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1、数字化设计与制造数字化设计与制造任课教师：周勇任课教师：周勇Email:zhouy_Email:zhouy_Tel:63133670Tel:631336701 理解数字化设计与制造技术的基理解数字化设计与制造技术的基本概念和基本理论，掌握产品数字化本概念和基本理论，掌握产品数字化建模、设计、分析、制造的过程，学建模、设计、分析、制造的过程，学会使用常见的数字化设计与制造软件，会使用常见的数字化设计与制造软件，了解当代数字化设计制造技术的特点了解当代数字化设计制造技术的特点和发展趋势，培养创新思维能力，为和发展趋势，培养创新思维能力，为从事数字化设计与制造相关领域的研从事数字化设计与制造相关领域
2、的研究与应用奠定基础。究与应用奠定基础。本课程的任务：本课程的任务：数字化设计与制造数字化设计与制造2教材：教材：数字化设计制造技术基础数字化设计制造技术基础，主编：，主编：杨海成，出版社：西北工业大学出版杨海成，出版社：西北工业大学出版社，社，20072007。数字化设计与制造数字化设计与制造3参考资料：参考资料：数字制造数字制造，主编：周祖德，出版社：科，主编：周祖德，出版社：科学出版社，学出版社，2004。数字化设计与制造数字化设计与制造，主编：苏春，主编：苏春，出版，出版社：机械工业出版社，社：机械工业出版社，2006。网络资源。网络资源。数字化设计与制造数字化设计与制造4考核方式：考
3、核方式：数字化设计与制造数字化设计与制造闭卷考试（闭卷考试（70%）平时成绩（平时成绩（30%）（作业考勤）（作业考勤）5数字化设计与制造数字化设计与制造第一章第一章 概论概论6内容提纲内容提纲第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析第三节第三节 数字化设计制造基础数字化设计制造基础第四节第四节 数字化设计制造的典型应用案例数字化设计制造的典型应用案例7第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术所有将原材料转化为物质产品的行业都可称为所有将原材料转化为物质产品的行业都可称为制造业，它覆盖了除去采掘业、建筑业等以外制造业，它覆盖了除去采掘业
4、、建筑业等以外的整个第二产业。的整个第二产业。制造技术的水平高低已成为一个国家经济发展制造技术的水平高低已成为一个国家经济发展的主要标志。全球化的经济竞争归根结底是制的主要标志。全球化的经济竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争。造技术和制造能力的竞争。从产业结构来看，制造业是全社会产生附加价从产业结构来看，制造业是全社会产生附加价值的源泉，是经济的主体。值的源泉，是经济的主体。从技术发展来看，制造技术水平综合体现了一从技术发展来看，制造技术水平综合体现了一个国家的科技水平，是增强国家综合实力与国个国家的科技水平，是增强国家综合实力与国际竞争力的根本。际竞争力的根本。一、制造业是国民经济的基础
5、一、制造业是国民经济的基础8第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术全部就业人数全部就业人数11.27%工业就业人数的工业就业人数的90.74%20022002年制造业提供的就业人数年制造业提供的就业人数工业税收工业税收78.93%总税收的总税收的28.74%20012001年全国制造业创造的税收年全国制造业创造的税收20032003年全国制造业贡献的年全国制造业贡献的GDPGDP和和出口出口GDP 总值的总值的29.07%出口总额的出口总额的 92.06%制造业是我国国民经济的基础和支柱制造业是我国国民经济的基础和支柱制造业是我国国民经济的基础和支柱制造业是我国国民经济的基础和支柱9第
6、一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术计算机技术、电子技术和通信技术极大地增强计算机技术、电子技术和通信技术极大地增强了人类处理和利用信息的能力，因而被统称为了人类处理和利用信息的能力，因而被统称为“信息技术信息技术”。信息技术已经成为现代生产力发展的主导因素，信息技术已经成为现代生产力发展的主导因素，它不但在急剧地改变着人类的经济生活，而且它不但在急剧地改变着人类的经济生活，而且以其强大的渗透力进入社会生活的方方面面。以其强大的渗透力进入社会生活的方方面面。信息的应用程度已经成为衡量一个国家或地区信息的应用程度已经成为衡量一个国家或地区的国际竞争力、现代化程度、经济成长能力的的国际竞争
