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1、 1 智能制造基础与应用第二第二章章 智能制造数字化基础智能制造数字化基础第二节第二节数字化设计与仿真数字化设计与仿真第三节第三节数字化工艺数字化工艺第四节第四节数字化加工与装配数字化加工与装配第五节第五节数字化控制数字化控制第六节第六节数字化生产管理数字化生产管理第七节第七节数字化远程维护数字化远程维护第一节第一节概述概述概概 述述11第一节第一节 3 智能制造基础与应用 数字数字制造采用数字化的手段对制造过程、制造系统与制造装备中复制造采用数字化的手段对制造过程、制造系统与制造装备中复杂的物理现象和信息演变过程进行定量描述、精确计算、可视模拟与杂的物理现象和信息演变过程进行定量描述、精确计
2、算、可视模拟与精确控制，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造精确控制，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造,进而快速生产进而快速生产出符合用户需求的产品出符合用户需求的产品。4 智能制造基础与应用 智能智能制造借助计算机收集、存储、模拟人类专家的制造智能，进行制造借助计算机收集、存储、模拟人类专家的制造智能，进行制造各环节的分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境制造各环节的分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，实现制造过程、制造系统与制造装备的智能感中人的部分脑力劳动，实现制造过程、制造系统与制造装备的智能感知、智能学习、智能决策、智能控制与智能知、
3、智能学习、智能决策、智能控制与智能执行。执行。5 智能制造基础与应用一、国外数字制造与智能制造的发展一、国外数字制造与智能制造的发展现状现状B777的开发的开发 6 智能制造基础与应用 7 智能制造基础与应用美国美国通用通用汽车开发汽车开发 8 智能制造基础与应用 9 智能制造基础与应用汽车数字化开发汽车数字化开发-虚拟样机虚拟样机 10 智能制造基础与应用 11 智能制造基础与应用 12 智能制造基础与应用二、我国数字制造与智能制造的发展现状二、我国数字制造与智能制造的发展现状1、国内数字制造业智能制造发展现状、国内数字制造业智能制造发展现状分析分析 神神龙汽车制造有限公司对轿车装配生产线进
4、行了轿车预装配数字化龙汽车制造有限公司对轿车装配生产线进行了轿车预装配数字化系统的开发，基本实现了总装柔性生产系统的开发，基本实现了总装柔性生产。13 智能制造基础与应用中航中航商用飞机有限公司在商用飞机有限公司在ARJ21飞机研制中应用产品数字化定义技术、产品数据飞机研制中应用产品数字化定义技术、产品数据管理技术、数字样机技术、数字化工艺与虚拟装配技术等数字化设计制造技术和管理技术、数字样机技术、数字化工艺与虚拟装配技术等数字化设计制造技术和并行工程方法，实现了大部段对接一次成功，飞机上天一次成功，取得了显著的并行工程方法，实现了大部段对接一次成功，飞机上天一次成功，取得了显著的经济效益。经
5、济效益。14 智能制造基础与应用我国云制造相关技术及系统的研究已取得显著的我国云制造相关技术及系统的研究已取得显著的成果成果。15 智能制造基础与应用机器人研发投入持续加大，工业机器人大量应用。机器人研发投入持续加大，工业机器人大量应用。2012年，在中国销售的工业机器年，在中国销售的工业机器人达人达26902台，同比增长台，同比增长19.2%，我国工业机器人年安装量排名世界第三，累计安装，我国工业机器人年安装量排名世界第三，累计安装量超过量超过6万台。万台。“机器换人机器换人”已经成为企业提高生产效率、降低人力成本的重要手段。已经成为企业提高生产效率、降低人力成本的重要手段。富士富士康机器人
6、在生产康机器人在生产iphone广东省实施广东省实施“机器换人机器换人”16 智能制造基础与应用3D打印制造基础技术方面，华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学和北京打印制造基础技术方面，华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学和北京航空航空625所相继开展了熔融沉积制造、电子束融合技术、选择性激光烧结等研究。所相继开展了熔融沉积制造、电子束融合技术、选择性激光烧结等研究。3D打印在医学上的应用打印在医学上的应用金属金属3D打印产品打印产品 17 智能制造基础与应用2.我国智能制造与国外先进水平的我国智能制造与国外先进水平的差距差距（1）“大数据大数据”驱动的知识挖掘及驱动的知识挖掘
7、及知识库研究应用；知识库研究应用；（2）复杂装备研发过程中）复杂装备研发过程中，产品，产品性能性能仿真问题分析单一；仿真问题分析单一；（3）制造业与物流业信息资源融合度）制造业与物流业信息资源融合度较低；较低；（4）云制造技术方面的研究及应用还处于初级）云制造技术方面的研究及应用还处于初级阶段；阶段；（5）3D打印制造技术研发和产业发展中仍面临巨大打印制造技术研发和产业发展中仍面临巨大挑战。挑战。3.数控机床行业典型制造企业数字制造与智能制造的技术现状数控机床行业典型制造企业数字制造与智能制造的技术现状昆明机床股份有限公司昆明机床股份有限公司KHC系列五轴加工中心和系列五轴加工中心和FMS柔性
8、生产线柔性生产线 18 智能制造基础与应用大连机床集团有限责任公司大连机床集团有限责任公司DRH-F系列工业机器人系列工业机器人发动机缸体柔性生产线发动机缸体柔性生产线VDWA50五轴立式加工中心五轴立式加工中心 19 智能制造基础与应用 在在三维造型方面，我国数控机床制造企业能够使用三维造型方面，我国数控机床制造企业能够使用PRO/E、UG、CATIA、Solidworks等各类三维造型软件进行机床部件的造型设计，实现数控机床关键等各类三维造型软件进行机床部件的造型设计，实现数控机床关键部件设计过程的在机床关键部件设计的无纸化，并为数据控机床设计的模块化部件设计过程的在机床关键部件设计的无纸
9、化，并为数据控机床设计的模块化和关键部件数据重用奠定了信息分析在数控机床关键部件设计参数及方法重用和关键部件数据重用奠定了信息分析在数控机床关键部件设计参数及方法重用的数据基础。的数据基础。数控数控机床关键部件分析方面，综合使用机床关键部件分析方面，综合使用Adams、Ansys、Anstran等分析软等分析软件，依托各规格的激振器、高灵敏度传感器、激光测振仪、三坐标测量仪等设件，依托各规格的激振器、高灵敏度传感器、激光测振仪、三坐标测量仪等设备形成的数控机床关键部件信息采集系统，对数控机床关键部件进行动、静、备形成的数控机床关键部件信息采集系统，对数控机床关键部件进行动、静、热等多角度分析，
10、确保数控机床关键部件的结构和材料特性符合其工况需求。热等多角度分析，确保数控机床关键部件的结构和材料特性符合其工况需求。20 智能制造基础与应用三、数字制造的科学定义与内涵三、数字制造的科学定义与内涵所谓数字制造，是指在所谓数字制造，是指在虚拟现实虚拟现实、计算机网络计算机网络、快速原型快速原型、数据库数据库和和多媒体多媒体等等支撑技术的支持下，根据用户需求迅速收集资源信息，对支撑技术的支持下，根据用户需求迅速收集资源信息，对产品信息产品信息、工艺信息工艺信息和和资源信息资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制
11、造，进而快速生产出符合用户期望性能的产品的整个制造过程。造，进而快速生产出符合用户期望性能的产品的整个制造过程。21 智能制造基础与应用四、四、数字制造数字制造是实现智能制造的前提是实现智能制造的前提数字制造是智能制造的基础，智能制造是在数字制造的基础上发展的更前沿的阶段。数字制造是智能制造的基础，智能制造是在数字制造的基础上发展的更前沿的阶段。以机床为例，计算机与机床结合产生的数控机床，实现了程序化控制，这是数字化以机床为例，计算机与机床结合产生的数控机床，实现了程序化控制，这是数字化时代的产物。智能机床则需要传感器随时感知其工作状况、环境参数，需要有能够时代的产物。智能机床则需要传感器随时
12、感知其工作状况、环境参数，需要有能够体现人们对加工工艺过程优化的知识的智能控制软件，即传感器、数控机床、智能体现人们对加工工艺过程优化的知识的智能控制软件，即传感器、数控机床、智能控制三者共同构成智能机床。智能制造还包括车间级、企业级等制造系统的智能化。控制三者共同构成智能机床。智能制造还包括车间级、企业级等制造系统的智能化。22 智能制造基础与应用思考题：思考题：1.分别描述一下数字制造和智能制造。分别描述一下数字制造和智能制造。2.谈一谈数字制造和智能制造的区别和联系。谈一谈数字制造和智能制造的区别和联系。数字化设计与仿真数字化设计与仿真2 2第二节第二节 24 智能制造基础与应用 数字化
