数字化设计与制造-第1章 概述.ppt

1、主讲： 彭育辉,福州大学机械工程及自动化学院,- 2 - 福州大学机械工程及自动化学院,内容提纲,一、 数字化设计与制造概述 二、产品数字化造型技术 三、数字化仿真技术 四、逆向工程 五、数字化制造技术 六、快速原型制造 七、先进生产制造模式,- 3 - 福州大学机械工程及自动化学院,参考书籍,1、苏春. 数字化设计与制造(第2版)，机械工业出版社，2009.12 2、杨海成. 数字化设计制造技术基础，西北工业大学出版社，2007.1 3、刘溪涓等. 数字化设计制造应用技术基础，机械工业出版社，2009.7 4、金涛,童水光. 逆向工程技术,机械工业出版社，2003.8 5、肖田元等. 虚拟制

2、造，清华大学出版社，2004.8 6、刘伟军. 快速成型技术及应用,机械工业出版社，2005.1 7、杜平安等. CAD/CAE/CAM方法与技术，清华大学出版社，2010.3,- 4 - 福州大学机械工程及自动化学院,内容提纲,一、数字化设计与制造概述 二、产品数字化造型技术 三、数字化仿真技术 四、逆向工程 五、数字化制造技术 六、快速原型制造 七、先进生产制造模式,- 5 - 福州大学机械工程及自动化学院,一.数字化设计与制造概述,1、基本概念 2、必要性问题 3、历史、现状与发展趋势 4、应用案例,- 6 - 福州大学机械工程及自动化学院,1.基本概念,数字化(Digitalizati

3、on)：利用数字技术对传统的技术内容和技术体系进行改造的进程。 数字化设计(Digital Design,DD)：通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，建立一套基于数值计算方法、计算机软硬件技术、网络传输技术、信息处理技术的专门支持产品开发和生产的全过程的设计方法和相关技术。 数字化制造(Digital Manufacturing,DM)：对制造过程和设备进行数字化定义和描述，通过网络环境下的计算机控制实现产品加工制造的过程。 (杨海成：数字化设计制造基础p13),- 7 - 福州大学机械工程及自动化学院,1.基本概念,数字化设计内涵：以计算机辅助设计CAD，计算机辅助工程CAE为基础。

4、数字化制造内涵：以计算机辅助制造CAM为基础。,典型的产品开发周期,- 8 - 福州大学机械工程及自动化学院,2.必要性问题,国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）：5制造业-制造业是国民经济的主要支柱。我国是世界制造大国，但还不是制造强国；优先主题 (27)数字化和智能化设计制造-重点研究数字化设计制造集成技术，建立若干行业的产品数字化和智能化设计制造平台。开发面向产品全生命周期的、网络环境下的数字化、智能化创新设计方法及技术，计算机辅助工程分析与工艺设计技术，设计、制造和管理的集成技术。,- 9 - 福州大学机械工程及自动化学院,2.必要性问题,现代制造业面临的挑战：制造业

5、作为我国的基础产业，超过三分之一的国民生产总值由制造业创造，工业的税收90%在制造业，约90%的工业就业岗位依靠制造业提供。 （路甬祥. 中国制造科技的现状与发展）,三大产业,农林牧业,工业，服务业,工业（52%）,制造业、建筑业、采掘业以及电力、煤气、水的生产供应业,农林牧业,农业、林业、蓄禽业、水产业,服务业,商业、金融、房地产、经贸等,- 10 - 福州大学机械工程及自动化学院,2011年，我国实现全部工业增加值约18.86万亿元，是2002年的2.7倍，年均增长率达到11.7%。工业占国内生产总值的比重保持在40%左右，对经济增长的贡献率接近50%。,在22个工业大类行业中，我国在7个

6、大类中名列第一，220多种工业品产量居世界第一位，其中，粗钢、电解铝、水泥、精炼铜、船舶、计算机、空调、冰箱等产品产量都超过世界总产量的一半。2010年我国制造业产出占世界的比重为19.8%，超过美国成为全球制造业第一大国,工业的地位,与此同时，2010年我国一次性能源消费量达到24.3亿吨油当量（35.37亿吨标准煤），占全球的20.3%，超过美国的19%，成为世界能源消费第一大国,- 11 - 福州大学机械工程及自动化学院,2.必要性问题,一个国家经济发展的支柱 国民经济收入的重要来源 工业经济年代经济增长的“发动机” 一个国家经济强大、经济腾飞的重要基础,制造业 地位,- 12 - 福州

