大工13秋《机械制造装备设计》辅导资料一

《机械制造装备设计》辅导资料一

主 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

内 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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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/53jm.html