先進制造系統(tǒng) 課件 第1、2章 先進制造系統(tǒng)、現(xiàn)代設計方法

121世紀科學技術發(fā)展的總趨勢中國制造業(yè)取得的成就及其局限213421世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境制造技術發(fā)展歷程5先進制造技術概述6第一章先進制造系統(tǒng)概述中國高技術研究計劃中的R&D2一.二十一世紀改變?nèi)祟惖目茖W與技術21世紀科學技術發(fā)展的總趨勢1二.中心科學技術的轉移三.高技術及其產(chǎn)業(yè)領域3與

"物質科學"

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技術：信息技術；生物技術納米技術一.二十一世紀改變?nèi)祟惖目茖W與技術21世紀科學技術發(fā)展的總趨勢12009年8月29日，IBM公司蘇黎世實驗室的科學家利用原子力顯微鏡成功拍攝了世界首張并五苯(pentacene)單分子成像圖。421世紀科學技術發(fā)展的總趨勢二.中心科學技術的轉移1）信息科學技術目前是發(fā)展高峰期，預計其中心科學技術的地位還可持續(xù)四十年。2）生命科學技術現(xiàn)在已開始注重其發(fā)展與應用，預計21世紀30年代開始逐步轉變?yōu)橹行目茖W技術。3）認知科學技術智能化趨勢現(xiàn)已顯露，預計21世紀70年代開始將成為科學技術發(fā)展的中心。15三.高技術及其產(chǎn)業(yè)領域(1)信息科學技術（包括微電子、光電子科學技術）(2)生物科學技術（包括生命科學技術）(3)新能源科學技術（包括核能科學技術）(4)新材料科學技術（包括納米科學技術）(5)環(huán)境科學技術（包括地球科學技術）(6)航空航天科學技術（包括軍事科學技術）

(7)海洋科學技術（包括地球科學技術）(8)先進制造科學技術（包括微機電系統(tǒng)科學技術）(9)管理科學技術（包括軟科學技術）(10)認知科學技術（包括人腦和智能系統(tǒng)科學技術）21世紀科學技術發(fā)展的總趨勢162制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段一.制造業(yè)創(chuàng)造了人類－原始制造業(yè)三.制造業(yè)發(fā)展的教訓72制造技術發(fā)展歷程一.制造業(yè)創(chuàng)造了人類－原始制造業(yè)人猿相揖別。

只幾個石頭磨過，

小兒時節(jié)。

銅鐵爐中翻火焰，

為問何時猜得，

不過幾千寒熱。

人世難逢開口笑，

上疆場彼此彎弓月。

流遍了，

郊原血。一篇讀罷頭飛雪，

但記得斑斑點點，

幾行陳跡。

五帝三皇神圣事，

騙了無涯過客。

有多少風流人物？

盜跖莊屩流譽后，

更陳王奮起揮黃鉞。

歌未竟，

東方白。石器時代：石器時代包含了人類進化過程中的第一次科技的大范圍傳播。青銅時代：青銅鑄造術的發(fā)明與石器時代相比，具有劃時代意義

鐵器時代：鐵器時代指已經(jīng)能運用很復雜的金屬加工來生產(chǎn)鐵器

毛澤東詞【賀新郎.讀史】81）用機器代替手工，由作坊形成工廠2制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段17世紀60年代，瓦特發(fā)明蒸汽機，引發(fā)第一次工業(yè)革命，工業(yè)化大生產(chǎn)從此開始。18世紀70年代，德國人奧托設計制造了第一臺內(nèi)燃機，引發(fā)了制造業(yè)的又一次革命。19世紀，金屬加工機器首先在英國誕生，先后傳到了法國、德國和美國，并在美國率先形成了小型的機械工廠。92）從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式2制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段科學管理思想，代表人物泰勒：科學管理的創(chuàng)始人，以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理。大規(guī)模量生產(chǎn)的流水線，代表人物福特：流水線生產(chǎn)的創(chuàng)始人，提出了零件互換技術，1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產(chǎn)線，實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產(chǎn)方式。103）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術2制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段柔性化——生產(chǎn)模式由單一品種（少品種）大批量生產(chǎn)自動化向多品種、中小批量生產(chǎn)自動化轉變；該階段形成了一批新型的先進制造單元技術：數(shù)控技術(NC)、計算機數(shù)控技術(CNC)、柔性制造單元(FMC)、計算機輔助設計/制造(CAD/CAM)等。同時涌現(xiàn)出了一批先進生產(chǎn)管理技術：準時制生產(chǎn)(JIT)、全面質量管理(TQM)等。11集成化——單元技術的集成——CNC，F(xiàn)MC，機器人技術，自動物料運輸系統(tǒng)，AGV等單元技術走向集成以后，形成了自動化的柔性制造系統(tǒng)（FMS）使系統(tǒng)中能夠實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和信息共享。3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術2制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段人、技術、管理的集成——典型的代表性技術是計算機集成制造系統(tǒng)的推廣和運用，即CIMS。CIMS強調(diào)將企業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，即市場調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)、加工裝配、銷售、以及售后服務等全過程作為一個不可分割的整體，從系統(tǒng)的觀點進行協(xié)調(diào)，從而實現(xiàn)全局優(yōu)化。12智能化——智能制造系統(tǒng)，是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統(tǒng)。它強調(diào)的是在制造的各個環(huán)節(jié)中，借助計算機來模擬人類專家的智能活動，諸如：分析、推理、判斷、構思和決策等；宗旨是通過人與智能機器的合作共事，來擴大、延伸并部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，從而實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化。3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術2制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段13網(wǎng)絡化——運用網(wǎng)絡化技術，應運而生的先進制造技術主要有：并行工程（CE），計算機集成制造CIM，敏捷制造AM，虛擬制造VM等。3）柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡化的現(xiàn)代制造技術2制造技術發(fā)展歷程二.制造業(yè)演變的關鍵階段14美國經(jīng)歷二戰(zhàn)世界大戰(zhàn)，躋身于制造大國，其轎車產(chǎn)量在上世紀60年代前在全世界名列第一。到上世紀50年代以后，美國逐漸放松了一般制造業(yè)。到70年代后期，美國國內(nèi)廣泛流傳“第三次浪潮論”，美國的一批學者提出：美國已經(jīng)進入“后工業(yè)社會”，同時美國國內(nèi)也認為制造業(yè)是正在走向沒落的“夕陽工業(yè)”。制造技術倍受冷遇，相關研究課題減少。結果導致美國80年代的經(jīng)濟衰退。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓之一——美國2制造技術發(fā)展歷程1580年代后期，美國意識到忽視制造技術帶來的嚴重后果，公眾和輿論界意識到這種情況“危及了美國國家安全”。于是，美國開始了他們的“帝國反擊戰(zhàn)”，政府和企業(yè)界投入巨資，進行了大量的研究和分析，最終得出的結論是：（1）“振興美國經(jīng)濟的出路在于振興制造業(yè)”。（2）“經(jīng)濟競爭歸根到底是制造技術和能力的競爭”。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓之一——美國2制造技術發(fā)展歷程16克林頓上臺后，把先進制造技術列為六大國防關鍵技術之首。1993年2月，克林頓發(fā)表專題報告，提出要促進“先進制造技術”的發(fā)展，同時成立了從國家到地區(qū)以及大學、企業(yè)等各個層次的先進制造技術研究中心，總結提出了一系列先進制造技術的理論，如并行工程、敏捷制造等。1994年美國汽車制造水平大幅度提高，產(chǎn)量重新超過了日本。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓之一——美國2制造技術發(fā)展歷程17上世紀70-80年代，日本狠抓制造業(yè)，特別是汽車制造和微電子制造，結果日本的汽車和家用電器占領了全世界的市場，并大舉進入美國國內(nèi)市場，到上世紀80年代，日本的汽車產(chǎn)量一躍成為世界第一。

