数字化设计与制造（概述）课件

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1、数字化设计与制造技术概述,安徽工业大学 王孝义 2012 . 2,2020/9/13,数字化设计与制造技术,2,引言,制造系统概论 先进生产模式的形成及发展 数字化设计与制造技术概述 实现数字化设计与制造需要解决哪些问题,引 言,2020/9/13,数字化设计与制造技术,3,1. 制造系统概论,1.1 制造系统的概念 1.2 制造系统的特点 1.3 制造系统的基本组成及属性 1.4 制造系统的发展历程 1.5 制造系统面临的新需求,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,4,1.1 制造系统的概念,制造是人类按照市场需求,运用主观掌握的知识和技能,借助于手工或可以利用

2、的客观物质工具,采用有效的方法,将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。 系统是指由相互联系和相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,5,1.1 制造系统的概念,Ronald和Charles在制造系统建模与分析一书中给出的定义：制造系统是相互关联的任务、物料、资源、产品、计划和事件的集合。,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,6,1.1 制造系统的概念,计划包括工艺计划和生产计划 物料流向工人、加工系统和机床等资源并变为产品 资源被赋予影响这种变换所要求的任务 事件是表示某个时间点上资源

3、启动和结束任务的动作 资源、物料产品上的状态信息表示制造系统在任务时间点上的状态,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,7,1.1 制造系统的概念,制 造 系 统 概 论,制造系统是为了达到预定的制造目的而构造的物理或组织系统。制造系统是由与制造活动有关的一切因素组成的一个统一的、有机的整体，在各种控制因素作用下，把输入的原材料转变为有用的产品。,2020/9/13,数字化设计与制造技术,8,1.1 制造系统的概念,制 造 系 统 概 论,制造 系统,支持,成品,废料,控制,信息,原材料,能量,资金,制造资源输入,2020/9/13,数字化设计与制造技术,9,1.2

4、 制造系统的特点,整体性 关联性 有界性 目的性 环境适应性 学科综合性,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,10,1.3 制造系统的基本组成及属性,制造系统的基本组成要素是：场地、设备、人员、技术、组织、管理、资金、原材料。 制造系统的主要职能是：产品设计、加工计划制订、物流设备布局、加工、生产规划控制、采购与库存管理、销售、市场等。,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,11,1.3 制造系统的基本组成及属性,制 造 系 统 概 论,C 成本,Q质量,E环境,F柔性,T时间,制造系统的决策属性要素,2020/9/13,数字化设计与制

5、造技术,12,1.4 制造系统的发展历程,制 造 系 统 概 论,作坊式生产,18世纪中,工作母机,生产线,数控技术,FMS,CIMS,全球制造,先进制造系统,1860s,19世纪末、20世纪初,1950s,1967,1980s,21世纪,未来,2020/9/13,数字化设计与制造技术,13,1.5 制造系统面临的新需求,对市场需求的柔性化、快速响应 更好的产品质量（顾客满意程度） 更低的成本 更好的性能（先进性、实用性）,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,14,1.5 制造系统面临的新需求,缩短开发前导时间，减少WIP 面对经济全球化的趋势 面对资源的逐步消耗

6、和能源减少 重视环境保护（环保型产品）,制 造 系 统 概 论,2020/9/13,数字化设计与制造技术,15,2. 先进生产模式的形成及发展,2.1 先进生产模式发展的动因 2.2 先进生产模式的内涵和特性 2.3 先进生产模式演化的方向,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制造技术,16,2.1 先进生产模式发展的动因,产品更新换代加快、交货期已成为主要的竞争因素 用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界的潮流 多品种小批量生产比例增大 大市场和大竞争,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制造技术,17,2.2 先进生产模式的内涵和特性,生产模式是指企业

7、的劳务、资源（包括能源、物料、装备、技术、信息与知识）、资本金、企业营销、企业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方式。制造企业的生产模式也称为制造模式。,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制造技术,18,2.2 先进生产模式的内涵和特性,先进生产模式的形式： 标准化与互换性 成组技术 柔性制造技术 并行工程 准时制生产,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制造技术,19,2.2 先进生产模式的内涵和特性,先进生产模式的形式： 精益生产 计算机集成制造 敏捷制造 分散网络化制造 全球制造,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制

8、造技术,20,2.3 先进生产模式演化的方向,产品与过程集成是先进生产模式的重要方向CADCAPPCAM集成 信息集成是先进生产模式的必由之路PDM、MIS、MRPII、ERP,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制造技术,21,2.3 先进生产模式演化的方向,未来先进制造业的一些演化特征： 对顾客需求的反应力 工厂与设备的应变能力 人力资源的适应能力 对全球市场的响应力 团队组成作为核心价值 对企业文化的响应,先 进 生 产 模 式,2020/9/13,数字化设计与制造技术,22,3. 数字化设计与制造概述,3.1 前言 3.2 制造领域过去20年的回顾 3.3 新世纪制

9、造业面临的挑战 3.4 数字化设计与制造技术和我国制造业的振兴 3.5 数字化设计与制造学科的展望,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,23,图 1 制造业的发展趋势（资料来源：Dassault Systems）,3.1 前言,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,24,国家“制造业信息化工程” ： 制造业占传统产业产值总量的80；投资百亿元打造“制造业信息化工程” 抓好5个数字化，建2000个数字化企业。 制造业信息化的内涵是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，建造现代化的新兴制造业，全面提升我国制造

10、业的国际竞争力。 我国“制造业信息化工程”将突出抓好5个数字化：数字化设计、数字化生产、数字化装备、数字化管理、数字化企业。,3.1 前言,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,25,数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程，包括了产品3D设计、虚拟装配、仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际的产品。,3.1 前言,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,26,3.1 前言,实施先进制造技术的首要目标是经济效益，现有条件则是实施的基础，因此，先进一定要适用才能产生效益。 综观国内外先进制造技术

11、的现状和发展可以看出，数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术，是实施其它先进制造技术的平台。,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,27,3.1 前言,数字化时代 数字化工程 数字化技术 数字化专业技术,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,28,3.2 制造领域过去20年的回顾,20年来制造领域发生的重要事件： （1）制造业再次被肯定为国家经济的支柱产业； （2）全球化趋势； （3）环保要求日益突出；,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,29,3.2 制造领域过去20年的回顾,20

12、年来制造领域发生的重要事件： （4）科学技术发展迅速，科技知识量迅速增加； （5）制造过程技术在各种单元技术方面有所突破；,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,30,3.2 制造领域过去20年的回顾,20年来制造领域发生的重要事件： （6）提出了一系列先进制造模式； （7）数字化技术和制造技术不断融合形成数字化制造技术： 上游骨干技术群 下游数字控制制造技术群 制造信息支持技术群,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,31,3.2 制造领域过去20年的回顾,20年来制造领域发生的重要事件： （8）制造系统工程的研究和应用

13、取得多项成就； （9）制造科学和制造信息学的系统研究开始起步； (10) 微细加工用于制造MEMS已达到实用阶段，纳米加工研究启动。,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,32,3.2 制造领域过去20年的回顾,促成取得上述成就的诸因素中: 企业的资金流量是核心因素 管理和技术领域的进步，特别是信息技术与制造技术的融合及其在制造业中的全方位应用是保证 高素质的员工对企业的可持续繁荣发展至关重要,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,33,3.3 新世纪制造业面临的挑战,21世纪初，制造业面临着一系列新的挑战。建立现代化制造

14、工业实质上是建立现代化社会、经济、工业、农业、科技、文化和国防大系统工程中的一个组成部分。任何制造企业都不是政治、社会、经济和文化环境中的静态孤岛，而是与之存在大量联系的动力学系统，环境通过各种联系在不同程度上都会影响并制约着制造业的行为及其发展。,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,34,3.3 21世纪初制造业面临的挑战,（1）市场竞争激烈； （2）知识经济和产业经济并存； （3）制造业产品的研究开发、市场营销策略和生产管理等必需适应新世纪特点和要求；,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,35,3.3 21世纪初制

15、造业面临的挑战,（4）应用工程比重加大，服务行为日益强化； （5）制造过程技术日益高新化； （6）软件开发工作量日益繁重； （7）要尽快解决先进的装备与后进的工艺这一矛盾；,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,36,3.3 21世纪初制造业面临的挑战,（8）数字化制造技术将日益成为主流制造技术； （9）亟需探讨、解决人机功能的合成特点及其优化分配问题； （10）现有专业人才的培养方式不适应现代制造业的需求。,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,37,3.4 数字化设计与制造技术和我国制造业的振兴,正在进行国企改革、改组

16、、改造并加强管理的我国制造业是国家经济的支柱产业，在世纪之交还面对着不断变化的全球性和区域性市场、个性化的客户需求、日益复杂的制造技术和增加的经营风险。,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,38,3.4 数字化设计与制造技术和我国制造业的振兴,需要从战略上处理好以下问题： 面对全球化竞争态势，我国制造业的战略重点和在国家经济总产值中应占有一定比例。 我国制造业以数字化制造技术为主流制造技术，可作为持续繁荣发展的基本策略。 制定制造业、制造技术和制造工程学科的创新战略。,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,39,3.4 数字化设计与制造技术和我国制造业的振兴,今后1520年要着重解决： （1）探索并建立适用的先进生产模式 （2）提高企业各级科学决策水平 （3）研究、开发和扩大应用适用的先进制造技术 （4）注重高素质人才的使用和培养,数 字 化 设 计 与 制 造,2020/9/13,数字化设计与制造技术,40,展望今后，数字化设计与制造学科的发展大致可以概括为五个方面： 生产