制造企業(yè)數(shù)字化智能設(shè)計制造與管理技術(shù)與應(yīng)用(課件)

1、參考資料參考資料l數(shù)字制造數(shù)字制造 周祖德編著周祖德編著 科學(xué)出版社科學(xué)出版社l數(shù)字制造基礎(chǔ)數(shù)字制造基礎(chǔ)楊文玉、尹周平、孫容磊等楊文玉、尹周平、孫容磊等編著編著 北京理工大學(xué)出版社北京理工大學(xué)出版社l現(xiàn)代制造企業(yè)信息化現(xiàn)代制造企業(yè)信息化 劉樹森等編著劉樹森等編著 科學(xué)科學(xué)出版社出版社制造企業(yè)數(shù)字化智能設(shè)計制造與管理技術(shù)與應(yīng)用l緒論緒論l數(shù)字化智能設(shè)計數(shù)字化智能設(shè)計l數(shù)字化智能制造數(shù)字化智能制造l數(shù)字化智能管理數(shù)字化智能管理第一章第一章 緒論緒論l現(xiàn)代制造企業(yè)概況現(xiàn)代制造企業(yè)概況l我國制造業(yè)面臨的新環(huán)境和新使命我國制造業(yè)面臨的新環(huán)境和新使命l“制造強國制造強國”的指導(dǎo)方針和發(fā)展目標的指導(dǎo)方針和發(fā)

2、展目標l我國制造業(yè)發(fā)展路徑我國制造業(yè)發(fā)展路徑l智能化概述智能化概述l數(shù)字化制造概述數(shù)字化制造概述1.1 現(xiàn)代制造企業(yè)概況現(xiàn)代制造企業(yè)概況1 1、現(xiàn)代制造企業(yè)制造環(huán)境的變化、現(xiàn)代制造企業(yè)制造環(huán)境的變化l產(chǎn)品生命周期縮短l大市場和大競爭l交貨期成為主要競爭因素l用戶需求個性化明顯l多品種、小批量生產(chǎn)比例增大1.1 現(xiàn)代制造企業(yè)概況現(xiàn)代制造企業(yè)概況2 2、現(xiàn)代制造企業(yè)制造模式的變化、現(xiàn)代制造企業(yè)制造模式的變化定制生產(chǎn)2000s產(chǎn)品種類產(chǎn)量手工生產(chǎn) 1800s規(guī)模生產(chǎn)1900s精益生產(chǎn)1960s生產(chǎn)模式演變圖物料需求計劃制造資源計劃準時制生產(chǎn)精益生產(chǎn)并行工程企業(yè)資源計劃計算機集成制造網(wǎng)絡(luò)化制造智能制造

3、大規(guī)模定制敏捷制造云制造現(xiàn)代企業(yè)先進生產(chǎn)制造模式物料需求計劃（物料需求計劃（MRP） 物料需求計劃（Material Requirement Planning，MRP）是指根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)各層次物品的從屬和數(shù)量關(guān)系，以每個物品為計劃對象，以完工時期為時間基準倒排計劃，按提前期長短區(qū)別各個物品下達計劃時間的先后順序，是一種工業(yè)制造企業(yè)內(nèi)物資計劃管理模式。概 念特 點u 需求的相關(guān)性u 需求的確定性u 計劃的復(fù)雜性目標u 物料及產(chǎn)品按需供應(yīng)u 庫存水平盡可能降低u 生產(chǎn)活動精確銜接MRP根據(jù)市場需求預(yù)測和顧客訂單制定產(chǎn)品的生產(chǎn)計劃，然后基于產(chǎn)品生成進度計劃，組成產(chǎn)品的材料結(jié)構(gòu)表和庫存狀況，通過計算機系

4、統(tǒng)計算所需物資的需求量和需求時間，從而確定材料的加工進度和訂貨日程。原 理制造資源計劃（制造資源計劃（MRP）制造資源計劃（Manufacturing Resource Planning，MRP II），是在物料需求計劃上發(fā)展出的一種規(guī)劃方法。它是以物料需求計劃MRP為核心，覆蓋企業(yè)生產(chǎn)活動所有領(lǐng)域、有效利用資源的生產(chǎn)管理思想和方法的人機應(yīng)用系統(tǒng)。概 念MPR與MRP區(qū)別它圍繞企業(yè)的基本經(jīng)營目標，以生產(chǎn)計劃為主線，對企業(yè)制造的各種資源進行統(tǒng)一的計劃和控制，使企業(yè)的物流、信息流、資金流流動暢通地動態(tài)反饋。原 理MPR主要對制造環(huán)節(jié)中的物流進行管理，使企業(yè)達到“既要保證生產(chǎn)又要控制庫存”的目的；而

5、MRP則集成了物流和資金流，將人、財、物，時間等各種資源進行周密計劃，合理利用，以提高企業(yè)的競爭力。準時生產(chǎn)方式（Just In Time簡稱JIT），又稱作無庫存生產(chǎn)方式，零庫存，一個流或者超級市場生產(chǎn)方式，是日本豐田汽車公司在20世紀60年代實行的一種生產(chǎn)方式?，F(xiàn)在這一方式與源自日本的其它生產(chǎn)、流通方式一起被西方企業(yè)稱為“日本化模式”。概 念準時生產(chǎn)方式是通過生產(chǎn)的計劃和控制及庫存的管理，追求一種無庫存，或庫存達到最小的生產(chǎn)系統(tǒng)。它的核心是追求一種無庫存的生產(chǎn)系統(tǒng)，或使庫存達到最小的生產(chǎn)系統(tǒng)。原 理品質(zhì) 柔性投放市場時間產(chǎn)品多元化效率 適應(yīng)性學(xué)習(xí)特點u 生產(chǎn)流程化u 資源配置合理化u 生產(chǎn)

6、均衡化對生產(chǎn)制造的影響準時制生產(chǎn)（準時制生產(chǎn)（JIT）精益生產(chǎn)（精益生產(chǎn)（LP）精益生產(chǎn)又稱精良生產(chǎn)，其中“精”表示精良、精確、精美；“益”表示利益、效益等等。精益生產(chǎn)就是及時制造，消滅故障，消除一切浪費，向零缺陷、零庫存進軍。概 念追求零庫存追求快速反應(yīng)，即快速應(yīng)對市場的變化。企業(yè)內(nèi)外環(huán)境的和諧統(tǒng)一人本位主義、庫存是“禍根” 核心降低在制品數(shù)量及其占用資金； 降低產(chǎn)品質(zhì)量損失；縮短訂單交貨期； 減少設(shè)備故障停機率；降低生產(chǎn)耗用工時； 減少人員。工具6S與目視控制準時化生產(chǎn)(JIT)全面生產(chǎn)維護（ TPM ）價值流圖目標并行工程（并行工程（CE）并行工程(Concurrent Engineer

7、ing，簡稱CE) 是一種先進的企業(yè)全局管理和生產(chǎn)集成模式。它將企業(yè)中復(fù)雜的工程設(shè)計、制造和經(jīng)營管理過程中的各種作業(yè)，按最終目標，在時間和空間上并行交互進行，從而縮短了傳統(tǒng)串行作業(yè)方式所需的時間和反復(fù)修改的次數(shù)，大幅度提高了作業(yè)質(zhì)量，加快進程，降低了成本。概 念在先進制造技術(shù)中的地位與作用u 并并行工程強調(diào)系統(tǒng)集成與整體優(yōu)化;u 并行工程強調(diào)面向過程和面向?qū)ο?本質(zhì)u 承上啟下的作用;u 并行工程與面向制造和裝配的產(chǎn)品設(shè)計;企業(yè)資源計劃（企業(yè)資源計劃（ERP）企業(yè)資源計劃（Enterprise Resource Planning，簡稱ERP， 它是針對物資資源管理（物流）、人力資源管理（人流）

8、、財務(wù)資源管理（財流）、信息資源管理（信息流）集成一體化的企業(yè)管理系統(tǒng)，包含客戶/服務(wù)架構(gòu)，使用圖形用戶接口，應(yīng)用開放系統(tǒng)制作。概 念將企業(yè)的各個方面的資源（包括人、財、物、產(chǎn)、供、銷等因素）合理配置，以使之充分發(fā)揮效能，使企業(yè)在激烈的市場競爭中全方位地發(fā)揮能量，從而取得最佳經(jīng)濟效益。原 理體現(xiàn)了對整個供應(yīng)鏈資源進行有效管理的思想；體現(xiàn)了精益生產(chǎn)，并行工程和敏捷制造的思想，體現(xiàn)事先計劃與事中控制的思想； 管理理念 工 具ERP信息系統(tǒng)計算機集成制造（計算機集成制造（CIMS） 計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Integrated Manufacturing System，簡稱CIMS），

9、它是在信息技術(shù)自動化技術(shù)與制造的基礎(chǔ)上，通過計算機技術(shù)把分散在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中各種孤立的自動化子系統(tǒng)有機地集成起來，形成適用于多品種、小批量生產(chǎn)，實現(xiàn)整體效益的集成化和智能化的制造系統(tǒng)。概 念從生產(chǎn)工藝方面分：離散型制造業(yè)、連續(xù)性制造業(yè)、混合型制造業(yè)從體系結(jié)構(gòu)來分：集中性、分散性、混合型分 類應(yīng) 用 CIMS的技術(shù)先進制造技術(shù)敏捷制造虛擬制造并行工程保障和提高了新產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量縮短了新產(chǎn)品的上市周期經(jīng)營管理科學(xué)化同時降低了產(chǎn)品的成本網(wǎng)絡(luò)化制造網(wǎng)絡(luò)化制造(NM)網(wǎng)絡(luò)化制造(Networked-manufacturing. NM)是指通過采用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、制造技術(shù)及其它相關(guān)技術(shù), 構(gòu)建面向企業(yè)

10、特定需求的基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng), 并在系統(tǒng)的支持下, 突破空間對企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營范圍和方式的約束, 開展覆蓋產(chǎn)品整個生命周期全部或部分環(huán)節(jié)的企業(yè)業(yè)務(wù)活動 (如產(chǎn)品設(shè)計、制造、銷售、采購、管理等) 。概 念背 景 及 發(fā) 展國外：德國Produktion2000 框架方案；第五框架計劃(1998- 2002 年) ；第六框架計劃(2002- 2006 年)。 國內(nèi)：楊叔子院士基于Agent 的網(wǎng)絡(luò)化制造模式及基于利益驅(qū)動的動態(tài)重組機制；劉飛教授支撐網(wǎng)絡(luò)化制造的技術(shù)體系; 祁國寧和顧新建教授網(wǎng)絡(luò)化制造的幾種發(fā)展途徑。智能制造（智能制造（IM） 智能制造（Intelligent Manufacturing

11、，IM）是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能制造系統(tǒng)。它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。概 念從智能制造系統(tǒng)的本質(zhì)特征出發(fā)，在分布式制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，根據(jù)分布式集成的基本思想，應(yīng)用分布式人工智能中多Agent系統(tǒng)的理論與方法，實現(xiàn)制造單元的柔性智能化與基于網(wǎng)絡(luò)的制造系統(tǒng)柔性智能化集成。原 理前景智能化是制造自動化的發(fā)展方向。在制造過程的各個環(huán)節(jié)幾乎都廣泛應(yīng)用人工智能技術(shù)。專家系統(tǒng)技術(shù)可以用于工程設(shè)計，工藝過程設(shè)計，生產(chǎn)調(diào)度，故障診斷等。也可以將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制技術(shù)等

12、先進的計算機智能方法應(yīng)用于產(chǎn)品配方，生產(chǎn)調(diào)度等，實現(xiàn)制造過程智能化。大規(guī)模定制（大規(guī)模定制（MC） 大規(guī)模定制（Mass Customization，MC）是一種集企業(yè)、客戶、供應(yīng)商、員工和環(huán)境于一體，在系統(tǒng)思想指導(dǎo)下，用整體優(yōu)化的觀點，充分利用企業(yè)已有的各種資源，在標準技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計方法、信息技術(shù)和先進制造技術(shù)的支持下，根據(jù)客戶的個性化需求，以大批量生產(chǎn)的低成本、高質(zhì)量和效率提供定制產(chǎn)品和服務(wù)的生產(chǎn)方式。概 念MC的基本思想是通過產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造流程的重構(gòu)，運用現(xiàn)代化的信息技術(shù)等一系列高新技術(shù)，把產(chǎn)品的定制生產(chǎn)全部或部分轉(zhuǎn)化為批量生產(chǎn)，以大規(guī)模生產(chǎn)的成本和速度，為單個客戶或小批量多品種市場定制

13、任意數(shù)量的產(chǎn)品。基 本 思 想分 類按訂單銷售（Sale-To-Order） 按訂單裝配（Assemble-to- Order）按訂單制造（Make-to-Order） 按訂單設(shè)計（Engineer-to-Order）大規(guī)模定制（大規(guī)模定制（MC）產(chǎn)品設(shè)計模塊化 產(chǎn)品制造專業(yè)化生產(chǎn)組織和管理網(wǎng)絡(luò)化 企業(yè)間的合作關(guān)系伙伴化特點生產(chǎn)制造系統(tǒng)模塊化 動態(tài)組合的布局方式動態(tài)組合的調(diào)度方式 動態(tài)響應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模定制的企業(yè)核心能力表現(xiàn)準確獲取顧客需求的能力面向MC的敏捷產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計能力柔性的生產(chǎn)制造能力敏捷制造（敏捷制造（AM）敏捷制造（Agile Manufacturing，AM）是指制造企

14、業(yè)采用現(xiàn)代通信手段，通過快速配置各種資源（包括技術(shù)、管理和人），以有效的方式響應(yīng)用戶的需求，實現(xiàn)制造的敏捷性。其核心是企業(yè)在不斷變化、不可預(yù)測的經(jīng)營環(huán)境中的快速重構(gòu)能力，具體表現(xiàn)為多個企業(yè)的核心制造能力的動態(tài)組織。概念要提高企業(yè)對市場變化的快速反應(yīng)能力，滿足顧客的要求。除了充分利用企業(yè)內(nèi)部資源外，還可以充分利用其他企業(yè)乃至社會的資源來組織生產(chǎn)。核心思想從產(chǎn)品開發(fā)開始的整個產(chǎn)品生命周期都是為滿足用戶需求的;采用多變的動態(tài)組織結(jié)構(gòu)、著眼于長期獲取經(jīng)濟效益;建立新型的標準體系，實現(xiàn)技術(shù)、管理和人的集成; 最大限度地調(diào)動、發(fā)揮人的作用。特點云制造（云制造（CM） 云制造（Cloud Manufactu

15、ring: CM）是為避免制造資源的浪費，借用云計算的思想，利用信息技術(shù)實現(xiàn)制造資源的高度共享。建立共享制造資源的公共服務(wù)平臺，提供各種制造服務(wù)，實現(xiàn)制造資源與服務(wù)的開放協(xié)作、社會資源高度共享。概念面向服務(wù)和需求的制造、不確定性制造、透明和集成的制造、支持多用戶的制造、支持按需使用和付費的制造、低門檻眾包式制造、綠色低碳制造等。針對大型集團企業(yè)的研發(fā)設(shè)計能力服務(wù)平臺；區(qū)域性加工資源共享服務(wù)平臺; 制造服務(wù)化支持平臺也是將來云制造重點發(fā)展的方向之一;制造更可以服務(wù)于量大面廣的中小企業(yè); 建立物流拉動的現(xiàn)代制造服務(wù)平臺。五大應(yīng)用方向特征1.2我國制造業(yè)面臨的新環(huán)境我國制造業(yè)面臨的新環(huán)境l新的發(fā)展階