7、力、现代化程度、经济成长能力的重要标志。重要标志。二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业10第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业工工业业化化信信息息化化制造业制造业制造业制造业信息化信息化信息化信息化制造业制造业工业社会工业社会信息社会信息社会工业化、信息化工业化、信息化制造业制造业11第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业 制造技术制造技术 自动化技术自动化技术自动化技术自动化技术 现代管理技术
8、现代管理技术现代管理技术现代管理技术 信息技术信息技术实实实实 现现现现 产产产产 业业业业 升升升升 级级级级改善企业生产、经营、管理、产品开发改善企业生产、经营、管理、产品开发改善企业生产、经营、管理、产品开发改善企业生产、经营、管理、产品开发12第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术在发达国家，信息技术的应用已经成为国民经济新的在发达国家，信息技术的应用已经成为国民经济新的增长点，信息产业已经成为经济发展的主导产业。增长点，信息产业已经成为经济发展的主导产业。信息技术的应用已成为我国重要的经济增长点。信息技术的应用已成为我国重要的经济增长点。利用信息技术改造和提升传统产业，可以提
9、高产品利用信息技术改造和提升传统产业，可以提高产品的数量和质量；的数量和质量；以信息技术为依托，企业实现扁平化管理，可以提以信息技术为依托，企业实现扁平化管理，可以提高企业运营效率；高企业运营效率；围绕互联网开展企业的信息化应用工作，可以使企围绕互联网开展企业的信息化应用工作，可以使企业融入全球化经济，实现产品的敏捷和柔性的个性业融入全球化经济，实现产品的敏捷和柔性的个性化生产，赢得市场。化生产，赢得市场。二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业1引起产业结构的重大调整引起产业结构的重大调整 13第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术由于微电子和数字化通
10、信的应用，使信息处理由于微电子和数字化通信的应用，使信息处理的相对价格下降，工业生产从的相对价格下降，工业生产从“能源和材料密能源和材料密集型集型”转向转向“信息密集型信息密集型”，产品和装备由机，产品和装备由机械向着机电转变，呈现出械向着机电转变，呈现出“软化软化”和高附加价和高附加价值的趋势。值的趋势。二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业2促进了生产方式的变革促进了生产方式的变革 14第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术信息技术在生产中的广泛应用，发展了先进制信息技术在生产中的广泛应用，发展了先进制造技术，计算机辅助设计造技术，计算机辅助设计(
11、Computer Aided(Computer Aided DesignDesign，CAD)CAD)、计算机辅助工程分析、计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering(Computer Aided Engineering，CAE)CAE)和计算和计算机辅助制造机辅助制造(Computer Aided Manufacturing(Computer Aided Manufacturing，CAM)CAM)等成为基本的技术手段，机器人、自动等成为基本的技术手段，机器人、自动化装备、自动化生产线受到普遍重视，设计制化装备、自动化生产线受到普遍重视，设计制造的自动化、智能化
12、程度大大提高。造的自动化、智能化程度大大提高。二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业2促进了生产方式的变革促进了生产方式的变革 15第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术信息技术的发展使生产具有更大的灵活性，生信息技术的发展使生产具有更大的灵活性，生产信息可以准确控制、实时共享，能够以快速产信息可以准确控制、实时共享，能够以快速和低成本为目标优化生产流程，极大地降低了和低成本为目标优化生产流程，极大地降低了由于改变产品组合而导致的停工成本，生产的由于改变产品组合而导致的停工成本，生产的柔性和敏捷性大大提高。柔性和敏捷性大大提高。二、信息技术的发展深刻地
