數(shù)字化設(shè)計(jì)制造

數(shù)字化設(shè)計(jì)制造主要內(nèi)容（150min）數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的概念及特點(diǎn)（15min）數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容（CAD、CAM、CAE、CAPP、CAID、RP、PDM）（90min）數(shù)據(jù)交換規(guī)范（30min）數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的典型案例（15min）數(shù)字化是利用數(shù)字技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的技術(shù)內(nèi)容和體系進(jìn)行改造的進(jìn)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(jì)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(jì)制造環(huán)境、個(gè)人的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和能力離散化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。數(shù)字化設(shè)計(jì)就是通過數(shù)字化的手段來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法，旨在建立一套基于計(jì)算機(jī)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(jì)方法。數(shù)字化設(shè)計(jì)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(jì)、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。歸納起來就是產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是主體，數(shù)據(jù)管理是核心。一、數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的概念及特點(diǎn)數(shù)字化制造是指對(duì)制造過程進(jìn)行數(shù)字化描述而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品的制造過程，是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造技術(shù)不斷融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然。數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的本質(zhì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)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)一起來，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)制造所涉及的所有對(duì)象和活動(dòng)進(jìn)行表達(dá)、處理和控制，從而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過程，即制造對(duì)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)字化模型與仿真。一、數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的概念及特點(diǎn)

與傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)相比，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造具有以下特點(diǎn)：過程的延伸：不僅是產(chǎn)品零件、部件的設(shè)計(jì)和加工制造過程，而且包括工裝設(shè)計(jì)制造、檢測(cè)和服務(wù)等。智能水平的提高：人工智能技術(shù)在數(shù)字化制造系統(tǒng)諸多方面的應(yīng)用，包括零件設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、過程控制等，使系統(tǒng)的智能水平提高并更為有效。集成水平的提高：覆蓋零件全生命周期，實(shí)現(xiàn)生命周期各個(gè)階段的橫向集成和企業(yè)各個(gè)層次的縱向集成，在信息集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)功能和過程集成（實(shí)現(xiàn)在正確的時(shí)間將正確的信息傳遞給正確的人）。一、數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的概念及特點(diǎn)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）CAD技術(shù)特點(diǎn)先導(dǎo)性：提前進(jìn)行產(chǎn)品的樣品設(shè)計(jì)或虛擬設(shè)計(jì)，可以讓用戶實(shí)時(shí)從屏幕上看到尚未問世的新產(chǎn)品的外觀與性能，對(duì)其進(jìn)行多方面的觀察和評(píng)審，為產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)及標(biāo)書的編寫和繪制做出快速反應(yīng)?？煞抡嫘裕涸诋a(chǎn)品進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段時(shí)，CAD技術(shù)可以進(jìn)行模擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，以便及早發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)機(jī)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(fèi)。