大工春《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》輔導(dǎo)資料一

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1、《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》輔導(dǎo)資料一 主 題：第1章 機(jī)械制造及裝備設(shè)計(jì)方法 （第1節(jié)） 學(xué)習(xí)時(shí)間：2014年3月31日—4月6日 內(nèi) 容： 這周我們將學(xué)習(xí)本門課程課件第1章的第1節(jié)，這部分主要介紹機(jī)械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變，讓大家對(duì)機(jī)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(xué)們學(xué)習(xí)。 一、本周學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解機(jī)械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變 二、本周學(xué)習(xí)內(nèi)容 機(jī)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(jī)械加工過(guò)程及產(chǎn)品整個(gè)生命周期過(guò)程中全部活動(dòng)，涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料選擇、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)質(zhì)量保證、經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷和服務(wù)等一系

2、列相關(guān)活動(dòng)的總稱，包括制造工藝過(guò)程、物料流動(dòng)過(guò)程、信息流動(dòng)過(guò)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(jià)值的、可供人們利用和消費(fèi)的產(chǎn)品與服務(wù)的行業(yè)。 2.世界制造業(yè)的發(fā)展時(shí)代 世界制造業(yè)的發(fā)展可分為三個(gè)時(shí)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(guò)提高效率、自動(dòng)化程度，進(jìn)行單一或少品種的大批量生產(chǎn)，以“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”實(shí)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(guò)改善生產(chǎn)過(guò)程管理來(lái)進(jìn)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(jī)床、機(jī)器人，柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來(lái)滿足產(chǎn)品個(gè)性化和多樣化的要求，以滿足社會(huì)各消費(fèi)群體的不同要求。 （4）從90年代開(kāi)始，為了對(duì)世界生產(chǎn)進(jìn)行快速響應(yīng)，逐步實(shí)現(xiàn)社會(huì)制造資源的快速集成，要求機(jī)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(diǎn)：設(shè)計(jì)獨(dú)立性強(qiáng)，生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，以產(chǎn)品為對(duì)象組織計(jì)劃生產(chǎn)；準(zhǔn)備，生產(chǎn)，裝配周期長(zhǎng)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)。 5．柔性生產(chǎn)模式 柔性制造技術(shù)是在自動(dòng)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(dú)

4、立的工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造及經(jīng)營(yíng)管理等過(guò)程,在計(jì)算機(jī)及其軟件的支撐下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企業(yè)的完整而有機(jī)的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)全局動(dòng)態(tài)最優(yōu)化，總體高效益、高柔性，并進(jìn)而贏得競(jìng)爭(zhēng)全勝的智能制造技術(shù)。 Ⅰ （1）先進(jìn)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(diǎn)是時(shí)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(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勢(shì)； ④技術(shù)進(jìn)步、人因改善和組織創(chuàng)新是三項(xiàng)并重的基礎(chǔ)工作； ⑤實(shí)現(xiàn)資源快速有效的集成是其中心任務(wù)，集成對(duì)象涉及技術(shù)、人、組織和管理等，應(yīng)在企業(yè)之間、制造過(guò)程和作業(yè)等不同層次上分別實(shí)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(jī)床和機(jī)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(dòng)力為中心的“能量流”的三流系統(tǒng)。 任何一個(gè)企業(yè)都是一個(gè)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(jí)；經(jīng)營(yíng)管理級(jí)；設(shè)計(jì)制造級(jí)三層。 設(shè)計(jì)制造級(jí)：包括開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、制造三個(gè)子系統(tǒng)。 通過(guò)集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的一體化管理，形成高效益、高智能計(jì)算機(jī)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(duì)加工產(chǎn)品的批

6、量可根據(jù)需要迅速調(diào)整； ③ 對(duì)加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時(shí)投入生產(chǎn)； ④ 可迅速而有效地綜合應(yīng)用新技術(shù)； ⑤ 對(duì)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(shí)用性，系統(tǒng)性，集成性，動(dòng)態(tài)性，環(huán)保性和先進(jìn)性。 6.仿真虛擬設(shè)計(jì)制造 （1）仿真 仿真——以滿足相似原理的模型代替實(shí)物做動(dòng)態(tài)模型實(shí)驗(yàn)。先定義被建模系統(tǒng)，建立系統(tǒng)模型，收集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型，運(yùn)行模型，維護(hù)模型。 （2）計(jì)算機(jī)仿真 計(jì)算機(jī)仿真——是以計(jì)算機(jī)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(yàn)的目的，建立模型，并在不同條件下對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)運(yùn)行的綜合技術(shù)。

7、由于仿真離真實(shí)狀態(tài)還有距離，有時(shí)要體驗(yàn)特殊/危險(xiǎn)環(huán)境，提出具有超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性。 （3）設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)是制造的第一步，設(shè)計(jì)技術(shù)是制造技術(shù)的重要組成部分。 設(shè)計(jì)技術(shù)包括： ①計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)：有限于元法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，CAD，反求工程，模糊智能CAD，工程數(shù)據(jù)庫(kù)。 ②優(yōu)良性能設(shè)計(jì)技術(shù)：可靠性、安全性、動(dòng)態(tài)、疲勞、減摩與耐磨、環(huán)境、維護(hù)、測(cè)試性和人機(jī)工程設(shè)計(jì)。 ③競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)建設(shè)計(jì)技術(shù): 快速響應(yīng)、智能、仿真與虛擬、工業(yè)設(shè)計(jì)，價(jià)值工程和模塊化設(shè)計(jì)。 ④全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)：并行、面向制造和全壽命周期設(shè)計(jì)。 ⑤可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計(jì):綠色設(shè)計(jì). ⑥設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(yàn)。 （4）虛擬設(shè)計(jì) 虛擬設(shè)計(jì)——由先期演示、可視化、遙控、計(jì)算機(jī)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(shí)系統(tǒng)。提供三維視覺(jué)，立體聽(tīng)覺(jué)等真實(shí)感覺(jué)，可以通過(guò)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(jì)技術(shù)不僅是產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)先行階段，而是融入企業(yè)的生產(chǎn)和營(yíng)銷整個(gè)過(guò)程，面向制造設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)的并行處理和人員培訓(xùn)及產(chǎn)品維護(hù)等領(lǐng)域。 虛擬制造（Virtual manufacturing VM）技術(shù)是在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程進(jìn)行集成，把產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過(guò)程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過(guò)程的實(shí)體數(shù)字模型之上。產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，借助建

9、模與仿真技術(shù)及時(shí)地、并行地、模擬出產(chǎn)品未來(lái)制造過(guò)程以及產(chǎn)品全生命周期的各種活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和可制造性等。 Ⅰ 虛擬制造技術(shù)的特點(diǎn)： ①運(yùn)用軟件對(duì)制造系統(tǒng)中的五大要素進(jìn)行全面仿真，達(dá)到高度集成，為先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展提供了廣大的空間。 ②加深對(duì)生產(chǎn)過(guò)程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。 ③虛擬制造與現(xiàn)實(shí)制造的相互影響和作用過(guò)程中，可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，而且對(duì)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(guò)程

10、 快速成型過(guò)程由3D CAD軟件設(shè)計(jì)零件的3D實(shí)體模型，然后根據(jù)工藝要求，將3D實(shí)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(jìn)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(gè)薄層，將它們連接起來(lái)。 （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(xué)、機(jī)械電子工程等多學(xué)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(jìn)行幾何造型，得到零件的三維CAD數(shù)學(xué)模型。 ②反求工程：

11、對(duì)零件表面進(jìn)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)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(shí)體。 ⑤物性轉(zhuǎn)換：對(duì)零件物理性質(zhì)進(jìn)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(jì)與制造 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造包括三個(gè)層面：以設(shè)計(jì)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(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，快速原型，數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，先進(jìn)制造模式根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息，對(duì)產(chǎn)品信息，工藝信息和資源信息進(jìn)行分析，規(guī)

12、劃和重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真以及原型制造，進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品完成整個(gè)制造的全過(guò)程。 （1）數(shù)字化制造技術(shù)的主要內(nèi)容： CAD---計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer aided design) CAE---計(jì)算機(jī)輔助工程（computer aided engineering） CAM---計(jì)算機(jī)輔助制造(computer aided manufacturing） CAPP---計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（computer integrated manufacturing system） （2）自動(dòng)化技術(shù)： ①數(shù)控技術(shù)；②工業(yè)機(jī)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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS；⑤傳感技術(shù)；⑥自動(dòng)檢測(cè)及信號(hào)識(shí)別技術(shù)；⑦過(guò)程設(shè)備工況監(jiān)測(cè)與控制。 Ⅰ 四、練習(xí)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(duì)加工產(chǎn)品的批量可根據(jù)需要迅速調(diào)整； ③ 對(duì)加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時(shí)投入生產(chǎn)； ④ 可迅速而有效地綜合應(yīng)用新技術(shù)； ⑤ 對(duì)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(diǎn)是什么？ 答案：剛性生產(chǎn)模式的特點(diǎn)：設(shè)計(jì)獨(dú)立性強(qiáng)，生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定，以產(chǎn)品為對(duì)象組織計(jì)劃生產(chǎn)；準(zhǔn)備，生產(chǎn)，裝配周期長(zhǎng)，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)。 3.生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變經(jīng)過(guò)了那幾個(gè)階段？ 答案：