日本的微電子芯片成為美國高技術產(chǎn)品的關鍵元件。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓之二——日本2制造技術發(fā)展歷程181）1998年爆發(fā)的東南亞經(jīng)濟危機，從另一個側面反映了一個國家發(fā)展制造業(yè)的重要。一個國家，如果把經(jīng)濟的基礎放在股票、旅游、金融、房地產(chǎn)、服務業(yè)上，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經(jīng)濟就容易形成泡沫經(jīng)濟，一有風吹草動就會產(chǎn)生經(jīng)濟危機。2）新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經(jīng)濟危機的影響小一些。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓之三——東南亞經(jīng)濟危機啟示2制造技術發(fā)展歷程191）瑞士是一個僅700萬人口的小國，但瑞士的制造業(yè)十分發(fā)達，瑞士的精密機械產(chǎn)品的出口量是我國的8倍，瑞士的手表世界第一，連小小的軍刀，也風靡全世界。2）現(xiàn)在瑞士的年人均國民生產(chǎn)總值達到4.3萬美元以上,居世界第一。三.制造業(yè)發(fā)展的教訓之四——瑞士人均產(chǎn)值為何居世界第一2制造技術發(fā)展歷程20321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境一.國際形勢的變化二.制造業(yè)市場競爭的新特點三.制造全球化和貿(mào)易自由化四.科技進步與信息社會五.環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展21321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境一.國際形勢的變化1）國際競爭和對抗的焦點由軍備競賽轉向以科技為先導、以經(jīng)濟為基礎、軍事為后盾的綜合國力的較量；2）提高制造業(yè)產(chǎn)品競爭能力，發(fā)展高技術，尤其是獨具知識產(chǎn)權的產(chǎn)業(yè)技術成為未來搶占經(jīng)濟制高點、振興國家經(jīng)濟的焦點；3）自美國提出“先進制造技術”之后，日本、西歐以及亞洲各新興工業(yè)國家都相繼作出了響應，將先進制造技術列為國家的高新技術和優(yōu)先發(fā)展的項目。22來源:Bullinger

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94962時間46810平均產(chǎn)品壽命TL平均開發(fā)時間TDTD>TL年數(shù)1）知識/技術/產(chǎn)品更新的周期——更短321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境二.制造業(yè)市場競爭的新特點23波音777的設計和制造全數(shù)字化定義——無紙化生產(chǎn)數(shù)字化預裝配——無金屬樣機的生產(chǎn)（虛擬制造的一部分）廣域網(wǎng)上的異地設計、異地制造基于STEP的數(shù)據(jù)交換協(xié)同工作小組Teamwork238個→設計制造周期大大縮短：4年(而波音757、767約9-10年)更大的利潤，每架777，$1.4億基于分布式CAD/CAM系統(tǒng)在8臺IBM大型計算機ES/9000和IBM5080～5086圖形終端，發(fā)現(xiàn)零件干涉2500處，減少工程更改50％以上設計、工藝、制造、供應商、潛在用戶的工作小組，7000人參加，采用并行工程的模式。Internet將發(fā)動機供應商GE、HP和諾依斯羅斯聯(lián)在一起。63M長的波音777，裝配準誤差僅0.58mm.二.制造業(yè)市場競爭的新特點2425研制周期交付周期研制周期01234567891070772773774775776777751596263727290年57646871828194.5(年)波音各種機型研制交付周期比較二.制造業(yè)市場競爭的新特點262)產(chǎn)品品種

更多；3）產(chǎn)品批量（大批量生產(chǎn)→大批量定制生產(chǎn)）

更?。?）顧客對產(chǎn)品功能、性能、質量的要求

更高；5）能參與全球競爭的企業(yè)

更多；6）跨國公司的壟斷性

更明顯；7）企業(yè)的兼并重組

更激烈、更動蕩；8）一般水平的產(chǎn)品及制造能力

嚴重過剩；9）人口老齡化

更嚴重；10）環(huán)保意識、綠色制造呼聲

更強。321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境二.制造業(yè)市場競爭的新特點27321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境二.制造業(yè)市場競爭的新特點現(xiàn)代市場競爭的內(nèi)容不斷變化280255075100低高擾動程度80年代90年代54503027252236546045382836554651415363535251633964644154627640555674///質量意識價格意識服務水平對替代品的脆弱性產(chǎn)品生命周期經(jīng)濟循環(huán)依賴水平流行時尚意識競爭強度消費者需求及欲望的變化程度購買者能力技術變化率飽和水平愿望的一致程度需求水平穩(wěn)定性需求及消費者欲望的確定性必需品奢侈品價格競爭產(chǎn)品的差異性市場影響因素的變化

Pine和B.JosephII“MassCustomization,TheNewFrontierinBusinessCompetition.”Boston:HarvardBusinessSchoolPress,二.制造業(yè)市場競爭的新特點29“中心”的變化以產(chǎn)品為中心以顧客為中心以市場為中心二.制造業(yè)市場競爭的新特點30二.制造業(yè)市場競爭的新特點互聯(lián)網(wǎng)的巨大沖擊，網(wǎng)絡制造降低成本

開發(fā)和設計生產(chǎn)市場ABCA+C>70%所得利潤31

消費觀念的變化消費者的行為更具選擇性顧客化產(chǎn)品：批量生產(chǎn)的產(chǎn)品逐步被個性化、多樣化產(chǎn)品所代替制造業(yè)“服務”：產(chǎn)品生產(chǎn)與產(chǎn)品服務的界限越來越模糊、不滿足感增加：“新三年、舊三年、縫縫補補又三年”的觀念逐步消失

對生產(chǎn)及產(chǎn)品的影響產(chǎn)品訂貨批量下降，單件、小批量產(chǎn)品壽命周期減短：5-10年-3-5年甚至更短產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短二.制造業(yè)市場競爭的新特點32三.制造全球化和貿(mào)易自由化原因：世界自由貿(mào)易體制進一步完善全球交通運輸進一步完善全球通訊網(wǎng)絡建立國際經(jīng)濟合作與交往日益緊密導致：全球產(chǎn)業(yè)界結構大調(diào)整世界逐步形成一個統(tǒng)一的大市場使得：供應與需求國家化、國際化，不同時間、地區(qū)、國家，市場需求有波動對于同一用戶、同一產(chǎn)品，可供選擇的市場國際化、競爭國際化任何國家、地區(qū)，不論實行怎樣的社會制度，不可能離開世界市場而獨立謀求發(fā)展;制造業(yè)發(fā)展應該進入國家目標層次，才能促進經(jīng)濟增長321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境33四.科技進步與信息社會從微電子、信息（計算機與通信、控制理論、人工智能等）、新材料、系統(tǒng)科學所代表的新一代工程科學與技術的迅猛發(fā)展在制造領域中的廣泛滲透、應用、衍生，極大的拓展了制造活動的深度和廣度，急劇的改變了現(xiàn)代設計方法、產(chǎn)品結構、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝、設備以及生產(chǎn)組織結構，產(chǎn)生了一大批新的制造技術和制造模式。高新技術的綜合作用促進了制造技術在宏觀(制造系統(tǒng)集成)和微觀(精密、超精密、微納米加工檢測)兩個方向上的蓬勃發(fā)展，成為一門涵蓋整個生產(chǎn)過程的各個環(huán)節(jié)（市場分析、產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃、加工準備、制造裝配、監(jiān)控檢測、質量保證、生產(chǎn)管理、售后服務、回收再利用等）、包括人、機器、能量、信息等多種資源的組織、控制與管理，橫跨多個學科的集成技術。321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境34五.環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展環(huán)境問題：大量消耗資源和破壞環(huán)境的傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式與工藝技術系統(tǒng)引起了嚴重的環(huán)境問題可持續(xù)發(fā)展思想：

重視環(huán)境方面對制造業(yè)及其產(chǎn)品的制約，通過國家政策與經(jīng)濟立法手段建立循環(huán)經(jīng)濟與再制造工程結論:

