產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)踐

產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)踐

課程實(shí)踐目標(biāo)結(jié)合當(dāng)前數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的發(fā)展需求，了解數(shù)字化意義，數(shù)字化的發(fā)展歷程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的系統(tǒng)需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)；掌握1-2種軟件平臺(tái)下的數(shù)字化建模、裝配、工程分析的基本技能；了解數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的管理。

實(shí)踐對(duì)象

（1）電子產(chǎn)品（通訊產(chǎn)品、家用電器等）

（2）機(jī)電產(chǎn)品（工業(yè)產(chǎn)品、家用產(chǎn)品等）

（3）機(jī)械產(chǎn)品（減速器、齒輪泵、機(jī)械手等）

數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)踐實(shí)踐內(nèi)容

（1）了解產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，確定設(shè)計(jì)實(shí)踐對(duì)象；

（2）學(xué)習(xí)并選定軟件平臺(tái)，進(jìn)行零、部件建模與虛擬裝配；

（3）生成產(chǎn)品的零部件工程圖樣；

（4）利用軟件平臺(tái)，進(jìn)行必要的動(dòng)力學(xué)分析和機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真。

數(shù)字化設(shè)計(jì)實(shí)踐

學(xué)習(xí)軟件自帶的項(xiàng)目管理功能，或進(jìn)行二次開發(fā)用戶界面，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可視化管理實(shí)踐。

（1）設(shè)計(jì)友好的用戶界面

（2）實(shí)現(xiàn)所實(shí)踐產(chǎn)品的可視化管理。

數(shù)字化設(shè)計(jì)管理-（選作）數(shù)字化的意義數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展數(shù)字化設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)Part1:概述數(shù)字化的意義數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展數(shù)字化設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)Part1:概述

數(shù)字化的意義

設(shè)計(jì)制造現(xiàn)狀

1.研制過程：三維設(shè)計(jì)模型→二維圖紙（設(shè)計(jì)、工藝）→三維工藝模型2.存在的問題：

（1）設(shè)計(jì)繁雜、數(shù)據(jù)模糊、信息傳遞鏈條不連續(xù)等弊病。

（2）消耗人力、物力大（圖學(xué)人才、工藝人才培養(yǎng)、設(shè)計(jì)人員工作量大、牽涉的人員多）(3)研制周期長，返修率高。需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

探索一種自然（便于理解）、準(zhǔn)確、高效的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造等信息的表達(dá)方法，以支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工、裝配和維修等產(chǎn)品全生命周期各階段的數(shù)據(jù)定義和傳遞?；谀Ｐ偷亩x（ModelBasedDefiniton,MBD）技術(shù)

ＭＢＤ技術(shù)是指將產(chǎn)品的所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中的數(shù)字化定義方法。

隨著MBD技術(shù)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了：

基于模型的制造（ModelBased

Manufacturing，MBM）

基于模型的維修保障（ModelBased

Support,MBS）

基于模型的企業(yè)（ModelBasedEnterprise,MBE）等概念。

數(shù)字化的意義2005年,美國就在下一代制造技術(shù)計(jì)劃（NextGenerationManufacturingTechnologiesInitiative，NGMTI）中，將基于模型的企業(yè)MBE列為振興美國國防制造業(yè)和美國制造業(yè)的六大領(lǐng)域技術(shù)之首，并發(fā)布了ＭＢＥ的計(jì)劃路線報(bào)告。MBE技術(shù)是在MBD技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。其核心思想是通過使用模型來定義、執(zhí)行、控制和管理一切企業(yè)流程，通過應(yīng)用基于科學(xué)的仿真和分析工具在產(chǎn)品生命周期的每個(gè)環(huán)節(jié)輔助決策，從而快速減少產(chǎn)品創(chuàng)新、開發(fā)、制造和支持的時(shí)間和成本。數(shù)字化的意義

數(shù)字化的意義以波音787為代表的新型客機(jī)研制為例：

波音公司摒棄二維工程圖，建立了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化集成應(yīng)用體系。

全面采用MBD技術(shù)，并直接使用三維模型作為制造依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、零件加工、裝配與檢測(cè)的高度信息集成、并行協(xié)同和融合，開創(chuàng)了飛機(jī)三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的嶄新模式，從而大幅度提高了產(chǎn)品研制能力，確保波音787客機(jī)的研制周期和質(zhì)量。

數(shù)字化的意義我國也在積極探索三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的應(yīng)用。復(fù)雜度越高的產(chǎn)品，使用數(shù)字化設(shè)計(jì)的意義愈加重大。

近幾年國內(nèi)航空企業(yè)在新型飛機(jī)研制過程中大量采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，取得了令人矚目的成績。

設(shè)計(jì)制造數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化企業(yè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。