13、改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业2促进了生产方式的变革促进了生产方式的变革 16第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术传统的产品交换及经济信息流通方式，绝大部传统的产品交换及经济信息流通方式，绝大部分是通过人与人之间的直接交往实现的。这种分是通过人与人之间的直接交往实现的。这种直接的交往加上落后的交通设施往往将人们的直接的交往加上落后的交通设施往往将人们的经济行为局限在一个非常有限的时空。经济行为局限在一个非常有限的时空。随着信息时代的到来，特别是全球互联网的发随着信息时代的到来，特别是全球互联网的发展，实现了世界信息的同步传播，从而极大地展，实现了世界信息的同步传播，
14、从而极大地拓展了经济活动的舞台拓展了经济活动的舞台。二、信息技术的发展深刻地改变了制造业二、信息技术的发展深刻地改变了制造业3引起了信息交换方式的改变引起了信息交换方式的改变 17第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段 自自19981998年美国副总统戈尔提出年美国副总统戈尔提出“数字地球数字地球”的概念以来，诸如数字流域、数字城市、数字化的概念以来，诸如数字流域、数字城市、数字化生存等以数字为前缀的新概念和新思想大量涌现，生存等以数字为前缀的新概念和新思想大量涌现，数字化设计与制造数字化设计与制造即为全球数字化浪潮
15、中的重要即为全球数字化浪潮中的重要一环。一环。数字化程度已经成为衡量设计制造技术水数字化程度已经成为衡量设计制造技术水平的重要标志。数字化技术是缩短产品研制周期、平的重要标志。数字化技术是缩短产品研制周期、降低研制成本、提高产品质量的有效途径，是建降低研制成本、提高产品质量的有效途径，是建立现代产品快速研制系统的基础。立现代产品快速研制系统的基础。18第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段 CAD/CAMCAD/CAM技术是人类在技术是人类在2020世纪取得的突破性世纪取得的突破性创新成果，并由此孕育了先进制造技术。
16、创新成果，并由此孕育了先进制造技术。在先进制造技术的发展过程中，有四项技术在先进制造技术的发展过程中，有四项技术具有里程碑的性质：具有里程碑的性质：CADCAD技术；技术；NCNC技术；技术；智能技术；智能技术；集成技术。集成技术。19第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段1CAD/CAM技术奠定了数字化设计制造的基础技术奠定了数字化设计制造的基础 传统的以传统的以“工程图纸工程图纸”为核心的设计制造技术体系构建为核心的设计制造技术体系构建了以模拟量传递为特征的制造模式。了以模拟量传递为特征的制造模式。CAD技术的发
17、展使得对产品及其零件的表达、传递可技术的发展使得对产品及其零件的表达、传递可以采用数字化形式精确表达，从而推动了二维以采用数字化形式精确表达，从而推动了二维CAD和三和三维维CAD的研究和应用。由此形成了以的研究和应用。由此形成了以“三维几何模型三维几何模型”为核心的数字化设计制造技术体系，实现了以数字量传为核心的数字化设计制造技术体系，实现了以数字量传递和控制为特征的先进制造技术。递和控制为特征的先进制造技术。目前，产品的数字化定义、数字样机、虚拟仿真等已成目前，产品的数字化定义、数字样机、虚拟仿真等已成为产品研制的基本手段和技术选择。为产品研制的基本手段和技术选择。20第一节第一节 制造业
18、与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段1CAD/CAM技术奠定了数字化设计制造的基础技术奠定了数字化设计制造的基础 CAD技术起步于技术起步于20世纪世纪50年代后期。年代后期。60年代，随着计年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可能，算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可能，CAD开始迅速发展。开始迅速发展。在在CAD软件开发初期，软件开发初期，CAD的含义仅仅是计算机辅助的含义仅仅是计算机辅助绘图绘图(Computer Aided Drawing)，此后逐步发展形成了计，此后逐步发展形成了计算机辅助设计算