13、数字化设计推动信息化进程向前发展，而仿真则是验证设计结果的有效有段。在现代设计推动信息化进程向前发展，而仿真则是验证设计结果的有效有段。在现代制造企业产品设计和制造过程中，数字化设计和仿真一直是不可或缺的两个工具，在缩制造企业产品设计和制造过程中，数字化设计和仿真一直是不可或缺的两个工具，在缩减经费、缩短开发周期、提高产品质量方面发挥了巨大作用减经费、缩短开发周期、提高产品质量方面发挥了巨大作用。一、数字化设计与仿真的基本一、数字化设计与仿真的基本概念概念“数字化设计与仿真数字化设计与仿真”是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发全过程的一是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发全过程
14、的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型数据模型，全面模拟产品的，全面模拟产品的设计设计、分析分析、装配装配、制造制造等过程。等过程。25 智能制造基础与应用二、数字化设计与仿真和传统设计的比较二、数字化设计与仿真和传统设计的比较计算机技术、信息技术、计算机技术、信息技术、网络技术等的飞速发展，网络技术等的飞速发展，使得设计过程中各个设计使得设计过程中各个设计阶段所采用的设计工具、阶段所采用的设计工具、设计理念、设计模式发生设计理念、设计模式发生了深刻的了深刻的变化变化.26 智能制造基础与应用传统设计数字化数字化设计设计方式方式手工绘图计算机绘
15、图设计工具工具绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、橡皮等计算机、网络、CAD/CAE软件、绘图机、打印机等产品表示品表示二维工程图纸、各种明细表等三维CAD模型、二维CAD电子图纸、BOM等设计方法方法经验设计、手工计算、封闭收敛的设计思维基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设计、有限元分析、优化设计、动态设计、工业造型设计等现代设计方法工作方式工作方式串行设计、独立设计并行设计、协同设计管理方式管理方式纸质图档、技术文档管理基于PDM的产品数字化管理仿真方式仿真方式物理样机虚拟样机、物理样机特点特点过早进入物理样机阶段，从设计到物理样机反复迭代修正由个人经验、手工计算带来的设计错误，设计周期长，成本
16、高形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外观和色彩设计等采用虚拟样机进行实现。设计错误少，设计周期短、成本低传统设计与数字化设计各方面比较传统设计与数字化设计各方面比较 27 智能制造基础与应用三、数字化设计与仿真基本技术三、数字化设计与仿真基本技术1.CAX工具工具CADCAMCAE 28 智能制造基础与应用2.并行工程并行工程并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就
17、考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。29 智能制造基础与应用四、先进数字化设计与仿真技术四、先进数字化设计与仿真技术-虚拟样机虚拟样机1.产生背景产生背景传统的设计方式要经过图纸设计、样机制造，测试改进、定型生产等步骤，传统的设计方式要经过图纸设计、样机制造，测试改进、定型生产等步骤，为了使产品满足设计要求，往往要多次制造样机，反复测试，费时费力、成为了使产品满足设计要求，往往要多次制造样机，反复测试，费时费力、成本高昂。虚拟样机技术的出现，改变了传统的设计方式，采用数字技术
18、进行本高昂。虚拟样机技术的出现，改变了传统的设计方式，采用数字技术进行设计。它能够在计算机上实现设计设计。它能够在计算机上实现设计试验试验设计的反复过程，大大降低设计的反复过程，大大降低了研发周期和研发资本，能够快速响应市场，适应现代制造业对产品了研发周期和研发资本，能够快速响应市场，适应现代制造业对产品T（time）、）、Q（quality）、）、C（cost）、）、S（services）、）、E（environment）的要求，极大地促进了敏捷制造的发展，推动了制造业）的要求，极大地促进了敏捷制造的发展，推动了制造业的数字化、网络化、智能化。的数字化、网络化、智能化。30 智能制造基础与应
19、用2.虚拟样机技术定义虚拟样机技术定义虚拟样机技术虚拟样机技术(Virtual Prototyping,VP)是指在产品设计开发过程中是指在产品设计开发过程中,将分将分散的零部件设计和分析技术散的零部件设计和分析技术(指在某一系统中零部件的指在某一系统中零部件的CAD和和FEA 技术技术)揉合揉合在一起在一起,在计算机上建造出产品的整体模型在计算机上建造出产品的整体模型,并针对该产品在投入使用后的各种并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析工况进行仿真分析,预测产品的整体性能预测产品的整体性能,进而改进产品设计进而改进产品设计,提高产品性能的一提高产品性能的一种新技术。种新技术。31 智