16、段新的發(fā)展階段 l新的挑戰(zhàn)新的挑戰(zhàn)l新的發(fā)展機遇新的發(fā)展機遇1.2.1 新的發(fā)展階段新的發(fā)展階段形成比較獨形成比較獨立完整體系立完整體系 告別工業(yè)產(chǎn)告別工業(yè)產(chǎn)品短缺時代品短缺時代 產(chǎn)業(yè)規(guī)模產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大持續(xù)擴大 新中國成立后我國制造業(yè)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：新中國成立后我國制造業(yè)經(jīng)歷了三個發(fā)展階段：20102010年，我國制造業(yè)產(chǎn)出占世界比重的年，我國制造業(yè)產(chǎn)出占世界比重的19.8%19.8%，超越美國，超越美國的的19.6%19.6%，成為，成為全球制造業(yè)第一大國全球制造業(yè)第一大國 ，這一這一成就世界矚目成就世界矚目。（19491978年）（19781990年）（19902010年）1.2.1

17、 新的發(fā)展階段新的發(fā)展階段* *自主創(chuàng)新能力不強：自主創(chuàng)新能力不強：核心技術(shù)對外依存度高，高端裝備的關(guān)鍵零部核心技術(shù)對外依存度高，高端裝備的關(guān)鍵零部件依賴進口。件依賴進口。 * *處于價值鏈低端：處于價值鏈低端：產(chǎn)品多數(shù)處于附加值較低的產(chǎn)品多數(shù)處于附加值較低的“制造制造- -加工加工- -組裝組裝”環(huán)節(jié)，產(chǎn)品附加值較低。環(huán)節(jié)，產(chǎn)品附加值較低。 * *生產(chǎn)經(jīng)營效率不高：生產(chǎn)經(jīng)營效率不高：20112011年我國制造業(yè)增加值率為年我國制造業(yè)增加值率為21.5%21.5%，發(fā)達國，發(fā)達國家在家在35%35%以上。勞動生產(chǎn)率約以上。勞動生產(chǎn)率約為發(fā)為發(fā)達國家的達國家的36%-40%36%-40%。* *

18、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理：產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理：一般加工工業(yè)和資源密集型產(chǎn)業(yè)比重過大，技術(shù)一般加工工業(yè)和資源密集型產(chǎn)業(yè)比重過大，技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)所占比重偏低，為用戶提供服務(wù)的現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)占比偏密集型產(chǎn)業(yè)所占比重偏低，為用戶提供服務(wù)的現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)占比偏低。低。 * *產(chǎn)品質(zhì)量問題突出：產(chǎn)品質(zhì)量問題突出：質(zhì)量直接損失每年質(zhì)量直接損失每年17001700億元以上，間接損失超億元以上，間接損失超萬億，食品安全事故時有發(fā)生，危及人民生命健康和損害國家形象。萬億，食品安全事故時有發(fā)生，危及人民生命健康和損害國家形象。 但，但， 我國制造業(yè)大而不強，不可持續(xù)發(fā)展問題凸顯。我國制造業(yè)大而不強，不可持續(xù)發(fā)展問題凸顯。1.2.

19、2 新的挑戰(zhàn)新的挑戰(zhàn)發(fā)達國家高端制造業(yè)回歸本土：發(fā)達國家高端制造業(yè)回歸本土：美國為首的發(fā)達國家鼓勵制美國為首的發(fā)達國家鼓勵制造業(yè)回遷，期望鞏固制造強國地位與固有優(yōu)勢，搶占新工業(yè)造業(yè)回遷，期望鞏固制造強國地位與固有優(yōu)勢，搶占新工業(yè)革命先機。革命先機。 發(fā)展中國家低端制造業(yè)低成本競爭優(yōu)勢：發(fā)展中國家低端制造業(yè)低成本競爭優(yōu)勢：印度、越南、印尼印度、越南、印尼等發(fā)展中國家以更低的勞動力成本吸引著越來越多的跨國企等發(fā)展中國家以更低的勞動力成本吸引著越來越多的跨國企業(yè)布局，成為低端制造新的轉(zhuǎn)移方向。業(yè)布局，成為低端制造新的轉(zhuǎn)移方向。 我國資源和環(huán)境雙重約束：我國資源和環(huán)境雙重約束：一方面，石油、鐵礦石、水

20、等能一方面，石油、鐵礦石、水等能源資源約束趨緊。另一方面，源資源約束趨緊。另一方面，犧牲環(huán)境犧牲環(huán)境的代價越來越大。的代價越來越大。 1.2.3 新的發(fā)展機遇新的發(fā)展機遇第三次工業(yè)革命給我國制造業(yè)帶來難得的第三次工業(yè)革命給我國制造業(yè)帶來難得的“機會窗口期機會窗口期”：以數(shù)字化制以數(shù)字化制造為標志的第三次工業(yè)革命已顯端倪，這為我國制造業(yè)的超越發(fā)展帶來造為標志的第三次工業(yè)革命已顯端倪，這為我國制造業(yè)的超越發(fā)展帶來機遇。我國將成為第三次工業(yè)革命的主要參與者，而不再是前兩次工業(yè)機遇。我國將成為第三次工業(yè)革命的主要參與者，而不再是前兩次工業(yè)革命的革命的“看客看客”。城鎮(zhèn)化及消費結(jié)構(gòu)升級提供了巨大的市場需

21、求空間：城鎮(zhèn)化及消費結(jié)構(gòu)升級提供了巨大的市場需求空間：一個快速增長的一個快速增長的1010多億人口的消費市場，是任何一個國家在工業(yè)化、現(xiàn)代化過程中都未曾多億人口的消費市場，是任何一個國家在工業(yè)化、現(xiàn)代化過程中都未曾擁有的，這是我國制造業(yè)擁有的最大優(yōu)勢也是最大機遇之一擁有的，這是我國制造業(yè)擁有的最大優(yōu)勢也是最大機遇之一 。經(jīng)濟體制機制改革將加速制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級：經(jīng)濟體制機制改革將加速制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級：打造中國經(jīng)濟升級版，依靠打造中國經(jīng)濟升級版，依靠改革釋放制度紅利，將有助于破除制造業(yè)發(fā)展的體制機制障礙，激發(fā)市改革釋放制度紅利，將有助于破除制造業(yè)發(fā)展的體制機制障礙，激發(fā)市場活力。場活力。 1.3我國制

22、造業(yè)面臨的新使命我國制造業(yè)面臨的新使命世界歷史上三次世界歷史上三次“世界制造中心世界制造中心”的轉(zhuǎn)移印證了：的轉(zhuǎn)移印證了：制制造業(yè)強則國家強，造業(yè)強則國家強，制造業(yè)對促進國家經(jīng)濟繁榮的巨大制造業(yè)對促進國家經(jīng)濟繁榮的巨大作用無可替代，因此，我國制造業(yè)肩負新的使命：作用無可替代，因此，我國制造業(yè)肩負新的使命：制造業(yè)又大又強制造業(yè)又大又強以制造業(yè)的繁榮和強大托起中國偉大復(fù)興夢。以制造業(yè)的繁榮和強大托起中國偉大復(fù)興夢。1.4“制造強國制造強國”的指導(dǎo)方針的指導(dǎo)方針 結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化 創(chuàng)新驅(qū)動創(chuàng)新驅(qū)動 質(zhì)量為先質(zhì)量為先 綠色發(fā)展綠色發(fā)展 1.4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化是制造業(yè)科學(xué)發(fā)展的主線，是提升

