【正文】 機械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化機械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化 第第 3章章 機械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化機械制造業(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 機械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化機械制造業(yè)的信息化與產(chǎn)品數(shù)字化一、本章重點二、本章難點三、知識擴展 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)管理機械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵機械制造業(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)計與工藝設(shè)計方法。 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、管理的決策效率與水平。 四是為了達到以上幾個方面的信息化首先必須實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化。 信息化的內(nèi)涵 機械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化機械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化Next 機械制造業(yè)信息化的內(nèi)涵與產(chǎn)品數(shù)字化機械制造業(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 國際上 在產(chǎn)品設(shè)計中充分應(yīng)用信息技術(shù) (計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)等 )可提高傳統(tǒng)機械產(chǎn)品的性能、功能、質(zhì)量，價格性能比與自動化水平，提供最先進的裝備。 1. 產(chǎn)品信息化 先進國家在 20世紀中期開始應(yīng)用信息技術(shù)于傳統(tǒng)機械產(chǎn)品。1945年生產(chǎn)出第一臺數(shù)控機床，并將信息技術(shù)用于其他傳統(tǒng)機械產(chǎn)品，包括裝備工業(yè)產(chǎn)品和其他機械產(chǎn)品，使傳統(tǒng)機械產(chǎn)品更新?lián)Q代，不但滿足用戶需求，而且提高了機械產(chǎn)品技術(shù)的含量，增加了產(chǎn)品附加值，成為傳統(tǒng)機械制造業(yè)發(fā)展方向。 Next國內(nèi) 產(chǎn)品的信息化以機床行業(yè)為例。一是要改造產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) ，把以生產(chǎn)傳統(tǒng)機床為主調(diào)整生產(chǎn)數(shù)控機床為主，提高產(chǎn)品的數(shù)控率，先進國家機床數(shù)控率已達到 30％～ 50％，我國不到 10％。二是要提高數(shù)控機床的水平 ，目前我國生產(chǎn)數(shù)控機床以中低檔為主，許多高檔的還需進口，國際市場上高檔數(shù)控機床市場我們還沒有進入。三是要開發(fā)制造國產(chǎn)數(shù)控系統(tǒng) 。目前我國生產(chǎn)的機床數(shù)控系統(tǒng)基本上是國外的，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)還無法滿足用戶需求，也制約了我國機床工業(yè)的發(fā)展。其他機械設(shè)備也必須采用信息技術(shù)提高其性能、功能、質(zhì)量、價格性能比與自動化水平。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)計與工藝設(shè)計方法，把信息技術(shù)與傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計與工藝方法結(jié)合起來，形成先進的設(shè)計方法與設(shè)計過程，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產(chǎn)品數(shù)字化，因為用計算機技術(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)，而且以計算機內(nèi)部存儲的各種格式數(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集成的對數(shù)字化產(chǎn)品進行管理的 PDM(PLM)。Next1) 計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計 2) 計算機輔助工藝設(shè)計 3) 計算機輔助生產(chǎn)管理技術(shù) CAPM (2) 計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計及其類型計及其類型 (1) 概概 況況 1) 計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計 (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 60年代開始，應(yīng)用計算機技術(shù)輔助產(chǎn)品設(shè)計 (CAD)，從設(shè)計計算開始發(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，繪圖與計算相結(jié)合，稱為計算機輔助工程 CAE，實現(xiàn)零部件優(yōu)化設(shè)計。▲ 到 80年代開始二維繪圖發(fā)展為三維幾何造型，設(shè)計與制造相結(jié)合，被稱為計算機輔助設(shè)計與制造 CAD／ CAM，又發(fā)展為三維參數(shù)化造型及面向制造設(shè)計 DFM、面向裝配設(shè)計 DFA及動態(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)計與工藝設(shè)計的模型，為了實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)共享出現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM，實現(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)展動態(tài)仿真建模與虛擬技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)虛擬產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。 計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計 (1) 概概 況況 Next (2) 計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計及其類型現(xiàn)代 CAD系統(tǒng)已貫穿整個產(chǎn)品設(shè)計過程， P75圖 3—1 說明產(chǎn)品設(shè)計過程與 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)計工作，提高了設(shè)計效率和圖紙質(zhì)量，但沒有進一步解決產(chǎn)品設(shè)計中優(yōu)化、標準化，把傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計中復(fù)雜的分析計算與建立幾何模型結(jié)合起來，把現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中先進設(shè)計方法結(jié)合起來。 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、軸測圖、剖面圖，能在裝配狀態(tài)下進行零件設(shè)計、模擬裝配設(shè)計，為實現(xiàn) DFA創(chuàng)造了條件，解決了與 CAM軟件集成運行。 ③ 與其他先進制造技術(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 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，它們提供一般機械設(shè)計功能，稱為支撐軟件。但是由于機械產(chǎn)品品種成千上萬，所以要使商品化的 CAD系統(tǒng)能滿足一定的機械產(chǎn)品設(shè)計的要求，必須進行二次開發(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 建立報價數(shù)據(jù)庫 ② 建立產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)庫 ⑦ 建立應(yīng)用軟件 ③ 建立產(chǎn)品圖形庫 ④ 建立方法庫 ⑤ 建立知識庫 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)上進行，但是由于機械產(chǎn)品的復(fù)雜性，必須按系統(tǒng)開發(fā)步驟對企業(yè)情況進行調(diào)查分析，進行系統(tǒng)設(shè)計，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)計劃。由于工作量大，不是短時間能完成，所以必須根據(jù)應(yīng)用需求，根據(jù)人力、財力統(tǒng)籌安排，制訂詳細實施計劃，并組織實施。凡是能外購盡可能外購，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)、國標、行標、國際標準。 ② 開發(fā)過程與人才培訓(xùn)相結(jié)合，開發(fā)需要有經(jīng)驗的設(shè)計人員，也需要有年輕、而且熟悉計算機技術(shù)的人員，通過開發(fā)，培養(yǎng)一批既懂設(shè)計又懂計算機技術(shù)的人才。 ③ 開發(fā)過程與實際應(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。 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)實現(xiàn)商品化。 (1) 概況 (2) CAPP的幾種類型 (3) CAPP的實用意義 (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) 計算機輔助工藝設(shè)計 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 交互式計算機輔助工藝設(shè)計 ▲ 什么是 CAPP？計算機輔助工藝設(shè)計 (CAPP)是適應(yīng)市場變化迅速、需求多樣化發(fā)展起來的一門機械制造企業(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)計中的應(yīng)用，目前已是計算機輔助制造(CAM)與計算機集成制造 (CIM)的一個組成部分?！鳦APP 的發(fā)展由于工藝設(shè)計信息比較活躍 (不定性 )，所以在世界上這一技術(shù)比數(shù)控加工、計算機輔助設(shè)計開發(fā)得較晚。世界上第一個 CAPP系統(tǒng) 是由挪威 NAKK提出，由四家機械工業(yè)公司和兩家研究所合作，于 1966年開始到 1970年推出的一個系統(tǒng)，稱 Autopros(自動工藝設(shè)計系統(tǒng) )，可以處理這家公司 60％的零件，如果稍加人工輔助可達 80％的零件。20世紀 70年代以來，世界各國均有所開發(fā)，如日本日立制作所的 HINTCS工藝設(shè)計、美國的 Miplan系統(tǒng)、國際機械制造研究會 (CIRP)的 CAPP系統(tǒng)等，據(jù) 1985年統(tǒng)計已有 50多個系統(tǒng)，在工廠實用的達 20多個。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 (二進制的矩陣圖 )來表示，這樣可以將每一組的碼域與相應(yīng)的工藝文件用計算機存儲起來?！?操作方法操作方法 在生產(chǎn)技術(shù)準備中，新的零件只要使用 GT編碼后輸入計算機，對原來存儲的各碼域進行檢索，只要檢索到與輸入零件編碼相匹配的碼域，計算機就可以輸出相應(yīng)的工藝規(guī)程。 但是由于存儲的工藝是按組編的，具體的機床規(guī)格也無法確定，所以只有通過人機對話，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。這一方法簡單，對于零件標準化、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 這一方法是對樣件法改進，提高計算機處理能力而來的。這一方法是對樣件法改進，提高計算機處理能力而來的。 由于樣件法無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法從一組工藝中挑選需要的工序，確立每一工序的機床規(guī)格以及工裝等等，所以人們在樣件法的基礎(chǔ)上做了改進。機床規(guī)格以及工裝等等，所以人們在樣件法的基礎(chǔ)上做了改進。 它可以根據(jù)輸入的零件編碼所提供的信息來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選擇部分要素加工工序，選擇每一工序的機床等等，這樣減少了人機交互的干涉，使工序，選擇每一工序的機床等等，這樣減少了人機交互的干涉，使工藝規(guī)程更加符合標準，并大大提高了計算機處理的速度。藝規(guī)程更加符合標準，并大大提高了計算機處理的速度。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，