并行性：便于組織實(shí)施并行工程，在計(jì)算機(jī)中確立產(chǎn)品模型和總體布局，與之配套的各個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)、部件組、試驗(yàn)組、生產(chǎn)準(zhǔn)備等都可以在總體設(shè)計(jì)下同時(shí)分頭協(xié)調(diào)地進(jìn)行工作，大大加快產(chǎn)品開發(fā)速度。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）CAD技術(shù)特點(diǎn)動(dòng)態(tài)擴(kuò)展性：能方便、快捷地輸入已有的圖樣，并對(duì)圖樣上的信息缺陷實(shí)現(xiàn)修復(fù)，能根據(jù)客戶提出的各種設(shè)計(jì)及時(shí)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的發(fā)放，為生產(chǎn)準(zhǔn)備工作的各個(gè)方向贏得時(shí)間。效益性：CAD技術(shù)作為信息技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，是促進(jìn)科研成果的開發(fā)和轉(zhuǎn)化、實(shí)現(xiàn)智能勞動(dòng)自動(dòng)化、加快國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、有利于國(guó)防現(xiàn)代化的一項(xiàng)關(guān)鍵性高技術(shù)；是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短開發(fā)周期、大幅度提高勞動(dòng)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(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)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(gè)國(guó)家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志之一。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容CAD技術(shù)的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的工程制圖方法。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)比，計(jì)算機(jī)交互繪圖具有無可比擬的優(yōu)越性。繪圖工具不再是圖板、直尺、角尺、圓規(guī)和鉛筆等，而是面對(duì)計(jì)算機(jī)，眼看屏幕，手按鍵盤、鼠標(biāo)或數(shù)字化儀器，勞動(dòng)強(qiáng)度大大減輕。繪圖實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、一體化，線型、顏色、層次、文字、剖面可以統(tǒng)一風(fēng)格，為圖紙交流和修改帶來了便利。設(shè)計(jì)、繪圖質(zhì)量大為提高，可按實(shí)際尺寸繪圖，不考慮比列。復(fù)用能力。對(duì)于圖紙借用和類比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可以把已有圖形文件和別人的圖形文件調(diào)出來稍作修改，對(duì)于重復(fù)陣列、對(duì)稱幾何、拓?fù)湎嗨频膱D素，可以繪一次并做成圖塊，然后多次復(fù)制、引用，繪圖效率得到極大地提高。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容修改能力。設(shè)計(jì)繪圖員再也不用擔(dān)心對(duì)錯(cuò)繪圖形的修改，從草圖設(shè)計(jì)、分布細(xì)化到最終工程圖紙的繪制，Undo和Erease等命令能解除設(shè)計(jì)繪圖人員的擔(dān)憂，并滿足其要求。繪圖能力的提高、智能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)。尺寸標(biāo)注、剖面線生成、開孔、剪切等在計(jì)算機(jī)繪圖中只需操作命令鍵或使用菜單即可。還可以引進(jìn)和開發(fā)出本行業(yè)設(shè)計(jì)分析繪圖一體化的專業(yè)軟件，把一些重復(fù)性的工作編成程序，用戶只需調(diào)用即可。管理方式的變革。電子化圖紙可以通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分發(fā)、存儲(chǔ)、復(fù)制到磁盤、光盤，進(jìn)行電子化檢索，不需要圖紙柜，不需要像紙質(zhì)文檔那樣考慮防火、防盜、防蝕和曬藍(lán)圖，檔案處和掃圖員的工作可以削減。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容三維設(shè)計(jì)能力的提高。現(xiàn)實(shí)中的產(chǎn)品、人腦中產(chǎn)品設(shè)計(jì)構(gòu)思均是三維的，只是由于圖紙等表達(dá)工具是二維的，才使用三視圖、剖視圖等各種方式來描述，這種三維與二維概念轉(zhuǎn)換極不自然。計(jì)算機(jī)繪圖技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展到三維設(shè)計(jì)水平，三維數(shù)字產(chǎn)品可以投影生成各類視圖，可以自動(dòng)編制工藝文件、數(shù)據(jù)文件。多彩性。傳統(tǒng)的圖紙是黑白線條圖，計(jì)算機(jī)圖可以具有多種顏色、線型、視圖，多個(gè)層次、多個(gè)視角和矢量點(diǎn)陣混合圖、著色圖、動(dòng)態(tài)圖、爆炸圖等特性，創(chuàng)造出多姿多彩的計(jì)算機(jī)圖形世界。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容CAD技術(shù)的發(fā)展歷程二維繪圖階段（50年代后期～60年代初期）線框建模階段（60年代初期～60年代末期）第一次CAD技術(shù)革命：曲面造型（70年代初期～80年代初期）第二次CAD技術(shù)革命：實(shí)體造型（80年代初期～80年代中期）第三次CAD技術(shù)革命：參數(shù)化特征造型（80年代中期）第四次CAD技術(shù)革命：系統(tǒng)集成化（90年代）二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容特征造型特征的定義和分類定義：用于描述零件和裝配體的語義組，它將功能、設(shè)計(jì)和制造信息組合在一起。產(chǎn)品信息的載體，它可以在設(shè)計(jì)和制造或者其它工程任務(wù)之間輔助設(shè)計(jì)或進(jìn)行通信。任何用于設(shè)計(jì)、工程分析和制造的推理的客觀對(duì)象。設(shè)計(jì)人員感興趣的區(qū)域。特征不再是普通的體素，而是一種封裝了各種屬性和功能的對(duì)象。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容特征造型特征的定義和分類分類：從產(chǎn)品功能上分：形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配特征、附加特征。從產(chǎn)品生命周期上分：設(shè)計(jì)特征、工程分析特征、加工特征、裝配特征、檢測(cè)特征、銷售特征和維修特征。從復(fù)雜程度上分：基本特征、組合特征和復(fù)合特征。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容特征造型引入“特征”后的好處：更好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。幾何造型技術(shù)，如線框造型、曲面造型和實(shí)體造型，都是著眼于完善產(chǎn)品的幾何描述；特征造型則著眼于更好地表達(dá)完整的產(chǎn)品技術(shù)及生產(chǎn)管理信息，以便為產(chǎn)品的集成信息模型服務(wù)。簡(jiǎn)化傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)中繁瑣的造型過程。特征造型使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作在更高層次上進(jìn)行，設(shè)計(jì)人員考慮更多的是產(chǎn)品的功能要素，如鍵槽、定位孔等，而不是原來的線條和體素。特征的引用直接體現(xiàn)了設(shè)計(jì)意圖，使得所建產(chǎn)品模型更容易為人理解，圖樣更易于修改，也就更易于組織生產(chǎn)，從而使設(shè)計(jì)者有更多的精力用于創(chuàng)造性構(gòu)想。從高層次上對(duì)具體的幾何元素進(jìn)行封裝，有助于加強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析、工藝準(zhǔn)備、加工、裝配檢驗(yàn)等各部門之間的聯(lián)系，有助于推進(jìn)行業(yè)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工業(yè)方法的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化等。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容特征模型的建立方法特征識(shí)別：許多應(yīng)用程序，如工藝規(guī)劃、NC編程、成組技術(shù)編碼等所要求的輸入信息包含幾何構(gòu)造和特征兩方面?，F(xiàn)已有各種技術(shù)方法，可以直接從幾何模型數(shù)據(jù)庫中獲得這些輸入信息。這就是所謂的特征識(shí)別，它將幾何模型的某部分與預(yù)定義的特征類型相比較，進(jìn)而識(shí)別出相匹配的特征實(shí)例?；谔卣鞯脑O(shè)計(jì)：特征一開始就加入在產(chǎn)品模型中，特征型的定義被放入一個(gè)庫中，通過定義尺寸、位置參數(shù)和各種屬性值可以建立特征實(shí)例。特征分割法：利用移去毛胚材料的操作，將毛胚模型轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K的零件模型。特征合成法：通過對(duì)特征實(shí)例進(jìn)行修改、復(fù)制、刪除等操作后生成實(shí)體模型。特征識(shí)別與基于特征設(shè)計(jì)的集成建模法。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容參數(shù)化設(shè)計(jì)：一般是指對(duì)象的結(jié)構(gòu)形狀基本不變，而用一組參數(shù)來約束尺寸關(guān)系。參數(shù)與設(shè)計(jì)對(duì)象的控制尺寸有顯示對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)結(jié)果的修改受尺寸驅(qū)動(dòng)。主要特點(diǎn)基于特征：將某些具有代表性的幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸設(shè)定為可修改的參數(shù)，形成實(shí)體，以此為基礎(chǔ)來進(jìn)行更為復(fù)雜的幾何形體的創(chuàng)建。全尺寸約束：將形狀和尺寸聯(lián)合考慮，通過尺寸約束實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何形狀的控制。造型必須以完整的尺寸參數(shù)為出發(fā)點(diǎn)（全約束），不能欠約束，也不能過約束。尺寸驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)修改：通過編輯尺寸來驅(qū)動(dòng)幾何形狀的改變，是全數(shù)據(jù)相關(guān)的基礎(chǔ)。全數(shù)據(jù)相關(guān)：某個(gè)或某些尺寸參數(shù)的修改，導(dǎo)致與其相關(guān)的尺寸得以全部同時(shí)更新。全數(shù)據(jù)相關(guān)的修改功能體現(xiàn)了當(dāng)需要零件形狀改變時(shí)，只需編輯尺寸重新刷新即可實(shí)現(xiàn)形狀的改變?；诩s束的尺寸驅(qū)動(dòng)是較為成熟的參數(shù)化方法，基本原理：對(duì)幾何模型中的一些基本圖素施加一定的約束，模型一旦建好，尺寸的修改立即會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)模型的修改。約束包含尺寸約束和幾何約束。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容裝配建模裝配關(guān)系定義接觸關(guān)系：指在產(chǎn)品裝配中，為實(shí)現(xiàn)某種裝配功能，使得零件所具有的物理接觸。緊固關(guān)系：有些零件間的接觸需要進(jìn)一步固定，從而使固連后的兩個(gè)零件成為一體。位置關(guān)系：用于描述裝配體中零件之間的幾何安裝位置和精度。傳動(dòng)關(guān)系：裝配零件間的傳動(dòng)關(guān)系，如齒輪傳動(dòng)、齒條傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等。可裝配性檢查無干涉：零件間距離大于間隙的公差帶。軟干涉：零件間距離小于間隙的公差帶，但并不接觸。接觸干涉：兩個(gè)零件接觸，但并不相交。硬干涉：零件間相交，現(xiàn)實(shí)中不存在。包容：一個(gè)零件對(duì)象完全被另一個(gè)零件對(duì)象包容在內(nèi)，現(xiàn)實(shí)中不存在。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容受計(jì)算機(jī)硬件限制，大型裝配模型需簡(jiǎn)化，遵循原則減少每次裝入的零件數(shù)目減少幾何信息量減少模型信息量減少顯示數(shù)據(jù)量裝配順序規(guī)劃和裝配路徑裝配順序規(guī)劃：主要研究裝配順序的生成與幾何可行性分析。所謂裝配順序的幾何可行性，是兩個(gè)裝配單元之間的裝配操作或分解操作不存在幾何干涉現(xiàn)象。裝配路徑規(guī)劃：在裝配建模和裝配順序規(guī)劃的基礎(chǔ)上，充分利用裝配信息進(jìn)行路徑分析、求解和判斷，生成一條無碰撞的從裝配起點(diǎn)到裝配終點(diǎn)的裝配路徑，即無碰撞干涉的路徑規(guī)劃，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的效果。虛擬裝配：沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容目前流行的幾個(gè)特征造型系統(tǒng)：ProE、I-DEAS、Autodesk的MDT2.0、SolidEdge、SolidWorks、CATIA、UG。ProE：參數(shù)化特征造型功能貫穿于整個(gè)產(chǎn)品，它為所有類型的模型提供了參數(shù)化的方式，包括特征、曲面、曲線以及線框模型等。所有幾何體都必須被完全約束，不支持欠約束的幾何體，將參數(shù)化造型技術(shù)應(yīng)用到了工程設(shè)計(jì)的各個(gè)方面：繪圖、工程分析、數(shù)控編程、布線設(shè)計(jì)、鈑金件設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。主要模塊：基本模型、工業(yè)外觀造型、復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)、復(fù)雜產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)仿真、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度仿真、疲勞分析、塑料流動(dòng)分析、熱分析、公差分析及優(yōu)化、基本數(shù)控編程、多軸數(shù)控編程、通用數(shù)控后處理、數(shù)控鈑金加工編程、NC仿真及優(yōu)化、模具設(shè)計(jì)、二次開發(fā)工具包。計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）有限元分析技術(shù)：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(diǎn)連接。有限元分析的三個(gè)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，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(zhǔn)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，以彩色等值線、零件變形圖或動(dòng)畫形等式把數(shù)值解形象地體現(xiàn)出來。Ansys涵蓋結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)等領(lǐng)域，可進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、熱分析、電磁場(chǎng)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、壓電分析、聲場(chǎng)分析以及多種場(chǎng)之間的耦合分析。CAD軟件與CAE軟件的連接二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容優(yōu)化技術(shù)：在設(shè)計(jì)過程中，常常需要根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，合理確定各種參數(shù)，例如重量、成本、性能、承載能力等，以期達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)。實(shí)際上，在任何一項(xiàng)設(shè)計(jì)工作中，都包含著尋優(yōu)過程。優(yōu)化設(shè)計(jì)是上世紀(jì)60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(jì)算機(jī)技術(shù)在設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的結(jié)果。優(yōu)化設(shè)計(jì)為工程設(shè)計(jì)提供了一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法，在解決復(fù)雜設(shè)計(jì)問題時(shí)，它能夠從眾多的設(shè)計(jì)方案中找到盡可能完善或最適宜的設(shè)計(jì)方案。主要包含兩部分內(nèi)容：優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的建模技術(shù)和優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的求解技術(shù)。優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的三要素：設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)和約束條件。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容仿真技術(shù)：借助計(jì)算機(jī)，用系統(tǒng)的模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)或設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，以達(dá)到分析、研究與設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)過程，而且可以對(duì)無法直接進(jìn)行試驗(yàn)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真試驗(yàn)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(jì)階段處理，在減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、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。數(shù)字化仿真的基本步驟系統(tǒng)定義：以明確的準(zhǔn)則來描述系統(tǒng)目標(biāo)及是否達(dá)到目標(biāo)的衡量標(biāo)準(zhǔn)、自由變量、約束條件、研究范圍和研究環(huán)境。數(shù)學(xué)建模：確定變量和參數(shù)以及它們之間的關(guān)系，確定模型的要素，在一定的條件下用數(shù)學(xué)模型描述所研究的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：包括收集數(shù)據(jù)和在模型中如何使用這些數(shù)據(jù)。必須收集系統(tǒng)的輸入、輸出各項(xiàng)數(shù)據(jù)以及描述系統(tǒng)各部分之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。模型轉(zhuǎn)換：用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言或?qū)Ｓ梅抡嬲Z言來描述數(shù)學(xué)模型。仿真試驗(yàn)分析并論證仿真結(jié)果二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容虛擬樣機(jī)技術(shù)：利用計(jì)算機(jī)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、功能和性能仿真，部分或全部代替物理樣機(jī)的試驗(yàn)，使得物理樣機(jī)在真正生產(chǎn)之前，產(chǎn)品性能的大部分已通過了計(jì)算機(jī)模擬或驗(yàn)證，從而減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)的返工和出錯(cuò)率，提高設(shè)計(jì)效率，同時(shí)又可及早發(fā)現(xiàn)物理樣機(jī)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、數(shù)字化預(yù)裝配以及仿真技術(shù)。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）計(jì)算機(jī)輔助制造CAM是指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)備到產(chǎn)品制造整個(gè)過程的活動(dòng)，完成復(fù)雜零件的數(shù)控加工包括工藝過程設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、NC自動(dòng)編程、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等。CAM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)。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容CAM發(fā)展歷程N(yùn)C機(jī)床（數(shù)控機(jī)床）的出現(xiàn)：1952年，美國(guó)麻省理工學(xué)院首先實(shí)現(xiàn)了三坐標(biāo)銑床的數(shù)控化，數(shù)控裝置采用真空管電路。1955年，第一次進(jìn)行了數(shù)控機(jī)床的批量制造。當(dāng)時(shí)主要是針對(duì)直升飛機(jī)的旋翼等自由曲面的加工。CAM處理系統(tǒng)APT（自動(dòng)編程工具）出現(xiàn)：1955年美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)伺服機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室公布了APT(AutomaticallyProgrammedTools)系統(tǒng)。其中的數(shù)控編程主要是發(fā)展自動(dòng)編程技術(shù)。這種編程技術(shù)是由編程人員將加工部位和加工參數(shù)以一種限定格式的語言(自動(dòng)編程語言)寫成所謂源程序，然后由專門的軟件轉(zhuǎn)換成數(shù)控程序。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容加工中心的的出現(xiàn)CNC：1958年美國(guó)K&T公司研制出帶ATC(自動(dòng)刀具交換裝置)的加工中心。同年，美國(guó)UT公司首次把銑鉆等多種工序集中于一臺(tái)數(shù)控銑床中，通過自動(dòng)換刀方式實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，成為世界上第一臺(tái)加工中心。CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）軟件的出現(xiàn)：1963年于美國(guó)出現(xiàn)了CAD的商品化的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備，進(jìn)行二維繪圖。70年代，發(fā)展出現(xiàn)了三維的CAD表面造型系統(tǒng)，中期出現(xiàn)了實(shí)體造型。FMS（柔性制造系統(tǒng)）系統(tǒng)的出現(xiàn)：1967年，美國(guó)實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接而成的可調(diào)加工系統(tǒng)，最初的FMS（Flexiblemanufacturingsystem）。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容CAD/CAM（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助制造）的融合：進(jìn)入70年代，CAD、CAM開始走向共同發(fā)展的道路。由于CAD與CAM所采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，在CAD／CAM技術(shù)發(fā)展初期，主要工作是開發(fā)數(shù)據(jù)接口，溝通CAD和CAM之間的信息流。不同的CAD、CAM系統(tǒng)都有自己的數(shù)據(jù)格式規(guī)定，都要開發(fā)相應(yīng)的接口，不利于CAD／CAM系統(tǒng)的發(fā)展。在這種背景下，美國(guó)波音公司和GE公司于1980年制定了數(shù)據(jù)交換規(guī)范IGES(1nitiaGraphicsExchangeSpecifications)，從而實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的融合。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容CIMS（計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)）的出現(xiàn)和應(yīng)用：80年代中期，出現(xiàn)CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，波音公司成功應(yīng)用于飛機(jī)設(shè)計(jì)，制造，管理，將原需八年的定型生產(chǎn)縮短至三年CAD/CAM軟件的空前繁榮：80年代末期至今，CAD/CAM一體化三維軟件大量出現(xiàn)，如：CADAM，CATIA，UG，I-DEAS，Pro／E，ACIS，MASTERCAM等，并應(yīng)用到機(jī)械、航空航天、汽車、造船等領(lǐng)域。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）：CAPP是實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化，建立集成制造系統(tǒng)的橋梁，是一種通過計(jì)算機(jī)技術(shù)，以系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)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)。它通過加工工藝信息（材料、熱處理、批量等）的輸入，利用人機(jī)交互方式或由計(jì)算機(jī)自動(dòng)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)計(jì)相比，CAPP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(duì)工藝人員技能的依賴，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，便于保留企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，建立工藝知識(shí)庫，改進(jìn)工藝方法，引入新工藝。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)（CAID）：傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)主要是面向功能的設(shè)計(jì)，往往忽略產(chǎn)品的造型、肌理、色彩、裝飾、人機(jī)因素等，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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)品的使用功能外，更加注重產(chǎn)品的外觀、色彩、宜人性等個(gè)性化特征。這些往往成為產(chǎn)品的主要賣點(diǎn)，同時(shí)也使得產(chǎn)品具有更高的附加值。CAID是工業(yè)設(shè)計(jì)理論與CAD技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，它是與工業(yè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)及工業(yè)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思維和習(xí)慣相適應(yīng)的一種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。CAID技術(shù)以工業(yè)設(shè)計(jì)知識(shí)為核心，以計(jì)算機(jī)為輔助工具，運(yùn)用工業(yè)設(shè)計(jì)的理念和方法，實(shí)現(xiàn)形態(tài)、色彩、宜人性設(shè)計(jì)和美學(xué)原則的定量化描述，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，以及設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性思維、審美能力和綜合分析能力。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容快速成型（RP）：該技術(shù)將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)及先進(jìn)材料技術(shù)等加以綜合，其突出特點(diǎn)是能直接根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù)快捷地制造出具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型甚至產(chǎn)品，且不需要任何工裝夾具?？