先進(jìn)制造技術(shù)課件：先進(jìn)制造系統(tǒng) -

先進(jìn)制造系統(tǒng)先進(jìn)制造技術(shù)前言7.1敏捷制造

7.2虛擬制造

7.3并行工程

7.4快速原型技術(shù)

7.5精益生產(chǎn)7.6逆向工程前言本章學(xué)習(xí)目標(biāo)本章教學(xué)重點導(dǎo)入案例本章學(xué)習(xí)目標(biāo)了解先進(jìn)制造系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)了解典型先進(jìn)制造生產(chǎn)模式和制造系統(tǒng)的內(nèi)涵和特點本章知識要點知識要點能力要求相關(guān)知識敏捷制造的內(nèi)涵、特點和模式

熟悉敏捷制造的內(nèi)涵和特點

結(jié)合敏捷制造的內(nèi)涵，了解敏捷制造企業(yè)的特點和模式虛擬制造的概念、內(nèi)涵、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用了解虛擬制造的概念和關(guān)鍵技術(shù)了解虛擬制造技術(shù)體系和環(huán)境平臺并行工程的內(nèi)涵、方法學(xué)和運行機理了解并行工程的內(nèi)涵和方法學(xué)

運用并行工程的方法學(xué)進(jìn)行案例分析快速工藝原型的概念及相關(guān)理解快速原型技術(shù)的概念，熟悉相關(guān)工藝各種快速原型工藝的比較和選擇方法精益生產(chǎn)的內(nèi)涵及結(jié)構(gòu)體系熟悉精益生產(chǎn)的內(nèi)涵和思想精益生產(chǎn)在企業(yè)中的實施方法

逆向工程的概念和關(guān)鍵技術(shù)理解逆向工程的概念流程，熟悉關(guān)鍵技術(shù)逆向工程的測量設(shè)備和典型軟件應(yīng)用導(dǎo)入案例哈洛茲堡的康寧公司從1952年開始經(jīng)營，主要生產(chǎn)精密玻璃供軍方使用，但經(jīng)營一直沒有起色。該公司后來通過高度自動化和先進(jìn)的液晶顯示器玻璃基板打開局面。哈洛茲堡的康寧公司保持著高度的創(chuàng)新性和靈活性，因此能夠歷經(jīng)數(shù)次市場轉(zhuǎn)移而長久不衰，主要靠的是先進(jìn)制造技術(shù)。

7.1敏捷制造7.1.1敏捷制造的內(nèi)涵7.1.2敏捷制造企業(yè)的特點7.1.3敏捷制造數(shù)字化工廠的整體模型7.1.4敏捷制造的數(shù)字化7.1.1敏捷制造的內(nèi)涵內(nèi)涵：敏捷制造是指制造業(yè)企業(yè)采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)手段，通過動態(tài)地、有效地協(xié)調(diào)整合各種生產(chǎn)要素、快速配置各種資源（包括技術(shù)、管理和人），響應(yīng)用戶需求，實現(xiàn)制造敏捷化的一種現(xiàn)代制造模式。核心：將一些可重新編程、重新組合、連續(xù)更換的生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)合成一個新的、信息密集的制造系統(tǒng)，以快速地生產(chǎn)出能準(zhǔn)確滿足用戶需求的產(chǎn)品。

敏捷制造給企業(yè)帶來的效益（圖7-1）(1)作為靈活的管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，要具有良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，大范圍的通訊基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，可以通過信息高速公路與國際互聯(lián)網(wǎng)將全球范圍的企業(yè)相聯(lián)。(2)具有為訂單而設(shè)計、為訂單而制造的生產(chǎn)方式，高度柔性的、模塊化的、可伸縮的生產(chǎn)制造系統(tǒng)和產(chǎn)品設(shè)計方法。這種柔性生產(chǎn)系統(tǒng)往往規(guī)模有限，但成本與批量無關(guān)，在同一系統(tǒng)內(nèi)可生產(chǎn)出的產(chǎn)品品種是無限的。

7.1.2敏捷制造企業(yè)的特點(3)具有實現(xiàn)敏捷化的員工培訓(xùn)與素質(zhì)改進(jìn)體系，及企業(yè)各類信息的標(biāo)準(zhǔn)化與電子化。(4)“高質(zhì)量”的產(chǎn)品。敏捷制造的質(zhì)量觀念已變成整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)的用戶滿意，企業(yè)的這種質(zhì)量跟蹤將持續(xù)到產(chǎn)品報廢為止。(5)具有豐富知識和適應(yīng)能力的員工。

7.1.2敏捷制造企業(yè)的特點7.1.2敏捷制造企業(yè)的特點(6)基于任務(wù)的組織與管理。要求各個項目組都能了解全局的遠(yuǎn)景，胸懷企業(yè)全局，明確工作的目標(biāo)和任務(wù)的時間要求。(7)具有對社會服務(wù)的責(zé)任感，產(chǎn)生社會的正效應(yīng)。要全面消除企業(yè)生產(chǎn)給社會造成的不利影響，企業(yè)必須完全服務(wù)于社會。