23、國民經(jīng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化是制造業(yè)科學(xué)發(fā)展的主線，是提升國民經(jīng)濟整體素質(zhì)的主要途徑。濟整體素質(zhì)的主要途徑。推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先推動戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和先進制造業(yè)健康發(fā)展；堅持利用信息技術(shù)和先進適用進制造業(yè)健康發(fā)展；堅持利用信息技術(shù)和先進適用技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；著力發(fā)展現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)；加技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)；著力發(fā)展現(xiàn)代制造服務(wù)業(yè)；加強基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，解決關(guān)鍵材料、元器件和零部件強基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)建設(shè)，解決關(guān)鍵材料、元器件和零部件及制造工藝嚴重滯后的局面。及制造工藝嚴重滯后的局面。 1.4.2 創(chuàng)新驅(qū)動創(chuàng)新驅(qū)動創(chuàng)新驅(qū)動是制造業(yè)生存和發(fā)展的靈魂，是實現(xiàn)制造創(chuàng)新驅(qū)動是制造業(yè)生存和發(fā)展的靈魂，是實現(xiàn)制造強國的不竭動力。強國的不竭動

24、力。提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進提高原始創(chuàng)新、集成創(chuàng)新和引進消化吸收再創(chuàng)新能力，更加注重協(xié)同創(chuàng)新，在制造消化吸收再創(chuàng)新能力，更加注重協(xié)同創(chuàng)新，在制造業(yè)的優(yōu)勢領(lǐng)域取得突破業(yè)的優(yōu)勢領(lǐng)域取得突破, ,成為技術(shù)的引領(lǐng)者；以數(shù)字成為技術(shù)的引領(lǐng)者；以數(shù)字化智能化制造為核心，推動制造技術(shù)、設(shè)計技術(shù)和化智能化制造為核心，推動制造技術(shù)、設(shè)計技術(shù)和生產(chǎn)模式的創(chuàng)新；加快建設(shè)以企業(yè)為主體、市場為生產(chǎn)模式的創(chuàng)新；加快建設(shè)以企業(yè)為主體、市場為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的國家技術(shù)創(chuàng)新體系。導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的國家技術(shù)創(chuàng)新體系。 1.4.3 質(zhì)量為先質(zhì)量為先質(zhì)量為先是制造業(yè)生存發(fā)展的生命，是國家強盛質(zhì)量為先是制造業(yè)生存發(fā)展的生命

25、，是國家強盛的關(guān)鍵內(nèi)核。的關(guān)鍵內(nèi)核。要制定質(zhì)量發(fā)展政策，強化質(zhì)量安要制定質(zhì)量發(fā)展政策，強化質(zhì)量安全監(jiān)管，夯實質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)，大力實施品牌發(fā)展全監(jiān)管，夯實質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)，大力實施品牌發(fā)展戰(zhàn)略，創(chuàng)新質(zhì)量管理理念，優(yōu)化質(zhì)量發(fā)展環(huán)境。戰(zhàn)略，創(chuàng)新質(zhì)量管理理念，優(yōu)化質(zhì)量發(fā)展環(huán)境。1.4.4 綠色發(fā)展綠色發(fā)展綠色發(fā)展是破解資源環(huán)境瓶頸制約，實現(xiàn)制造業(yè)綠色發(fā)展是破解資源環(huán)境瓶頸制約，實現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路?？沙掷m(xù)發(fā)展的必由之路。開發(fā)高效率、低消耗、開發(fā)高效率、低消耗、低排放的綠色制造流程；加大節(jié)能降耗力度，加低排放的綠色制造流程；加大節(jié)能降耗力度，加快淘汰落后生產(chǎn)能力；大力發(fā)展環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)，快淘汰落后生產(chǎn)

26、能力；大力發(fā)展環(huán)保裝備產(chǎn)業(yè)，推行清潔生產(chǎn)和污染治理；倡導(dǎo)綠色產(chǎn)業(yè)文化，推行清潔生產(chǎn)和污染治理；倡導(dǎo)綠色產(chǎn)業(yè)文化，健全激勵和約束機制。健全激勵和約束機制。 1.5 “制造強國制造強國”的發(fā)展目標的發(fā)展目標一批優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)率先實現(xiàn)突破，躋身強國之列。一批優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)率先實現(xiàn)突破，躋身強國之列。如通信設(shè)備、發(fā)電與輸變電設(shè)備、工程機械、如通信設(shè)備、發(fā)電與輸變電設(shè)備、工程機械、軌道交通設(shè)備、石油煉制、鋼鐵、儀器儀表軌道交通設(shè)備、石油煉制、鋼鐵、儀器儀表7 7大產(chǎn)業(yè)。大產(chǎn)業(yè)。20202020年年20302030年年我國制造業(yè)整體上處于世界前列，成為制造強我國制造業(yè)整體上處于世界前列，成為制造強國，其中國，其中通信

27、設(shè)備、發(fā)電與輸變電設(shè)備、工程通信設(shè)備、發(fā)電與輸變電設(shè)備、工程機械、軌道交通設(shè)備、石油煉制、鋼鐵、儀器機械、軌道交通設(shè)備、石油煉制、鋼鐵、儀器儀表儀表7 7大產(chǎn)業(yè)處于世界領(lǐng)先地位。大產(chǎn)業(yè)處于世界領(lǐng)先地位。1.6 “制造強國制造強國”的發(fā)展路徑的發(fā)展路徑l 由技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略由技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略替代替代技術(shù)引進、跟隨戰(zhàn)略技術(shù)引進、跟隨戰(zhàn)略l 由數(shù)值化智能化制造由數(shù)值化智能化制造替代替代人工制造人工制造l 由質(zhì)量效益型制造由質(zhì)量效益型制造替代替代粗放型制造粗放型制造l 由綠色制造由綠色制造替代替代資源消耗型和環(huán)境污染型制造資源消耗型和環(huán)境污染型制造l 由服務(wù)由服務(wù)/ /生產(chǎn)型制造生產(chǎn)型制造替代替代生產(chǎn)型制造生

28、產(chǎn)型制造l 由產(chǎn)業(yè)的空間集聚由產(chǎn)業(yè)的空間集聚替代替代產(chǎn)業(yè)的分散布局產(chǎn)業(yè)的分散布局l 由電子商務(wù)逐步由電子商務(wù)逐步替代替代店、鋪式的商業(yè)模式店、鋪式的商業(yè)模式l 由輸出資本、技術(shù)、產(chǎn)品由輸出資本、技術(shù)、產(chǎn)品替代替代單一的產(chǎn)品出口單一的產(chǎn)品出口舉例：舉例： 大力推行數(shù)字化和智能化大力推行數(shù)字化和智能化 制造業(yè)數(shù)字化智能化是信息化和工業(yè)化深度融制造業(yè)數(shù)字化智能化是信息化和工業(yè)化深度融合的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)制造強國的核心技術(shù)合的重要內(nèi)容，是實現(xiàn)制造強國的核心技術(shù)。實施分兩步走的策略實施分兩步走的策略 20202020年前應(yīng)全力推行年前應(yīng)全力推行“數(shù)控一代工程數(shù)控一代工程”，在面，在面上實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化和

29、制造過程的數(shù)字化。選擇信上實現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化和制造過程的數(shù)字化。選擇信息化和數(shù)字化基礎(chǔ)好的汽車、機床、工程機械、航息化和數(shù)字化基礎(chǔ)好的汽車、機床、工程機械、航空、通信設(shè)備制造、儀器儀表等產(chǎn)業(yè)的骨干企業(yè)，空、通信設(shè)備制造、儀器儀表等產(chǎn)業(yè)的骨干企業(yè)，進行智能制造試點示范。進行智能制造試點示范。20202020年后可在全行業(yè)分批年后可在全行業(yè)分批分期推廣智能制造。分期推廣智能制造。制定科學(xué)可行的技術(shù)路線制定科學(xué)可行的技術(shù)路線 以傳感器、控制系統(tǒng)和人工智能技術(shù)為神經(jīng)中以傳感器、控制系統(tǒng)和人工智能技術(shù)為神經(jīng)中樞，強化智能制造的智能功能；以工業(yè)機器人和傳樞，強化智能制造的智能功能；以工業(yè)機器人和傳動裝置為手

30、臂，增強智能制造的執(zhí)行功能；以智能動裝置為手臂，增強智能制造的執(zhí)行功能；以智能制造單元和成套設(shè)備、數(shù)字化車間和數(shù)字化工廠為制造單元和成套設(shè)備、數(shù)字化車間和數(shù)字化工廠為載體，構(gòu)建智能制造主體；以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為智慧通載體，構(gòu)建智能制造主體；以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為智慧通道，加快智能制造信息的傳遞；以共性關(guān)鍵技術(shù)和道，加快智能制造信息的傳遞；以共性關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新平臺為支撐，增強智能制造技術(shù)基礎(chǔ)；以示范、創(chuàng)新平臺為支撐，增強智能制造技術(shù)基礎(chǔ)；以示范、應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化為手段，推進產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化為手段，推進產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展。 舉例：舉例： 大力推行數(shù)字化和智能化大力推行數(shù)字化和智能化 舉例：舉例： 大力推行數(shù)

31、字化和智能化大力推行數(shù)字化和智能化 大力發(fā)展智能制造裝備：大力發(fā)展智能制造裝備：“智能制造裝備智能制造裝備”是國家戰(zhàn)略性是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向之一，大力發(fā)展智能制造裝備，為實新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向之一，大力發(fā)展智能制造裝備，為實施智能制造提供基本條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。施智能制造提供基本條件和物質(zhì)基礎(chǔ)。 開展工藝優(yōu)化和流程的創(chuàng)新：開展工藝優(yōu)化和流程的創(chuàng)新：智能制造不僅是智能制造不僅是“硬件硬件”的的智能化，更重要的是工藝優(yōu)化和工藝流程的再造。智能化，更重要的是工藝優(yōu)化和工藝流程的再造。 對經(jīng)營管理體系和機制進行改革：對經(jīng)營管理體系和機制進行改革：使之能適應(yīng)數(shù)字化、智使之能適應(yīng)數(shù)字化、智能化改造

32、的需要。能化改造的需要。 對生產(chǎn)模式和商業(yè)模式進行創(chuàng)新：對生產(chǎn)模式和商業(yè)模式進行創(chuàng)新：在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云在互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等泛在信息的強力支持下，實現(xiàn)遠程定制、異計算、大數(shù)據(jù)等泛在信息的強力支持下，實現(xiàn)遠程定制、異地設(shè)計、協(xié)同生產(chǎn)的新型生產(chǎn)模式；推行電子商務(wù)，逐步代地設(shè)計、協(xié)同生產(chǎn)的新型生產(chǎn)模式；推行電子商務(wù)，逐步代替店鋪式的商業(yè)模式。替店鋪式的商業(yè)模式。 1.7 智能化概述智能化概述l“智能化智能化”：是指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機是指由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用。某

33、一個方面的應(yīng)用。l“智能化技術(shù)智能化技術(shù)”：集成化集成化、模塊化模塊化、網(wǎng)絡(luò)化網(wǎng)絡(luò)化。l“智能化系統(tǒng)智能化系統(tǒng)”：由現(xiàn)代通信與由現(xiàn)代通信與信息技術(shù)信息技術(shù)、計算機計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、行業(yè)技術(shù)、智能控制技術(shù)智能控制技術(shù)匯集而成的針對匯集而成的針對某一個方面的應(yīng)用的智能集合。某一個方面的應(yīng)用的智能集合。1.8 數(shù)字化的概念數(shù)字化的概念l概念一：概念一：數(shù)字化就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢詳?shù)字化就是將許多復(fù)雜多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康亩攘康臄?shù)字數(shù)字、數(shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當?shù)?、?shù)據(jù)，再以這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立起適當?shù)臄?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗袛?shù)字化模型，把它們轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗?/p>

34、二進制代碼二進制代碼，引入，引入計計算機算機內(nèi)部，進行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。內(nèi)部，進行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。l概念二：概念二：數(shù)字化將任何連續(xù)變化的輸入如圖畫的線條或聲音信號轉(zhuǎn)化為一串分離的單元，在計算機中用0和1表示。通常用模數(shù)轉(zhuǎn)換器執(zhí)行這個轉(zhuǎn)換。l數(shù)字化是利用數(shù)字技術(shù)對傳統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容和體系進行改造的進程。數(shù)字化的核心是離散化，其本質(zhì)是如何將連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確定現(xiàn)象、設(shè)計制造過程的物理量和伴隨制造過程而出現(xiàn)和產(chǎn)生的幾何量、設(shè)計制造環(huán)境、個人的知識、經(jīng)驗和能力離散化，進而實現(xiàn)數(shù)字化。1.9 數(shù)字化制造數(shù)字化制造數(shù)字化制造以設(shè)計為中心以設(shè)計為中心以管理為中心以管理為

35、中心以控制為中心以控制為中心數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計算機技術(shù)、數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它是制造技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融和、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與管理科學(xué)的交叉、融和、發(fā)展與應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。第二章第二章 數(shù)字化智能設(shè)計數(shù)字化智能設(shè)計l概述概述l繪圖繪圖三維三維CADl計算機輔助工程計算機輔助工程(CAE)l計算機輔助制造計算機輔助制造(CAM)l計算機輔助工藝設(shè)計計算機輔助工藝設(shè)計(CAPP)l計算機輔

36、助工業(yè)設(shè)計計算機輔助工業(yè)設(shè)計(CAID)l數(shù)字原型數(shù)字原型虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實2.1 概述概述數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化設(shè)計數(shù)字化設(shè)計就是通過數(shù)字化的手段來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計就是通過數(shù)字化的手段來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法，旨在建立一套基于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，支方法，旨在建立一套基于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，支持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的設(shè)計方法。數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)涵持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的設(shè)計方法。數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)涵是支持產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、支持產(chǎn)品相是支持產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持產(chǎn)品開發(fā)流程的控制與優(yōu)化等。歸納起關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持產(chǎn)品開發(fā)流程的控制與優(yōu)化

37、等。歸納起來就是產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計是主體，數(shù)據(jù)管理是核來就是產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計是主體，數(shù)據(jù)管理是核心。心。2.1 概述概述數(shù)字化設(shè)計制造數(shù)字化設(shè)計制造數(shù)字化設(shè)計制造的本質(zhì)數(shù)字化設(shè)計制造的本質(zhì)是產(chǎn)品設(shè)計制造信息的數(shù)字化，是是產(chǎn)品設(shè)計制造信息的數(shù)字化，是將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對設(shè)計制造所涉及的所有對象和活動起來，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對設(shè)計制造所涉及的所有對象和活動進行表達、處理和控制，從而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品設(shè)計進行表達、處理和控制，從而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品設(shè)計制造過程，即制造對象、狀態(tài)與過程的數(shù)字

38、化表征、制造制造過程，即制造對象、狀態(tài)與過程的數(shù)字化表征、制造信息的可靠獲取及其傳遞，以及不同層面的數(shù)字化模型與信息的可靠獲取及其傳遞，以及不同層面的數(shù)字化模型與仿真。仿真。2.1 概述概述數(shù)字化設(shè)計制造特點數(shù)字化設(shè)計制造特點與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，數(shù)字化設(shè)計制造具有以下特點：與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，數(shù)字化設(shè)計制造具有以下特點：過程的延伸：過程的延伸：不僅是產(chǎn)品零件、部件的設(shè)計和加工制造過不僅是產(chǎn)品零件、部件的設(shè)計和加工制造過程，而且包括工裝設(shè)計制造、檢測和服務(wù)等。程，而且包括工裝設(shè)計制造、檢測和服務(wù)等。智能水平的提高：智能水平的提高：人工智能技術(shù)在數(shù)字化制造系統(tǒng)諸多方人工智能技術(shù)在數(shù)字化制造系統(tǒng)

