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大工13秋《机械制造装备设计》辅导资料一


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《机械制造装备设计》辅导资料一
主 内 题:第 1 章 机械制造及装备设计方法 (第 1 节)

学习时间:2013 年 9 月 30 日—10 月 6 日 容: 这周我们将学习本门课程课件第 1 章的第 1 节, 这部分主要介绍机械制造生 产模式的转变, 让大家对机械制造的生产模式有一定的了解,下面整理出整体框 架供同学们学习。 一、本周学习目标 了解机械制造生产模式的转变 二、本周学习内容 机械制造生产模式的转变 三、具体主要内容 1.基本概念 (1)制造 制造——产品的机械加工过程及产品整个生命周期过程中全部活动, 涉及产 品设计、物料选择、生产计划、生产质量保证、经营管理、市场营销和服务等一 系列相关活动的总称,包括制造工艺过程、物料流动过程、信息流动过程。 (2)制造技术(manufacturing technology) 制造技术——与制造业相关的一系列技术的总和。 (3)制造业 制造业——是将有关的制造资源(原材料、设备、工具、能源、资金、人才、 技术以及信息)转化为有价值的、可供人们利用和消费的产品与服务的行业。 2. 世界制造业的发展时代 世界制造业的发展可分为三个时代:古代、近代、现代。 3.生产模式的转变 (1)在 50 年代“刚性”生产模式下,通过提高效率、自动化程度,进行单 一或少品种的大批量生产,以“规模经济”实现降低成本和提高质量的目的。 (2) 在 70 年代主要通过改善生产过程管理来进一步提高产品质量和降低成 本。 (3)在 80 年代,较多地采用数控机床、机器人,柔性制造单元和系统等高 技术的集成来满足产品个性化和多样化的要求, 以满足社会各消费群体的不同要 求。 (4)从 90 年代开始,为了对世界生产进行快速响应,逐步实现社会制造资 源的快速集成, 要求机械制造装备的柔性化程度更高,采用虚拟制造和快速成形 制造技术。 4.刚性生产模式
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刚性生产模式的特点: 设计独立性强,生产连续稳定,以产品为对象组织计划生产;准备,生产, 装配周期长,生产结构刚性强。 5.柔性生产模式 柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业 中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑 下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体 高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。 (1)先进制造模式的主要特征 ① 以用户的需求为中心; ② 制造的战略重点是时间和速度,并兼顾质量和品种; ③ 以柔性、精益和敏捷作为竞争的优势; ④ 技术进步、人因改善和组织创新是三项并重的基础工作; ⑤ 实现资源快速有效的集成是其中心任务,集成对象涉及技术、人、组织 和管理等, 应在企业之间、 制造过程和作业等不同层次上分别实施相应的资源集 成; ⑥ 组织形式采用如“虚拟公司”在内的多种类型。 (2)现代典型生产系统 现代典型生产系统是以机床和机械加工等生产技术为中心的物质流” ,以生 产管理和信息等管理技术为中心的 “信息流” , 以工艺装备提供动力为中心的 “能 量流”的三流系统。 任何一个企业都是一个有输入和输出、信息流和物质流的生产系统。 生产系统分为:决策级;经营管理级;设计制造级三层。 设计制造级:包括开发设计、生产工艺、制造三个子系统。 通过集成技术实现计算机控制的一体化管理,形成高效益、高智能计算机集 成制造系统 CIMS。 (3) 柔性 所谓“柔性” ,指结构或功能柔性,主要表现在: ① 生产设备的零件、部件可根据所加工产品的需要变换; ② 对加工产品的批量可根据需要迅速调整; ③ 对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产; ④ 可迅速而有效地综合应用新技术; ⑤ 对用户、贸易伙伴而供应商的需求变化及特殊要求能迅速作出反应。 这种生产模式具有:广泛性,实用性,系统性,集成性,动态性,环保性和 先进性。 6.仿真虚拟设计制造 (1)仿真 仿真——以满足相似原理的模型代替实物做动态模型实验。 先定义被建模系 统,建立系统模型,收集数据,验证模型,运行模型,维护模型。 (2)计算机仿真 计算机仿真——是以计算机为工具, 以相似原理、 信息技术和控制论为基础, 根据系统试验的目的, 建立模型,并在不同条件下对模型进行动态运行的综合技
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术。由于仿真离真实状态还有距离,有时要体验特殊/危险环境,提出具有超越 现实的虚拟性。 (3)设计 设计是制造的第一步,设计技术是制造技术的重要组成部分。 设计技术包括: ① 计算机辅助设计技术:有限于元法,优化设计,CAD,反求工程,模糊智 能 CAD,工程数据库。 ② 优良性能设计技术:可靠性、安全性、动态、疲劳、减摩与耐磨、环境、 维护、测试性和人机工程设计。 ③ 竞争创建设计技术: 快速响应、智能、仿真与虚拟、工业设计,价值工 程和模块化设计。 ④ 全寿命周期设计技术:并行、面向制造和全寿命周期设计。 ⑤ 可持续发展产品设计:绿色设计. ⑥ 设计实验技术: 产品可靠性、产品环保性与控制、仿真与虚拟试验。 (4)虚拟设计 虚拟设计——由先期演示、可视化、遥控、计算机艺术等组成能交互的多维 化的信息环境,形成虚拟现实系统。提供三维视觉,立体听觉等真实感觉,可以 通过自然技能, 如触摸/姿态调整等与虚拟世界交流/交互作用。该设计技术不仅 是产品生产的一个先行阶段, 而是融入企业的生产和营销整个过程,面向制造设 计、设计进入市场的并行处理和人员培训及产品维护等领域。 虚拟制造(Virtual manufacturing VM)技术是在一个统一模型之下对设计 和制造等过程进行集成, 把产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态 的仿真真实过程的实体数字模型之上。产品设计阶段,借助建模与仿真技术及时 地、 并行地、 模拟出产品未来制造过程以及产品全生命周期的各种活动对产品设 计的影响,预测、检测、评价产品性能和可制造性等。 虚拟制造技术的特点: ① 运用软件对制造系统中的五大要素进行全面仿真,达到高度集成,为先 进制造技术的发展提供了广大的空间。 ②加深对生产过程和制造系统的认识和理解,有利于对其进行理论升华,更 好地指导实际生产。 ③虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中, 可以全面改进企业的组织 管理工作,而且对正确作出决策有不可估量的影响。 ④加快企业人才的培养速度。 7.快速成型制造 (1)快速成型原理 快速成型采用离散/堆积成形原理。 (2)快速成型过程 快速成型过程由 3D CAD 软件设计零件的 3D 实体模型,然后根据工艺要求, 将 3D 实体模型按一定的厚度分层,将 3D 模型转化为 2D 信息,再将分层后的分 层信息进行处理,产生数控代码;数控系统以平面加工的方式,有序地连续加工 出每个薄层,将它们连接起来。 (3)快速成型制造技术