7.1.3敏捷制造數(shù)字化工廠的整體模型智能化的管理軟件、數(shù)字化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工廠的網(wǎng)絡(luò)化，只有滿足這些條件，企業(yè)的生產(chǎn)信息、產(chǎn)品信息、管理信息才能形成數(shù)據(jù)流，將這些實時的生產(chǎn)數(shù)據(jù)共享，優(yōu)化公司的運營。敏捷制造的數(shù)字化工廠的整體模型如圖7-2所示。

7.1.3敏捷制造數(shù)字化工廠的整體模型1.智能化管理軟件

（1）智能化管理軟件——辦公軟件。（2）MRP。MRP是一種有效地組織企業(yè)各種資源以滿足需求的方法。（3）PDM。PDM是對一個產(chǎn)品從開始到消亡的整個生命周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù)和過程進(jìn)行管理和控制的集成框架，其主要目標(biāo)，是有效地管理產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)信息之間的共享。

7.1.3敏捷制造數(shù)字化工廠的整體模型（4）智能管理軟件中央的集成。對于敏捷制造數(shù)字化的發(fā)展進(jìn)程，要求企業(yè)實施組織機構(gòu)改革，建立以顧客為核心的經(jīng)營結(jié)構(gòu)，使各部門與客戶實現(xiàn)等距離。2.工廠網(wǎng)絡(luò)化

工廠網(wǎng)絡(luò)化，就是將各部門和生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置計算機終端，通過服務(wù)器和防火墻實現(xiàn)公司信息的網(wǎng)絡(luò)整合，員工在自己的工作崗位上，能夠獲得所需的產(chǎn)品信息和管理信息。同時也能夠?qū)F(xiàn)場的信息實時上傳給管理人員，便于管理和溝通。

7.1.3敏捷制造數(shù)字化工廠的整體模型3.數(shù)字化產(chǎn)品構(gòu)成（1）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的管理。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是應(yīng)用PDM系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是PDM聯(lián)接CAD、CAPP、CAM、MRP的紐帶與橋梁。（2）產(chǎn)品統(tǒng)一的編碼。

（3）產(chǎn)品數(shù)據(jù)的處理。

7.1.3敏捷制造數(shù)字化工廠的整體模型4.數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備是高質(zhì)量產(chǎn)品的保障，同時也能更好的利用網(wǎng)絡(luò)采集到實時的加工信息，有了完整的網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字化制造，使得工廠管理部門和車間一線實現(xiàn)了數(shù)據(jù)適時、準(zhǔn)確、迅速的雙向交換。

7.1.4敏捷制造的數(shù)字化過程在信息化時代，沒有適當(dāng)?shù)男畔?shù)字化建設(shè)，必然會面臨被淘汰的結(jié)果，關(guān)鍵是采取正確的策略。通常要注意的事情如下：

（1）合理的軟件。（2）適合的管理。（3）適度的目標(biāo)。（4）逐步的推廣。7.2虛擬制造7.2.1

虛擬制造的相關(guān)定義7.2.2虛擬制造的內(nèi)涵7.2.3虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)7.2.4虛擬制造的應(yīng)用7.2.1虛擬制造的相關(guān)定義虛擬制造的定義

虛擬制造（VirtualManufacturing，簡稱VM）是實際制造過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機上群組協(xié)同工作，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，以及企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。7.2.1虛擬制造的相關(guān)定義虛擬制造的特點（1）產(chǎn)品與制造環(huán)境是虛擬模型，在計算機上對虛擬模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、制造、測試，而不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機的反復(fù)修改；（2）可將開發(fā)的產(chǎn)品(部件)存放在計算機里，不但大大節(jié)省倉儲費用，更能根據(jù)用戶需求或市場變化快速改型設(shè)計，快速投入批量生產(chǎn)，降低成本；7.2.1虛擬制造的相關(guān)定義虛擬制造的特點（3）可實現(xiàn)分布在不同地點、不同部分的不同專業(yè)人員在同一個產(chǎn)品模型上同時工作，相互交流，信息共享，減少大量的文檔生成及其傳遞的時間和誤差，從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。7.2.2虛擬制造的內(nèi)涵

虛擬制造是將實際制造系統(tǒng)映射到基于虛擬制造技術(shù)的虛擬制造系統(tǒng)，虛擬制造系統(tǒng)可以由虛擬物理系統(tǒng)、虛擬信息系統(tǒng)和虛擬控制系統(tǒng)表示。同時，按照與生產(chǎn)各階段的關(guān)系，虛擬制造系統(tǒng)可分為以設(shè)計為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造三類。7.2.2虛擬制造的內(nèi)涵（1）以設(shè)計為中心的虛擬制造

以設(shè)計為核心的虛擬制造把制造信息引入到整個的設(shè)計過程，為設(shè)計師提供設(shè)計工具和環(huán)境，利用仿真來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，其關(guān)鍵技術(shù)是如何建立虛擬制造的模型。（2）以生產(chǎn)為中心的虛擬制造

以生產(chǎn)為中心的虛擬制造是在生產(chǎn)過程模型中溶入仿真技術(shù)，為工藝師提供虛擬的制造車間現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備，以此來評估和優(yōu)化生產(chǎn)過程，以便低費用，快速地評價不同的工藝方案、資源需求規(guī)劃、生產(chǎn)計劃等，其主要目標(biāo)是評價可生產(chǎn)性。7.2.2虛擬制造的內(nèi)涵（3）以控制為中心的虛擬制造

以控制為中心的虛擬制造是將仿真加到控制模型和實際處理中，實現(xiàn)基于仿真的最優(yōu)控制，提供從設(shè)計到制造一體化的虛擬環(huán)境，允許評價產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)計劃和控制策略，并提供在模擬過程中改進(jìn)的手段。其中虛擬儀器是當(dāng)前研究的熱點之一7.2.3虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)包括硬件和軟件兩方面的技術(shù)1.軟件方面的關(guān)鍵技術(shù)(1)可視化技術(shù)。(2)環(huán)境構(gòu)造技術(shù)。(3)信息描述技術(shù)。(4)集成結(jié)構(gòu)技術(shù)。(5)仿真技術(shù)。(6)方法論。(7)制造的特征化技術(shù)。(8)VMS的檢驗、測試技術(shù)。(9)在VM環(huán)境下的人—機、人—人等關(guān)于人機工程學(xué)方面的評價和優(yōu)化技術(shù)。7.2.3虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)7.2.3虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)2.硬件方面的相關(guān)技術(shù)(1)輸入/輸出設(shè)備，例如計算機屏幕。(2)與輸入/輸出有關(guān)的存儲信息設(shè)備。(3)能支持各種設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲和高速運算的計算機系統(tǒng)。(4)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(星形、總線、環(huán)行網(wǎng)絡(luò))設(shè)備和不同站點的硬件設(shè)備(小型機，UNIX/VAX工作站、微機等)和連接硬件(光纖、導(dǎo)線等)。7.2.4虛擬制造的應(yīng)用1.銷售方面顧客可按照自己的需求，在虛擬環(huán)境中對經(jīng)過美術(shù)加工的產(chǎn)品的三維模型進(jìn)行改造并親身體驗其中感受

2.設(shè)計方面

波音777飛機有300萬個零件，這些零件的設(shè)計以及整體設(shè)計在一個由數(shù)百臺工作站組成的虛擬環(huán)境中得以成功進(jìn)行，縮短了數(shù)千小時設(shè)計工作量。

3.生產(chǎn)方面

JohnDeere公司運用VMT進(jìn)行弧焊生產(chǎn)系統(tǒng)的安裝。此項目是用一個虛擬的3D環(huán)境進(jìn)行機器人生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計、評價、測試。

7.2.3虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)4.基于PDM的虛擬制造平臺

虛擬制造平臺應(yīng)具有統(tǒng)一的框架、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，并具有開放的體系結(jié)構(gòu)。圖7-3簡要給出了清華大學(xué)CIMS中心虛擬制造技術(shù)研究基地框架。7.3并行工程7.3.1并行工程的內(nèi)涵7.3.2并行工程的方法學(xué)和技術(shù)概要7.3.3并行工程的運行機理和特點7.3.4并行工程的引用案例7.3.1并行工程的內(nèi)涵內(nèi)涵：為解決傳統(tǒng)制造工業(yè)產(chǎn)品串行周期中開發(fā)周期長、生產(chǎn)成本高、達(dá)不到預(yù)期效果的問題，1988年美國國家防御分析研究所完整地提出了并行工程(簡稱CE)的概念，即“并行工程是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持過程）進(jìn)行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化的工作模式。圖7-4展示了串行工程和并行工程的差別7.3.1并行工程的內(nèi)涵

實施并行工程的主要目標(biāo)就是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時間，從而增強企業(yè)的競爭力。這與CIMS，精良生產(chǎn)（LP）和敏捷制造的目標(biāo)是相同的，但出發(fā)點、實施策略與方式有所不同，主要區(qū)別如下：(1)提高質(zhì)量并行工程不僅考慮產(chǎn)品本身的質(zhì)量，而且還考慮與產(chǎn)品有關(guān)的各工藝過程的質(zhì)量。

(2)降低成本并行工程所指的降低成本，是指降低產(chǎn)品整個生命周期中的消耗。7.3.1并行工程的內(nèi)涵(3)縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和產(chǎn)品上市時間并行工程通過減少設(shè)計反復(fù)、降低設(shè)計時間/生產(chǎn)準(zhǔn)備時間/制造時間、提高設(shè)計質(zhì)量等來縮短設(shè)計周期和產(chǎn)品上市時間，通過開發(fā)優(yōu)化的、更快的生產(chǎn)過程來提高生產(chǎn)效率。

7.3.2并行工程的方法學(xué)和技術(shù)概要

并行工程是一種嶄新的工作模式，實現(xiàn)并行工程需用到很多現(xiàn)代方法。簡要介紹如下

（1）并行工程的效益來自組織模式改革、用戶需求定義、環(huán)境建設(shè)、產(chǎn)品開發(fā)新技術(shù)應(yīng)用等四個要素的綜合平衡。（2）從信息集成到產(chǎn)品開發(fā)過程集成，需經(jīng)過五級演進(jìn)模式——互操作的計算環(huán)境；互操作的工具和任務(wù)；自動化的數(shù)據(jù)管理；自動化過程管理自動決策支持。（3）組織模式的變革經(jīng)歷三個階段。第一階段是按部門劃分的。第二階段是按專業(yè)劃分的。第三階段是按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分的集成產(chǎn)品開發(fā)聯(lián)合組