面向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)安全型和資源節(jié)約型的制造技術將是制造領域中亟待解決的一個重要問題321世紀制造業(yè)面臨的競爭環(huán)境35中國制造業(yè)取得的成就及其局限4一、制造業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位二、我國制造業(yè)取得的重大成就三、我國制造業(yè)存在的局限四、制造大國走向制造強國的途徑與措施36中國制造業(yè)取得的成就及其局限4制造業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位1）在發(fā)達國家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%的社會財富、約45%的國民經(jīng)濟收入。2）據(jù)統(tǒng)計，美國68%的社會財富來自于制造業(yè)。3）在國家生產(chǎn)力的構成中，制造技術的作用一般占55%-65%。37宇航生物工程微電子光電子信息技術核技術空間技術制造業(yè)38中國制造業(yè)取得的成就及其局限4建國初期到1978年，我國科技人員成功爆破了原子彈和氫彈，成功發(fā)射了人造衛(wèi)星，在世界第一次人工合成牛胰島素結晶等一批舉世矚目的尖端技術。改革開放以來，建成了正負電子對撞機等重大科學工程，秦山、大亞灣核電站并網(wǎng)發(fā)電成功，銀河系列巨型計算機不斷升級并全部研制成功。建成當今世界最大的水利樞紐工程――長江三峽水利樞紐工程許多指標都突破了世界水利工程的記錄。量子信息領域避錯碼被國際公認為量子信息領域“最令人激動的成果”。王選的激光照排系統(tǒng)。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局39中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國自主研發(fā)的“嫦娥”一號繞月飛行成功，“神舟”系列航天飛船成功發(fā)射，“神舟”五號、六號、七號飛船載人航天飛行圓滿成功，標志著我國成為世界上第三個獨立掌握空間出艙技術的國家，是我國空間技術發(fā)展具有里程碑意義的重大突破。高性能計算機曙光5000A躋身世界超級計算機前十位，首款64位高性能通用CPU芯片問世。超級雜交水稻不斷取得重大突破，對提高我國水稻產(chǎn)量、確保糧食安全起了重要作用。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局40中國制造業(yè)取得的成就及其局限4一些新產(chǎn)品的技術水平已達世界領先或先進水平：沈陽機床集團的電主軸高速臥式加工中心、激光切割機床；沈陽變壓器廠的50萬伏超高壓變壓器；黎明航發(fā)集團的中國第一臺擁有完全知識產(chǎn)權的航空發(fā)動機、燃氣輪機；沈陽新松機器人自動化有限公司的6000米水下機器人等產(chǎn)品；清華大學制造工程研究所研制開發(fā)的并聯(lián)構型機床……41中國制造業(yè)取得的成就及其局限4工業(yè)結構實現(xiàn)了從門類簡單到齊全，從以輕工業(yè)為主到輕、重工業(yè)共同發(fā)展，從以勞動密集型工業(yè)為主導，向勞動、資本和技術密集型共同發(fā)展的轉變。目前我國已擁有39個工業(yè)大類、191個中類、525個小類，涵蓋了聯(lián)合國產(chǎn)業(yè)分類中所列的全部工業(yè)門類。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局42中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國由一個只能制造初級工業(yè)產(chǎn)品的國家發(fā)展成為世界制造業(yè)大國。根據(jù)聯(lián)合國工發(fā)組織資料，按照2000年不變價計算，我國制造業(yè)增加值占世界的份額由1995年的5.1%上升到2007年的11.4%。按照國際標準工業(yè)分類，在22個大類中，我國制造業(yè)占世界比重在7個大類中名列第一，其中，煙草類占比49.8%，紡織品類占比29.2%，衣服、皮毛類占比24.7%，皮革、皮革制品、鞋類占比33.4%，堿性金屬占比23.8%，電力裝備占比28.2%，其他交通工具占比34.1%；有15個大類名列前三；除機動車、拖車、半拖車一個大類外，其他21個大類所占份額均名列世界前六位。在發(fā)展中國家中，除機動車、拖車、半拖車一個大類名列第十一位外，其他21個大類所占份額均名列第一位。來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局43中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國制造工業(yè)雖然取得了巨大的成就，但是我國經(jīng)濟整體處于工業(yè)化中期，工業(yè)現(xiàn)代化進程步入了從制造業(yè)大國向制造業(yè)強國的轉變階段。中國工業(yè)發(fā)展需要完成兩次轉變，第一次是從規(guī)模增長型向質量進步型轉變，轉變時間大約為2006年—2015年；第二次是從質量進步型向創(chuàng)新福利型轉變，時間大約為2015-2050年。中國經(jīng)濟可望在2030年前后全面完成新工業(yè)化和信息化。來源：2005年中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會提出的《中國工業(yè)發(fā)展報告》44中國制造業(yè)取得的成就及其局限4我國制造業(yè)與發(fā)達國家相比，存在階段性的差距——產(chǎn)品質量和水平不高，技術開發(fā)能力不強，基礎元器件和基礎工藝不過關，生產(chǎn)率低下，科技投入嚴重不足。我國制造業(yè)大量的是來料加工，突出表現(xiàn)在電子等工業(yè)，許多產(chǎn)品、設計的知識產(chǎn)權并不掌握在我們手里，附加值很低。我國制造業(yè)的主體技術依靠國外，有自主知識產(chǎn)權的產(chǎn)品少，依附于國外企業(yè)的組裝業(yè)比重大，表現(xiàn)為工業(yè)增加值僅為美國的22.14％、日本的35.43％；我國制造業(yè)的勞動生產(chǎn)率約為美國的4.38％、日本的4.07％、德國的5.56％，來源：2005年中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會提出的《中國工業(yè)發(fā)展報告》45在制造技術領域，我國的發(fā)明專利數(shù)只有美國、日本的1/30，韓國的1/40。國務院發(fā)展研究中心報告顯示，中國的制造業(yè)經(jīng)濟總量占全球的6%，而研發(fā)投入僅占0.3%。中國研究與發(fā)展投入占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比例為1%，遠低于世界5%的平均水平裝備制造在制造業(yè)中的比例僅為26.5%(1999年),低于美國(41.9%)、日本(43.6%)、德國(46.4%)；中國制造業(yè)取得的成就及其局限4來源：2005年中國工業(yè)經(jīng)濟聯(lián)合會提出的《中國工業(yè)發(fā)展報告》46我國制造服務業(yè)的附加值普遍不高。在發(fā)達國家，服務業(yè)占GDP比重超過了70%，其中生產(chǎn)性服務業(yè)又占服務業(yè)的70%。由此可見，生產(chǎn)性服務業(yè)已經(jīng)占發(fā)達國家GDP的一半左右。全球500強企業(yè)中，從事服務行業(yè)的有281家，占500強的56%。全球跨國制造企業(yè)中，服務收入比例超過25%，兩成制造企業(yè)的服務收入超過總收入的50%。而在我國，2007年服務業(yè)實現(xiàn)增加值9.6萬億元，比上年增長11.4%，但占GDP比重僅為40%。其中，制造服務業(yè)在服務業(yè)中所占比例也不高。根據(jù)中國社科院財政與貿(mào)易經(jīng)濟研究所研究員裴長洪的估算，在我國，金融與保險、信息傳輸、計算機服務和軟件、科學研究和技術服務等新興服務業(yè)只占服務業(yè)總增加值的20%左右。中國制造業(yè)取得的成就及其局限4來源：2009中華人民共和國國家統(tǒng)計局47中國制造業(yè)取得的成就及其局限4總之，我國制造業(yè)的發(fā)展面臨資源能源和環(huán)境的嚴重制約，未來20年制造業(yè)的增長，如果單純依靠數(shù)量增長，這是資源能源和環(huán)境所不能承受的。因此我國必須依靠科技進步，采取綠色制造技術，在提高產(chǎn)品質量和附加值的同時，努力降低資源和能源消耗，這是未來制造業(yè)的發(fā)展方向。在我國從制造大國向制造強國轉變的過程中，自主創(chuàng)新是制造強國的核心支撐，同時要加快制造業(yè)信息化進程和培養(yǎng)制造工程人才。485先進制造技術概述先進制造技術的相關概念與體系結構先進制造技術的學科內(nèi)容先進制造技術的發(fā)展趨勢49制造（Manufacturing)——制造是涉及制造工業(yè)中產(chǎn)品設計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)過程、質量保證、經(jīng)營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱。(Manufacturingisseriesofinterrelatedactivitiesandoperationsinvolvingthedesign，planning，production，qualityassurance，managementandmarketingoftheproductsofthemanufacturingindustries。)1、先進制造技術的相關概念50壓力加工油漆車身裝配內(nèi)部裝飾驅動橋裝配變速箱裝配輪胎裝配底盤裝配車身安裝最后試驗發(fā)動機裝配發(fā)動機試驗機械加工熱處理鍛造熔化造型澆鑄壓鑄油漆機械加工自動線熱處理汽車制造過程示意圖51先進制造技術——“先進制造技術”簡稱為AMT（AdvancedManufacturingTechnology）在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術總稱、也是取得理想技術經(jīng)濟效果的制造技術的總稱。52價值流物流資金流規(guī)劃控制需求信息流實施（車間或現(xiàn)場）原材料產(chǎn)品與服務能源能量流先進制造系統(tǒng)的五種流53面向制造的設計技術群