20、能制造基础与应用3.虚拟样机分类虚拟样机分类 虚拟虚拟样机按照实现功能的不同可分为结构虚拟样机、功能虚拟样机和结构与样机按照实现功能的不同可分为结构虚拟样机、功能虚拟样机和结构与功能虚拟样机。功能虚拟样机。结构结构虚拟样机主要用来评价产品的外观、形状和装配。新产品设计首先表现虚拟样机主要用来评价产品的外观、形状和装配。新产品设计首先表现出来的就是产品的外观形状是否满意出来的就是产品的外观形状是否满意,其次其次,零部件能否按要求顺利安装零部件能否按要求顺利安装,能否满足能否满足配合要求配合要求,这些都是在产品的虚拟样机中得到检验和评价的。这些都是在产品的虚拟样机中得到检验和评价的。功能功能虚拟样
21、机主要用于验证产品的工作原理虚拟样机主要用于验证产品的工作原理,如机构运动学仿真和动力学仿真。如机构运动学仿真和动力学仿真。新产品在满足了外观形状的要求以后新产品在满足了外观形状的要求以后,就要检验产品整体上是否符合基于物理学就要检验产品整体上是否符合基于物理学的功能原理。这一过程往往要求能实时仿真的功能原理。这一过程往往要求能实时仿真,但基于物理学功能分析但基于物理学功能分析,计算量很大计算量很大,与实时性要求经常冲突。与实时性要求经常冲突。32 智能制造基础与应用4.虚拟样机技术特点虚拟样机技术特点（1）新的研发模式）新的研发模式传统的研发方法是一个串行过程传统的研发方法是一个串行过程,而
22、虚拟样机技术真正地实现了系统角度的产品优化。而虚拟样机技术真正地实现了系统角度的产品优化。它基于并行工程使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案它基于并行工程使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案,确定影确定影响性能的敏感参数响性能的敏感参数,并通过可视化技术设计产品、预测产品在真实工况下的特征以及所并通过可视化技术设计产品、预测产品在真实工况下的特征以及所具有的响应具有的响应,直至获得最优的工作性能。直至获得最优的工作性能。（2）更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量）更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量通过计算机技术建立产品的数字化模型通过计
23、算机技术建立产品的数字化模型,可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验,从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案,因此不但减少了物理样机的数量因此不但减少了物理样机的数量,而而且缩短了研发周期、提高了产品质量。且缩短了研发周期、提高了产品质量。（3）实现动态联盟的重要手段）实现动态联盟的重要手段动态联盟的概念即为了适应快速变化的全球市场动态联盟的概念即为了适应快速变化的全球市场,克服单个企业资源的局限性克服单个企业资源的局限性,出现了出现了在一定时间内在一定时间内,通过通过Internet 临时缔结的一种虚拟企
24、业。为实现并行设计和制造临时缔结的一种虚拟企业。为实现并行设计和制造,参盟参盟企业之间产品信息的交流尤显重要。而虚拟样机是一种数字化模型企业之间产品信息的交流尤显重要。而虚拟样机是一种数字化模型,通过网络输送产品通过网络输送产品信息信息,具有传递快速、反馈及时的特点具有传递快速、反馈及时的特点,进而使动态联盟的活动具有高度的并行性。进而使动态联盟的活动具有高度的并行性。33 智能制造基础与应用5.虚拟样机的功能组成虚拟样机的功能组成计算机仿真计算机仿真 技术技术 虚拟现实技术虚拟现实技术 CAD技术技术虚拟样机虚拟样机人人机机互互动动 34 智能制造基础与应用6.虚拟样机的生产流程虚拟样机的生
25、产流程第一阶段第一阶段：描述虚拟部件的描述虚拟部件的CAD 数据必须产生数据必须产生,并且做针对实时应并且做针对实时应用的预处理。用的预处理。第二第二阶段阶段：针对针对DMU 仿真的仿真的需要对需要对CAD几何造型进行后处几何造型进行后处理。理。第三阶段：将处理好的第三阶段：将处理好的CAD三维模型连接到虚拟样机内三维模型连接到虚拟样机内核上，使之与定义好的运动核上，使之与定义好的运动联结联结(joints)、运动约束、运动约束(Constraints)的机构系统的机构系统以及其它子系统有机联系在以及其它子系统有机联系在一起，最后在虚拟样机仿真一起，最后在虚拟样机仿真环境下生成虚拟样机。环境下
