先進(jìn)制造技術(shù)

1、第二章 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)定義與體系 2.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)2.3 有限元分析 2.4 并行設(shè)計(jì)2.5 綠色設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)發(fā)展的基本歷程設(shè)計(jì)發(fā)展階段序號(hào)名稱序號(hào)名稱序號(hào)名稱1設(shè)計(jì)方法學(xué)9綠色設(shè)計(jì)17三次設(shè)計(jì)2優(yōu)化設(shè)計(jì)10模塊化設(shè)計(jì)18人機(jī)工程3可靠性設(shè)計(jì)11相似設(shè)計(jì)19健壯設(shè)計(jì)4計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)12虛擬設(shè)計(jì)20精度設(shè)計(jì)5動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)13疲勞設(shè)計(jì)21工程遺傳算法6有限元法14智能工程22設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)7反求工程設(shè)計(jì)15價(jià)值工程23摩擦學(xué)設(shè)計(jì)8工業(yè)造型設(shè)計(jì)16并行設(shè)計(jì)24人工神經(jīng)元計(jì)算方法現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的主要內(nèi)容現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法的特點(diǎn) 程式性創(chuàng)造性系統(tǒng)性最優(yōu)性綜合性數(shù)字性2.2

2、 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD）：以計(jì)算機(jī)為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程的技術(shù)。CAD技術(shù)包含：利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品的造型、裝配、工程圖繪制，以及相關(guān)文檔的設(shè)計(jì)；進(jìn)行產(chǎn)品渲染、動(dòng)態(tài)顯示；對產(chǎn)品進(jìn)行工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真等。CAD技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展 20世紀(jì)50年代CAD技術(shù)的萌芽期 20世紀(jì)60年代CAD技術(shù)的成長期 20世紀(jì)70年代CAD技術(shù)的發(fā)展期 20世紀(jì)80年代CAD技術(shù)的普及期 20世紀(jì)90年代CAD技術(shù)集成化期 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)圖形處理的基本知

3、識(shí) 計(jì)算機(jī)輔助圖形處理利用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、生成處理和顯示圖形 圖形處理的基本知識(shí)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)按工作方式分為：靜態(tài)自動(dòng)繪圖系統(tǒng)動(dòng)態(tài)交互式繪圖系統(tǒng)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)的組成：硬件：計(jì)算機(jī)主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備軟件：圖形軟件、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫及圖形庫、應(yīng)用程序表面模型 線框模型實(shí)體建模 CAD系統(tǒng)幾何造型技術(shù)（a）線框模型 （b）表面模型 （c）實(shí)體模型主要模型類型邊界表示法實(shí)體模型CSG法實(shí)體模型特征造型 特征造型：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)幾何建模+工藝信息（零件的材料、加工精度、表面質(zhì)量、形位誤差等）。 其內(nèi)容有： 1) 零件的幾何形狀信息； 2) 作為加工對象的孔、溝槽及面等形面特征； 3) 有關(guān)形面特征的

4、位置、尺寸及其公差； 4) 對于形面特征的加工規(guī)定(如表面拋光、發(fā)黑等)； 5) 形面特征之間的關(guān)聯(lián)； 6) 各加工面的表面粗糙度。造型建模技術(shù)應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)1.產(chǎn)品的幾何造型技術(shù)：線框模型、表面（曲面）模型、實(shí)體模型、特征造型2.單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計(jì)3.CAD與其他CAX系統(tǒng)的集成技術(shù)：CAD與CAE集成、CAD與CAPP/CAM集成、CAD與PDM集成、CAD與ERP集成4.標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)：產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)”（Standard for the Exchange of Product Model Data，STEP）； ISO標(biāo)準(zhǔn)及其他工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)1.提高

5、設(shè)計(jì)質(zhì)量2.節(jié)省時(shí)間，提高設(shè)計(jì)效率3.較大幅度地降低成本4.減少設(shè)計(jì)人員工作量計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件與應(yīng)用 CAD系統(tǒng)的軟件分為三個(gè)層次系統(tǒng)軟件：操作系統(tǒng)、編譯系統(tǒng)、圖形接口及接口標(biāo)準(zhǔn) 支撐軟件：計(jì)算機(jī)分析軟件、集成化CAD/CAM軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)軟件應(yīng)用軟件：二次開發(fā)專用軟件 CAD/CAPP/CAM集成技術(shù)CAD/CAM集成系統(tǒng)模式 2.3 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)CAPP技術(shù)2.3.1 CAPP概述傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)存在缺點(diǎn)：對工藝設(shè)計(jì)人員要求高 ；工作量大，效率低下 ；無法利用CAD的圖形、數(shù)據(jù) ；難以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 ；信息不能共享 。發(fā)展史：最早研究的國家是挪威。1969年正式推出世界上

6、第一個(gè)CAPP系統(tǒng)AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是CAM-I于1976年推出的CAM-IS Automated Process Planning系統(tǒng)。CAPP（computer aided process planning,計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)）CAPP概述CAPP作用：通過向計(jì)算機(jī)輸入被加工零件的幾何信息（形狀、尺寸等）和工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。 系統(tǒng)名稱適用零件類型系統(tǒng)功能開發(fā)者時(shí)間CAPP回轉(zhuǎn)、菱形工藝過程美國CAM-11976MIPLAN回轉(zhuǎn)、菱形

7、工藝過程、NC程序荷蘭1980TIPPS菱形工藝過程美國普度大學(xué)1984IDEF回轉(zhuǎn)體工藝過程西班牙赫羅納大學(xué)2007國外一些著名的CAPP系統(tǒng)國內(nèi)CAPP研究動(dòng)態(tài)武漢開目CAPP軟件，基于知識(shí)決策的智能化工藝設(shè)計(jì)軟件；清華天河CAPP軟件系統(tǒng)，采用交互式的設(shè)計(jì)方式，對于數(shù)據(jù)的管理和集成更重視；金葉CAPP系統(tǒng)，以結(jié)構(gòu)化、模型化的產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)為核心、工藝設(shè)計(jì)與管理一體化的CAPP系統(tǒng)；天喻的“Inte CAPP”及上海SIPM 公司的“SIPM-CAPP”；華天軟件WIT-CAPPCAPP系統(tǒng)基本原理派生式：利用零件的相似性來檢索已有工藝規(guī)程的一種軟件系統(tǒng)創(chuàng)成式：能綜合零件加工信息，自動(dòng)為個(gè)新

8、零件創(chuàng)造工藝規(guī)程的軟件系統(tǒng)綜合式：也稱半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)，它綜合了派生式CAPP與創(chuàng)成式CAPP方法和原理，采取派生與自動(dòng)決策相結(jié)合的方法生成工藝規(guī)程，即采用派生法生成零件加工工藝流程，采用創(chuàng)成法自動(dòng)進(jìn)行各加工工序的決策CAPP系統(tǒng)發(fā)展趨勢集成化趨勢：除了與CAD和CAM集成，還應(yīng)能與制造自動(dòng)化系統(tǒng)、管理信息系統(tǒng)以及質(zhì)量檢測與控制系統(tǒng)等集成通用化趨勢：使CAPP系統(tǒng)各工藝設(shè)計(jì)模塊與系統(tǒng)所需的工藝數(shù)據(jù)與知識(shí)完全獨(dú)立智能化趨勢：專家系統(tǒng)技術(shù)、人工神經(jīng)元理論、模糊理論、黑板推理與實(shí)例推理等方法用于CAPP系統(tǒng)的開發(fā) CAM技術(shù)CAM是計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufactu

9、ring）的簡稱，是指利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作，完成產(chǎn)品的加工制造。CAM有狹義和廣義的兩個(gè)概念。 CAM技術(shù)狹義CAM指的是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到加工制造之間的一切生產(chǎn)準(zhǔn)備活動(dòng)，它包括CAPP、NC編程、工時(shí)定額的計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)劃的制訂、資源需求計(jì)劃的制訂等。廣義CAM指利用計(jì)算機(jī)輔助從毛坯到產(chǎn)品制造全過程的所有直接與間接的活動(dòng)，包括工藝準(zhǔn)備、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃、物流過程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制、物料需求計(jì)劃、成本控制、庫存控制等。CAD/ CAM集成系統(tǒng)CADCAM集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)CADCAM系統(tǒng)集成方式專用數(shù)據(jù)交換接口方式中性文件數(shù)據(jù)交換接口方式：IGES、STEP標(biāo)準(zhǔn)格式文件基于工程數(shù)

10、據(jù)庫的集成方式基于PDM系統(tǒng)的集成方式基于工程數(shù)據(jù)庫的集成方式CADCAM系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品建模技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)IGES標(biāo)準(zhǔn)STEP標(biāo)準(zhǔn) IGES數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)1. 國外軟件Unigraphics（UG）Pro/Engineer(Creo)AutoCAD及MDTI-DEASSolidWorksSolidEdgeCimatronCAD/CAM系統(tǒng)支撐軟件2. 國內(nèi)軟件CAXA電子圖板和CAXA-ME制造工程師軟件開目CADCAD/CAM系統(tǒng)支撐軟件2.3 有限元分析 有限元法（Finite Element Method，F(xiàn)EM），也稱為有限單元法或有限元素

11、法，基本思想是將物體（即連續(xù)求解域）離散成有限個(gè)且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解的數(shù)值分析法。有限元法分析過程1. 物體離散化2. 單元特性分析1）選擇位移模式2）分析單元的力學(xué)性質(zhì)3）計(jì)算等效節(jié)點(diǎn)力有限元法分類1. 線彈性有限元法2. 非線性有限元法有限元分析ANSYS分析2.4 并行設(shè)計(jì) 并行設(shè)計(jì)（CD，ConcurrentDesign) 是一種對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括設(shè)計(jì)制造過程和相關(guān)的支持過程)進(jìn)行并行和集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化工作模式并行設(shè)計(jì)工作模式是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)考慮其相關(guān)過程，包括加工工藝、裝配、

12、檢測、質(zhì)量保證、銷售、維護(hù)等。串、并行設(shè)計(jì)并行設(shè)計(jì)模式并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)1. 并行設(shè)計(jì)的建模與仿真2. 多功能團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作3. 產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)4. 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)5. 面向應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)技術(shù)（DFX）2.5 綠色設(shè)計(jì)綠色設(shè)計(jì)也可以稱為“生態(tài)設(shè)計(jì)”“可持續(xù)設(shè)計(jì)”“為自然環(huán)境而設(shè)計(jì)”綠色設(shè)計(jì)是一種基于產(chǎn)品整個(gè)生命周期，并以產(chǎn)品的環(huán)境資源屬性為核心的現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念和方法綠色設(shè)計(jì)框架圖綠色設(shè)計(jì)原則生態(tài)效益好經(jīng)濟(jì)效益高安全可靠人機(jī)協(xié)調(diào)綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成本需求分析進(jìn)行再利用以及可拆裝設(shè)計(jì)分析建立完善的數(shù)據(jù)庫綠色設(shè)計(jì)在機(jī)械制造中的應(yīng)用材料選擇生產(chǎn)過程中的“三廢”控制減震、除噪、除塵，提高作業(yè)環(huán)境的清潔性防止泄漏發(fā)生，提高密封性能減少不必要的維修時(shí)