7、大学机械工程及自动化学院,现代制造业面临的挑战,先进制造技术计划：1994年预算14亿美元，围绕“智能制造系统”、“集成工具”、“基础设施建设”三个重点领域开展研究； 制造技术中心计划：在一个地区设立一个制造技术中心，建立技术拥有者与需要者之间的桥梁，为中小企业展示新制造技术和装备、组织培训、帮助企业了解和选用最新技术和装备。,美 国,- 13 - 福州大学机械工程及自动化学院,现代制造业面临的挑战,2011年11月，美国政府启动“先进制造伙伴（AMP），推出振兴先进制造业计划。该计划是一项全国性行动，旨在通过产业界、大学和联邦政府的携手合作、共同努力，对能够创造制造业就业机会和提高美国全球竞

8、争力的一些新兴技术（尤其是在关系国家安全的关键行业）进行投资。 这项预计耗资5亿美元的计划将使用各联邦机构现有的资金和未来的拨款，推动一些先进制造技术（如小型高性能电池、先进复合材料、金属加工、生物制造和替代工程）的创新。该计划的目标是：加强对国防至关重要的关键产业；奠定美国对下一代机器人的领导地位；提高制造业的能源效率；以及开发有助于提高生产效率的新技术。,美 国,现代制造业面临的挑战,- 14 - 福州大学机械工程及自动化学院,美国开始反思自己的经济增长模式，提出了“再工业化”战略。奥巴马认为，美国经济要转向可持续的增长模式，即制造业增长和出口推动型增长。 值得注意的是，此次美国制造业的回

9、归并不是全面回归，美国的选择路径也是将制造业战略重点主要集中在纳米技术、新能源电池、新材料、生物技术、新一代微电子技术、智能机器人等高端制造业 在2012年财年，美国增加了国家科学基金、国家标准和技术研究院、实验室等重要科学部门预算，用于支持开发先进制造技术；另一方面，美国也致力于加快高科技成果的产业化，2012年，美国启动先进制造技术公会项目，旨在采用公私合作伙伴方式来增加制造业研发投资，缩短从创新到投放市场的周期,美 国,2012 赵刚 美国再工业化战略对中国的挑战,- 15 - 福州大学机械工程及自动化学院,现代制造业面临的挑战,1990年提出了智能制造计划，由美国、欧共体、加拿大、澳大

10、利亚等国参加，投资10亿美元实施 智能制造计划目的：通过国际共同研究，使制造业在接受订货、开发、设计、生产、物流直至经营管理的全过程中，做到生产设备自律化 生产设备自律化：能够根据环境变化自主判断并及时决策变更作业过程,日 本,- 16 - 福州大学机械工程及自动化学院,现代制造业面临的挑战,尤里卡计划（EREKA）：尤里卡（EURECA）是“欧洲研究协调机构”（European Research Coordination Agency）的英文缩写。 1988年，面对美国、日本日益激烈的竞争，西欧国家制定了一项在尖端科学领域内开展联合研究与开发的计划，用5亿美元资助16个欧洲国家、600家公司

11、的165个合作性高科技研究开发项目。它的目标主要是提高欧洲企业的国家竞争能力，进一步开拓国际市场。,欧盟,- 17 - 福州大学机械工程及自动化学院,现代制造业面临的挑战,欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工厂自动化、生产过程管理三大课题。 欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。 框架计划（FRAME PROJECT）：上世纪80年代初，为对抗美、日的竞争，欧洲走向了科技联合的道路。从1984年起，欧洲开始实施自己的研究与技术开发计划（简称“框架计划”）。迄今，已经

12、执行了六个框架计划。该计划是欧盟成员国共同参与的中期重大科技计划，每期执行4年，具有研究国际前沿和预竞争性科技难点的特点；是欧盟投资最多、内容最丰富、市场目的最明确的全欧洲性科研与技术开发计划。第七框架计划将为期7年（20072013），总经费达到505.21亿欧元。,欧盟,- 18 - 福州大学机械工程及自动化学院,2.必要性问题,在制造科技方面有了很大发展, 但与世界发达国家相比, 还存在较大差距，体现在： （以装备制造业为例-柳百成）,差距之一：自主技术创新能力不强,中国是世界贸易第三大国，但出口产品拥有自主品牌或知识产权的只占10; 中国是制造大国，但重要的技术装备和关键零部件主要依赖

13、进口；重要装备及高技术装备尚未掌握系统设计与核心制造技术,- 19 - 福州大学机械工程及自动化学院,美国resqme紧急救生锤,1、德国克拉斯农机公司（CLAAS KGaA mbH），2007年 克拉斯公司全球销售额接近27亿欧元，全球共有八千多员工,2、德国伍尔特集团在全球84个国家拥有400多家公司，超过6万名员工，为各行业提供超过100,000种产品: 从螺丝，配件和螺栓到工具。2010年集团全球销售额达到86.2亿欧元,- 20 - 福州大学机械工程及自动化学院,2.必要性问题,差距之二：核心制造技术基础薄弱,设计技术、可靠性技术、制造技术、基础材料、基础零部件和电子元器件、仪器仪表