19、机辅助设计(Computer Aided Design)的概念。的概念。CAD技术以二维绘图算法为主要目标的研究与应用一技术以二维绘图算法为主要目标的研究与应用一直持续到直持续到70年代末期。年代末期。60年代初期出现了三维年代初期出现了三维CAD系统，系统，起初是极为简单的，只能表达基本几何信息线框系统，起初是极为简单的，只能表达基本几何信息线框系统，不能有效表达几何数据间的拓扑关系，缺乏形体的表面不能有效表达几何数据间的拓扑关系，缺乏形体的表面信息。信息。21第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段1CAD/CAM
20、技术奠定了数字化设计制造的基础技术奠定了数字化设计制造的基础 曲面造型系统为人类带来了第一次曲面造型系统为人类带来了第一次CAD技术革命。技术革命。实体造型技术的普及应用标志着实体造型技术的普及应用标志着CAD发展史上的第二发展史上的第二次技术革命。次技术革命。参数化技术的应用主导了参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次革命。发展史上的第三次革命。80年代后期到年代后期到90年代，年代，CAD向系统集成化方向发展，向系统集成化方向发展，引起了引起了CAD发展史上的第四次革命。发展史上的第四次革命。CAD发展史上的四次技术革命：发展史上的四次技术革命：22第一节第一节 制造业与制造技术制造
21、业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段2NC技术促进数控设备的发展，实现产品制造技术促进数控设备的发展，实现产品制造的数字化的数字化 制造技术的发展和竞争的加剧，使得人们对产品的要求制造技术的发展和竞争的加剧，使得人们对产品的要求越来越高，企业要制造高质量、高效率、高可靠性、低缺越来越高，企业要制造高质量、高效率、高可靠性、低缺陷的产品，必须广泛采用先进制造工艺及现代化装备。陷的产品，必须广泛采用先进制造工艺及现代化装备。数字化、精密化、高速化及高效化是现代工艺装备的主数字化、精密化、高速化及高效化是现代工艺装备的主要发展趋势，采用先进和稳定的工艺技
22、术，使用精密、高要发展趋势，采用先进和稳定的工艺技术，使用精密、高效的数控生产装备，对于提高产品质量、降低生产成本、效的数控生产装备，对于提高产品质量、降低生产成本、缩短响应时间具有重要意义。缩短响应时间具有重要意义。数控加工设备可以解决由手工作业所引起的质量不稳定数控加工设备可以解决由手工作业所引起的质量不稳定问题，并可大大提高设备的使用效率。问题，并可大大提高设备的使用效率。23第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段2NC技术促进数控设备的发展，实现产品制造技术促进数控设备的发展，实现产品制造的数字化的数字化 2
23、4第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段3知识库和智能化设计是传统工艺技术创新的知识库和智能化设计是传统工艺技术创新的关键关键 工艺过程具有不连续性、不平衡性、动态性、多样性、工艺过程具有不连续性、不平衡性、动态性、多样性、模糊性等诸多的不确定，导致了加工工艺技术的模糊性等诸多的不确定，导致了加工工艺技术的“再再现性现性”差，定性的描述较多，定量的表达较少。差，定性的描述较多，定量的表达较少。工艺过程涉及的因素多、系统多，构成工艺知识的工艺过程涉及的因素多、系统多，构成工艺知识的“粒度粒度”大小不一，很难完全用规则表
24、达清楚。即使采用大小不一，很难完全用规则表达清楚。即使采用数值分析，其分析计算结果仍须要由人类专家进行评估数值分析，其分析计算结果仍须要由人类专家进行评估分析、判读。分析、判读。以制造过程的知识融合为基础，采用智能化设计已成以制造过程的知识融合为基础，采用智能化设计已成为解决加工工艺设计的有效方法和重要发展方向。为解决加工工艺设计的有效方法和重要发展方向。25第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 三、数字化是制造技术创新的基本手段三、数字化是制造技术创新的基本手段4集成化促进了制造的柔性化和敏捷化，是实集成化促进了制造的柔性化和敏捷化，是实现快速反应制造的基础现快速反应制造的基础 面
25、对变化莫测的市场，制造企业应具有快速组织生产、面对变化莫测的市场，制造企业应具有快速组织生产、柔性制造和灵活应变的能力，即具备快速响应能力。柔性制造和灵活应变的能力，即具备快速响应能力。快速响应制造以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征，快速响应制造以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征，它要求制造企业通过企业内部网络和外部网络相结合，形它要求制造企业通过企业内部网络和外部网络相结合，形成网络化的集成制造系统，对各种设计、制造和信息以及成网络化的集成制造系统，对各种设计、制造和信息以及人力、物力等资源进行集成，从而快速地制造出高质量、人力、物力等资源进行集成，从而快速地制造出高质量、低成本的新产品。低
