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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)械加工過程及產(chǎn)品整個(gè)生命周期過程中全部活動(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)營管理、市場(chǎng)營銷和服務(wù)等一系
2、列相關(guān)活動(dòng)的總稱,包括制造工藝過程、物料流動(dòng)過程、信息流動(dòng)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(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年代主要通過改善生產(chǎn)過程管理來進(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,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)營管理等過程,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):包括開發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工藝、制造三個(gè)子系統(tǒng)。
通過集成技術(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。
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,立體聽覺等真實(shí)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(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)和營銷整個(gè)過程,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)和制造等過程進(jìn)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(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過程的實(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)品未來制造過程以及產(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)快速成型過程
10、
快速成型過程由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。
(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,生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)。
3.生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變經(jīng)過了那幾個(gè)階段?
答案: