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1、《機械制造裝備設(shè)計》輔導資料一
主 題:第1章 機械制造及裝備設(shè)計方法 (第1節(jié))
學習時間:2014年3月31日—4月6日
內(nèi) 容:
這周我們將學習本門課程課件第1章的第1節(jié),這部分主要介紹機械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變,讓大家對機械制造的生產(chǎn)模式有一定的了解,下面整理出整體框架供同學們學習。
一、本周學習目標
了解機械制造生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變
二、本周學習內(nèi)容
機械制造生產(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)品的機械加工過程及產(chǎn)品整個生命周期過程中全部活動,涉及產(chǎn)品設(shè)計、物料選擇、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場營銷和服務等一系
2、列相關(guān)活動的總稱,包括制造工藝過程、物料流動過程、信息流動過程。
(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)化為有價值的、可供人們利用和消費的產(chǎn)品與服務的行業(yè)。
2.世界制造業(yè)的發(fā)展時代
世界制造業(yè)的發(fā)展可分為三個時代: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、自動化程度,進行單一或少品種的大批量生產(chǎn),以“規(guī)模經(jīng)濟”實現(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)控機床、機器人,柔性制造單元和系統(tǒng)等高技術(shù)的集成來滿足產(chǎn)品個性化和多樣化的要求,以滿足社會各消費群體的不同要求。
(4)從90年代開始,為了對世界生產(chǎn)進行快速響應,逐步實現(xiàn)社會制造資源的快速集成,要求機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:設(shè)計獨立性強,生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定,以產(chǎn)品為對象組織計劃生產(chǎn);準備,生產(chǎn),裝配周期長,生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強。
5.柔性生產(chǎn)模式
柔性制造技術(shù)是在自動化技術(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
4、立的工程設(shè)計、生產(chǎn)制造及經(jīng)營管理等過程,在計算機及其軟件的支撐下,構(gòu)成一個覆蓋整個企業(yè)的完整而有機的系統(tǒng),以實現(xiàn)全局動態(tài)最優(yōu)化,總體高效益、高柔性,并進而贏得競爭全勝的智能制造技術(shù)。 Ⅰ
(1)先進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)略重點是時間和速度,并兼顧質(zhì)量和品種;
③以柔性、精益和敏捷作為競爭的優(yōu)勢;
④技術(shù)進步、人因改善和組織創(chuàng)新是三項并重的基礎(chǔ)工作;
⑤實現(xiàn)資源快速有效的集成是其中心任務,集成對象涉及技術(shù)、人、組織和管理等,應在企業(yè)之間、制造過程和作業(yè)等不同層次上分別實施相應的資源集成;
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)是以機床和機械加工等生產(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”,以工藝裝備提供動力為中心的“能量流”的三流系統(tǒng)。
任何一個企業(yè)都是一個有輸入和輸出、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;經(jīng)營管理級;設(shè)計制造級三層。
設(shè)計制造級:包括開發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)工藝、制造三個子系統(tǒng)。
通過集成技術(shù)實現(xiàn)計算機控制的一體化管理,形成高效益、高智能計算機集成制造系統(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 對加工產(chǎn)品的批
6、量可根據(jù)需要迅速調(diào)整;
③ 對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn);
④ 可迅速而有效地綜合應用新技術(shù);
⑤ 對用戶、貿(mào)易伙伴而供應商的需求變化及特殊要求能迅速作出反應。
這種生產(chǎn)模式具有:廣泛性,實用性,系統(tǒng)性,集成性,動態(tài)性,環(huán)保性和先進性。
6.仿真虛擬設(shè)計制造
(1)仿真
仿真——以滿足相似原理的模型代替實物做動態(tài)模型實驗。先定義被建模系統(tǒng),建立系統(tǒng)模型,收集數(shù)據(jù),驗證模型,運行模型,維護模型。
(2)計算機仿真
計算機仿真——是以計算機為工具,以相似原理、信息技術(shù)和控制論為基礎(chǔ),根據(jù)系統(tǒng)試驗的目的,建立模型,并在不同條件下對模型進行動態(tài)運行的綜合技術(shù)。
7、由于仿真離真實狀態(tài)還有距離,有時要體驗特殊/危險環(huán)境,提出具有超越現(xiàn)實的虛擬性。
(3)設(shè)計
設(shè)計是制造的第一步,設(shè)計技術(shù)是制造技術(shù)的重要組成部分。
設(shè)計技術(shù)包括:
①計算機輔助設(shè)計技術(shù):有限于元法,優(yōu)化設(shè)計,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)計技術(shù):可靠性、安全性、動態(tài)、疲勞、減摩與耐磨、環(huán)境、維護、測試性和人機工程設(shè)計。
③競爭創(chuàng)建設(shè)計技術(shù): 快速響應、智能、仿真與虛擬、工業(yè)設(shè)計,價值工程和模塊化設(shè)計。
④全壽命周期設(shè)計技術(shù):并行、面向制造和全壽命周期設(shè)計。
⑤可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計:綠色設(shè)計.
⑥設(shè)計實驗技術(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。
(4)虛擬設(shè)計
虛擬設(shè)計——由先期演示、可視化、遙控、計算機藝術(shù)等組成能交互的多維化的信息環(huán)境,形成虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)。提供三維視覺,立體聽覺等真實感覺,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)計技術(shù)不僅是產(chǎn)品生產(chǎn)的一個先行階段,而是融入企業(yè)的生產(chǎn)和營銷整個過程,面向制造設(shè)計、設(shè)計進入市場的并行處理和人員培訓及產(chǎn)品維護等領(lǐng)域。
虛擬制造(Virtual manufacturing VM)技術(shù)是在一個統(tǒng)一模型之下對設(shè)計和制造等過程進行集成,把產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過程與技術(shù)集成在三維的、動態(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上。產(chǎn)品設(shè)計階段,借助建
9、模與仿真技術(shù)及時地、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對產(chǎn)品設(shè)計的影響,預測、檢測、評價產(chǎn)品性能和可制造性等。
Ⅰ
虛擬制造技術(shù)的特點:
①運用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素進行全面仿真,達到高度集成,為先進制造技術(shù)的發(fā)展提供了廣大的空間。
②加深對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認識和理解,有利于對其進行理論升華,更好地指導實際生產(chǎn)。
③虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中,可以全面改進企業(yè)的組織管理工作,而且對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)計零件的3D實體模型,然后根據(jù)工藝要求,將3D實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、機械電子工程等多學科、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軟件進行幾何造型,得到零件的三維CAD數(shù)學模型。
②反求工程:
11、對零件表面進行數(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,對數(shù)據(jù)進行檢驗和修正并轉(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體。
⑤物性轉(zhuǎn)換:對零件物理性質(zhì)進行轉(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)計與制造
數(shù)字化設(shè)計與制造包括三個層面:以設(shè)計為中心;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,計算機網(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,先進制造模式根據(jù)用戶的需求,迅速收集資源信息,對產(chǎn)品信息,工藝信息和資源信息進行分析,規(guī)
12、劃和重組,實現(xiàn)對產(chǎn)品設(shè)計和功能的仿真以及原型制造,進而快速生產(chǎn)出達到用戶要求性能的產(chǎn)品完成整個制造的全過程。
(1)數(shù)字化制造技術(shù)的主要內(nèi)容:
CAD---計算機輔助設(shè)計(Computer aided design)
CAE---計算機輔助工程(computer aided engineering)
CAM---計算機輔助制造(computer aided manufacturing)
CAPP---計算機輔助工藝規(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—計算機集成制造系統(tǒng)(computer integrated manufacturing system)
(2)自動化技術(shù):
①數(shù)控技術(shù);②工業(yè)機器人;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計算機集成制造系統(tǒng)CIMS;⑤傳感技術(shù);⑥自動檢測及信號識別技術(shù);⑦過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制。
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四、練習題
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 對加工產(chǎn)品的批量可根據(jù)需要迅速調(diào)整;
③ 對加工產(chǎn)品的性能參數(shù)可迅速改變并及時投入生產(chǎn);
④ 可迅速而有效地綜合應用新技術(shù);
⑤ 對用戶、貿(mào)易伙伴而供應商的需求變化及特殊要求能迅速作出反應。
2.剛性生產(chǎn)模式的特點是什么?
答案:剛性生產(chǎn)模式的特點:設(shè)計獨立性強,生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定,以產(chǎn)品為對象組織計劃生產(chǎn);準備,生產(chǎn),裝配周期長,生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強。
3.生產(chǎn)模式的轉(zhuǎn)變經(jīng)過了那幾個階段?
答案: