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1、《機械制造裝備設(shè)計》輔導資料一 主 題：第1章 機械制造及裝備設(shè)計方法 （第1節(jié)） 學習時間：2014年3月31日—4月6日 內(nèi) 容： 這周我們將學習本門課程課件第1章的第1節(jié)，這部分主要介紹機械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，讓大家對機械制造的生產(chǎn)模式有一定的了解，下面整理出整體框架供同學們學習。 一、本周學習目標 了解機械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變 二、本周學習內(nèi)容 機械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變 三、具體主要內(nèi)容 1.基本概念 （1）制造 制造——產(chǎn)品的機械加工過程及產(chǎn)品整個生命周期過程中全部活動，涉及產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場營銷和服務(wù)等一系

2、列相關(guān)活動的總稱，包括制造工藝過程、物料流動過程、信息流動過程。 （2）制造技術(shù)（manufacturing technology） 制造技術(shù)——與制造業(yè)相關(guān)的一系列技術(shù)的總和。 （3）制造業(yè) 制造業(yè)——是將有關(guān)的制造資源（原材料、設(shè)備、工具、能源、資金、人才、技術(shù)以及信息）轉(zhuǎn)化為有價值的、可供人們利用和消費的產(chǎn)品與服務(wù)的行業(yè)。 2.世界制造業(yè)的發(fā)展時代 世界制造業(yè)的發(fā)展可分為三個時代：古代、近代、現(xiàn)代。 3.生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變 （1）在50年代“剛性”生產(chǎn)模式下，通過提高效率、自動化程度，進行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟”實現(xiàn)降低成本和提高質(zhì)量的目的。 （2）

3、在70年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本。 （3）在80年代，較多地采用數(shù)控機床、機器人，柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)品個性化和多樣化的要求，以滿足社會各消費群體的不同要求。 （4）從90年代開始，為了對世界生產(chǎn)進行快速響應(yīng)，逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成，要求機械制造裝備的柔性化程度更高，采用虛擬制造和快速成形制造技術(shù)。 4．剛性生產(chǎn)模式 剛性生產(chǎn)模式的特點：設(shè)計獨立性強，生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，以產(chǎn)品為對象組織計劃生產(chǎn)；準備，生產(chǎn)，裝配周期長，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強。 5．柔性生產(chǎn)模式 柔性制造技術(shù)是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，將以往企業(yè)中相互獨

4、立的工程設(shè)計、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程,在計算機及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機的系統(tǒng)，以實現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進而贏得競爭全勝的智能制造技術(shù)。 Ⅰ （1）先進制造模式的主要特征 ①以用戶的需求為中心； ②制造的戰(zhàn)略重點是時間和速度，并兼顧質(zhì)量和品種； ③以柔性、精益和敏捷作為競爭的優(yōu)勢； ④技術(shù)進步、人因改善和組織創(chuàng)新是三項并重的基礎(chǔ)工作； ⑤實現(xiàn)資源快速有效的集成是其中心任務(wù)，集成對象涉及技術(shù)、人、組織和管理等，應(yīng)在企業(yè)之間、制造過程和作業(yè)等不同層次上分別實施相應(yīng)的資源集成； ⑥組織形式采用如“虛擬公司”在內(nèi)的多種類型。

5、 （2）現(xiàn)代典型生產(chǎn)系統(tǒng) 現(xiàn)代典型生產(chǎn)系統(tǒng)是以機床和機械加工等生產(chǎn)技術(shù)為中心的物質(zhì)流”，以生產(chǎn)管理和信息等管理技術(shù)為中心的“信息流”，以工藝裝備提供動力為中心的“能量流”的三流系統(tǒng)。 任何一個企業(yè)都是一個有輸入和輸出、信息流和物質(zhì)流的生產(chǎn)系統(tǒng)。 生產(chǎn)系統(tǒng)分為：決策級；經(jīng)營管理級；設(shè)計制造級三層。 設(shè)計制造級：包括開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)工藝、制造三個子系統(tǒng)。 通過集成技術(shù)實現(xiàn)計算機控制的一體化管理，形成高效益、高智能計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。 （3）柔性 所謂“柔性”，指結(jié)構(gòu)或功能柔性，主要表現(xiàn)在： ① 生產(chǎn)設(shè)備的零件、部件可根據(jù)所加工產(chǎn)品的需要變換； ② 對加工產(chǎn)品的批