26、成本的新产品。建立基于信息技术的数字化定义、工艺设计、工装设计、建立基于信息技术的数字化定义、工艺设计、工装设计、设备数控的综合集成系统，可以减少中间传递环节，减少设备数控的综合集成系统，可以减少中间传递环节，减少传递误差引起的返工，提高系统的柔性，实现快速反应。传递误差引起的返工，提高系统的柔性，实现快速反应。26第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、电子、信息、材料及现代管理技术等方面最新的电子、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品制造全过程，即开成果，并将其综合应用于产品制
27、造全过程，即开发与设计、制造、检测、管理及售后服务等，实发与设计、制造、检测、管理及售后服务等，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想的技术经济效果的前沿制造技术的总称。理想的技术经济效果的前沿制造技术的总称。先进制造技术定义先进制造技术定义 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势27第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势先进制造技术是工业发达国家的国家级关键技术和优先先进制造技术是工业发达国家的国家级关键技术和优先发展领域发展领域国别/地区科技计划美国 先进制造技术
28、计划 关键技术(制造)计划 敏捷制造使能技术计划日本 智能制造技术国际合作计划欧共体 尤里卡计划 信息技术研究发展战略计划德国 制造2000年计划韩国 高级先进技术国家计划(G-7)28第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势1数字化设计制造是现代产品研制的基本手段数字化设计制造是现代产品研制的基本手段数字化已成为产品研制生产的必要手段。采用数字化技术，数字化已成为产品研制生产的必要手段。采用数字化技术，可以实现制造系统和制造过程信息的存储、传输、共享和处理，可以实现制造系统和制造过程信息的存储、传输、共享和处理，从而实现对复杂系统问
29、题的定量化、最优化、可视化的解决方从而实现对复杂系统问题的定量化、最优化、可视化的解决方案。案。以数字化为核心的制造业信息化技术已成为制造业发展的重以数字化为核心的制造业信息化技术已成为制造业发展的重要基础和支撑。现代产品的研制生产过程包括概念设计、功能要基础和支撑。现代产品的研制生产过程包括概念设计、功能仿真、结构设计等设计过程，还包括工艺设计、加工制造、质仿真、结构设计等设计过程，还包括工艺设计、加工制造、质量保证、使用维护、维修乃至报废的产品全生命周期的各个环量保证、使用维护、维修乃至报废的产品全生命周期的各个环节。节。数字化设计制造改变以模拟量为主的传递方式，不仅可以提数字化设计制造改
30、变以模拟量为主的传递方式，不仅可以提高几何模型的传递精度，而且可以提高设计效率，缩短周期。高几何模型的传递精度，而且可以提高设计效率，缩短周期。29第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势2先进制造技术的特征先进制造技术的特征 (1)先进制造技术是制造技术的最新发展阶段。先进制造技术是制造技术的最新发展阶段。(2)先进制造技术贯穿了制造全过程以至产品的先进制造技术贯穿了制造全过程以至产品的整个生命周期。整个生命周期。(3)先进制造技术注重技术与管理的结合。先进制造技术注重技术与管理的结合。(4)先进制造技术是面向工业应用的技术。先进制
31、造技术是面向工业应用的技术。30第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势设计制造技术的发展趋势 产品开发周期短；产品开发周期短；竞争能力强；竞争能力强；系统柔性高；系统柔性高；生产过程精良；生产过程精良；提供产品全生命周期质量保障；提供产品全生命周期质量保障；注重环境。注重环境。新世纪对制造技术的要求新世纪对制造技术的要求31第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势设计制造技术的发展趋势 全球化全球化设计制设计制造技术造技术网络
32、化网络化虚拟化虚拟化绿色化绿色化智能化智能化32第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势全球化设计制造技术的发展趋势全球化 广泛利用别国的生产设施与技术力量，在自己可以广泛利用别国的生产设施与技术力量，在自己可以不拥有生产设施与制造技术的所有权的情况下，开发、不拥有生产设施与制造技术的所有权的情况下，开发、制造出最终产品，并进行全球销售。包括的内容主要有：制造出最终产品，并进行全球销售。包括的内容主要有：市场的国际化；市场的国际化；产品设计和开发的国际合作化；产品设计和开发的国际合作化；产品制造的跨国化；产品制
33、造的跨国化；制造企业在世界范围内的重组与集成如动态联盟公制造企业在世界范围内的重组与集成如动态联盟公司；司；制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用等等。用等等。33第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势网络化设计制造技术的发展趋势网络化 采用采用Internet技术，建立灵活有效、互惠互利的动态技术，建立灵活有效、互惠互利的动态企业联盟，有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源企业联盟，有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源的重组，从而提高企业的市场响应速
34、度和竞争能力。在企的重组，从而提高企业的市场响应速度和竞争能力。在企业内部，通过业内部，通过Intranet将制造企业的各个部门及制造过程将制造企业的各个部门及制造过程与企业中的设计、管理信息等子系统进行集成；在企业外与企业中的设计、管理信息等子系统进行集成；在企业外部，以部，以Extranet灵活地组织各种资源进行异地产品设计和灵活地组织各种资源进行异地产品设计和异地制造，从而快速地开发出高质量、低成本的新产品。异地制造，从而快速地开发出高质量、低成本的新产品。34第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势网络
35、化设计制造技术的发展趋势网络化 产品资源库制造资源库知 识 库协同管理平台InternetInternet、Intranet Intranet ExtranetExtranetP P D D M M E E R R P P S S C C M M C C R R M M公共服务平台信息资源企企业业企业企业设计资源区域人才资源制造资源35第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势虚拟化设计制造技术的发展趋势虚拟化 虚拟制造是虚拟制造是20世纪世纪90年代提出的新概念，它的产生年代提出的新概念，它的产生是虚拟现实技术
36、发展并推动制造业变革的结果。虚拟设是虚拟现实技术发展并推动制造业变革的结果。虚拟设计制造可以理解为，利用计算机仿真和虚拟现实技术，计制造可以理解为，利用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上模拟出产品的整个制造过程，包括虚拟加工、在计算机上模拟出产品的整个制造过程，包括虚拟加工、虚拟装配、虚拟调度、虚拟测试等，从而对产品设计、虚拟装配、虚拟调度、虚拟测试等，从而对产品设计、加工制造、性能分析、生产管理和调度、销售及售后服加工制造、性能分析、生产管理和调度、销售及售后服务作出综合评价，以增强制造过程各个层次的决策与控务作出综合评价，以增强制造过程各个层次的决策与控制。制。36第一节第一节 制造业与
37、制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势虚拟化设计制造技术的发展趋势虚拟化 虚虚拟拟制制造造的的理理论论基基础础建模理论建模理论连续系统建模连续系统建模离散系统建模离散系统建模机理建模机理建模 辩识建模辩识建模 神经网络建模神经网络建模 模糊神经网络建模模糊神经网络建模 模糊建模模糊建模 实体流图法实体流图法 活动周期图法活动周期图法 Petri网法网法 仿真理论仿真理论连续系统仿真连续系统仿真离散系统仿真离散系统仿真实时仿真实时仿真事件调度法事件调度法 活动扫描法活动扫描法 进程交互法进程交互法 并行计算并行计算点对点通信点对点通