7.3.2并行工程的方法學(xué)和技術(shù)概要并行工程涉及的技術(shù)（1）過程重構(gòu)技術(shù)

并行工程與傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的本質(zhì)區(qū)別在于它把產(chǎn)品開發(fā)的各個活動作為一個集成的過程，從全局優(yōu)化的角度出發(fā)，對該集成過程進(jìn)行管理和控制，并且對已有的產(chǎn)品開發(fā)過程不斷地進(jìn)行改進(jìn)與提高。（2）DFX

DFX(DesignForX)是并行工程的關(guān)鍵使能技術(shù)。DFX中的X可代表產(chǎn)品生命周期中的各項活動，包括制造、裝配、拆卸、檢測、維護(hù)、服務(wù)等

7.3.2并行工程的方法學(xué)和技術(shù)概要（3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理

未來的CAD/CAM/CAE軟件都支持?jǐn)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)，個系統(tǒng)控制著文檔及設(shè)計的建立、修改、檢查和批準(zhǔn)。（4）決策支持

并行工程產(chǎn)品開發(fā)過程得以實現(xiàn)的前提條件之一，必須建立全局的決策管理模型。決策支持包括：質(zhì)量功能配置、產(chǎn)品開發(fā)過程協(xié)調(diào)管理與控制、群組協(xié)同工作支持技術(shù)等。7.3.3并行工程的運行機理和特點

1、并行工程運行機理

(1)突出人的作用，強調(diào)人的協(xié)同工作。(2)一體化、并行地進(jìn)行產(chǎn)品及其有關(guān)過程的設(shè)計，其中，尤其要注意早期概念設(shè)計階段的并行協(xié)調(diào)。(3)重視滿足客戶的要求。(4)持續(xù)地改善產(chǎn)品有關(guān)的過程。(5)注意CE（并行工程）中信息與知識財富的開發(fā)與管理(6)注重目標(biāo)的不變性。(7)堅持五個“不”的原則。CE不是輕易就能成功的“魔術(shù)方法”實施CE不等于省去產(chǎn)品串行工程中的任一環(huán)節(jié)；CE不是使設(shè)計與生產(chǎn)重疊或同時進(jìn)行；CE不同于“保守設(shè)計”；CE不需保守測試策略。7.3.3并行工程的運行機理和特點

7.3.3并行工程的運行機理和特點并行工程的特點(1)并行特性，即把時間上有先后的作業(yè)活動，轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑫r考慮和盡可能處理或并行處理的活動。(2)整體特性，將制造系統(tǒng)看成是一個有機整體，各個功能單元都存在著不可分割的內(nèi)在聯(lián)系，特別是有豐富的雙向信息聯(lián)系，強調(diào)全局性地考慮問題，把產(chǎn)品開發(fā)的各種活動作為一個集成的過程進(jìn)行管理和控制，以達(dá)到整體最優(yōu)的目的。(3)協(xié)同特性，特別強調(diào)人們的群體協(xié)同作用，包括與生產(chǎn)全生命周期(設(shè)計、工藝、制造、質(zhì)量、銷售、服務(wù)等)的有關(guān)部門人員組成的小組或小組群協(xié)同工作，充分利用各種技術(shù)和方法的集成。(4)約束特性，在設(shè)計變量(幾何參數(shù)、性能指標(biāo)、產(chǎn)品中各零部件)之間的關(guān)系上，考慮產(chǎn)品設(shè)計的幾何、工藝及工程實施上的各種相互關(guān)系的約束和聯(lián)系。7.3.3并行工程的運行機理和特點7.3.4并行工程的引用案例

1.項目背景和目的

由于飛機的系統(tǒng)越來越復(fù)雜，而國防預(yù)算緊縮和開發(fā)周期的緊迫，美國波音公司在不同類型的飛機開發(fā)過程中都開展了并行工程的應(yīng)用。例如波音777型號客機。2.基本框架(1)改變以前設(shè)計部門設(shè)計圖紙/制造部門生產(chǎn)加工的串行方式，應(yīng)用設(shè)計/制造共同進(jìn)行，開發(fā)產(chǎn)品的并行方式(2)全部零件CAD/CAM都以3維實體模型進(jìn)行設(shè)計開發(fā)。(3)以3維實體模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行計算機仿真裝配，消除設(shè)計圖中零部件之間的差錯

7.3.4并行工程的引用案例3.開發(fā)組織和展開過程

開發(fā)組織由三個層次構(gòu)成，如圖7-5所示，第三層是作業(yè)層，由各功能小組構(gòu)成。第二層是由主要功能部門的經(jīng)理、功能小組的代表構(gòu)成，定期舉行例會。最高層由各功能部門的總負(fù)責(zé)和項目的總經(jīng)理組成，管理開發(fā)的進(jìn)程和計劃。

在開發(fā)過程中還注意了以下幾點：

(1)可能將開發(fā)隊伍配置在現(xiàn)場。(2)開發(fā)日程統(tǒng)一管理。(3)增強信息交流。7.3.4并行工程的引用案例4.開發(fā)工具和信息交流方法

在項目開發(fā)過程中，主要在以下幾個方面突出體現(xiàn)了并行工程應(yīng)用的特點。（1）三維實體模型的生成和利用。

（2）利用計算機模擬仿真，可在計算機屏幕上進(jìn)行裝配零件的干涉檢驗、結(jié)合面的調(diào)整等，即利用了電子模型代替實物模型。（3）利用電視會議網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行交流。