26、生成虚拟样机。35 智能制造基础与应用7.虚拟样机技术的应用虚拟样机技术的应用火星火星车勇气号虚拟样机车勇气号虚拟样机火星火星车勇气号物理样机车勇气号物理样机 36 智能制造基础与应用基于基于虚拟样机的汽车试验虚拟样机的汽车试验虚拟样机在工程机械领域应用虚拟样机在工程机械领域应用 37 智能制造基础与应用虚拟样机在产品动力学分析上的虚拟样机在产品动力学分析上的 38 智能制造基础与应用虚拟样机在机械系统参数优化设计上的应用虚拟样机在机械系统参数优化设计上的应用-洗衣机的震动模拟洗衣机的震动模拟 39 智能制造基础与应用虚拟样机在飞行器设计上的应用虚拟样机在飞行器设计上的应用-飞行飞行模拟模拟
27、40 智能制造基础与应用五、案例分析五、案例分析1.数字化设计数字化设计底座三维实体模型底座三维实体模型掩护梁三维实体模型掩护梁三维实体模型液压支架传统设计是一种基于经验、类比的设计模式，这种建立在物理样机上的液压支架传统设计是一种基于经验、类比的设计模式，这种建立在物理样机上的研发模式，成本高，开发周期长。如果物理样机试验不够充分，产品定型后会造研发模式，成本高，开发周期长。如果物理样机试验不够充分，产品定型后会造成不可预知的结果，从而影响到液压支架的质量。成不可预知的结果，从而影响到液压支架的质量。41 智能制造基础与应用 2.虚拟装配虚拟装配液压支架三维实体模型液压支架三维实体模型液压支
28、架零件的三维实体模型完成后，为了液压支架零件的三维实体模型完成后，为了建立数字化样机，需要对其各个零件进行虚建立数字化样机，需要对其各个零件进行虚拟装配。通过确定零件之间的位置约束关系，拟装配。通过确定零件之间的位置约束关系，可以把支架中的各个三维实体零件装配成一可以把支架中的各个三维实体零件装配成一个整体个整体液压支架数字化样机。零件的准液压支架数字化样机。零件的准确装配是液压支架运动仿真的前提，装配关确装配是液压支架运动仿真的前提，装配关系的正确与否直接影响着液压支架运动仿真系的正确与否直接影响着液压支架运动仿真能否正确实现。通过仿真结果，可以根据需能否正确实现。通过仿真结果，可以根据需要
29、对生成的零件和特征进行修改定义，直至要对生成的零件和特征进行修改定义，直至达到液压支架设计要求为止。达到液压支架设计要求为止。42 智能制造基础与应用3.液压支架的运动仿真液压支架的运动仿真 43 智能制造基础与应用4.基于基于 ADAMS 的液压支架数字样机的运动学分析的液压支架数字样机的运动学分析 44 智能制造基础与应用思考题：思考题：1.数字化设计与仿真和传统数字化设计与仿真和传统设计相比较有哪些特点？设计相比较有哪些特点？2.数据化设计有哪些基本技术？数据化设计有哪些基本技术？3.什么是虚拟样机技术，解决什么样的问题？什么是虚拟样机技术，解决什么样的问题？数字化工艺数字化工艺3 3第
30、三节第三节 46 智能制造基础与应用工艺设计工作不仅涉及得到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产水平等，工艺设计工作不仅涉及得到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产水平等，甚至还要受到工艺人员实际经验和管理体制的制约，传统手工工艺设计具对工艺设甚至还要受到工艺人员实际经验和管理体制的制约，传统手工工艺设计具对工艺设计人员要求较高。由于工艺设计需要和汇总生产大量的工艺文件，因此工作量大但计人员要求较高。由于工艺设计需要和汇总生产大量的工艺文件，因此工作量大但效率低下。随着计算机在制造企业中的应用，数字化工艺设计与仿真已成为可能。效率低下。随着计算机在制造企业中的应用，数字化工艺设计与仿真
31、已成为可能。一、计算机辅助工艺过程设计一、计算机辅助工艺过程设计1.CAPP概念概念计算机辅助计算机辅助工艺过程设计工艺过程设计（computer aided process planning,CAPP），是指借助于计算），是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。的功能来制定零件机械加工工艺过程。47 智能制造基础与应用2.CAPP的发展的发展历史历史 CAPP的开发、研制是从的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，年代末开始的，在制造自动化领域，