產(chǎn)品/工藝設計

計算機輔助設計工藝過程建模和仿真工藝規(guī)程設計系統(tǒng)工程基礎

快速成型技術并行工程制造工藝技術群

材料生產(chǎn)工藝加工工藝聯(lián)接與裝配測試和檢測環(huán)保技術維修技術其他

信息技術

接口技術集成技術人工智能

數(shù)據(jù)庫軟件工程決策支持

標準和框架

數(shù)據(jù)標準工藝標準接口框架

產(chǎn)品定義和標準檢驗標準

機床和工具技術傳感器和控制技術

質量管理用戶/供應商交互作用工作人員培訓和教育

全國監(jiān)督和基準評測技術獲取和利用主體技術群支撐技術群制造基礎設施環(huán)境2、先進制造技術的體系結構54設計方法現(xiàn)代化產(chǎn)品動態(tài)分析和設計產(chǎn)品可靠性可維護性及安全設計產(chǎn)品優(yōu)化設計快速響應設計創(chuàng)新設計智能設計仿真與虛擬設計價值工程設計模塊化設計3、先進制造技術的學科內(nèi)容設計手段計算機化有限元法優(yōu)化設計計算機輔助設計反求工程技術CAD/CAM一體化技術工程數(shù)據(jù)庫向全壽命周期設計發(fā)展由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經(jīng)濟和社會因素（1）先進設計技術55精密、超精密加工技術精密加工：精度為3～0.3μmRa0.3～0.03μm超精密加工：精度為0.3～0.03μmRa0.3～0.005μm納米加工：精度高于0.03μmRa小于0.3～0.005μm精密成型制造技術從制造工件的毛坯、從接近零件形狀向直接制成工件的方向發(fā)展特種加工技術高能束流加工（電子束、離子束、激光束）電加工（電解和電火花)超聲波加工高壓水加工多種能源的組合加工（2）先進制造工藝技術56數(shù)控技術數(shù)控裝置進給系統(tǒng)主軸系統(tǒng)NC程序編制工業(yè)機器人機器人操作機控制系統(tǒng)傳感器生產(chǎn)線總線控制柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)調(diào)度與控制故障診斷自動檢測與信號識別技術信號識別數(shù)據(jù)獲取數(shù)據(jù)處理特征提取與識別過程設備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視系統(tǒng)在線反饋質量控制（3）制造自動化技術57先進制造生產(chǎn)模式計算機集成制造系統(tǒng)CIMS敏捷制造系統(tǒng)AMS智能制造系統(tǒng)IMS精良生產(chǎn)LP并行工程CE集成管理技術企業(yè)資源管理ERP基于作業(yè)的成本管理ABC現(xiàn)代質量保障體系生產(chǎn)率工程制造資源快速有效集成生產(chǎn)組織方法虛擬公司理論與組織企業(yè)組織結構的變革以人為本的團隊建設企業(yè)重組工程（4）先進制造模式58整體化精密化柔性化網(wǎng)絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進制造技術的發(fā)展趨勢集合多學科成果形成一個完整的制造體系——整體化傳統(tǒng)制造技術、信息技術、計算機技術、自動化技術、先進的管理科學相結合先進制造技術的動態(tài)發(fā)展過程——動態(tài)化不斷地吸收各種高新技術逐漸形成，不同時期、不同區(qū)域有各自的重點和內(nèi)容。信息技術對先進制造技術的發(fā)展影響深遠——信息化CIMS、CE、AM、虛擬企業(yè)等。向超精微細領域擴展——精密化微型機械，納米測量、微米/納米加工制造59制造過程集成化——集成化產(chǎn)品的設計、加工、檢測、物流、裝配過程一體化；CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成（淡化了學科界限）；快速原形制造技術，使得設計思想能夠快速轉化為物理原形，甚至能夠直接制成零件（淡化了設計與制造的界限）；機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn)，使加工過程、檢驗過程、物流過程融為了一體（淡化了專業(yè)界限）；整體化精密化柔性化網(wǎng)絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進制造技術的發(fā)展趨勢60制造科學與制造技術、生產(chǎn)管理的融合——集成化制造科學是制造系統(tǒng)和制造過程知識的系統(tǒng)描述，包括數(shù)字描述、仿真、優(yōu)化、設計理論和方法、運動學、動力學、結構強度、摩擦學等；制造技術包含在制造科學之中，制造科學體現(xiàn)在制造技術里，技術和管理由生產(chǎn)模式結合在一起。綠色制造——清潔化、柔性化綠色產(chǎn)品設計技術；綠色制造技術；產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造整體化精密化柔性化網(wǎng)絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進制造技術的發(fā)展趨勢61虛擬現(xiàn)實技術——虛擬化、智能化虛擬制造技術；虛擬企業(yè)；“虛擬”技術將會在數(shù)字化設計、數(shù)字化控制、數(shù)字化管理中貫穿始終。制造全球化——全球化、網(wǎng)絡化制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成；制造技術信息和知識的協(xié)調(diào)、合作和共享；全球制造的體系結構、制造產(chǎn)品及市場的分布及協(xié)調(diào)。數(shù)字化制造是制造技術與信息技術（包含計算機技術、網(wǎng)絡技術）等交叉、發(fā)展與應用的結果，必將導致制造技術的重大發(fā)展與變革

整體化精密化柔性化網(wǎng)絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進制造技術的發(fā)展趨勢62制造業(yè)信息化，其核心是數(shù)字化整體化精密化柔性化網(wǎng)絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化信息化4、先進制造技術的發(fā)展趨勢管理數(shù)字化設計數(shù)字化生產(chǎn)過程數(shù)字化制造裝備數(shù)字化企業(yè)數(shù)字化63

中國高技術研究計劃中的R&D6一、R&D的投入與GDP的關系二、S&T計劃的支持三、863計劃支持的先進制造技術領域64一、R&D的投入與GDP的關系DataResource:ChinaSTS65近年世界主要國家R&D與GDP的比較國家日本美國法國英國韓國巴西印度中國R&D/GDP2.7-2.92.6-2.72.422.082.01.10.90.5-0.766二、S&T計劃的支持基礎研究國家重點實驗室國家工程技術研究中心NKL&NEC

S&T工業(yè)化國家自然科學基金NSF火炬計劃Torch星火計劃Spark國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973）NKFP技術創(chuàng)新工程TVE中小企業(yè)技術創(chuàng)新基金SME應用的R&D國家科技重大專項86367三、863計劃支持的先進制造技術領域微電子高速信息交流新型藥物和疫苗制造業(yè)的信息技術新一代核反應堆電動汽車清潔煤主要軟件高技術產(chǎn)品的原型開發(fā)68ERP電子商務數(shù)控機床試點應用適應對特殊工業(yè)網(wǎng)絡制造數(shù)字化設計在大型工業(yè)中的縱向應用以網(wǎng)構建的網(wǎng)絡制造平臺69內(nèi)部裝潢結構系統(tǒng)引擎Branch-route飛機的數(shù)字化概念——實際原型70Source:ChinaAviationIndustryCorp.Branch-route飛機的數(shù)字化概念——實際原型

71火車制造的實際原型Source：NorthernChinaRailwayLocomotiveGroup,DalianRailwayCollege,TsinghuaUniversity72電子發(fā)射器的數(shù)字設計Source:HarbinElectricMachineryFactory73數(shù)控機床74產(chǎn)品信息庫制造資源信息庫知識基礎企業(yè)企業(yè)制造英特網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)外部網(wǎng)設計人才信息網(wǎng)絡制造業(yè)的地域性開放革新系統(tǒng)——對通用產(chǎn)品數(shù)據(jù)、制造資源和知識庫的支持，實現(xiàn)設計、制造、企業(yè)和信息資源的共享75廣東-香港-重慶-陜西的制造系統(tǒng)網(wǎng)絡廣東和香港【市場資源】重慶和陜西【設計,產(chǎn)品和制造資源】76總結制造業(yè)對中國經(jīng)濟從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟轉變?yōu)楣I(yè)經(jīng)濟起著極其重要的作用；AMT的運用是在經(jīng)濟全球化環(huán)境中提高競爭力的關鍵因素；863計劃支持高科技的研發(fā)并鼓勵高校和工業(yè)界建立合作伙伴關系；數(shù)字化設計,網(wǎng)絡制造業(yè)和試點應用是863計劃的主要側重點。77第二章現(xiàn)代設計方法78現(xiàn)代設計技術是先進制造技術中的首要關鍵技術。產(chǎn)品的質量、性能、成本等在很大程度上取決于設計的好壞和設計的質量。機械產(chǎn)品的質量事故約有50%是由設計不當造成的，而產(chǎn)品成本的70%～80%在時間階段就已經(jīng)確定了。市場競爭的需要和各種新方法、新技術、新工藝、新材料不斷涌現(xiàn)，推動了設計方法和技術的進步，產(chǎn)品設計從傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計進入現(xiàn)代設計?，F(xiàn)代設計技術概述179設計在整個生產(chǎn)周期中所占的比重時間/百分比（%)設計開發(fā)制造80開發(fā)設計工作的重要性開發(fā)設計生產(chǎn)準備與加工原材料與外購件的采購管理和銷售010203040506070對成本的影響所需的工時81將核心工作放在本企業(yè)

