【正文】 機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化 第第 3章章 機(jī)械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化機(jī)械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化 產(chǎn)品數(shù)字化與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品數(shù)字化與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 本章教學(xué)安排第第 3章章 機(jī)械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化機(jī)械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化一、本章重點(diǎn)二、本章難點(diǎn)三、知識(shí)擴(kuò)展 產(chǎn)品數(shù)字化與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品數(shù)字化與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化與產(chǎn)品數(shù)字化 一是產(chǎn)品的信息化，要用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 二是產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化， 要用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)方法。 三是企業(yè)管理的信息化，要用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理的決策效率與水平。 四是為了達(dá)到以上幾個(gè)方面的信息化首先必須實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化。 信息化的內(nèi)涵 機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化Next 機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化機(jī)械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化 1. 產(chǎn)品信息化 2．產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化 國(guó)際上 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中充分應(yīng)用信息技術(shù) (計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等 )可提高傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的性能、功能、質(zhì)量，價(jià)格性能比與自動(dòng)化水平，提供最先進(jìn)的裝備。 1. 產(chǎn)品信息化 先進(jìn)國(guó)家在 20世紀(jì)中期開始應(yīng)用信息技術(shù)于傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品。1945年生產(chǎn)出第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床，并將信息技術(shù)用于其他傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品，包括裝備工業(yè)產(chǎn)品和其他機(jī)械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代，不但滿足用戶需求，而且提高了機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)的含量，增加了產(chǎn)品附加值，成為傳統(tǒng)機(jī)械制造業(yè)發(fā)展方向。 Next國(guó)內(nèi) 產(chǎn)品的信息化以機(jī)床行業(yè)為例。一是要改造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) ，把以生產(chǎn)傳統(tǒng)機(jī)床為主調(diào)整生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床為主，提高產(chǎn)品的數(shù)控率，先進(jìn)國(guó)家機(jī)床數(shù)控率已達(dá)到 30％～ 50％，我國(guó)不到 10％。二是要提高數(shù)控機(jī)床的水平 ，目前我國(guó)生產(chǎn)數(shù)控機(jī)床以中低檔為主，許多高檔的還需進(jìn)口，國(guó)際市場(chǎng)上高檔數(shù)控機(jī)床市場(chǎng)我們還沒有進(jìn)入。三是要開發(fā)制造國(guó)產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 。目前我國(guó)生產(chǎn)的機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)基本上是國(guó)外的，國(guó)內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)還無(wú)法滿足用戶需求，也制約了我國(guó)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。其他機(jī)械設(shè)備也必須采用信息技術(shù)提高其性能、功能、質(zhì)量、價(jià)格性能比與自動(dòng)化水平。2．產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化 ▲ 什么是產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化？ 用信息技術(shù)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)方法，把信息技術(shù)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝方法結(jié)合起來(lái)，形成先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)過程，這就是產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化。 ▲ 為什么產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化必形成產(chǎn)品數(shù)字化？ 產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化必然帶來(lái)產(chǎn)品數(shù)字化，因?yàn)橛糜?jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的產(chǎn)品不但以傳統(tǒng)的圖紙資料、工藝文件出現(xiàn)，而且以計(jì)算機(jī)內(nèi)部存儲(chǔ)的各種格式數(shù)據(jù)出現(xiàn)，所以出現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化的概念。 ▲ 產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化所包括的內(nèi)容 產(chǎn)品開發(fā)過程的信息化包括： CAD／ CAE， CAPP以及為使 CAD， CAPP， ERP集成的對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)行管理的 PDM(PLM)。Next1) 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì) 2) 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) 3) 計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理技術(shù) CAPM (2) 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其類型計(jì)及其類型 (1) 概概 況況 1) 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì) (3) CAD系統(tǒng)的發(fā)展系統(tǒng)的發(fā)展 (4) CAD技術(shù)應(yīng)用的技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵關(guān)鍵 ▲ 20世紀(jì) 60年代開始，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì) (CAD)，從設(shè)計(jì)計(jì)算開始發(fā)展到二維繪圖，與成組技術(shù)、模塊技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)檢索式 CAD，繪圖與計(jì)算相結(jié)合，稱為計(jì)算機(jī)輔助工程 CAE，實(shí)現(xiàn)零部件優(yōu)化設(shè)計(jì)?！?到 80年代開始二維繪圖發(fā)展為三維幾何造型，設(shè)計(jì)與制造相結(jié)合，被稱為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 CAD／ CAM，又發(fā)展為三維參數(shù)化造型及面向制造設(shè)計(jì) DFM、面向裝配設(shè)計(jì) DFA及動(dòng)態(tài)仿真等?！?90年代開發(fā)基于特征的產(chǎn)品模型、統(tǒng)一產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的模型，為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共享出現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM，實(shí)現(xiàn) CAD／ CAE／CAPP／ CAM的集成。這些技術(shù)與并行工程 CE相結(jié)合，創(chuàng)建產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境CAPE。 ▲ 90年代后期發(fā)展動(dòng)態(tài)仿真建模與虛擬技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì) (1) 概概 況況 Next (2) 計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其類型現(xiàn)代 CAD系統(tǒng)已貫穿整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程， P75圖 3—1 說明產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程與 CAD系統(tǒng)， P76圖 3—2 ～圖 34說明 CAD系統(tǒng)種類。 (3)CAD系統(tǒng)的發(fā)展 ① 二維 CAD系統(tǒng)的初步應(yīng)用 ，大大改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作，提高了設(shè)計(jì)效率和圖紙質(zhì)量，但沒有進(jìn)一步解決產(chǎn)品設(shè)計(jì)中優(yōu)化、標(biāo)準(zhǔn)化，把傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中復(fù)雜的分析計(jì)算與建立幾何模型結(jié)合起來(lái)，把現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中先進(jìn)設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)。 ② 三維 CAD的應(yīng)用 。三維 CAD系統(tǒng)解決了二維 CAD系統(tǒng)不能解決的問題，使CAD技術(shù)的應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。目前三維 CAD系統(tǒng)不但能生成三維模型，而且能生成二維圖形、軸測(cè)圖、剖面圖，能在裝配狀態(tài)下進(jìn)行零件設(shè)計(jì)、模擬裝配設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn) DFA創(chuàng)造了條件，解決了與 CAM軟件集成運(yùn)行。 ③ 與其他先進(jìn)制造技術(shù)結(jié)合，創(chuàng)造現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境 。現(xiàn)代 CAD技術(shù)與成組技術(shù) GT、模塊化技術(shù)、并行工程 CE、面向制造設(shè)計(jì) DFM、質(zhì)量功能配置 QFD、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM以及 CAD／ CAE／ CAPP／ CAM的集成，構(gòu)造現(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。NextNextCAD技術(shù)的發(fā)展，形成了許多商品化的軟件，它們提供一般機(jī)械設(shè)計(jì)功能，稱為支撐軟件。但是由于機(jī)械產(chǎn)品品種成千上萬(wàn)，所以要使商品化的 CAD系統(tǒng)能滿足一定的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，必須進(jìn)行二次開發(fā)。