手机造型CAD注塑模具型腔CADCAE建模选择材料导入模型工艺设定划分网格材料文件工艺文件网格文件网格整理建立流道建立冷却系统分析可行导入型腔模型零件工艺分析设置操作环境参数设置工艺参数生成刀具轨迹文件轨迹文件导入Vericut仿真加工完成可行1.手机造型设计2.手机内部结构设计3.手机饰件设计1.分型面设计2.收缩率设定3型腔体积块生成4.建立浇注系统5.模拟开模6.生成塑件否是否是2026/6/2935SuChun,SoutheastUniversity设计理念2026/6/2936SuChun,SoutheastUniversity造型主题2026/6/2937SuChun,SoutheastUniversity造型方法采用自上而下的设计方法：2026/6/2938SuChun,SoutheastUniversity爆炸图2026/6/2939SuChun,SoutheastUniversity自由曲面造型2026/6/2940SuChun,SoutheastUniversity合并曲面镜像曲面填补曲面曲面分割实体自由曲面造型2026/6/2941SuChun,SoutheastUniversity过渡曲面过渡曲面分割实体过渡曲面手机上盖造型自由曲面造型2026/6/2942SuChun,SoutheastUniversity内部结构设计卡扣话筒放置槽I/O设备放置槽螺钉连接键盘固定位置唇边2026/6/2943SuChun,SoutheastUniversity需要侧抽芯模具结构分析2026/6/2944SuChun,SoutheastUniversity侧抽芯分型面设计连接孔侧抽芯卡扣侧抽芯2026/6/2945SuChun,SoutheastUniversity主分型面设计2026/6/2946SuChun,SoutheastUniversity模具初装配模型装配图2026/6/2947SuChun,SoutheastUniversity注塑工艺的CAE分析与优化导入产品模型网格划分及整理材料选择流动分析创建冷却系统创建模具边界设置工艺参数翘曲变形分析确定浇口位置创建流道设置工艺参数冷却分析满足要求满足要求分析变形原因完成分析设置工艺参数满足要求是否是否是否2026/6/2948SuChun,SoutheastUniversity模型导入和整理高质量的模型要求：1.表面网格不应该有任何自由边。2.流动分析的网格匹配率应达到85%。3.纵横比最大值应该小于6:1。4.模型单元数尽可能少。2026/6/2949SuChun,SoutheastUniversity网格编辑2026/6/2950SuChun,SoutheastUniversity材料选择PC(聚氯丁烯

)＋ABS(丙烯睛-丁二烯-苯乙烯

)PC＋ABS具有PC和ABS两者的综合特性。其中，ABS加工性良好，PC具有优良机械特性和热稳定性。最大剪切率：40000（1/s）

2026/6/2951SuChun,SoutheastUniversity浇口位置分析最佳区域2026/6/2952SuChun,SoutheastUniversity成型窗口分析

注塑成型窗口能够获得合格制件的注塑成型条件（模具温度、熔体温度和注射时间）的变动范围。

注塑工艺推荐值注塑时间0.2661s模具温度84°C模温范围60°C～87°C熔体温度302°C熔温范围274°C～302°C2026/6/2953SuChun,SoutheastUniversity最佳注塑时间0.32s成型窗口分析2026/6/2954SuChun,SoutheastUniversity最大剪切率25000（1/s）<40000（1/s）符合要求成型窗口分析2026/6/2955SuChun,SoutheastUniversity注塑压力过大成型窗口分析2026/6/2956SuChun,SoutheastUniversity厚度过小卡扣位置不平衡旧模型新模型成型窗口分析2026/6/2957SuChun,SoutheastUniversity填充方案比较方案一：侧浇口方案二：点浇口注塑时间填充压力时间较短压力较小2026/6/2958SuChun,SoutheastUniversity前峰温度熔接线熔接线较少填充方案比较2026/6/2959SuChun,SoutheastUniversity结论：由分析结果可知，由于注塑时间少、注塑压力小、熔接线少，方案2优于方案1。填充方案比较2026/6/2960SuChun,SoutheastUniversity冷却方案比较冷却方案冷却时间2026/6/2961SuChun,SoutheastUniversity

最高温度冷却液温差冷却方案比较2026/6/2962SuChun,SoutheastUniversity管道温差结论：方案2冷却时间较短、冷却效率较高冷却方案比较2026/6/2963SuChun,SoutheastUniversity翘曲分析放大10倍的总变形量2026/6/2964SuChun,SoutheastUniversity分析变形原因总变形量收缩不均冷却不均取向效应2026/6/2965SuChun,SoutheastUniversity减少变形的措施提高保压压力、延长保压时间2026/6/2966SuChun,SoutheastUniversity型腔数控编程与仿真加工

2026/6/2967SuChun,SoutheastUniversityHMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析①前保险杠产品模型及结构分析2026/6/2968SuChun,SoutheastUniversity②前保险杠的CAE分析模型模拟浇口模拟浇道系统模拟冷却系统HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2969SuChun,SoutheastUniversity③浇注系统设计圆柱型浇口，底部直径12mm矩形侧浇口，4mm*1mm热流道，直径18mm热流道，直径20mmHMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2970SuChun,SoutheastUniversity④充填、保压及冷却分析的参数设置