焖俪尚图夹g(shù)的原理：先由三維CAD軟件設(shè)計(jì)出所需要零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型，然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，把原來的三維電子模型變成二維平面信息，即離散的過程；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼，在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層并使它們自動(dòng)粘結(jié)成型，這就是材料的堆積過程。簡(jiǎn)言之，離散/堆積成型原理。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理（PDM）隨著CAD技術(shù)的推廣，原有技術(shù)管理系統(tǒng)難以滿足要求。在采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以前，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝和經(jīng)營(yíng)管理過程中涉及到的各類圖紙、技術(shù)文檔、工藝卡片、生產(chǎn)單、更改單、采購(gòu)單、成本核算單和材料清單等均由人工編寫、審批、歸類、分發(fā)和存檔，所有的資料均通過技術(shù)資料室進(jìn)行統(tǒng)一管理。自從采用計(jì)算機(jī)技術(shù)之后，上述與產(chǎn)品有關(guān)的信息都變成了電子信息。簡(jiǎn)單地采用計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬原來人工管理資料的方法往往不能從根本上解決先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造手段與落后的資料管理之間的矛盾。要解決這個(gè)矛盾，必須采用PDM技術(shù)。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理（PDM）PDM（產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）是從管理CAD/CAM系統(tǒng)的高度上誕生的先進(jìn)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)軟件。它管理的是產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的全部數(shù)據(jù)。工程技術(shù)人員根據(jù)市場(chǎng)需求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖紙和編寫的工藝文檔僅僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)中的一部分。PDM系統(tǒng)除了要管理上述數(shù)據(jù)外，還要對(duì)相關(guān)的市場(chǎng)需求、分析、設(shè)計(jì)與制造過程中的全部更改歷程、用戶使用說明及售后服務(wù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一有效的管理。PDM為不同地點(diǎn)、不同部門的人員營(yíng)造了一個(gè)虛擬協(xié)同的工作環(huán)境，它是所有信息的主要載體，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，可以對(duì)它們進(jìn)行創(chuàng)建、管理和分發(fā)。二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容PDM的功能（P185）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理圖文檔管理工作流程管理動(dòng)態(tài)權(quán)限設(shè)置工程變更管理項(xiàng)目管理外部集成工具二、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的主要內(nèi)容產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的必要性隨著CAD/CAM技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，各企業(yè)都在積極采用CAD/CAM技術(shù)。因歷史原因及不同的開發(fā)目的，各CAD/CAM軟件內(nèi)部數(shù)據(jù)記錄方式和處理方式不盡相同，開發(fā)軟件的語言也不完全一致，而為了充分利用已有的圖形文件，實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)勞動(dòng)，就需要一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換格式。三、數(shù)據(jù)交換規(guī)范常用標(biāo)準(zhǔn)的含義及使用范圍圖形交換文件DXF：是具有專門格式的ASCII碼文本文件，也可以是二進(jìn)制格式文件，其作用是供外部程序和圖形系統(tǒng)或不同的圖形系統(tǒng)之間交換圖形信息。最早用于二維CAD的圖形交換，后來又發(fā)展到三維模型的交換。DXF不是由標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)，但是由于AutoCAD軟件的廣泛應(yīng)用，DXF格式事實(shí)上已成為中性文件的一種類型。初始化圖形交換規(guī)范IGES：是國(guó)際上產(chǎn)生最早，應(yīng)用最廣泛的圖形數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，是由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局主持成立的，由波音公司和通用電氣公司慘叫的技術(shù)委員會(huì)于1980年編