其主要內(nèi)容包括： (4) CAD技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵① 完善圖形處理功能 ⑥ 建立報(bào)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù) ② 建立產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù) ⑦ 建立應(yīng)用軟件 ③ 建立產(chǎn)品圖形庫(kù) ④ 建立方法庫(kù) ⑤ 建立知識(shí)庫(kù) ⑧ 建立工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) ⑨ 建立與其他系統(tǒng)的接口 P78圖 3—5 是二次開發(fā)示意圖 Next二次開發(fā)的方法與策略為二次開發(fā)的方法與策略為：： ① 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)方法，二次開發(fā)雖然不是從頭開始，是在通用軟件基礎(chǔ)上進(jìn)行，但是由于機(jī)械產(chǎn)品的復(fù)雜性，必須按系統(tǒng)開發(fā)步驟對(duì)企業(yè)情況進(jìn)行調(diào)查分析，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，才能決策二次開發(fā)的內(nèi)容，開發(fā)的方法和步驟，制訂二次開發(fā)計(jì)劃。由于工作量大，不是短時(shí)間能完成，所以必須根據(jù)應(yīng)用需求，根據(jù)人力、財(cái)力統(tǒng)籌安排，制訂詳細(xì)實(shí)施計(jì)劃，并組織實(shí)施。凡是能外購(gòu)盡可能外購(gòu)，防止重復(fù)開發(fā)，開發(fā)過程中充分應(yīng)用成熟技術(shù)，如成組技術(shù)、國(guó)標(biāo)、行標(biāo)、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。 ② 開發(fā)過程與人才培訓(xùn)相結(jié)合，開發(fā)需要有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員，也需要有年輕、而且熟悉計(jì)算機(jī)技術(shù)的人員，通過開發(fā)，培養(yǎng)一批既懂設(shè)計(jì)又懂計(jì)算機(jī)技術(shù)的人才。 ③ 開發(fā)過程與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，由于工作量大，開發(fā)有一定周期，所以開發(fā)一部分，使用一部分，互相促進(jìn)。 Next P79圖 3—6 表示企業(yè)專業(yè)應(yīng)用軟件必須企業(yè)自行開發(fā)，通用基礎(chǔ)性軟件可以由行業(yè)組織開發(fā)，或軟件企業(yè)開發(fā)實(shí)現(xiàn)商品化。 (1) 概況 (2) CAPP的幾種類型 (3) CAPP的實(shí)用意義 (4) CAPP系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的關(guān)鍵 (5) CAPP系統(tǒng)開發(fā)、選型應(yīng)用指南 2) 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) ① 樣件法 ② 變異法 ③ 生成法 ④ 應(yīng)用人工智能與專家系統(tǒng)理論與方法 ⑤ 交互式計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) ▲ 什么是 CAPP？計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) (CAPP)是適應(yīng)市場(chǎng)變化迅速、需求多樣化發(fā)展起來(lái)的一門機(jī)械制造企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)?！鳦APP 的起源它是源于成組技術(shù) (GT)在工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，目前已是計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)與計(jì)算機(jī)集成制造 (CIM)的一個(gè)組成部分?！鳦APP 的發(fā)展由于工藝設(shè)計(jì)信息比較活躍 (不定性 )，所以在世界上這一技術(shù)比數(shù)控加工、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)開發(fā)得較晚。世界上第一個(gè) CAPP系統(tǒng) 是由挪威 NAKK提出，由四家機(jī)械工業(yè)公司和兩家研究所合作，于 1966年開始到 1970年推出的一個(gè)系統(tǒng)，稱 Autopros(自動(dòng)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng) )，可以處理這家公司 60％的零件，如果稍加人工輔助可達(dá) 80％的零件。20世紀(jì) 70年代以來(lái)，世界各國(guó)均有所開發(fā)，如日本日立制作所的 HINTCS工藝設(shè)計(jì)、美國(guó)的 Miplan系統(tǒng)、國(guó)際機(jī)械制造研究會(huì) (CIRP)的 CAPP系統(tǒng)等，據(jù) 1985年統(tǒng)計(jì)已有 50多個(gè)系統(tǒng)，在工廠實(shí)用的達(dá) 20多個(gè)。Next (1) 概況 Next① 樣件法 這是最早采用的方法，主要是充分利用 GT的成果。▲▲ 原理原理 根據(jù) GT在工藝上的應(yīng)用是按相似的零件組 (加工族 )編制適用于這一組的工藝規(guī)程。這一組的零件可以用成組技術(shù)的零件編碼的碼域 (二進(jìn)制的矩陣圖 )來(lái)表示，這樣可以將每一組的碼域與相應(yīng)的工藝文件用計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)起來(lái)?！?操作方法操作方法 在生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備中，新的零件只要使用 GT編碼后輸入計(jì)算機(jī)，對(duì)原來(lái)存儲(chǔ)的各碼域進(jìn)行檢索，只要檢索到與輸入零件編碼相匹配的碼域，計(jì)算機(jī)就可以輸出相應(yīng)的工藝規(guī)程。 但是由于存儲(chǔ)的工藝是按組編的，具體的機(jī)床規(guī)格也無(wú)法確定，所以只有通過人機(jī)對(duì)話，取消多余的工序或修改某些不完全適合該零件的內(nèi)容，才能輸出這一零件的工藝。這一方法簡(jiǎn)單，對(duì)于零件標(biāo)準(zhǔn)化、系列化搞得好的企業(yè)是完全適合的。 Next有的資料上稱為半創(chuàng)成法。 原理原理 這一方法是對(duì)樣件法改進(jìn)，提高計(jì)算機(jī)處理能力而來(lái)的。這一方法是對(duì)樣件法改進(jìn)，提高計(jì)算機(jī)處理能力而來(lái)的。 由于樣件法無(wú)法從一組工藝中挑選需要的工序，確立每一工序的由于樣件法無(wú)法從一組工藝中挑選需要的工序，確立每一工序的機(jī)床規(guī)格以及工裝等等，所以人們?cè)跇蛹ǖ幕A(chǔ)上做了改進(jìn)。機(jī)床規(guī)格以及工裝等等，所以人們?cè)跇蛹ǖ幕A(chǔ)上做了改進(jìn)。 它可以根據(jù)輸入的零件編碼所提供的信息來(lái)選擇部分要素加工工它可以根據(jù)輸入的零件編碼所提供的信息來(lái)選擇部分要素加工工序，選擇每一工序的機(jī)床等等，這樣減少了人機(jī)交互的干涉，使工序，選擇每一工序的機(jī)床等等，這樣減少了人機(jī)交互的干涉，使工藝規(guī)程更加符合標(biāo)準(zhǔn)，并大大提高了計(jì)算機(jī)處理的速度。藝規(guī)程更加符合標(biāo)準(zhǔn)，并大大提高了計(jì)算機(jī)處理的速度。不足之處不足之處 它還是以樣件的工藝為基礎(chǔ)的，如果沒有樣件工藝，