6、量可根據(jù)需要迅速調(diào)整； ③ 對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn)； ④ 可迅速而有效地綜合應(yīng)用新技術(shù)； ⑤ 對用戶、貿(mào)易伙伴而供應(yīng)商的需求變化及特殊要求能迅速作出反應(yīng)。 這種生產(chǎn)模式具有：廣泛性，實用性，系統(tǒng)性，集成性，動態(tài)性，環(huán)保性和先進性。 6.仿真虛擬設(shè)計制造 （1）仿真 仿真——以滿足相似原理的模型代替實物做動態(tài)模型實驗。先定義被建模系統(tǒng)，建立系統(tǒng)模型，收集數(shù)據(jù)，驗證模型，運行模型，維護模型。 （2）計算機仿真 計算機仿真——是以計算機為工具，以相似原理、信息技術(shù)和控制論為基礎(chǔ)，根據(jù)系統(tǒng)試驗的目的，建立模型，并在不同條件下對模型進行動態(tài)運行的綜合技術(shù)。

7、由于仿真離真實狀態(tài)還有距離，有時要體驗特殊/危險環(huán)境，提出具有超越現(xiàn)實的虛擬性。 （3）設(shè)計 設(shè)計是制造的第一步，設(shè)計技術(shù)是制造技術(shù)的重要組成部分。 設(shè)計技術(shù)包括： ①計算機輔助設(shè)計技術(shù)：有限于元法，優(yōu)化設(shè)計，CAD，反求工程，模糊智能CAD，工程數(shù)據(jù)庫。 ②優(yōu)良性能設(shè)計技術(shù)：可靠性、安全性、動態(tài)、疲勞、減摩與耐磨、環(huán)境、維護、測試性和人機工程設(shè)計。 ③競爭創(chuàng)建設(shè)計技術(shù): 快速響應(yīng)、智能、仿真與虛擬、工業(yè)設(shè)計，價值工程和模塊化設(shè)計。 ④全壽命周期設(shè)計技術(shù)：并行、面向制造和全壽命周期設(shè)計。 ⑤可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計:綠色設(shè)計. ⑥設(shè)計實驗技術(shù): 產(chǎn)品可靠性、產(chǎn)品環(huán)保性

8、與控制、仿真與虛擬試驗。 （4）虛擬設(shè)計 虛擬設(shè)計——由先期演示、可視化、遙控、計算機藝術(shù)等組成能交互的多維化的信息環(huán)境，形成虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。提供三維視覺，立體聽覺等真實感覺，可以通過自然技能，如觸摸/姿態(tài)調(diào)整等與虛擬世界交流/交互作用。該設(shè)計技術(shù)不僅是產(chǎn)品生產(chǎn)的一個先行階段，而是融入企業(yè)的生產(chǎn)和營銷整個過程，面向制造設(shè)計、設(shè)計進入市場的并行處理和人員培訓及產(chǎn)品維護等領(lǐng)域。 虛擬制造（Virtual manufacturing VM）技術(shù)是在一個統(tǒng)一模型之下對設(shè)計和制造等過程進行集成，把產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動態(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上。產(chǎn)品設(shè)計階段，借助建

9、模與仿真技術(shù)及時地、并行地、模擬出產(chǎn)品未來制造過程以及產(chǎn)品全生命周期的各種活動對產(chǎn)品設(shè)計的影響，預測、檢測、評價產(chǎn)品性能和可制造性等。 Ⅰ 虛擬制造技術(shù)的特點： ①運用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素進行全面仿真，達到高度集成，為先進制造技術(shù)的發(fā)展提供了廣大的空間。 ②加深對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產(chǎn)。 ③虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進企業(yè)的組織管理工作，而且對正確作出決策有不可估量的影響。 ④加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。 7.快速成型制造 （1）快速成型原理 快速成型采用離散/堆積成形原理。 （2）快速成型過程