39、諸多方面的應(yīng)用，包括零件設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、過程控面的應(yīng)用，包括零件設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、過程控制等，使系統(tǒng)的智能水平提高并更為有效。制等，使系統(tǒng)的智能水平提高并更為有效。集成水平的提高：集成水平的提高：覆蓋零件全生命周期，實現(xiàn)生命周期各覆蓋零件全生命周期，實現(xiàn)生命周期各個階段的橫向集成和企業(yè)各個層次的縱向集成，在信息集個階段的橫向集成和企業(yè)各個層次的縱向集成，在信息集成的基礎(chǔ)上實現(xiàn)功能和過程集成（實現(xiàn)在正確的時間將正成的基礎(chǔ)上實現(xiàn)功能和過程集成（實現(xiàn)在正確的時間將正確的信息傳遞給正確的人）。確的信息傳遞給正確的人）。2.1 概述概述產(chǎn)品形成過程產(chǎn)品形成過程l 產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計生產(chǎn)準

40、備詳細設(shè)計昨天昨天過程序列產(chǎn)品規(guī)劃 概念設(shè)計 詳細設(shè)計 生產(chǎn)準備PDM數(shù)字模型過程管理明天明天過程流產(chǎn)品規(guī)劃概念設(shè)計詳細設(shè)計生產(chǎn)準備PDM今天今天過程鏈2.1 概述概述產(chǎn)品設(shè)計過程產(chǎn)品設(shè)計過程 重點放在開發(fā)和制造零件重點放在產(chǎn)品的形成過程原型重點放在產(chǎn)品全生命周期產(chǎn)品從從CAD到虛擬到虛擬現(xiàn)實現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實 3D CAD 2D CAD繪圖繪圖Digital Mock-upDigital Prototyping2.2 繪圖繪圖 三維三維CAD任務(wù)1 任務(wù)的明確和細化2 確定功能原理及其結(jié)構(gòu)3 尋求原理方案及其結(jié)構(gòu)4 劃分成可實施的模塊5 標準模塊設(shè)計6 產(chǎn)品總體設(shè)計7 詳細設(shè)計和編制使用說

41、明進一步實施產(chǎn)品文檔 預(yù)方案模塊結(jié)構(gòu)原理方案 總方案功能結(jié)構(gòu)需求清單前進或返回到一個或多個工作步驟2.2.1 計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計(CAD-Computer Aided Design)l先導(dǎo)性：先導(dǎo)性：提前進行產(chǎn)品的樣品設(shè)計或虛擬設(shè)計，可以讓用戶實時從提前進行產(chǎn)品的樣品設(shè)計或虛擬設(shè)計，可以讓用戶實時從屏幕上看到尚未問世的新產(chǎn)品的外觀與性能，對其進行多方面的觀屏幕上看到尚未問世的新產(chǎn)品的外觀與性能，對其進行多方面的觀察和評審，為產(chǎn)品的方案設(shè)計及標書的編寫和繪制做出快速反應(yīng)。察和評審，為產(chǎn)品的方案設(shè)計及標書的編寫和繪制做出快速反應(yīng)。l可仿真性：可仿真性：在產(chǎn)品進入詳細設(shè)計階段時，在產(chǎn)品進入

42、詳細設(shè)計階段時，CAD技術(shù)可以進行模擬裝技術(shù)可以進行模擬裝配和運動仿真，以便及早發(fā)現(xiàn)運動機構(gòu)的碰撞或空間布局中的干涉，配和運動仿真，以便及早發(fā)現(xiàn)運動機構(gòu)的碰撞或空間布局中的干涉，避免不必要的損失和浪費。避免不必要的損失和浪費。l并行性：并行性：便于組織實施并行工程，在計算機中確立產(chǎn)品模型和總體便于組織實施并行工程，在計算機中確立產(chǎn)品模型和總體布局，與之配套的各個獨立系統(tǒng)、部件組、試驗組、生產(chǎn)準備等都布局，與之配套的各個獨立系統(tǒng)、部件組、試驗組、生產(chǎn)準備等都可以在總體設(shè)計下同時分頭協(xié)調(diào)地進行工作，大大加快產(chǎn)品開發(fā)速可以在總體設(shè)計下同時分頭協(xié)調(diào)地進行工作，大大加快產(chǎn)品開發(fā)速度。度。CAD技術(shù)特點2

43、.2.1 計算機輔助設(shè)計計算機輔助設(shè)計(CAD-Computer Aided Design)l動態(tài)擴展性：動態(tài)擴展性：能方便、快捷地輸入已有的圖樣，并對圖樣上的信息能方便、快捷地輸入已有的圖樣，并對圖樣上的信息缺陷實現(xiàn)修復(fù)，能根據(jù)客戶提出的各種設(shè)計及時修改；在此基礎(chǔ)上缺陷實現(xiàn)修復(fù)，能根據(jù)客戶提出的各種設(shè)計及時修改；在此基礎(chǔ)上建立的各種數(shù)據(jù)庫越來越豐富，可以方便地檢查和迅速組織各套圖建立的各種數(shù)據(jù)庫越來越豐富，可以方便地檢查和迅速組織各套圖的發(fā)放，為生產(chǎn)準備工作的各個方向贏得時間。的發(fā)放，為生產(chǎn)準備工作的各個方向贏得時間。l效益性：效益性：CAD技術(shù)作為信息技術(shù)的一個重要組成部分，是促進科研技術(shù)

44、作為信息技術(shù)的一個重要組成部分，是促進科研成果的開發(fā)和轉(zhuǎn)化、實現(xiàn)智能勞動自動化、加快國民經(jīng)濟發(fā)展、有成果的開發(fā)和轉(zhuǎn)化、實現(xiàn)智能勞動自動化、加快國民經(jīng)濟發(fā)展、有利于國防現(xiàn)代化的一項關(guān)鍵性高技術(shù)；是提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短利于國防現(xiàn)代化的一項關(guān)鍵性高技術(shù)；是提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、縮短開發(fā)周期、大幅度提高勞動生產(chǎn)率的重要手段；是企業(yè)提高創(chuàng)新能開發(fā)周期、大幅度提高勞動生產(chǎn)率的重要手段；是企業(yè)提高創(chuàng)新能力和管理水平、增強市場競爭力和參與國際競爭的必要條件。力和管理水平、增強市場競爭力和參與國際競爭的必要條件。CAD技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用水平已成為衡量一個國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用水平已成為衡量一個國家

45、科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標志之一?；闹匾獦酥局弧?.2.2 CAD 的發(fā)展歷程的發(fā)展歷程平板式繪圖機平板式繪圖機“七七 五五” “八八 五五” “九九 五五” 計算機輔助繪圖 計算機輔助設(shè)計 計算機輔助產(chǎn)品開發(fā) 國產(chǎn)CAD軟件的國內(nèi)市場占有率我國CAD應(yīng)用的普及與深化歷程甩圖板甩圖板概念形狀設(shè)計概念形狀設(shè)計2.2.3 概念設(shè)計與形狀設(shè)計概念設(shè)計與形狀設(shè)計概念設(shè)計的步驟概念設(shè)計的步驟要求清單問題抽象化，確定問題本質(zhì)問題抽象化，確定問題本質(zhì)概念構(gòu)建功能結(jié)構(gòu)構(gòu)建功能結(jié)構(gòu)探索實現(xiàn)子功能的設(shè)計方案原理探索實現(xiàn)子功能的設(shè)計方案原理組合方案原理以實現(xiàn)總體功能組合方案原理以實現(xiàn)總體功能選擇合適的方案原

46、理組合選擇合適的方案原理組合確定侯選方案確定侯選方案侯選方案評價侯選方案評價2.2.2 概念設(shè)計與形狀設(shè)計概念設(shè)計與形狀設(shè)計概念設(shè)計階段產(chǎn)品信息特性概念設(shè)計階段產(chǎn)品信息特性概念設(shè)計階段產(chǎn)品信息特性概念設(shè)計階段產(chǎn)品信息特性 產(chǎn)品信息是定性的產(chǎn)品信息是定性的(Qualitative)(Qualitative) 產(chǎn)品信息是不精確的產(chǎn)品信息是不精確的(Imprecise)(Imprecise) 產(chǎn)品信息是不確定的產(chǎn)品信息是不確定的(Uncertain)(Uncertain) 產(chǎn)品信息是不完全的產(chǎn)品信息是不完全的(Incomplete)(Incomplete)2.2.2 概念設(shè)計與形狀設(shè)計概念設(shè)計與形狀

47、設(shè)計形狀設(shè)計形狀設(shè)計=工程設(shè)計人員常常以草圖等工程設(shè)計人員常常以草圖等概略形狀來描述設(shè)計方案概略形狀來描述設(shè)計方案=傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的CADCAD技術(shù)基于定量的技術(shù)基于定量的形狀數(shù)學(xué)模型形狀數(shù)學(xué)模型=自然直觀地表達和傳輸人類概念，自然直觀地表達和傳輸人類概念，具有充分的表現(xiàn)力具有充分的表現(xiàn)力=不依賴定量信息的定性形狀表現(xiàn)不依賴定量信息的定性形狀表現(xiàn)=計算機建模和操作有利于形狀的計算機建模和操作有利于形狀的表達和演變表達和演變2.2.3 概念形狀設(shè)計概念形狀設(shè)計2.2.4 當前當前CAD面臨的主要問題面臨的主要問題 曲面與實體集成核心技術(shù)問題大型組件設(shè)計技術(shù)問題模型資料的交換技術(shù)以及CAD設(shè)計方法技術(shù)

48、二維三維CAD的集成與應(yīng)用問題2.3 計算機輔助工程計算機輔助工程(CAE-Computer Aided Engineering)1 1、有限元分析技術(shù)：、有限元分析技術(shù)：基本思想是將問題的求基本思想是將問題的求解區(qū)域劃分為一系列單元，單元之間僅靠節(jié)點解區(qū)域劃分為一系列單元，單元之間僅靠節(jié)點連接。連接。有限元分析的三個階段有限元分析的三個階段 前處理：產(chǎn)生模型結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格劃分，定義邊界條件，前處理：產(chǎn)生模型結(jié)構(gòu)的有限元網(wǎng)格劃分，定義邊界條件，零件本身的特性（如材料、密度等）和工況條件的施加等，為零件本身的特性（如材料、密度等）和工況條件的施加等，為后續(xù)的數(shù)值分析做數(shù)據(jù)準備。后續(xù)的數(shù)值分析做

49、數(shù)據(jù)準備。 解算：根據(jù)前處理生成的網(wǎng)格模型和附加條件，構(gòu)造數(shù)值解算：根據(jù)前處理生成的網(wǎng)格模型和附加條件，構(gòu)造數(shù)值方程后解算出數(shù)值解。方程后解算出數(shù)值解。 后處理：將數(shù)值解與零件的幾何模型聯(lián)系在一起，以彩色后處理：將數(shù)值解與零件的幾何模型聯(lián)系在一起，以彩色等值線、零件變形圖或動畫形等式把數(shù)值解形象地體現(xiàn)出來。等值線、零件變形圖或動畫形等式把數(shù)值解形象地體現(xiàn)出來。2.3 計算機輔助工程計算機輔助工程(CAE-Computer Aided Engineering)2 2、優(yōu)化技術(shù)：優(yōu)化技術(shù)：優(yōu)化設(shè)計是上世紀優(yōu)化設(shè)計是上世紀60年代初期年代初期發(fā)展起來的一門新學(xué)科，它是最優(yōu)化技術(shù)和計發(fā)展起來的一門新學(xué)

50、科，它是最優(yōu)化技術(shù)和計算機技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)果。優(yōu)化設(shè)計為算機技術(shù)在設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)果。優(yōu)化設(shè)計為工程設(shè)計提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計方法，在工程設(shè)計提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計方法，在解決復(fù)雜設(shè)計問題時，它能夠從眾多的設(shè)計方解決復(fù)雜設(shè)計問題時，它能夠從眾多的設(shè)計方案中找到盡可能完善或最適宜的設(shè)計方案。案中找到盡可能完善或最適宜的設(shè)計方案。主要包含兩部分內(nèi)容：優(yōu)化設(shè)計問題的建模技術(shù)和主要包含兩部分內(nèi)容：優(yōu)化設(shè)計問題的建模技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計問題的求解技術(shù)。優(yōu)化設(shè)計問題的求解技術(shù)。優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的三要素：設(shè)計變量、目標函數(shù)優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型的三要素：設(shè)計變量、目標函數(shù)和約束條件和約束條件2.3 計算機輔助

51、工程計算機輔助工程(CAE-Computer Aided Engineering)3 3、仿真技術(shù)：仿真技術(shù)：借助計算機，用系統(tǒng)的模型對真借助計算機，用系統(tǒng)的模型對真實系統(tǒng)或設(shè)計中的系統(tǒng)進行試驗，以達到分析、實系統(tǒng)或設(shè)計中的系統(tǒng)進行試驗，以達到分析、研究與設(shè)計該系統(tǒng)的目的。利用仿真技術(shù)不但研究與設(shè)計該系統(tǒng)的目的。利用仿真技術(shù)不但可以預(yù)示或再現(xiàn)系統(tǒng)的運動規(guī)律和運動過程，可以預(yù)示或再現(xiàn)系統(tǒng)的運動規(guī)律和運動過程，而且可以對無法直接進行試驗的系統(tǒng)進行仿真而且可以對無法直接進行試驗的系統(tǒng)進行仿真試驗研究。通過仿真可以將產(chǎn)品在制造和使用試驗研究。通過仿真可以將產(chǎn)品在制造和使用過程中可能發(fā)生的問題提前到設(shè)計

52、階段處理，過程中可能發(fā)生的問題提前到設(shè)計階段處理，在減少損失、節(jié)約經(jīng)費、縮短開發(fā)周期、提高在減少損失、節(jié)約經(jīng)費、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮著巨大作用。產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮著巨大作用。2.3 計算機輔助工程計算機輔助工程(CAE-Computer Aided Engineering)4 4、虛擬樣機技術(shù)：、虛擬樣機技術(shù)：利用計算機建立產(chǎn)品的三維幾利用計算機建立產(chǎn)品的三維幾何模型，經(jīng)過建立約束關(guān)系的裝配模型、功能和何模型，經(jīng)過建立約束關(guān)系的裝配模型、功能和性能仿真，部分或全部代替物理樣機的試驗，使性能仿真，部分或全部代替物理樣機的試驗，使得物理樣機在真正生產(chǎn)之前，產(chǎn)品性能的大部分得物理樣機

53、在真正生產(chǎn)之前，產(chǎn)品性能的大部分已通過了計算機模擬或驗證，從而減少產(chǎn)品設(shè)計已通過了計算機模擬或驗證，從而減少產(chǎn)品設(shè)計的返工和出錯率，提高設(shè)計效率，同時又可及早的返工和出錯率，提高設(shè)計效率，同時又可及早發(fā)現(xiàn)物理樣機在制造和裝配中可能出現(xiàn)的問題。發(fā)現(xiàn)物理樣機在制造和裝配中可能出現(xiàn)的問題。關(guān)鍵技術(shù)：三維幾何建模技術(shù)、產(chǎn)品的數(shù)字化定義方法、關(guān)鍵技術(shù)：三維幾何建模技術(shù)、產(chǎn)品的數(shù)字化定義方法、數(shù)字化預(yù)裝配以及仿真技術(shù)。數(shù)字化預(yù)裝配以及仿真技術(shù)。2.4 計算機輔助制造計算機輔助制造(CAM-Computer Aided Manufacturing)計算機輔助制造計算機輔助制造CAM：指利用計算機輔助完指利用

54、計算機輔助完成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造整個過程的活動，成從生產(chǎn)準備到產(chǎn)品制造整個過程的活動， 完成復(fù)雜零件的數(shù)控加工包括工藝過程設(shè)計、完成復(fù)雜零件的數(shù)控加工包括工藝過程設(shè)計、工裝設(shè)計、工裝設(shè)計、NC 自動編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、生自動編程、生產(chǎn)作業(yè)計劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。CAM 的支撐技術(shù)是數(shù)的支撐技術(shù)是數(shù)控編程、刀具軌跡生成、數(shù)控加工仿真技術(shù)。控編程、刀具軌跡生成、數(shù)控加工仿真技術(shù)。2.5 計算機輔助工藝規(guī)劃計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP-Computer Aided Process Planning)計算機輔助工藝規(guī)劃計算機輔助工藝規(guī)劃(CAPP)：是實現(xiàn)是實現(xiàn)CAD/CAM

55、一體一體化，建立集成制造系統(tǒng)的橋梁，是一種通過計算機技化，建立集成制造系統(tǒng)的橋梁，是一種通過計算機技術(shù)，以系統(tǒng)化、標準化的方法，輔助確定零件或產(chǎn)品術(shù)，以系統(tǒng)化、標準化的方法，輔助確定零件或產(chǎn)品從毛胚到成品的制造工藝流程規(guī)劃方法與技術(shù)。它通從毛胚到成品的制造工藝流程規(guī)劃方法與技術(shù)。它通過加工工藝信息（材料、熱處理、批量等）的輸入，過加工工藝信息（材料、熱處理、批量等）的輸入，利用人機交互方式或由計算機自動生成零件的工藝路利用人機交互方式或由計算機自動生成零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件。與傳統(tǒng)的手工工藝過程設(shè)線和工序內(nèi)容等工藝文件。與傳統(tǒng)的手工工藝過程設(shè)計相比，計相比，CAPP能夠顯著提高工藝

56、文件的質(zhì)量和工作能夠顯著提高工藝文件的質(zhì)量和工作效率，減少工藝編制工作對工藝人員技能的依賴，縮效率，減少工藝編制工作對工藝人員技能的依賴，縮短生產(chǎn)準備周期，便于保留企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，建立工藝短生產(chǎn)準備周期，便于保留企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗，建立工藝知識庫，改進工藝方法，引入新工藝。知識庫，改進工藝方法，引入新工藝。2.6 計算機輔助工業(yè)設(shè)計計算機輔助工業(yè)設(shè)計(CAID-Computer-aided Industrial Design)計算機輔助工業(yè)設(shè)計計算機輔助工業(yè)設(shè)計(CAID)：傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計主要是傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計主要是面向功能的設(shè)計，往往忽略產(chǎn)品的造型、肌理、色彩、面向功能的設(shè)計，往往忽略產(chǎn)品的造型、肌理

57、、色彩、裝飾、人機因素等，隨著市場競爭的日益激烈，可供裝飾、人機因素等，隨著市場競爭的日益激烈，可供顧客選擇的產(chǎn)品空間越來越大，顧客除了選擇產(chǎn)品的顧客選擇的產(chǎn)品空間越來越大，顧客除了選擇產(chǎn)品的使用功能外，更加注重產(chǎn)品的外觀、色彩、宜人性等使用功能外，更加注重產(chǎn)品的外觀、色彩、宜人性等個性化特征。這些往往成為產(chǎn)品的主要賣點，同時也個性化特征。這些往往成為產(chǎn)品的主要賣點，同時也使得產(chǎn)品具有更高的附加值。使得產(chǎn)品具有更高的附加值。CAID是工業(yè)設(shè)計理論與是工業(yè)設(shè)計理論與CAD技術(shù)的有機結(jié)合，它是與工業(yè)設(shè)計的特點技術(shù)的有機結(jié)合，它是與工業(yè)設(shè)計的特點及工業(yè)設(shè)計師的設(shè)計思維和習(xí)慣相適應(yīng)的一種計算機輔助設(shè)計

58、技術(shù)。及工業(yè)設(shè)計師的設(shè)計思維和習(xí)慣相適應(yīng)的一種計算機輔助設(shè)計技術(shù)。CAID技術(shù)以工業(yè)設(shè)計知識為核心，以計算機為輔助工具，運用工業(yè)設(shè)技術(shù)以工業(yè)設(shè)計知識為核心，以計算機為輔助工具，運用工業(yè)設(shè)計的理念和方法，實現(xiàn)形態(tài)、色彩、宜人性設(shè)計和美學(xué)原則的定量化描計的理念和方法，實現(xiàn)形態(tài)、色彩、宜人性設(shè)計和美學(xué)原則的定量化描述，充分發(fā)揮計算機快速、高效的優(yōu)點，以及設(shè)計人員的創(chuàng)造性思維、述，充分發(fā)揮計算機快速、高效的優(yōu)點，以及設(shè)計人員的創(chuàng)造性思維、審美能力和綜合分析能力。審美能力和綜合分析能力。2.7 數(shù)字原型數(shù)字原型虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實圖形庫標準及通用件庫設(shè)計文檔資料庫工藝文件與數(shù)據(jù)庫 實例庫NC程序庫工具庫PD

59、M平臺及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫支撐環(huán)境設(shè)計目錄概形方案設(shè)計布置方案設(shè)計原理方案設(shè)計功能設(shè)計需求分析產(chǎn)品概念設(shè)計產(chǎn)品概念設(shè)計基于主模型的協(xié)同設(shè)計基于反求工程的快速產(chǎn)品建?；诩庸み^程和信息的產(chǎn)品建模參數(shù)化特征造型產(chǎn)品詳細設(shè)計產(chǎn)品詳細設(shè)計產(chǎn)品可裝配性分析產(chǎn)品可制造性分析產(chǎn)品運動學(xué)/動力學(xué)分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析產(chǎn)品分析產(chǎn)品分析裝配軌跡自動/半自動實現(xiàn)裝配序列自動/半自動實現(xiàn)加工軌跡規(guī)劃檢測過程仿真裝配過程仿真加工過程仿真運動/動力學(xué)仿真產(chǎn)品實現(xiàn)產(chǎn)品實現(xiàn)過程虛擬仿真過程虛擬仿真加工工藝規(guī)劃產(chǎn)品工藝產(chǎn)品工藝規(guī)劃規(guī)劃虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的虛擬產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)的一般性體系結(jié)構(gòu)一般性體系結(jié)構(gòu) 2.7.1 虛擬制造虛擬制造產(chǎn)產(chǎn)品品2.7

60、.2 虛擬制造與虛擬制造與CAD/CAE/CAM建建模模仿真仿真2.8 實例一：邦迪管路基于實例一：邦迪管路基于UG的管路設(shè)的管路設(shè)計計CAD系統(tǒng)系統(tǒng)基于三維軟件系統(tǒng)基于三維軟件系統(tǒng)UG 平臺開發(fā)，平臺開發(fā)，具有具有胎具設(shè)計系胎具設(shè)計系統(tǒng)統(tǒng)和和檢具設(shè)計系統(tǒng)檢具設(shè)計系統(tǒng)兩大子系統(tǒng)。兩大子系統(tǒng)。通過通過參數(shù)化標準件、參數(shù)化標準件、Excel數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)文件，文件，一鍵式生成一鍵式生成復(fù)雜管路復(fù)雜管路；一鍵式生成胎具和檢具一鍵式生成胎具和檢具?？捎煽捎蒛G的工程圖轉(zhuǎn)換為二維的工程圖轉(zhuǎn)換為二維dwg格式文件，可用格式文件，可用AutoCAD打開并編輯打開并編輯；可入庫（可入庫（PDM管理）保存管理）保存和