14、及标准体系等发展滞后，制约了制造业的发展。 装备国产化项目中，大型关键铸锻件，依靠进口供货，国产件能力、质量难以满足要求，已成为重大装备制造业发展的瓶颈，受制于人。,- 21 - 福州大学机械工程及自动化学院,泉州地区针织圆纬机年生产能力达到1000 台以上的企业有5 家；年生产能力达300 台以上的约有30 多家；年生产200300 台的企业也有几十家，2010年产量将超过30000 台套。福建泉州针织圆纬机的产量已占世界的85%以上。,- 22 - 福州大学机械工程及自动化学院,3.数字化设计与制造历史、现状与发展趋势,数字化设计与制造技术的发展史,120世纪50年代：准备和酝酿阶段,22

15、0世纪60年代：初步应用阶段,320世纪70年代：CAD/CAM技术开始广泛使用,420世纪80年代：CAD/CAM技术发展迅速,520世纪90年代：微机化、标准化、集成化发展时期,- 23 - 福州大学机械工程及自动化学院,计算机集成制造企业结构,- 24 - 福州大学机械工程及自动化学院,3.数字化设计与制造历史、现状与发展趋势,数字化设计与制造技术的发展趋势,1利用基于网络的CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM集成技术，以实现全数字化设计与制造。,2CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理结合，形成企业信息化的总体构架。,3通过Intern

16、et、Intranet及Extranet将企业的业务流程紧 密地连接起来，对产品开发的所有环节（如订单、采购、 库存、计划、制造、质量控制、运输、销售、服务、维护、财务、成本和人力资源等）进行高效、有序地管理。,- 25 - 福州大学机械工程及自动化学院,数字化设计与制造技术的发展趋势,4虚拟工厂、虚拟制造、动态企业联盟、敏捷制造、网络制 造以及制造全球化成为数字化设计与制造技术发展的重要 方向。,20世纪末以来，不少发达国家就将“以信息技术改造传统产业，提升制造业的技术水平”作为发展国家经济的重大战略之一。日本的索尼（SONY）公司与瑞典爱立信（Ericsson）公司、德国的西门子（SIEM

17、ENS）公司与荷兰的菲利浦（Philips）公司等先后成立“虚拟联盟”，通过互换技术工艺，构建特殊的供应合作关系，或共同开发新技术或开发新产品等，以保持其在国际市场上的领先地位。,- 26 - 福州大学机械工程及自动化学院,4、应用案例,鼠标上盖的注塑模具的数字化开发,鼠标上盖塑件,- 27 - 福州大学机械工程及自动化学院,应用实例,生成毛坯（基体）,- 28 - 福州大学机械工程及自动化学院,数字化设计与制造技术的应用实例,确定分型面,- 29 - 福州大学机械工程及自动化学院,应用实例,确定分型面,- 30 - 福州大学机械工程及自动化学院,应用实例,确定分型面,- 31 - 福州大学机

18、械工程及自动化学院,应用实例,生成凸模和凹模（型芯和型腔）,- 32 - 福州大学机械工程及自动化学院,应用实例,注塑成型特性及工艺参数分析,- 33 - 福州大学机械工程及自动化学院,应用实例,凸模、凹模的数控加工编程及仿真,- 34 - 福州大学机械工程及自动化学院,应用实例,模具结构设计及生成设计文档,- 35 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的设计与试验,功能性：为满足汽车用途而提出的性能要求，不同的车有不同的性能要求。 工艺性：好的设计不仅应使产品的性能优异，而且应使产品成本低，达到同类产品最好的性价比。 使用经济性：最直接的是燃油经济性，之外还有润滑油、轮胎、易损件等的消耗，

19、还有维修、保养费用。 可回收性：为节省资源，减少污染，汽车部件所用材料的可回收性越来越重视，一些对环境有害的材料已被限制：制动器石棉、汽油添加剂四乙酸铅。 艺术性：对于轿车来说外观造型和内饰布置等具有艺术观赏价值,汽车的设计要求,- 36 - 福州大学机械工程及自动化学院,美术手法探索新车造型，形成概念图 根据概念图绘制新车型 用油泥做成缩小比例的模型 在计算机上绘制三维效果图 CAD/CAM技术,车身设计的一般顺序,- 37 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-1,- 38 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-2,- 39 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的

20、制造过程-3,- 40 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-4,- 41 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-5,- 42 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-6,- 43 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-7,- 44 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-8,- 45 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-9,- 46 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-10,- 47 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-11,- 48 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-12,- 49 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-13,- 50 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-14,- 51 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-15,- 52 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-16,- 53 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-17,- 54 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-18,- 55 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制造过程-19,- 56 - 福州大学机械工程及自动化学院,汽车的制