10、 快速成型過程由3D CAD軟件設(shè)計零件的3D實體模型，然后根據(jù)工藝要求，將3D實體模型按一定的厚度分層，將3D模型轉(zhuǎn)化為2D信息，再將分層后的分層信息進行處理，產(chǎn)生數(shù)控代碼；數(shù)控系統(tǒng)以平面加工的方式，有序地連續(xù)加工出每個薄層，將它們連接起來。 （3）快速成型制造技術(shù) 快速成型制造技術(shù)是根據(jù)零件的三維模型數(shù)據(jù)，迅速而精確地制造出該零件?？焖俪尚椭圃旒夹g(shù)是集CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工、新材料科學、機械電子工程等多學科、多技術(shù)為一體新技術(shù)。 （4）Ⅰ 快速成型制造技術(shù)的流程 ①三維CAD造型：利用各種三維CAD軟件進行幾何造型，得到零件的三維CAD數(shù)學模型。 ②反求工程：

11、對零件表面進行數(shù)字化處理，提取零件的表面三維數(shù)據(jù)。 ③數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換：包括表面離散化，對數(shù)據(jù)進行檢驗和修正并轉(zhuǎn)換為數(shù)控代碼。 ④原型制造：利用快速成型設(shè)備將原材料堆積成為三維物理實體。 ⑤物性轉(zhuǎn)換：對零件物理性質(zhì)進行轉(zhuǎn)換，包括精密制造、金屬噴涂制模、快速EDM電極、陶瓷型精密鑄造等。 8.數(shù)字化設(shè)計與制造 數(shù)字化設(shè)計與制造包括三個層面：以設(shè)計為中心；以控制為中心；以管理為中心的數(shù)字化制造技術(shù)。 在數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)融合的背景下，并在虛擬現(xiàn)實，計算機網(wǎng)絡(luò)，快速原型，數(shù)據(jù)庫和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，先進制造模式根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息，對產(chǎn)品信息，工藝信息和資源信息進行分析，規(guī)

12、劃和重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和功能的仿真以及原型制造，進而快速生產(chǎn)出達到用戶要求性能的產(chǎn)品完成整個制造的全過程。 （1）數(shù)字化制造技術(shù)的主要內(nèi)容： CAD---計算機輔助設(shè)計(Computer aided design) CAE---計算機輔助工程（computer aided engineering） CAM---計算機輔助制造(computer aided manufacturing） CAPP---計算機輔助工藝規(guī)劃（Computer aided process planning ） ST---仿真技術(shù)（simulation techniques） FMS—柔性制造系

13、統(tǒng)（ flexible manufacturing system ） CIMS—計算機集成制造系統(tǒng)（computer integrated manufacturing system） （2）自動化技術(shù)： ①數(shù)控技術(shù)；②工業(yè)機器人；③柔性制造系統(tǒng)FMS : 包括：加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、調(diào)度與控制系統(tǒng)、故障診斷；④計算機集成制造系統(tǒng)CIMS；⑤傳感技術(shù)；⑥自動檢測及信號識別技術(shù)；⑦過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制。 Ⅰ 四、練習題 1.柔性指的是什么？ 答案：所謂“柔性”，指結(jié)構(gòu)或功能柔性，主要表現(xiàn)在： ① 生產(chǎn)設(shè)備的零件、部件可根據(jù)所加工產(chǎn)品的需要變換； ② 對加工產(chǎn)品的批量可根據(jù)需要迅速調(diào)整； ③ 對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn)； ④ 可迅速而有效地綜合應(yīng)用新技術(shù)； ⑤ 對用戶、貿(mào)易伙伴而供應(yīng)商的需求變化及特殊要求能迅速作出反應(yīng)。 2．剛性生產(chǎn)模式的特點是什么？ 答案：剛性生產(chǎn)模式的特點：設(shè)計獨立性強，生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，以產(chǎn)品為對象組織計劃生產(chǎn)；準備，生產(chǎn)，裝配周期長，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強。 3.生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變經(jīng)過了那幾個階段？ 答案：