38、信 全局通信全局通信 并行控制与任务组并行控制与任务组 处理机拓扑处理机拓扑 并行并行I/O 37第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势智能化设计制造技术的发展趋势智能化 智能化设计制造可以理解为具有人类智能特征的设智能化设计制造可以理解为具有人类智能特征的设计制造模式。与传统的设计制造相比，智能化设计制造计制造模式。与传统的设计制造相比，智能化设计制造系统具有自组织、高柔性与学习能力等特点。它突出了系统具有自组织、高柔性与学习能力等特点。它突出了在设计制造诸环节中以一种高度柔性与集成的方式，借在设计制造诸环
39、节中以一种高度柔性与集成的方式，借助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、助计算机模拟的人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存储、处理、完善、共享、继承力劳动。同时，收集、存储、处理、完善、共享、继承和发展人类专家的设计制造知识。和发展人类专家的设计制造知识。38第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势绿色化设计制造技术的发展趋势绿色化 绿色设计和产品绿色设计和产品绿色设计和产品绿色设计
40、和产品 绿色的能源和原材料的使用与转换绿色的能源和原材料的使用与转换绿色的能源和原材料的使用与转换绿色的能源和原材料的使用与转换 绿色加工制造绿色加工制造绿色加工制造绿色加工制造绿色包装绿色包装绿色包装绿色包装产品的绿色再生（维修、拆卸、回用、处置）产品的绿色再生（维修、拆卸、回用、处置）全全全全 生生生生 命命命命 周周周周 期期期期 的的的的 环环环环 境境境境 管管管管 理理理理 体体体体 系系系系39第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术 四、先进制造技术的发展趋势四、先进制造技术的发展趋势3设计制造技术的发展趋势设计制造技术的发展趋势 若要真正赢得市场，制造企业必须同时具备时
41、间竞争能若要真正赢得市场，制造企业必须同时具备时间竞争能力、质量竞争能力、价格竞争能力和创新竞争能力。力、质量竞争能力、价格竞争能力和创新竞争能力。20世纪世纪60年代以规模效益放在首位年代以规模效益放在首位70年代以成本和价格取胜，年代以成本和价格取胜，80年代则以质量赢得用户，年代则以质量赢得用户，90年代更以响应速度适应市场，年代更以响应速度适应市场，进入进入21世纪，制造业以技术创新为竞争的焦点。世纪，制造业以技术创新为竞争的焦点。40内容提纲内容提纲第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析第三节第三节 数字化设计制造基础数字化设计制
42、造基础第四节第四节 数字化设计制造的典型应用案例数字化设计制造的典型应用案例41第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型产品研制过程是指从产品需求分析到产品最终定产品研制过程是指从产品需求分析到产品最终定型的全过程，包括产品的设计、分析、测试、制造、型的全过程，包括产品的设计、分析、测试、制造、装备等全过程。装备等全过程。任何一种产品的研制过程从大的方面可以划分为任何一种产品的研制过程从大的方面可以划分为设计设计与与制造制造两部分。两部分。设计又包括概念设计、初步设计、详细设计、设计又包括概念设计、初步设计、详细设计、工艺设计、工装设计
43、、试验仿真等。工艺设计、工装设计、试验仿真等。制造包括工装制造、零件制造、装配制造、检制造包括工装制造、零件制造、装配制造、检测等。测等。42第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型钣金零件的制造过程示意图钣金零件的制造过程示意图43第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型各种产品的制造过程形各种产品的制造过程形态各异、类型众多，深入态各异、类型众多，深入分析各种制造过程，可将分析各种制造过程，可将构成制造过程的基本要素构成制造过程的基本要素抽象为抽象为产品产品(Product)
44、、工艺过程工艺过程(Process)、制、制造资源造资源(Resource)，即，即PPR模型。实际的过程是模型。实际的过程是三个要素相互耦合作用的三个要素相互耦合作用的结果。结果。产品产品工艺过工艺过程程制造资制造资源源44第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型 (1)产品信息转化过程产品信息转化过程。产品制造的依据是产品。产品制造的依据是产品的几何、性能、技术等方面的工程要求和描述。的几何、性能、技术等方面的工程要求和描述。工程制造的基本输入是材料。工程制造的基本输入是材料。从几何形态看，制造可抽象为几何模型的转从几何形态看，制造