32、CAPP的的发展是最迟的部分。世界上最早研究发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于的国家是挪威，始于1969年，并年，并于于1969年正式推出世界上第一个年正式推出世界上第一个CAPP系统系统AUTOPROS；1973年正式推出年正式推出商品化的商品化的AUTOPROS系统。在系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是发展史上具有里程碑意义的是CAM-于于1976年推出的年推出的CAM-S Automated Process Planning系统。取其字系统。取其字首的第一个字母，称为首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的这个缩
33、写法虽然还有不同的解释，但把解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺设计已经成为公认的释义。称为计算机辅助工艺设计已经成为公认的释义。我国我国对对CAPP的研究始于的研究始于80年代初，迄今为止，在国内学术会议、刊物上年代初，迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的发表的CAPP系统已有系统已有50多个，但被工厂、企业正式应用的系统只是少数，多个，但被工厂、企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的真正形成商品化的CAPP系统还不多。系统还不多。48 智能制造基础与应用3.目前目前CAPP系统的分类系统的分类派生式派生式CAPP系统系统 49 智能制造基础与应用创成式创成式CAPP系统系统 50
34、智能制造基础与应用综合式综合式CAPP系统系统 51 智能制造基础与应用4.发展发展CAPP技术的技术的意义意义传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工程师必须具备：程师必须具备：*具有丰富的生产经验；具有丰富的生产经验；*熟知企业的各种设备的使用情况；熟知企业的各种设备的使用情况；*熟知企业内各种生产工艺方法；熟知企业内各种生产工艺方法；*熟知企业内各种与生产加工有关的规范；熟知企业内各种与生产加工有关的规范；*熟知与生产管理有关的各种规章制度；熟知与生产管理有关的各种规章制度；*能与有关
35、各方保持友好协作。能与有关各方保持友好协作。具有丰富经验的工艺工程师，在发达国家常常感到人数不足。在美国，工艺设计具有丰富经验的工艺工程师，在发达国家常常感到人数不足。在美国，工艺设计人员一般年龄在人员一般年龄在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师平均年龄为平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。年的生产实践经验。52 智能制造基础与应用5.国内企业应用国内企业应用CAPP技术的现状技术的现状通过对国内部分设计院
36、、企业所做的调研，大部分企业对通过对国内部分设计院、企业所做的调研，大部分企业对CAPP系统的应用情系统的应用情况并不令人乐观。企业应用况并不令人乐观。企业应用CAPP系统的情况最具代表性的有如下几种：系统的情况最具代表性的有如下几种：（1）大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，）大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，CAPP的应用仍是空的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。计算机的应用状况也令人担忧。（2）部分企业在计算机技术和）部分企业在计算
37、机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺设计成为企的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在业的薄弱环节。有些企业自己在Word、Excel或或AutoCAD上绘制出工艺卡上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做CAPP，但此类，但此类CAPP所生成的工艺所生成的工艺规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文本文件，企业无法对工规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文本文件，企业无法对工艺数