7.3.4并行工程的引用案例5.效果(1)提高了裝配質(zhì)量。(2)設(shè)計變更減少。(3)設(shè)計數(shù)據(jù)數(shù)值少，設(shè)計、制造部門共有化，縮短了制造流程所用的時間。(4)可由CATIA的數(shù)據(jù)直接進(jìn)行數(shù)控加工，不再需要中間模型及模板，提高了效率和精度。(5)模型修改容易。7.4快速原型技術(shù)7.4.1

概述7.4.2

快速原型工藝分類7.4.3彩色快速成型1.概念快速原型技術(shù)(RapidPrototyping，簡稱RP)是一種基于離散堆積成型原理的數(shù)字化制造技術(shù)，集激光技術(shù)、計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）、計算機數(shù)控技術(shù)（CNC）、精密檢測技術(shù)、精密機械、精密伺服驅(qū)動和新材料技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)于一體的綜合高新技術(shù)?？焖僭椭圃欤≧apidPrototypingManufacturing，簡稱RPM）是指使用RP技術(shù)，由CAD模型直接驅(qū)動的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實體零件制造技術(shù)的總成。7.4.1概述2.特點零件成型快從CAD設(shè)計到完成原型制作通常只需數(shù)小時，比傳統(tǒng)方法要快得多。特別適合形狀復(fù)雜、精細(xì)的零件加工采用RP技術(shù)制造零件時，不論多復(fù)雜的零件，都可分解為二維數(shù)據(jù)進(jìn)行成型，因而無簡單與復(fù)雜之分生產(chǎn)柔性高只需要改變CAD數(shù)據(jù)就可以設(shè)計和制造出不同形狀、不同性能的零件模型；技術(shù)集成度高使得設(shè)計、制造一體化

CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成STL格式后，即可開始RP制作。7.4.1概述2.特點(5)不需要專門的工裝夾具和模具大大縮短了新產(chǎn)品的研究、試制時間，并節(jié)約了經(jīng)費開支；(6)RP產(chǎn)品的造價近乎與產(chǎn)品的批量無關(guān)特別適用于小批量零件生產(chǎn)及單件生產(chǎn)(7)零件的制造成本與復(fù)雜程度無關(guān)這使得RP技術(shù)可以便宜地制造出幾何形狀非常復(fù)雜的零件，而在傳統(tǒng)機械加工方法中，刀具要受到某些型面的限制。7.4.1概述3.原理一個零件，不管其外形和內(nèi)腔是多么復(fù)雜，都可以用一組平行平面去截該零件，得到一系列足夠薄的薄切片，這些薄切片可以近似的看作二維零件模型，用不同掃描方法得到薄切片內(nèi)輪廓和外輪廓后，再把這些薄切片按一定的規(guī)則堆積起來又可以得到整個零件。根據(jù)這個原理可以通過零件的三維CAD模型得到一系列平行薄切片，對于某一特定層片，可以在某種制作材料上用不同掃描方法得到該截面形狀，一層截面制成后，另一層又在它上面累加，反復(fù)如此，直到整個零件由底向上逐層構(gòu)造而成，如圖7-6所示7.4.1概述4.應(yīng)用快速成型技術(shù)的最初應(yīng)用主要集中在產(chǎn)品開發(fā)中的設(shè)計評價、功能試驗上。設(shè)計人員根據(jù)快速成型得到的試件原型對產(chǎn)品的設(shè)計方案進(jìn)行分析、評價及修正，借此縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低設(shè)計費用。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，快速成型技術(shù)早已突破了其最初意義上的“原型”概念，向著快速制造零件、快速制造工具等方向發(fā)展，應(yīng)用于模具的快速制造、快速精鑄、醫(yī)學(xué)修復(fù)等方向。7.4.1概述RP（快速原型）技術(shù)的具體工藝不下30余種。根據(jù)其應(yīng)用情況和商品化程度，最為典型的快速成型技術(shù)為

光固化立體造型(SL，STEREOLITHOGRAPHY)選擇性激光燒結(jié)(SLS，SELECTIVELASERSINTERING)、

分層實體制造(LOM，LAMINATEDOBJECTMANUFACTURING)、

熔融沉積成型(FDM，F(xiàn)USEDDEPOSITIONMODELING)

7.4.2快速原型工藝分類（1）光固化成型（SLA）

SLA技術(shù)是第一個投入商業(yè)應(yīng)用的RP技術(shù)，也是目前發(fā)展最成熟的RP成型方法。它使用液態(tài)光固化樹脂，如丙烯酸酯系、環(huán)氧樹脂系等，在光子的引發(fā)下，小的分子(單體)聚合成大的分子。根據(jù)這一原理，工件在一個大的液態(tài)樹脂槽中得以構(gòu)建，成型原理如圖7-7所示。

7.4.2快速原型工藝分類圖7-7的工藝原理

成型原理為：液槽中盛滿液態(tài)光敏樹脂，它在紫外激光束的照射下快速固化。成型開始時，可升降工作臺處于液面下一個層厚的地方。聚焦后的紫外激光束在計算機的控制下按截面輪廓進(jìn)行掃描，使掃描區(qū)域的液態(tài)樹脂固化，形成該層面的固化層。然后工作臺下降一層的高度，其上覆蓋另一層液態(tài)樹脂，再進(jìn)行第二層的掃描固化，與此同時新固化的一層牢固的粘在前一層上，如此重復(fù)直到整個產(chǎn)品完成。7.4.2快速原型工藝分類（2）分層實體制造（LOM）

LOM系統(tǒng)由計算機、原料片存儲及送進(jìn)機構(gòu)、熱壓滾筒、激光器、光學(xué)裝置、X-Y定位儀器、平臺和數(shù)控系統(tǒng)等組成，

LOM系統(tǒng)以其制作速度快、制造成本低的特點在RP市場占據(jù)了一席之地。它特別適合于制作大中型實體零件，可廣泛用于制作各類新產(chǎn)品模型，也可直接制作鑄造木模，因而在鑄造領(lǐng)域得到了大量應(yīng)用。

7.4.2快速原型工藝分類分層實體制造的工藝原理如圖7-8所示。

計算機用于接受和存儲制件的三維模型，沿模型的高度方向提取一系列的橫截面輪廓線，發(fā)出控制指令。原料片存儲及送進(jìn)機構(gòu)將存于其中的原料片，逐步送至平臺的上方。熱壓滾筒將一層層材料粘合在一起。激光器通過光學(xué)裝置和X-Y定位儀器，按照計算機提取的橫截面輪廓線，逐一在平臺上方的片料上切割出輪廓線，并將無輪廓區(qū)切割成小方網(wǎng)格，以便在成型之后剔除廢料?？缮档钠脚_支承正在成型的制件，并在每層成型之后，降低一個片料厚度，以便送進(jìn)、粘合和切割新的一層材料。7.4.2快速原型工藝分類7.4.2快速原型工藝分類數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行計算機發(fā)出的指令，使一段段的片料逐步送至平臺的上方，然后粘合、切割，最終形成三維制件。剔除包圍制件的小方格后，便可得到所需的三維制件。

（3）選區(qū)激光燒結(jié)（SLS）

SLS采用二氧化碳激光器對粉末材料(塑料粉末、陶瓷與粘結(jié)劑混合粉末、金屬與粘結(jié)劑混合粉末等)有選擇地分層燒結(jié)固體粉末，并使燒結(jié)成型的固化層層層疊加，生成所需形狀的零件，是一種由離散點一層一層堆積成三維實體的工藝方法。整個工藝過程包括CAD模型的建立及數(shù)據(jù)處理、鋪粉、燒結(jié)以及后處理等。SLS成型的工作原理如圖7-9所示7.4.2快速原型工藝分類(4)熔融沉積制造（FDM）

FDM通過將熱熔性材料（ABS、尼龍或蠟）通過加熱熔化，擠壓噴出并堆積一個層面，然后將第二個層面用同樣的方法建造出來，并與第一個層面粘結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實體。工作原理圖如圖7-10所示。

四種快速原型制造典型工藝比較如圖7-11所示

7.4.2快速原型工藝分類2000年之前，還沒有能直接成型任意彩色模型的快速成型設(shè)備，快速成型得到的單色成型件通常還需要手工進(jìn)行復(fù)雜和費時的后期處理以獲得彩色特征，這使得彩色模型的加工成本和模型制造時間大大增加，業(yè)界和用戶迫切需要一種能直接快速成型出彩色模型的技術(shù)和設(shè)備。因此彩色快速成型技術(shù)吸引了越來越多的研究者的注意。

7.4.3彩色快速成型彩色快速成型制造是一項衍生于快速成型制造技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)，利用該項技術(shù)制造的彩色模型可以使信息交流變得更加便捷和高效。目前比較有代表性的彩色快速成型技術(shù)包括彩色疊層實體制造技術(shù)、彩色熔融沉積制造技術(shù)、彩色三維打印成型技術(shù)和彩色光固化成型技術(shù)。帶有彩色區(qū)域的快速原型零件更加生動具體，富有層次感，可以更好的將三維模型的設(shè)計理念和結(jié)構(gòu)信息傳達(dá)給使用者。圖7-12為彩色快速成型的實例。

7.4.3彩色快速成型7.5.1精益生產(chǎn)的起源

7.5.2精益生產(chǎn)的內(nèi)涵

7.5.3精益生產(chǎn)的思想

7.5.4精益生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系的建立

7.5.5精益生產(chǎn)在先進(jìn)制造中的作用

7.5精益生產(chǎn)世界工業(yè)的生產(chǎn)方式發(fā)展歷程，可大致分為手工生產(chǎn)方式、大規(guī)模生產(chǎn)與精益生產(chǎn)等三個階段，這三個階段正是到目前為止的世界生產(chǎn)方式變遷的三種代表生產(chǎn)方式。相對于手工作業(yè)的手藝型產(chǎn)品導(dǎo)向，大規(guī)模生產(chǎn)是追求以制程為導(dǎo)向的生產(chǎn)模式，而精益生產(chǎn)采取市場導(dǎo)向靈活應(yīng)對市場變化為其最大特征。

精益生產(chǎn)起源于日本豐田汽車公司的準(zhǔn)時生產(chǎn)方式，它的基本思想可以用一句話來概括：“只在需要的時候，按需要的量，生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品”，這也就是JUSTINTIME(JIT)的本來含義。7.5.1精益生產(chǎn)的起源針對日本豐田汽車準(zhǔn)時化生產(chǎn)，數(shù)位國際汽車計劃組織的專家提出了精益生產(chǎn)（LEANPRODUCTION，簡稱LP）的概念?！癓EAN”原意是“瘦”，因為與大量生產(chǎn)方式相比，該生產(chǎn)方式的一切投入都大為減少。精是指少且精致，對需要投入的生產(chǎn)要素量要控制，在合適的時間里制造出必需數(shù)量的商品；益是指企業(yè)的經(jīng)營活動都必須是增值有效的，能帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。不僅在企業(yè)的日常生產(chǎn)制造中有精益生產(chǎn)優(yōu)點的體現(xiàn)，在新產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)施配套協(xié)作、營銷網(wǎng)絡(luò)建立方面以及經(jīng)營管理等各個方面都有顯著的體現(xiàn)。7.5.1精益生產(chǎn)的起源內(nèi)涵：精益生產(chǎn)通過對人員組織、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運行的方式和市場供求等方面進(jìn)行改革，從而使生產(chǎn)系統(tǒng)能很快適應(yīng)不斷變化的用戶需求，并精簡生產(chǎn)過程中所有沒用、冗余的東西，以實現(xiàn)包括市場供銷在內(nèi)的生產(chǎn)的各方面最想要的結(jié)果。

精益生產(chǎn)的基本目的是：要在一個企業(yè)里同時獲得極高的生產(chǎn)效率、極佳的產(chǎn)品質(zhì)量和很大的生產(chǎn)柔性。7.5.2精益生產(chǎn)的內(nèi)涵精益生產(chǎn)的目標(biāo)是：用最少投資、最短時間、最少人員、最小場地生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)多品種的產(chǎn)品，全面優(yōu)于競爭對手；實現(xiàn)零庫存、零浪費、零不良品、零故障、零誤期為目標(biāo)的最佳生產(chǎn)過程；不僅外部的物流可與廠內(nèi)其它物流連在一起，而且與后勤供應(yīng)之間也達(dá)到整個工廠在技術(shù)過程上的和諧統(tǒng)一。

傳統(tǒng)生產(chǎn)方式與精益生產(chǎn)相比較而言會有如下不同，精益生產(chǎn)方式與傳統(tǒng)的大量生產(chǎn)方式的對比如表7-13所示。

7.5.2精益生產(chǎn)的內(nèi)涵1.精益生產(chǎn)有兩點核心，一是零庫存，二是針對市場的變化快速回應(yīng)。

2.核心思想精益生產(chǎn)的核心思想是杜絕一切浪費，消除任何形式的浪費。

3.準(zhǔn)時化生產(chǎn)

意味在必要時間內(nèi)依照必要的訂單量在一定的地點進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)、制造、供給

4.系統(tǒng)的自檢錯能力

產(chǎn)品質(zhì)量檢測本身即為極大的浪費，現(xiàn)實中唯一能夠保證零缺陷的措施是古老但不敢嘗試的方法，即100%全數(shù)檢驗。7.5.3精益生產(chǎn)的思想5.注重人員管理

傳統(tǒng)的大批量生產(chǎn)方式管理下，強調(diào)嚴(yán)格階層關(guān)系。這種情況下員工將完成上級下達(dá)的任務(wù)視為工作，每個員工被看作為崗位的附屬“設(shè)備”。

6.否定傳統(tǒng)的思維

精益生產(chǎn)思想與方法和傳統(tǒng)相比較都是相反的，精益生產(chǎn)在生產(chǎn)領(lǐng)域的推廣上沒有大的困難，做企業(yè)員工思想觀念的轉(zhuǎn)變工作比較難。

7.精益求精

精益生產(chǎn)不僅是一種生產(chǎn)管理方式，也是一種生產(chǎn)理念、一種企業(yè)精神文化。實行精益生產(chǎn)要有堅持不懈的決心，不斷進(jìn)步，不斷完善，精益求精。7.5.3精益生產(chǎn)的思想1.拉動式生產(chǎn)

企業(yè)開展生產(chǎn)是根據(jù)客戶的需求來拉動的，實際生產(chǎn)中常被稱為按訂單生產(chǎn)，即客戶需要什么產(chǎn)品，企業(yè)就生產(chǎn)什么產(chǎn)品，客戶需要多少工廠就生產(chǎn)多少

2.

保證“流”暢通

“流”是指產(chǎn)品在生產(chǎn)企業(yè)中從接收原材料到成品發(fā)送過程中的無停頓的漸進(jìn)運動。

3.質(zhì)量管理

要在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)的全過程將質(zhì)量管理原則切實貫徹執(zhí)行下去。7.5.4精益生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系的建立4.減少作業(yè)員工

減少所需人工是減少生產(chǎn)成本的重要手段，準(zhǔn)時化生產(chǎn)要求按客戶訂單生產(chǎn)，達(dá)到無提前無過量，生產(chǎn)訂單多時，需要多配置人員，當(dāng)訂單少時，減少人員配置。

5.

5S全員生產(chǎn)維護(hù)

5S應(yīng)用于改善車間環(huán)境，創(chuàng)造良好的工作氛圍，是要求企業(yè)生產(chǎn)全員參與的一項基礎(chǔ)實踐活動。

6.可視化管理是為了讓管理者，同時是為了讓所有生產(chǎn)者了解企業(yè)的生產(chǎn)狀況。實現(xiàn)信息的充分溝通，使生產(chǎn)的所有過程都明了化7.5.4精益生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系的建立7.全員生產(chǎn)維護(hù)

以團(tuán)隊合作為基礎(chǔ)，是為了發(fā)展和維持一個長期的預(yù)防性保養(yǎng)程序，強調(diào)每個員工的投入和專業(yè)知識來完成所有任務(wù)

8.企業(yè)文化建設(shè)

精益企業(yè)的基本運行方式是發(fā)揮團(tuán)隊的主觀能動性，企業(yè)文化起著重要作用。企業(yè)文化應(yīng)具有體現(xiàn)新的人際關(guān)系、組織間關(guān)系和員工責(zé)任感的新型文化氛圍。7.5.4精益生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系的建立1.精益生產(chǎn)是生產(chǎn)發(fā)展史上的里程碑

相對于追求規(guī)模經(jīng)濟(jì)的大批量生產(chǎn)和追求范圍經(jīng)濟(jì)的顧客化生產(chǎn)而言，精益生產(chǎn)是這兩個生產(chǎn)發(fā)展歷史階段的里程碑。在精益生產(chǎn)模式中，同時存在著規(guī)模經(jīng)濟(jì)和范圍經(jīng)濟(jì)的特征。它從生產(chǎn)運作管理、產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量管理、供應(yīng)鏈管理和企業(yè)管理等各方面全面突破了大批量生產(chǎn)的管理思想，創(chuàng)造了各種新型管理模式，為新一代生產(chǎn)模式的發(fā)展提供了必要條件。同時，在組織和人員管理上，它明確了以人為本的基本管理哲理，歷史性地提出了團(tuán)隊工作和授權(quán)的發(fā)展方向。因此，我們認(rèn)為精益生產(chǎn)是生產(chǎn)發(fā)展史上的里程碑。

7.5.5精益生產(chǎn)在先進(jìn)制造中的作用2.精益生產(chǎn)是企業(yè)實施各種先進(jìn)制造模式的基礎(chǔ)

先進(jìn)制造技術(shù)的提出和實踐已經(jīng)經(jīng)歷了多年，但是實際應(yīng)用中的調(diào)查表明，各種先進(jìn)制造技術(shù)和模式的成功應(yīng)用案例不多。其原因主要有先進(jìn)制造技術(shù)的投資太大，對于先進(jìn)制造技術(shù)和模式的管理不當(dāng)?shù)?。先進(jìn)制造模式應(yīng)該基于精益生產(chǎn)，即如果企業(yè)沒有較好地完成精益生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，那么各種先進(jìn)制造模式的實施將會面臨非常大的困難，這也意味著，企業(yè)先進(jìn)制造技術(shù)的實施應(yīng)該以精益生產(chǎn)為前奏。7.5.5精益生產(chǎn)在先進(jìn)制造中的作用

7.6.1概述

7.6.2逆向工程的流程與關(guān)鍵技術(shù)

7.6.3逆向工程CAD建模方法7.6逆向工程廣義的逆向工程又稱為反求工程，是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，包括形狀逆向、工藝逆向和材料逆向等。目前，大多數(shù)有關(guān)逆向工程的研究主要集中在幾何形狀方面，因此狹義的逆向工程是指用一定的測量手段對實物或模型進(jìn)行測量，根據(jù)測量資料采用三維幾何建模方法將產(chǎn)品樣件轉(zhuǎn)化為數(shù)字化模型的過程。

傳統(tǒng)工程的設(shè)計和制造流程與逆向工程流程的對比如圖7-14所示7.6.1概述逆向工程主要集中在以下幾個方面

1.復(fù)雜曲面模型，如汽車、飛機、摩托車等

2.一些大型設(shè)備，如航空發(fā)動機、汽輪機組等

3.在缺少原始圖紙和設(shè)計參數(shù)的情況下，如消化吸收國外先進(jìn)技術(shù)時

4.快速原型制造領(lǐng)域里，通過對快速制造原型產(chǎn)品的精確測量和建模，找出原始設(shè)計不足，可以不斷更新產(chǎn)品原型，實現(xiàn)產(chǎn)品的高效創(chuàng)新設(shè)計。7.6.1概述目前，逆向工程的研究包含的重建產(chǎn)品CAD模型和最終產(chǎn)品的制造（實物逆向工程），其基本流程如圖7-13

所示。首先通過實物數(shù)字化，獲取實物表面的測量數(shù)據(jù)；再對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括多視拼合、孔洞修補、數(shù)據(jù)精簡、數(shù)據(jù)去噪、三角剖分等，其中三角剖分為可選操作；然后把測量數(shù)據(jù)分割為對應(yīng)不同特征面的數(shù)據(jù)子集，最后進(jìn)行曲面重建，在曲面模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步構(gòu)建CAD模型。7.6.2逆向工程的流程和關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)

1.實物數(shù)字化技術(shù)

開發(fā)高精度、快速的數(shù)字化測量系統(tǒng)和測量軟件，如何根據(jù)幾何外形選取不同的測