45、可抽象为几何模型的转化过程；化过程；从物理性能看，是从原始材料性能参数转化从物理性能看，是从原始材料性能参数转化为产品材料性能参数的过程。为产品材料性能参数的过程。45第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型 (2)材料的工艺转化过程材料的工艺转化过程。在产品制造过程中，。在产品制造过程中，材料经过加工，其几何形状和材料性能均发生了材料经过加工，其几何形状和材料性能均发生了变化。在几何形状方面如从二维到三维的变化、变化。在几何形状方面如从二维到三维的变化、尺寸的变化等，在材料性能方面如屈服应力、硬尺寸的变化等，在材料性能方面如屈服应力、
46、硬化、回弹、残余应力等的变化。化、回弹、残余应力等的变化。46第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型 (3)制造资源的转化过程制造资源的转化过程。为了完成产品的制造，。为了完成产品的制造，不仅要实现材料状态的变化，还要构造控制转化不仅要实现材料状态的变化，还要构造控制转化的资源条件，如工装、加工设备等。的资源条件，如工装、加工设备等。工装夹具工装夹具数控折弯机数控折弯机47第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型 随着市场竞争的加剧和全球化的发展，随着市场竞争的加剧和全球化的发
47、展，产品的设计制造以缩短周期、提高质量、降产品的设计制造以缩短周期、提高质量、降低成本、提高服务等为目标，对产品研制过低成本、提高服务等为目标，对产品研制过程的基本要素不断进行着优化。实际上，由程的基本要素不断进行着优化。实际上，由产品设计制造构成的制造系统是一个不断优产品设计制造构成的制造系统是一个不断优化的过程。化的过程。48第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 一、产品研制过程的一、产品研制过程的PPR模型模型制造系统运作示意图制造系统运作示意图49第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 二、产品研制过程的串行与并行二、产品研制过程的串行与并行 随着设计、制造手段的提高
48、，产品的研制过程也随之随着设计、制造手段的提高，产品的研制过程也随之改变。目前常见的设计模式主要有改变。目前常见的设计模式主要有串行设计串行设计和和并行设计并行设计。串行设计串行设计的组织模式是递阶结构，各个阶段的活动是的组织模式是递阶结构，各个阶段的活动是按时间顺序进行的，一个阶段的活动完成后，下一个按时间顺序进行的，一个阶段的活动完成后，下一个阶段的活动才开始，各个阶段依次排列，都有自己的阶段的活动才开始，各个阶段依次排列，都有自己的输入和输出；输入和输出；并行设计并行设计的工作模式是在产品设计的同时就考虑后续的工作模式是在产品设计的同时就考虑后续阶段的相关工作，包括加工工艺、装配、检验等
49、，在阶段的相关工作，包括加工工艺、装配、检验等，在并行设计中，产品开发过程各个阶段的工作是交叉进并行设计中，产品开发过程各个阶段的工作是交叉进行的。行的。50第二节第二节 产品研制过程分析产品研制过程分析 二、产品研制过程的串行与并行二、产品研制过程的串行与并行需求分析需求分析产品设计产品设计工艺设计工艺设计制造装配制造装配服务服务需求分析需求分析串行设计时间串行设计时间产品设计产品设计工艺设计工艺设计制造装配制造装配服务服务并行设计时间并行设计时间节省的时间节省的时间串行设计和并行设计比较串行设计和并行设计比较51内容提纲内容提纲第一节第一节 制造业与制造技术制造业与制造技术第二节第二节 产
50、品研制过程分析产品研制过程分析第三节第三节 数字化设计制造基础数字化设计制造基础第四节第四节 数字化设计制造的典型应用案例数字化设计制造的典型应用案例52第三节第三节 数字化设计制造基础数字化设计制造基础 一、数字化设计制造基本概念一、数字化设计制造基本概念数字化：数字化：是利用数字技术对传统的技术内容和体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。数字化的核心是系进行改造的进程。数字化的核心是离散化离散化，其本，其本质是如何将连续物理现象、模糊的不确定现象、设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出现和产生计制造过程的物理量和伴随制造过程而出现