38、据进行有效的管理。艺数据进行有效的管理。（3）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的CAPP系统，但由于企业对系统，但由于企业对CAPP的认识还存在一些误区，因此，的认识还存在一些误区，因此，CAPP的应的应用还不尽如人意。用还不尽如人意。53 智能制造基础与应用二、制造过程管理二、制造过程管理 制造制造过程管理（过程管理（Manufacturing Process Management，简写为，简写为MPM），是一种贯穿计划、设计、），是一种贯穿计划、设计、制造和管理全过程的协同工作环境，制造和管理全过程的协同工
39、作环境，旨在对生产过程中的工艺信息进行旨在对生产过程中的工艺信息进行协调的统一管理。协调的统一管理。54 智能制造基础与应用 MPM 是为制造企业在工艺规划、工艺设计、工艺仿真过程中提供一系列结是为制造企业在工艺规划、工艺设计、工艺仿真过程中提供一系列结构化、可视化的工具和技术，其核心技术可以分为工艺设计和仿真技术构化、可视化的工具和技术，其核心技术可以分为工艺设计和仿真技术(主要主要包包CAM 技术、装配过程与仿真技术、物流设计与仿真技术、公差分析、机器技术、装配过程与仿真技术、物流设计与仿真技术、公差分析、机器人离线编程及仿真技术、人机作业模拟与仿真技术人离线编程及仿真技术、人机作业模拟与
40、仿真技术)以及工艺管理以及工艺管理(主要包括主要包括PBOM管理、工艺设计管理、工艺资源管理、工艺报表管理、工艺设计管理、工艺资源管理、工艺报表)。1.案例基本情况案例基本情况ARJ21 是是Advanced Regional Jet for the 21st Century 的简称，是的简称，是7090座级的中、短航程支线飞机，拥有国内自主知识产权，按照世界上最座级的中、短航程支线飞机，拥有国内自主知识产权，按照世界上最新技术设计，研制过程中全面采用数字化技术是该新支线的又一特点。同时，新技术设计，研制过程中全面采用数字化技术是该新支线的又一特点。同时，并行工程技术的充分应用，从飞机总体方案
41、起，设计部门、工艺部门、项目并行工程技术的充分应用，从飞机总体方案起，设计部门、工艺部门、项目管理部门等各部门就介入进去。管理部门等各部门就介入进去。55 智能制造基础与应用2.案例分析案例分析目前国内整个飞机制造过程中处于重要地位的飞机装配过程基本沿袭了数字量传递与模目前国内整个飞机制造过程中处于重要地位的飞机装配过程基本沿袭了数字量传递与模拟量传递相结合的工作模式，装配工艺的设计主要采用计算机辅助工艺过程设计系统拟量传递相结合的工作模式，装配工艺的设计主要采用计算机辅助工艺过程设计系统CAPP 系统进行，但仍然停留在二维产品设计的基础上，与系统进行，但仍然停留在二维产品设计的基础上，与CA
42、D系统没有建立紧密的系统没有建立紧密的联系，更谈不上与设计的协同工作，无法将装配工艺过程、装配零件及与装配过程有关联系，更谈不上与设计的协同工作，无法将装配工艺过程、装配零件及与装配过程有关的制造资源紧密结合在一起实现装配过程的仿真，无法在工艺设计环境中进行的制造资源紧密结合在一起实现装配过程的仿真，无法在工艺设计环境中进行3 维的虚维的虚拟工艺验证，零部件能否准确安装，在实际安装过程中是否发生干涉、工艺流程、装配拟工艺验证，零部件能否准确安装，在实际安装过程中是否发生干涉、工艺流程、装配顺序是否合理，装配工艺装备是否满足装配需要，装配人员及装配工具是否可达、装配顺序是否合理，装配工艺装备是否
43、满足装配需要，装配人员及装配工具是否可达、装配操作空间是否具有开放性等一系列问题无法在装配设计阶段得到有效验证。上述任一环操作空间是否具有开放性等一系列问题无法在装配设计阶段得到有效验证。上述任一环节在实际生产中出现问题都将影响飞机的研制周期，造成费用的损失。节在实际生产中出现问题都将影响飞机的研制周期，造成费用的损失。56 智能制造基础与应用3.解决方案解决方案应用应用DELMIA 软件系统解决上面问题，系统又包括两个相互关联的独立软件，软件系统解决上面问题，系统又包括两个相互关联的独立软件，DPE(Digital ProcesEngineer-数字工艺工程数字工艺工程)和和DPM(Digi
44、tal Proces Manufacture-数字制造工艺数字制造工艺)。57 智能制造基础与应用 58 智能制造基础与应用思考题：思考题：1.什么是什么是CAPP？2.MPM是什么，具体有什么作用？是什么，具体有什么作用？数字化加工与装配数字化加工与装配4 4 第四节第四节 60 智能制造基础与应用一、数控加工设备一、数控加工设备1.数控加工的基本概念数控加工的基本概念数控加工是指由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式数控加工是指由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式表示工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工。它泛指在数控机床上表示