——“兩頭在內(nèi)，中間在外”開發(fā)設計市場銷售制造82現(xiàn)代設計的技術特征與內(nèi)涵現(xiàn)代設計理論、方法與技術現(xiàn)代設計遵循的原則現(xiàn)代設計的技術體系現(xiàn)代設計的技術特點現(xiàn)代設計的發(fā)展趨勢現(xiàn)代設計技術概述183以計算機設計為核心設計手段的更新產(chǎn)品表示的轉變設計方法的發(fā)展工作方式的變化設計與制造一體化管理水平的提高組織模式的開放一、現(xiàn)代設計的技術特征與內(nèi)涵設計手段從手工向自動的轉變產(chǎn)品表達從二維向三維的轉變設計方法從經(jīng)驗向科學的轉變工作方式從串行向并行的轉變設計制造從獨立向一體的轉變管理水平從人為向數(shù)據(jù)的轉變組織模式從封閉向開放的轉變84以設計理論為指導傳統(tǒng)設計主要是以生產(chǎn)經(jīng)驗為基礎，結合運用力學、數(shù)學公式、經(jīng)驗公式、圖表及手冊等作為依據(jù)進行。現(xiàn)代設計方法是基于理論形成的方法，利用這種方法指導設計可減小經(jīng)驗設計的盲目性和隨意性，提高設計的主動性、科學性和準確性。因此，現(xiàn)代設計是以理論指導為主、經(jīng)驗為輔的一種設計。

一、現(xiàn)代設計的技術特征與內(nèi)涵85現(xiàn)代設計的內(nèi)涵：以市場為驅動，以知識為依托，以知識獲取為中心，以產(chǎn)品全生命周期為對象，人、機、環(huán)境相容的設計理念。

一、現(xiàn)代設計的技術特征與內(nèi)涵86二、現(xiàn)代設計的技術體系傳統(tǒng)設計理論和方法：理論力學、材料力學、結構力學、熱力學、電磁學、工程數(shù)學等。計算機科學與計算機輔助技術（CAD、CAE、虛擬設計、模擬仿真與工程數(shù)據(jù)庫等技術）。設計方法學；可信性設計；設計試驗技術。基礎技術主體技術支撐技術應用技術解決各類具體產(chǎn)品設計領域的技術，如機床、汽車、工程機械、精密機械等具體技術群。87三、現(xiàn)代設計遵循的原則功能滿足原則質量保障原則工藝優(yōu)良原則經(jīng)濟合理原則社會實用原則性能指標可靠性強度原則剛度原則穩(wěn)定性抗磨損性抗腐蝕性抗蠕變性動態(tài)特性平衡特性熱特性可制造性可裝配性可測試性可維修性可拆卸性環(huán)境友好性環(huán)境適應性人機友好性安全性可回收性88四、現(xiàn)代設計理論、方法與技術現(xiàn)代設計理論與方法突變論信息論智能論系統(tǒng)論優(yōu)化論對應論功能論控制論離散論模糊論藝術論現(xiàn)代設計的基石現(xiàn)代設計的依據(jù)現(xiàn)代設計的核心現(xiàn)代設計的前提現(xiàn)代設計的宗旨現(xiàn)代設計的捷徑現(xiàn)代設計的目標現(xiàn)代設計的深化現(xiàn)代設計的細化現(xiàn)代設計的發(fā)展現(xiàn)代設計的美感應用的主要領域是什么？89四、現(xiàn)代設計理論、方法與技術（1）現(xiàn)代設計方法學系統(tǒng)設計價值工程功能設計并行設計模塊化設計質量功能配置反求設計綠色設計模糊設計面向對象的設計工業(yè)造型設計（2）計算機輔助設計技術有限元法優(yōu)化設計計算機輔助設計模擬仿真與虛擬設計智能計算機輔助設計工程數(shù)據(jù)庫（3）可信性設計技術可靠性設計安全設計動態(tài)設計防斷裂設計抗疲勞設計減摩耐磨設計防腐蝕設計健壯設計耐環(huán)境設計維修設計和維修保障設計

測試性設計人機工程設計90設計理論與方法的延伸、思維的變化及設計范疇的擴展

靜態(tài)的設計原理向動態(tài)的延伸；經(jīng)驗的、類比的設計方法向精確的、優(yōu)化的方法延伸；確定的設計模型向隨機的模糊的延伸；單維思維模式向多維思維模式延伸；傳統(tǒng)的設計通常只限于方案設計、技術設計(總體設計與工藝設計)，如DesignForManufacturing——DFM，DesignForAssembly——DFA，DesignFor“X”——DFX，ConcurrentDesign——CD，GreenDesign——GD，MainterinabilityDesign——MD)等，現(xiàn)代設計可以說是設計師、制造工程師、管理營銷人員以及工人、財會人員、專利律師等通力合作、集體智慧的結晶。

五、現(xiàn)代設計的技術特點91多種設計技術、理論與方法的交叉與綜合設計手段的精確化、計算機化、自動化與虛擬化并行化、最優(yōu)化和智能化的設計過程并行設計過程全過程的優(yōu)化設計人機結合的智能化設計過程面向產(chǎn)品壽命周期全過程的可信性設計多種設計試驗技術的綜合運用五、現(xiàn)代設計的技術特點92設計過程的數(shù)字化設計過程的自動化和智能化研究動態(tài)多變量優(yōu)化和工程不確定模型優(yōu)化(模糊優(yōu)化)、不可微模型優(yōu)化及多目標優(yōu)化等優(yōu)化方法與程序的研究，并進一步發(fā)展到廣義工程大系統(tǒng)的優(yōu)化設計的研究網(wǎng)絡化并行設計及協(xié)同設計技術、方法及軟件的研究虛擬設計和仿真虛擬試驗及快速成形技術的深入研究面向集成制造和分布式經(jīng)營管理的設計方法、人員組織及規(guī)劃的研究微型機電系統(tǒng)的設計理論及設計方法和技術的研究

面向生態(tài)環(huán)境的綠色設計理論與方法的研究注重基礎性設計理論及共性設計技術的深層次研究六、現(xiàn)代設計的發(fā)展趨勢及研究領域93概念設計定義與概念產(chǎn)品概念設計的創(chuàng)造方法概念設計的內(nèi)涵概念設計的步驟機械系統(tǒng)概念設計的內(nèi)容計算機輔助概念設計概念設計（ConceptualDesign）294產(chǎn)品設計過程一般可劃分為5個階段：產(chǎn)品規(guī)劃總體方案設計——概念設計詳細設計工藝設計改進設計

95總體方案設計即稱為概念設計。該階段是由設計人員根據(jù)產(chǎn)品的功能要求，構思或創(chuàng)造出產(chǎn)品的原理方案的過程。該階段，沒有尺寸關系的詳細要求，目的是根據(jù)產(chǎn)品的功能來匹配合適的結構（包括產(chǎn)品原理的構思、結構的設想等）。所以說，概念設計的工作主要是依靠設計人員的創(chuàng)造能力，還有他對藝術的審美能力，以及他的綜合能力與設計經(jīng)驗。概念設計（ConceptualDesign）296在概念設計階段，設計中的不確定性因素很多，設計的可塑性及自由度很大，這一階段是最能充分發(fā)揮設計者創(chuàng)造力的時候。產(chǎn)品設計過程中的概念設計相當于產(chǎn)品過程設計的60%-70%的設計任務。概念設計（ConceptualDesign）297概念產(chǎn)品可以是實物，如油泥制造的實物模型；也可以是借助計算機三維造型技術和虛擬現(xiàn)實技術創(chuàng)造出的數(shù)字化產(chǎn)品。概念產(chǎn)品98概念車通常有兩種，一種是真正能跑的，另一種是設計的概念模型。都是在向人們展示設計人員新穎、獨特、超前的構思。概念車一般都運用了最新的科技成果，代表著未來汽車的發(fā)展方向概念車還處在創(chuàng)意、試驗階段，很可能永遠不投產(chǎn)。概念車2012年倫敦奧運觀光車99100總功能分析原理參數(shù)表、方案原理圖功能分解功能載體組合功能原理方案(多個)功能元求解原理試驗評價決策最優(yōu)原理方案一、概念設計的步驟101總功能功能元解功能原理方案最佳功能原理方案明確任務黑箱法功能樹創(chuàng)造技法形態(tài)學矩陣評價法功能元功能設計與功能分析步驟102面向產(chǎn)品創(chuàng)新的概念設計過程組件特征錄入需求分析產(chǎn)品創(chuàng)新設計方案評價方案輸出詳細設計方案展示不滿意103三、機械系統(tǒng)概念設計的內(nèi)容總功能功能分解機械系統(tǒng)方案執(zhí)行動作分解檢測傳感功能信息處理及控制功能機械執(zhí)行系統(tǒng)檢測傳感系統(tǒng)處理器及I/O系統(tǒng)機械執(zhí)行系統(tǒng)的組成由一個或多個執(zhí)行機構組成。執(zhí)行構件是執(zhí)行機構的輸出構件，其數(shù)量及運動形式、運動規(guī)律和傳動特性等要求，決定了整個執(zhí)行系統(tǒng)的結構方案。104功能原理設計根據(jù)需要制定機械的總功能，擬定實現(xiàn)總功能的工作原理和技術手段，確定機械所要實現(xiàn)的工藝動作運動規(guī)律設計通過對工作原理所提出的工藝動作進行分解，決定采用何種運動規(guī)律來實現(xiàn)工作原理執(zhí)行機構型式設計決定選擇何種機構實現(xiàn)給定的運動規(guī)律執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設計執(zhí)行機構型式設計根據(jù)工藝過程對各動作的要求，分析各執(zhí)行機構應當如何協(xié)調(diào)配合，設計出機械運動循環(huán)圖確定各執(zhí)行機構的運動尺寸，繪制出各執(zhí)行機構的運動簡圖運動和動力分析檢驗執(zhí)行系統(tǒng)是否滿足運動要求和動力性能方面的要求方案評價與決策對方案進行定性評價和定量評價并從中選出最佳設計方案105運動規(guī)律設計執(zhí)行系統(tǒng)的運動規(guī)律設計通常是對工藝方法和工藝動作進行分析，把其分解成若干個基本動作。工藝動作分解的方法不同，所形成的運動方案也不同。刀具作復合運動刀具與工作臺分別運動106執(zhí)行機構的型式設計12摩擦輪傳動平面盤式無級變速器123齒輪—連桿組合機構107執(zhí)行系統(tǒng)的協(xié)調(diào)設計送料機構將原料送入?？咨戏胶?，沖頭進入?？走M行沖壓沖頭上移一段距離后，進行下次送料動作折疊包裝機構的兩個執(zhí)行構件兩個構件不能同時位于區(qū)域MAB中，以免干涉。餅干1342餅干21左折邊構件餅干32包裝紙4右折邊構件餅干1342餅干1342餅干1342包裝紙右折邊構件右折邊構件MBA108概念設計工具計算機輔助設計的內(nèi)容計算機輔助概念設計有待解決的關鍵技術問題計算機輔助概念設計簡稱為CACD，即ComputerAidedConceptualDesign四、計算機輔助概念設計109三維參數(shù)化造型軟件Pro/Engineer；SolidWork；SoftImage；UG；CATIA…

…設計專家系統(tǒng)知識庫；推理機；設計規(guī)范咨詢；評估器；人機界面1、概念設計工具110建立各種類型產(chǎn)品功能庫和功能結構表示庫建立各種類型產(chǎn)品相關的功能載體庫和載體創(chuàng)新方法庫——產(chǎn)品信息相關的數(shù)據(jù)庫概念設計的推理——推理機制產(chǎn)品概念設計的評價體系2、計算機輔助設計的內(nèi)容111基礎理論研究設計創(chuàng)新技術研究人機交互技術研究建模技術研究并行和協(xié)同設計技術研究智能技術研究3、計算機輔助概念設計有待解決的關鍵技術問題112并行工程與并行設計3（1）并行工程的運行特征（3）并行設計內(nèi)涵的技術特征體現(xiàn)（2）并行設計的概念（4）并行設計的關鍵技術113產(chǎn)品的開發(fā)過程是從對產(chǎn)品進行需求分析到產(chǎn)品最終定型的全部過程。具體包括：產(chǎn)品需求分析、概念設計、詳細設計、工藝設計和樣機試制及測試、最后投產(chǎn)。長期以來，人們開發(fā)新產(chǎn)品，都是按照“順序”的開發(fā)過程進行的。也有人稱為“串行”開發(fā)方式。串行過程，它以Taloy的工程哲理為指導思想，即將產(chǎn)品開發(fā)過程細化為一系列串聯(lián)的工作步驟，由不同的工程技術人員承擔，依次執(zhí)行。

（1）并行工程的提出114傳統(tǒng)的串行的產(chǎn)品開發(fā)方式概念設計詳細設計工藝設計樣機試制及測試拋過墻式產(chǎn)品開發(fā)方式115串行開發(fā)方式的特點信息的傳遞是順序進行的；信息傳遞滯后。缺點：造成了設計的大量改動和產(chǎn)品試制的返工，所以延長了產(chǎn)品的開發(fā)周期，同時也增加了開發(fā)成本。116隨著市場競爭加劇，企業(yè)為了能夠快速開發(fā)新產(chǎn)品，快速響應市場，在上世紀80年代末期，美國和西方一些國家出現(xiàn)了“并行工程”—ConcurrentEngineering(CE)的生產(chǎn)模式。并行工程認為制造系統(tǒng)是一個有機整體，在空間中似乎相互獨立的各個制造作業(yè)和知識處理單元之間，實質上都存在不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向的信息聯(lián)系。

117市場分析產(chǎn)品設計工藝規(guī)劃銷售服務制造運行產(chǎn)品開發(fā)過程中各主要環(huán)節(jié)間的內(nèi)在雙向信息聯(lián)系118并行工程的第二個特點就是強調(diào)全局性的考慮問題，即產(chǎn)品研制者從一開始就應該考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因素。第三方面而言，并行工程的實質就是并行設計。并行工程是針對產(chǎn)品開發(fā)過程提出的一種嶄新的設計哲理，它的目的是縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，降低成本、提高產(chǎn)品質量和保證產(chǎn)品設計能夠一次成功。119并行工程要求在進行產(chǎn)品設計時，應將時間上存在先后順序的知識處理（產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)其實就是不同的知識處理過程）和作業(yè)實施轉變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能同時處理或并行處理。在產(chǎn)品設計的一開始，就綜合考慮后續(xù)環(huán)節(jié)中的各種需要，將可能出現(xiàn)的問題在一開始就消除掉，從而使產(chǎn)品開發(fā)能一次成功。120并行的產(chǎn)品開發(fā)方式概念設計詳細設計工藝設計樣機試制及測試產(chǎn)品需求分析121并行的產(chǎn)品開發(fā)的特點不同的設計階段并行進行；信息流是雙向的。122（1）并行工程的運行特征并行工程是一種系統(tǒng)工程的方法或哲理，是一種工作模式。其主要特點和運行機理的要點如下：并行特性即把時間上存在先后順序的知識處理和作業(yè)實施轉變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能同時處理或并行處理。并行工程與并行設計3123整體特性制造系統(tǒng)是一個有機整體，各個制造作業(yè)和知識處理單元之間都存在不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向的信息聯(lián)系。強調(diào)設計一開始就應該考慮到產(chǎn)品整個生命周期中的所有因素。追求整體最優(yōu)，甚至可以犧牲局部利益協(xié)同特性強調(diào)群體協(xié)同工作（TeamWork）。因為現(xiàn)代產(chǎn)品越來越復雜，產(chǎn)品開發(fā)涉及的學科門類和專業(yè)人員越來越多。要實現(xiàn)整體最優(yōu)，必須由團隊協(xié)同工作。124集成特性

人員集成：管理者、設計者、制造者、保障者以及用戶應集成為一個協(xié)調(diào)整體。信息集成：產(chǎn)品全生命周期中各類信息的獲取、表示和操作信息都集成在一起,組成統(tǒng)一的管理信息系統(tǒng)。如產(chǎn)品信息模型（PIM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）。功能集成：產(chǎn)品全生命周期中企業(yè)各部門的功能集成以及產(chǎn)品開發(fā)企業(yè)與外部協(xié)作企業(yè)之間功能的集成。技術集成：產(chǎn)品開發(fā)過程中涉及的多學科知識以及各種技術、方法的集成。形成集成的知識庫和方法庫，以利并行工程的實施。125（2）并行設計的概念并行工程的實質就是并行設計，即在產(chǎn)品開發(fā)的設計階段就綜合考慮產(chǎn)品生命周期，將下游的可靠性、技術性和生產(chǎn)條件等作為設計環(huán)節(jié)的約束條件，在產(chǎn)品設計的同時考慮其相關過程，包括加工工藝、裝配、檢測、銷售以及維護等其他環(huán)節(jié)的影響，通過各環(huán)節(jié)的并行集成，及早發(fā)現(xiàn)與其相關過程不匹配的地方，及時修改和完善，達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高質量和降低成本的目的。并行工程與并行設計3126（3）并行設計內(nèi)涵的技術特征體現(xiàn)①產(chǎn)品開發(fā)過程采用群組工作方式

（TeamWork）打破傳統(tǒng)的，按職能部門劃分組織結構的形式，組成以產(chǎn)品開發(fā)為對象的集成產(chǎn)品開發(fā)團隊，即IPT(IntegratingProductDevelopmentTeam)，也稱多功能開發(fā)團隊。并行工程與并行設計3127傳統(tǒng)的組織結構——面向功能的組織結構128現(xiàn)代的組織結構——面向過程的組織結構Teamwork129統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型產(chǎn)品設計全過程中，要處理的信息是多種形式的，既有數(shù)字信息，又有非數(shù)字信息；既有文字信息，又有圖像信息；還有大量知識型信息（概念、標準、規(guī)范等），因此，建立統(tǒng)一的產(chǎn)品信息模型是實施并行設計的基礎。并行設計的產(chǎn)品信息模型應包含有關產(chǎn)品設計的所有信息，如用戶要求、產(chǎn)品功能及各類設計信息（產(chǎn)品幾何形狀尺寸信息、材料信息和精度信息、加工工藝信息、裝配工藝信息、成本信息、售后服務信息）等130在產(chǎn)品開發(fā)和設計的工作中，相關信息的表現(xiàn)形式需求功能圖計算資料產(chǎn)品目錄標準圖紙零件表準則規(guī)格說明書材料表工具單DINISO并行設計的系統(tǒng)解決方案如何呢？131圖紙管理文檔管理零件分類產(chǎn)品結構管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文檔保存基于PDM的系統(tǒng)解決方案零件管理查找通知檢查歸檔分類設計計算繪圖建立零件表修改132分布式的信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡化平臺并行設計支持在同一時間（或不同時間）內(nèi)多機、多程序對同一設計并行協(xié)同求解，并行設計面向對象的軟件系統(tǒng)，分布式的知識庫、數(shù)據(jù)庫，能夠根據(jù)產(chǎn)品設計的要求在多臺終端上同時運行，并能夠實現(xiàn)相互之間的同步協(xié)調(diào)與通信。因此，網(wǎng)絡化、分布式的信息系統(tǒng)是其必要條件。133開放式的系統(tǒng)界面并行設計系統(tǒng)能夠按照產(chǎn)品開發(fā)的需要將不同的功能模塊集成起來，如CAD/CAPP/CAM/CAX等模塊。同時并行設計系統(tǒng)也要與企業(yè)其他系統(tǒng)進行頻繁的數(shù)據(jù)交換，如與ERP系統(tǒng)交換成本信息，與FMS交換加工信息等。開放式的系統(tǒng)界面對并行設計系統(tǒng)是至關重要的。標準化的數(shù)據(jù)交換規(guī)范，如數(shù)據(jù)交換文件DXF、交互式圖形交換標準IGES、產(chǎn)品建模數(shù)據(jù)交換標準STEP等是實現(xiàn)與其它系統(tǒng)、模塊之間信息交換和數(shù)據(jù)共享的關鍵。134（4）并行設計的關鍵技術之一產(chǎn)品開發(fā)過程建模及優(yōu)化技術并行工程與并行設計3產(chǎn)品開發(fā)過程建模運用的基本方法是IDEF（IntegratedComputerAidedManufacturing,ICAMDEFinition）這是由美國空軍開發(fā)的一套建模分析和設計方法。目前IDEF族共16套方法。135IDEF0——功能建模（FunctionModeling）IDEF1——信息建模（InformationModeling）IDEF1X——數(shù)據(jù)建模（DataModeling）IDEF2——仿真建模設計(SimulationModelDesign)IDEF3——過程描述獲?。≒rocessDescriptionCapture）IDEF4——面向對象的設計（OO設計）（Object-OrientedDesign）IDEF5——實體描述獲取（OntologyDescriptionCapture）IDEF6——設計理論獲?。―esignRationaleCapture）IDEF7——信息系統(tǒng)審核（InformationSystemAuditing）IDEF8——人－系統(tǒng)交互界面設計（UserInterfaceModeling）IDEF9——場景驅動信息系統(tǒng)設計（Scenario-DrivenISDesign）IDEF10——實施體系結構建模（ImplementationArchitectureModeling）IDEF11——信息制品建模（InformationArtifactModeling）IDEF12——組織建模（OrganizationModeling）IDEF13——三模式映射設計（ThreeSchemaMappingDesign）IDEF14——網(wǎng)絡設計方法（NetworkDesign）136支持并行設計的計算機框架和信息系統(tǒng)并行設計的實施，必須構建一個分布式協(xié)同設計平臺，以支持同時同地、同時異地、異時同地、異時異地的多學科小組成員并行、協(xié)同工作，這就需要把計算機、網(wǎng)絡、分布式數(shù)據(jù)庫操作系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)及一些專用的設計方法和工具集成起來，構建一個適應并行設計工作方式的計算機框架。（4）并行設計的關鍵技術之二137并行設計方式的計算機網(wǎng)絡框架138模擬仿真技術傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)過程是“設計——樣機制作——修改設計”的循環(huán)過程，不僅樣機制作既費時又費工，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，而且在樣機制作后如果發(fā)現(xiàn)設計存在的問題，將會造成巨大的浪費。（4）并行設計的關鍵技術之三國外一份調(diào)查表明，為了糾正某一產(chǎn)品設計中的錯誤；需增加的花費情況如下：

在設計階段加以糾正，僅需花費35美元；

在零件加工之前加以糾正，需花費177美元；

在成批生產(chǎn)之前加以糾正，需花費368美元；

如等到產(chǎn)品投放市場后才加以糾正，加以則需花費59000美元。

139模擬仿真技術并行設計的核心是在產(chǎn)品設計階段就能充分考慮加工、裝配，甚至使用、維修這些與產(chǎn)品開發(fā)相關的后續(xù)過程。并行設計中不是通過費時費工的樣機制作來發(fā)現(xiàn)可能影響加工、裝配、使用、維修的設計錯誤和缺陷，而是通過計算機模擬仿真（快速樣模制作/虛擬制造、虛擬裝配結構有限元計算、產(chǎn)品的動靜態(tài)性能仿真技術及虛擬現(xiàn)實技術）來實現(xiàn)這一目的。并行設計的模擬仿真內(nèi)容包括：裝配過程仿真、加工過程仿真、生產(chǎn)計劃和調(diào)動仿真以及對產(chǎn)品性能的測試仿真等。（4）并行設計的關鍵技術之三140產(chǎn)品性能綜合評價和決策系統(tǒng)（4）并行設計的關鍵技術之四、五閱讀相關文獻，了解并行設計在大型工程項目中的應用情況。并行設計中的協(xié)調(diào)管理技術實現(xiàn)產(chǎn)品最優(yōu)化設計必不可少的環(huán)節(jié)，根據(jù)需要“取舍”。主要涉及判斷和推理的問題，受到資源和其他環(huán)節(jié)的限制。常用人工智能的相關理論和方法來進行處理。沖突成為并行設計中的重要現(xiàn)象。為此，必須具有協(xié)調(diào)管理的支持技術、工具和系統(tǒng)，建立各功能小組及產(chǎn)品部件之間的依賴關系，協(xié)調(diào)他們的活動，確保將正確的信息，在正確的時間，以正確的方式，送給正確的小組(小組成員)。141可靠性設計4一、可靠性設計的基本概念及內(nèi)容二、可靠性設計的理論基礎三、機械系統(tǒng)的可靠性設計142一、可靠性設計的基本概念及內(nèi)容可靠性：指產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機設備、系統(tǒng)）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。對于可靠性的理解應注意：明確產(chǎn)品可靠性研究的對象

必須明確產(chǎn)品可靠性所規(guī)定的條件

必須明確所規(guī)定的時間

必須明確產(chǎn)品所需完成規(guī)定的功能

143一、可靠性設計的基本概念及內(nèi)容可靠性設計：指在產(chǎn)品（包括零件和元器件、整機設備、系統(tǒng)）設計開發(fā)階段運用各種技術與方法，預測和預防產(chǎn)品在制造和使用過程中可能發(fā)生的各種偏差、隱患和故障，保證設計一次成功的過程。與傳統(tǒng)設計方法比較：傳統(tǒng)設計方法一般稱之為“安全系數(shù)法”。可靠性設計的主要特征是將常規(guī)設計中涉及的設計變量都看作是服從某種分布規(guī)律的隨即變量，用“概率統(tǒng)計方法設計”產(chǎn)品。144一、可靠性設計的基本概念及內(nèi)容可靠性設計的主要內(nèi)容可靠性理論基礎——概率統(tǒng)計理論；失效物理；可靠性環(huán)境技術；可靠性基礎實驗等?？煽啃詰眉夹g——現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集；可靠性評價與驗證；可靠性預測技術等。返回145二、可靠性設計的理論基礎1、可靠性常用指標可靠度（Reliability）失效率（FailureRate）平均壽命（MeanLife）有效壽命（UsefulLife）維修度（Maintainability）有效度（Availability）146可靠度——

指產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。它是時間的函數(shù)，以R(t)表示。若用T表示在規(guī)定條件下的壽命（產(chǎn)品首次發(fā)生失效的時間），則“產(chǎn)品在時間t內(nèi)完成規(guī)定功能”等價于“產(chǎn)品壽命T大于t”。所以可靠度函數(shù)R(t)可以看作事件“T>t”概率，即

其中，f(t)為概率密度函數(shù)147失效分布函數(shù)——

顯然：

——可靠度R(t)可以用統(tǒng)計方法來估計。設有N個產(chǎn)品在規(guī)定的條件下開始使用。令開始工作的時刻t取為0，到指定時刻t時已發(fā)生失效數(shù)n(t),亦即在此時刻尚能繼續(xù)工作的產(chǎn)品數(shù)為N-n(t)，則可靠度的估計值（又稱經(jīng)驗可靠度）為：

148失效率——

失效率是工作到某時刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率，記為λ,它是時間t的函數(shù),記為λ(t),稱為失效率函數(shù),有時也稱為故障率函數(shù)或風險函數(shù)。設在t=0時有N個產(chǎn)品投試，到時刻t已有n(t)個產(chǎn)品失效，尚有N-n(t)個產(chǎn)品在工作。再過Δt時間，即到t+Δt時刻，有Δn(t)=n(t+Δt)-n(t)個產(chǎn)品失效。產(chǎn)品在時刻t前未失效而在時間（t,t＋Δt）內(nèi)的失效率為：

，單位時間失效頻率

149

失效率——

失效率是在時刻t尚未失效產(chǎn)品在t+△t的單位時間內(nèi)發(fā)生失效的條件概率，即：由條件概率公式的性質和時間的包含關系，可知：

150失效率曲線——浴盆曲線（1）早期失效期為遞減型。產(chǎn)品使用的早期，失效率較高而下降很快。主要由于設計、制造、貯存、運輸?shù)刃纬傻娜毕?，以及調(diào)試、跑合、起動不當?shù)热藶橐蛩厮斐傻?。使產(chǎn)品失效率達到偶然失效期的時間t0稱為交付使用點。151失效率曲線——

（2）偶然失效期為恒定型，主要由非預期的過載、誤操作、意外的天災以及一些尚不清楚的偶然因素所造成。由于失效原因多屬偶然，故稱為偶然失效期。偶然失效期是能有效工作的時期，這段時間稱為有效壽命。為降低偶然失效期的失效率而增長有效壽命，應注意提高產(chǎn)品的質量，精心使用維護。152失效率曲線——

（3）耗損失效期，失效率是遞增型。失效率上升較快，這是由于產(chǎn)品已經(jīng)老化、疲勞、磨損、蠕變、腐蝕等所謂有耗損的原因所引起，故稱為耗損失效期。針對耗損失效的原因，應該注意檢查、監(jiān)控、預測耗損開始的時間，提前維修，使失效率仍不上升。當然，修復若需花很大費用而延長壽命不多，則不如報廢更為經(jīng)濟。153維修度——在規(guī)定條件下，使用的產(chǎn)品在規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持和恢復到能完成規(guī)定功能的概率。

平均壽命——平均壽命又稱平均失效時間（MTBF，MeanTimeBetweenFailure），是失效的平均間隔時間，即平均無故障工作時間。有效度——是指可維修的產(chǎn)品，在某時刻具有或者維持其規(guī)定功能的概率。即有效度是可靠度和維修度相結合的尺度，是廣義的可靠度。154二、可靠性設計的理論基礎2、可靠性研究中常用的概率分布指數(shù)分布（ExponentialDistribution）正態(tài)分布（NormalDistribution）威布爾分布（WeibullDistribution）155指數(shù)分布（ExponentialDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計算公式指數(shù)分布的均值失效率為常數(shù)156正態(tài)分布（NormalDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計算公式正態(tài)分布的主要參數(shù)是均值和標準方差，均值決定正態(tài)分布的中心傾向或者集中的趨勢，即正態(tài)分布曲線的位置；標準方差決定正態(tài)分布曲線的形狀，表征分布的離散程度。157威布爾分布（WeibullDistribution）概率密度函數(shù)可靠度計算公式威布爾分布的主要參數(shù)有形狀參數(shù)b、尺度參數(shù)θ和位置參數(shù)γ。位置參數(shù)只影響曲線的起點位置，當γ＝0時，曲線的起點在坐標原點，當γ<0時，起點在坐標軸的負γ處，當γ>0時，起點在坐標軸的正γ處，對曲線的形狀沒影響。對于形狀參數(shù)，當b<1時，它可以描述零件的早期失效分布，此時失效率曲線和早期失效階段的曲線形狀相似；當b＝1時，曲線呈指數(shù)分布形狀，其形狀與偶爾失效階段的曲線形狀相似；當b>1時，失效率曲線與耗損階段的曲線形狀相似。158應力、強度定義在機械產(chǎn)品中，廣義的應力是引起失效的負荷，強度是抵抗失效的能力。由于影響應力和強度的因素具有隨機性，所以應力和強度具有分散特性。影響應力的因素——影響應力的主要因素有所承受的外載荷、結構的幾何形狀和尺寸，材料的物理特性等。影響強度的因素——影響強度的主要因素有材料的機械性能、工藝方法和使用環(huán)境等。二、可靠性設計的理論基礎3、應力-強度干涉模型及可靠度計算159應力－強度干涉模型在機械產(chǎn)品中，零件（部件）是正常還是失效決定于強度和應力的關系。當零件（部件）的強度大于應力時，其能夠正常工作；當零件（部件）的強度小于應力時，其發(fā)生失效。因此，要求零件（部件）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)能夠承載，必須滿足以下條件S——零件（部件）的強度；s——零件（部件）的應力。160實際工程中的應力和強度都是呈分布狀態(tài)的隨機變量，把應力和強度的分布在同一座標系中表示。當強度的均值大于應力的均值時，在圖中陰影部分表示的應力和強度“干涉區(qū)”內(nèi)就可能發(fā)生強度小于應力——即失效的情況。這種根據(jù)應力和強度干涉情況，計算干涉區(qū)內(nèi)強度小于應力的概率（失效概率）的模型，稱為應力-強度干涉模型。應力－強度干涉模型161在應力-強度干涉模型理論中，根據(jù)可靠度的定義，強度大于應力的概率可表示為：當應力為s0時，強度大于應力的概率為：應力s0處于ds內(nèi)的概率為：應力－強度干涉模型162假設與為兩個獨立的隨機事件，因此兩獨立事件同時發(fā)生的概率為因為上式為應力區(qū)間內(nèi)的任意值，現(xiàn)考慮整個應力區(qū)間內(nèi)的情況，有強度大于應力的概率（可靠度）為當已知應力和強度的概率密度函數(shù)時，根據(jù)以上表達式