數(shù)字化的意義國內(nèi)數(shù)字化技術(shù)在內(nèi)涵和外延兩個(gè)方面離數(shù)字化企業(yè)還有很大距離。以國內(nèi)的飛機(jī)裝配為例：在局部上采用了較為先進(jìn)的技術(shù)：如采用CAD技術(shù)進(jìn)行了包括建立型架標(biāo)準(zhǔn)件庫和優(yōu)化型架及參數(shù)設(shè)計(jì)，對(duì)工裝、工具和產(chǎn)品的裝配過程進(jìn)行了三維仿真等，開始采用激光測(cè)量+數(shù)控驅(qū)動(dòng)的定位方式，部分機(jī)型還采用了自動(dòng)鉆鉚技術(shù)等。但總體上與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距，表現(xiàn)在：

（1）飛機(jī)設(shè)計(jì)制造仍主要采用串行模式，工裝、工藝設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)脫節(jié)，制造模式未真正實(shí)現(xiàn)到并行模式的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致飛機(jī)裝配協(xié)調(diào)困難、返工率高；（2）尚未實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的裝配仿真以及裝配路徑的優(yōu)化；（3）仍然采用以專用工裝為主的剛性定位裝配方式，導(dǎo)致飛機(jī)制造成本居高不下；（4）數(shù)字化裝配應(yīng)用規(guī)模有限，尚未實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整型號(hào)真正意義上的全面數(shù)字化。

數(shù)字化的意義數(shù)字化的意義數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展數(shù)字化設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)Part1:概述數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展數(shù)字化設(shè)計(jì)四個(gè)主要階段

初始階段：單機(jī)數(shù)字化。即技術(shù)人員除了采用三維的設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)外，其它工作習(xí)慣和舊習(xí)慣一致，即單機(jī)作業(yè)、紙質(zhì)流轉(zhuǎn)；

發(fā)展階段：引入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)概念，利用局域網(wǎng)進(jìn)行多人協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有效管理；

成熟階段：在協(xié)同設(shè)計(jì)的過程中擴(kuò)充電子簽署、項(xiàng)目管理等概念，將整個(gè)產(chǎn)品研發(fā)體系移植在設(shè)計(jì)平臺(tái)上；

完美階段：將數(shù)字化設(shè)計(jì)與數(shù)字化管理、數(shù)字化制造、數(shù)字化檢測(cè)有機(jī)結(jié)合，使各信息系統(tǒng)之間無縫連接，達(dá)到數(shù)據(jù)有效傳遞，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期監(jiān)控和管理。數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)①面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計(jì)制造的集成化、全數(shù)字化

CAx(CAD/CAM/CAE/CAPP)DFx:(面向制造的設(shè)計(jì)(DFM)、面向裝配的設(shè)計(jì)

(DFA)、面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計(jì)

(DFLC)單一功能系統(tǒng)將逐漸取代，CAx/DFx等系統(tǒng)的功能逐漸融合，設(shè)計(jì)制造集成度將更高。數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)②采用建模和仿真技術(shù)對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期的信息進(jìn)行全面、精確的定義。

全面：利用模型來定義、執(zhí)行、控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造及維護(hù)等全部技術(shù)和業(yè)務(wù)流程，從根本上減少產(chǎn)品研發(fā)制造的時(shí)間和成本。

精確：專業(yè)化的建模、仿真方法及工具將深入發(fā)展并廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的以數(shù)字量為主、以模擬量為輔的協(xié)調(diào)工作法開始被全數(shù)字量傳遞的協(xié)調(diào)工作法代替，三維數(shù)模已經(jīng)取代二維工程圖紙，成為產(chǎn)品研制的唯一制造依據(jù)。數(shù)字化的意義數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展數(shù)字化設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)數(shù)字化關(guān)鍵技術(shù)Part1:概述

數(shù)字化設(shè)計(jì)的軟硬件系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)

功能：支持模型表達(dá)與處理、支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸與共享

計(jì)算機(jī)（適合各種計(jì)算、分析）

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（安全、暢通）數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)

功能：建模、分析、仿真、虛擬制造、數(shù)字化模型的管理與共享。數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)

I-DEAS:由美國SDRC公司推出的CAD/CAM/CAE集成軟件。廣被航天、汽車、消費(fèi)性電子產(chǎn)品、工業(yè)設(shè)計(jì)者所采用的全功能機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)過程自動(dòng)化的系統(tǒng)。高效率的設(shè)計(jì)、繪圖、分析、模擬、測(cè)試及制造，以最短的時(shí)間、較低的成本向市場(chǎng)提供高質(zhì)量的產(chǎn)品，是世界應(yīng)用最廣泛的CAD/CAE/CAM軟體之一。I-DEAS在CAD/CAE一體化技術(shù)方面一直雄居世界榜首，軟件內(nèi)含諸如結(jié)構(gòu)分析、熱力分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、耐久性分析等真正提高產(chǎn)品性能的高級(jí)分析功能。