前保险杠壁厚较厚（3.2mm），对充填较为有利。

本次分析设置的模温为50度，熔体温度为200度。开模时间5秒，充填、保压及冷却时间45秒。

HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2971SuChun,SoutheastUniversity⑤充填过程（FillingProcess）分析HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2972SuChun,SoutheastUniversityHMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2973SuChun,SoutheastUniversityHMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2974SuChun,SoutheastUniversityHMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2975SuChun,SoutheastUniversity从充填过程可以看出，由于产品结构对称、浇口位置对称，塑件的充填过程平衡。充填过程持续8.943秒时间。下图为充填过程结束瞬间的流动前沿速度分布图。从图中可知，前保险杠的充填过程较为均匀，但开始阶段圆柱型浇口处的速度较快。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2976SuChun,SoutheastUniversity下图为型腔充满瞬间的注射压力分布。从图中等值线间距可以看出，熔体在型腔中的前进速度及注射压力的分布较为均匀，最大注射压力为96.39MPa。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2977SuChun,SoutheastUniversity⑥保压过程（PackingProcess）分析保压参数为：注射8秒左右，型腔充填到98％时，进入保压状态；采用分段保压，总保压时间设置为13.5秒，保压压力从110MPa、65MPa递减降至0。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2978SuChun,SoutheastUniversity下图为充填过程转换为保压过程瞬间的注射压力分布。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2979SuChun,SoutheastUniversity喷嘴处注射压力随时间分布HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2980SuChun,SoutheastUniversity锁模力随时间分布图HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2981SuChun,SoutheastUniversity推荐螺杆速度曲线HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2982SuChun,SoutheastUniversity⑦流动前锋温度（FlowFrontTemperature）分析流动前锋温度最低处，约193度流动前锋温度最高处，200度HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2983SuChun,SoutheastUniversity⑧熔结痕（WeldLines）分析熔结痕较明显的地方HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2984SuChun,SoutheastUniversity熔结痕出现的位置

由于正前面的树脂温度较高，熔结痕应不明显；车灯处的熔结痕可能较明显。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2985SuChun,SoutheastUniversity⑨困气（AirTraps）位置分析

图中红色斑点表示气穴位置。如果气穴位置的气体能及时排出模腔，则不会产生困气；如果排气不良，则可能会产生烧焦等现象，在塑件表面产生缺陷。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2986SuChun,SoutheastUniversity⑩模壁剪切应力（ShearStressatWall）分析 充填过程中的最大模壁剪切应力为0.5028MPa，出现在底面侧浇口处，该浇口附近材料的模壁剪切压力大于材料允许值0.3MPa。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2987SuChun,SoutheastUniversity⑪剪切速率分析零件绝大部分的剪切速率都很低。但是，侧浇口附近的剪切速率值远高于材料的最大剪切速率400001/s，将造成材料降解，表面产生白斑等缺陷。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2988SuChun,SoutheastUniversity⑫体积收缩率分析收缩不均匀是制品出现缩痕和翘曲变形的重要原因之一。冷却过程结束后，除圆柱型浇口处外，其它部分的最大体积收缩率均小于4.5％。该处的收缩率约为8.5%HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2989SuChun,SoutheastUniversity⑬型腔体积分析从喷嘴处通过的树脂总体积为4453立方厘米。该数值为保险杠与浇道的体积之和。其中，通过圆柱型浇口的树脂体积为3618立方厘米，通过底面侧浇口的树脂体积为1114立方厘米。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2990SuChun,SoutheastUniversity⑭冷却系统设置及分析冷却水道布置HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2991SuChun,SoutheastUniversity冷却水道布置，管壁与型腔距离约3厘米HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2992SuChun,SoutheastUniversity冷却水温度分布HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2993SuChun,SoutheastUniversity冷却水流量分析HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2994SuChun,SoutheastUniversity冷却过程结束时，零件表面温度分布从上图可以看出，前保险杠表面温度分布较均匀，对保险杠的翘曲变形有利。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2995SuChun,SoutheastUniversity保险杠温度最高位置分析该位置的形成与冷却水的布置有关。HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2996SuChun,SoutheastUniversity⑮变形分析HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2997SuChun,SoutheastUniversityHMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2998SuChun,SoutheastUniversity缩痕深度分析HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/2999SuChun,SoutheastUniversity塑件质量随时间变化图HMCA-50-221-v0前保险杠注塑成型分析2026/6/29100SuChun,SoutheastUniversity逆向工程及其在汽车开发中的应用QQ汽车SPARK汽车2026/6/29101SuChun,SoutheastUniversity□广义：是以产品的实物、软件（图纸、程序、技术文件）和影像（图像、照片)等为研究对象，应用现代设计方法、生产工程学、材料学等专业知识进行分析，进而开发出同类的产品的系统工程技术。

□计算机辅助技术为逆向工程的实施提供了有效工具。

□狭义：应用计算机辅助技术完成由实物样本零件到复制零件的整个复制过程。逆向工程的定义逆向工程及其在汽车开发中的应用2026/6/29102SuChun,SoutheastUniversity□采用计算机辅助技术是狭义逆向工程的根本特点多数待复制零件的结构比较复杂，难以用常规方法加以精确处理，必需应用计算机辅助技术（辅助测量、辅助设计、辅助制造以及辅助工程分析