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快速成型制造技术是根据零件的三维模型数据,迅速而精确地制造出该零 件。快速成型制造技术是集 CAD 技术、数控技术、激光加工、新材料科学、机械 电子工程等多学科、多技术为一体新技术。 (4)快速成型制造技术的流程 ①三维 CAD 造型:利用各种三维 CAD 软件进行几何造型,得到零件的三维 CAD 数学模型。 ②反求工程:对零件表面进行数字化处理,提取零件的表面三维数据。 ③数据转换:包括表面离散化,对数据进行检验和修正并转换为数控代码。 ④原型制造:利用快速成型设备将原材料堆积成为三维物理实体。 ⑤物性转换:对零件物理性质进行转换,包括精密制造、金属喷涂制模、快 速 EDM 电极、陶瓷型精密铸造等。 8.数字化设计与制造 数字化设计与制造包括三个层面:以设计为中心;以控制为中心;以管理为 中心的数字化制造技术。 在数字化技术和制造技术融合的背景下,并在虚拟现实,计算机网络,快速 原型,数据库和多媒体等支撑技术的支持下,先进制造模式根据用户的需求,迅 速收集资源信息,对产品信息,工艺信息和资源信息进行分析,规划和重组,实 现对产品设计和功能的仿真以及原型制造, 进而快速生产出达到用户要求性能的 产品完成整个制造的全过程。 (1)数字化制造技术的主要内容: CAD---计算机辅助设计(Computer aided design) CAE---计算机辅助工程(computer aided engineering) CAM---计算机辅助制造(computer aided manufacturing) CAPP---计算机辅助工艺规划(Computer aided process planning ) ST---仿真技术(simulation techniques) FMS—柔性制造系统( flexible manufacturing system ) CIMS—计算机集成制造系统(computer integrated manufacturing system) (2)自动化技术: ① 数控技术, ② 工业机器人, ③ 柔性制造系统 FMS : 包括:加工系统、物流系统、调度与控制系统、故 障诊断。 ④ 计算机集成制造系统 CIMS, ⑤ 传感技术, ⑥ 自动检测及信号识别技术, ⑦ 过程设备工况监测与控制。 四、练习题 1. 柔性指的是什么? 答案:所谓“柔性” ,指结构或功能柔性,主要表现在: ① 生产设备的零件、部件可根据所加工产品的需要变换; ② 对加工产品的批量可根据需要迅速调整; ③ 对加工产品的性能参数可迅速改变并及时投入生产;
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④ 可迅速而有效地综合应用新技术; ⑤ 对用户、贸易伙伴而供应商的需求变化及特殊要求能迅速作出反应。 2.刚性生产模式的特点是什么? 答案: 刚性生产模式的特点: 设计独立性强,生产连续稳定,以产品为对象组织计划生产;准备,生产, 装配周期长,生产结构刚性强。 3. 生产模式的转变经过了那几个阶段? 答案:

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