數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)

Pro/Engineer：Pro/E是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/E以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位。Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣，是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。

Pro/Engineer主要模塊Engineer：為該系統(tǒng)的基本部分，功能主要包括參數(shù)化的功能定義實(shí)體零件特征、裝配體，工程圖及渲染等。ASSEMBLY：一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng)，能提供用戶自定義手段去生成一組組裝系列及可自動(dòng)地更換零件。CABLING：一個(gè)綜合性的電纜布線功能，它為在部件內(nèi)真正設(shè)計(jì)三維電纜和導(dǎo)線束。CAT：提供Pro/ENGINEER與CATIA的雙向數(shù)據(jù)交換。接口Pro/Engineer主要模塊COMPOSITE：該模塊能用于設(shè)計(jì)復(fù)合夾層材料的部件。DEVELOP：一個(gè)用戶開發(fā)工具?？衫迷撥浖ぞ咦约壕帉懟蚪Y(jié)合第三家的應(yīng)用軟件進(jìn)行二次開發(fā)。它包括C語言的程序庫，支持Pro/E的接口以及直接存取Pro/E數(shù)據(jù)庫。ECAD：可以通過Pro/ENGINEER生成參數(shù)化印刷線路板（PCB）的設(shè)計(jì)圖，也可由ECAD系統(tǒng)輸入。Pro/Engineer主要模塊DESIGN：快速設(shè)計(jì)大型及復(fù)雜的順序組件。它可方便地生成裝配圖層次等級(jí)、二維平面上的非參數(shù)化組裝概念設(shè)計(jì)、二維平面上的參數(shù)化概念分析、以及3D部件平面布置。DETAIL：生成工程圖，包括：自動(dòng)尺寸標(biāo)注、參數(shù)特征生成，全尺寸修飾，自動(dòng)生成投影面，輔助面，截面和局部視圖。Pro/Engineer主要模塊MANUFACTURING：定義加工過程規(guī)劃、刀路軌跡，并能根據(jù)用戶需要產(chǎn)生的生產(chǎn)規(guī)劃做出時(shí)間及價(jià)格成本上的估計(jì)。PROJECT：提供一系列數(shù)據(jù)管理工具，用于管理大規(guī)模復(fù)雜設(shè)計(jì)，適合多組設(shè)計(jì)人員同步運(yùn)行的工程作業(yè)環(huán)境。數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)

Unigraphics：（簡稱UG）：

美國EDSPLMSolutions的主導(dǎo)產(chǎn)品，功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜實(shí)體及造型的建構(gòu),是應(yīng)用普遍CAD/CAM/CAE的一體化軟件系統(tǒng)之一。

UG是基于C語言開發(fā)的系統(tǒng)。在二、三維無結(jié)構(gòu)空間網(wǎng)格上，它提供使用自適應(yīng)多重網(wǎng)格方法開發(fā)的一個(gè)數(shù)值求解偏微分方程的軟件工具。其設(shè)計(jì)思想可靈活地支持多種離散點(diǎn)建構(gòu)方案。

UG的目標(biāo)是用最新的數(shù)學(xué)技術(shù)，即自適應(yīng)局部網(wǎng)格加密、多重網(wǎng)格和并行計(jì)算，為復(fù)雜應(yīng)用問題的求解提供一個(gè)靈活的可再使用的軟件基礎(chǔ)

UG功能模塊工業(yè)設(shè)計(jì)：復(fù)雜建模產(chǎn)品設(shè)計(jì)：具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料件設(shè)計(jì)模塊和其他行業(yè)設(shè)計(jì)所需的專業(yè)應(yīng)用程序仿真、優(yōu)化工具：以數(shù)字化的方式仿真、優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程N(yùn)C加工：用戶可以在圖形方式下觀測(cè)刀具沿軌跡運(yùn)動(dòng)的情況并可對(duì)其進(jìn)行圖形化修改：如對(duì)刀具軌跡進(jìn)行延伸、縮短或修改等。Unigraphics：（簡稱UG）模具設(shè)計(jì)：MoldWizard（注塑模向?qū)В┦腔贜X開發(fā)的，針對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)的專業(yè)模塊，模塊中配有常用的模架庫和標(biāo)準(zhǔn)件，用戶可以根據(jù)自己的需要方便的進(jìn)行調(diào)整用，還可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的二次開發(fā)，很大程度上提高了模具設(shè)計(jì)效率。二次開發(fā)：完全支持所需的各種工具，可用于管理過程并與擴(kuò)展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。與其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對(duì)于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。SolidWorks：達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）下的子公司的Windows平臺(tái)下的三維機(jī)械CAD軟件。其中功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新為其三大特點(diǎn)，