45、工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工。它泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程进行零件加工的工艺过程。2.数控加工的特点数控加工的特点自动化程度高自动化程度高加工精度高，加工质量稳定加工精度高，加工质量稳定对加工对象的适应性强对加工对象的适应性强生产效率高生产效率高易于建立计算机通信网络易于建立计算机通信网络数控加数控加数控加数控加工特点工特点工特点工特点 61 智能制造基础与应用3.数控加工设备的分类数控加工设备的分类1.开环控制系；2.半闭环控制系统；3.闭环控制系统1.定位控制数控机床；2.直线运动控制数控机床；3.轮廓控制的数控机床1.精密型;2.普通型;3.经济型1.金
46、属切削类数控机床；2.金属成形类及特种加工类数控机床工艺用途运动方式控制方式功能水平 62 智能制造基础与应用4.先进数控加工设备介绍先进数控加工设备介绍数控加工设备向着高精度、高效率、复合型、数控加工设备向着高精度、高效率、复合型、智能型和网络与开放方面发展。智能型和网络与开放方面发展。（1）高精度）高精度瑞士DXSHSCHAUBLIN公司142精密车床德国KERNPyramidNano金字塔纳米加工中心主轴跳动0.5m最佳圆度0.5m光洁度Ra0.2-0.4m位置精度0.3m（positionalvariance）1-10,000个零件精度始终保持 63 智能制造基础与应用可实现0.1进给
47、实测定位精度/重复定位精度0.0005mm/0.0003mm（ISO230-2）日本YASDAYMC430Ver.II超精密微细加工中心）北京广宇大成数控机床有限公司MGK2835高精度数控立式磨床1000mm工作台径向跳动和轴向窜动m工作台外延1000mm处端面跳动m通过角度闭环控制的工作台重复定位精度砂轮主轴径向跳动和轴向窜动m加工圆度2m日本YASDA加工实例切深0.3m 64 智能制造基础与应用DMG/MORISEIKIDIXI210立式加工中心在长/宽/高为2100/1800/1250mm的空间范围内，精度35m承诺：精度十年不变 65 智能制造基础与应用瑞士RollomaticGr
48、indSmartNano6六轴联动数控刀具磨床世界第一款真正意义上的微型刀具磨床，用于极端微型刀具的加工磨削。加工直径范围在0.012.0mm同心度、圆度、尺寸和形位公差均进入纳米级纳米级刀具加工表面可达到镜面效果专利的柄部和头部支撑技术保证圆跳动为零日本MAKINOiQ300微细精密加工机传感器模具R0.02mm圆弧放大图 66 智能制造基础与应用浙江陀曼精密机械有限公司TMYS3120CNC6滚齿机埃斯维机床（苏州）有限公司BAW06卧式多主轴加工中心苏州上金数控科技有限公司高速立式加工中心厦门大金机械有限公司MT系列钻攻中心精度科学设计，有限元技术得到广泛应用 67 智能制造基础与应用D
49、MG德国 DS-Technology公司DMG精度结构、驱动、材料箱中葙（Box-in-box）台中台（Table-in-table）HERMLE重心驱动 68 智能制造基础与应用精度结构、驱动、材料DMG公司duoBlock专利双体式结构移动负载降低50%，静质量增加100%瑞士 STUDERS41人造花岗岩床身人造花岗岩床身德国ALFINGAL6加工中心焊接+水泥结构焊接+水泥人造花岗岩与铸铁吸振性能比较瑞士 AgieCharmillesMikronHSM500高速铣削加工中心人造花岗岩封闭O型龙门框架式 69 智能制造基础与应用精度减少或消除热变形影响利于排屑的总体布局德国海德曼机床公司
50、（Handtmann）工作台翻转式加工中心德国EMAG德国EMAG倒立式加工中心 70 智能制造基础与应用（2）高效率）高效率德国CHIRONTZ15WMAGNUM立式加工中心德国DMGDMU40monoBLOCK系列自动化解决方案效率机器人与机床集成内置式关节机器人 71 智能制造基础与应用澳大利亚ANCA公司MX7工具磨瑞士EWAG公司COMPACTLINE工具磨床 72 智能制造基础与应用FANUC4台钻削中心和两台D顶置机器人组成的柔性制造单元DMG缸盖生产线10台NHX5000+自动上下料效率机器人与机床集成大连机床集团汽车转向节智能生产线关节机器人与生产线集成 73 智能制造基础与