先进制造系统

Slide Title,Body Text,Second Level,Third Level,1,第 4 章 先进设计技术,先进制造系统,先进制造系统,第 1 章 先进制造系统总论,第 2 章 先进制造系统基本原理,第 3 章 先进制造模式,第 4 章 先进设计技术,第 5 章 先进制造装备及技术,第 6 章 先进制造工艺技术,第 7 章 绿色设计与制造,第 8 章 典型产品的制造系统,第 9 章 制造系统展望,第4章,先,先进,设,设计技,术,术,4.1先进设,计,计技术,的,的定义,、,、内容,与,与特点,4.2计算机,辅,辅助X（CAX）,4.3面向X的设计,（,（DFX）,4.4模块化,设,设计（MD）,4.5产品数,据,据管理,（,（PDM）,面向制,造,造的设,计,计（DesignFor Manufacturing，DFM）调在设,计,计过程,中,中考虑,可,可加工,性,性和加,工,工的方,便,便性；,面向装,配,配的设,计,计（DesignFor Assembly，DFA）在设计,过,过程中,考,考虑可,装,装配性,、,、装配,的,的方便,性,性和减,少,少装配,价,价格；,面向成,本,本的设,计,计（DesignFor Cost，DFC）在设计,阶,阶段综,合,合考虑,产,产品的,加,加工制,造,造、装,配,配、检,测,测、维,护,护等多,种,种成本,因,因素，,并,并及时,设,设计修,改,改，降,低,低产品,成,成本。,面向质,量,量的设,计,计（DesignFor Quality，DFQ）,在,在设计,阶,阶段进,行,行质量,控,控制，,保,保证产,品,品满足,顾,顾客质,量,量要求,。,。,面向环,境,境的设,计,计（DesignFor Environment，DFE）,消,消耗的,资,资源最,少,少，对,环,环境的,污,污染最,少,少，对,操,操作者,的,的危害,最,最低，,产,产品可,以,以回收,利,利用，,节,节约资,源,源，保,护,护环境,。,。DFE也称为生态化,设,设计ED。,4.3面向X的设计,的,的涵义,4.3面向X的设计,（,（DFX）,4.3,.,.1面向制,造,造的设,计,计（DFM）,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,4.3,.,.3面向成,本,本的设,计,计（DFC）,4.3,.,.4面向质,量,量的设,计,计（DFQ）,4.3,.,.1面向制,造,造的设,计,计（DFM）,1.DFM的发展,2.DFM的基本,原,原理,3.产品可,制,制造性,的,的评价,DFM是在20世纪80年代后,期,期先进,制,制造设,备,备的优,点,点无法,得,得到发,挥,挥时诞,生,生的。零件DFM重点考,虑,虑最小,材,材料费,用,用和加,工,工工艺,性,性，而,且,且主要,考,考虑精,加,加工工,序,序。,4.3,.,.1面向制,造,造的设,计,计（DFM）,1.DFM的发展,DFM的主要,原,原则有,：,：,简化零,件,件的形,状,状；,尽量避,免,免切削,加,加工（,因,因为切,削,削加工,成,成本高,）,）；,选用便,于,于加工,的,的材料,；,；,尽量设,置,置较大,的,的公差,；,；,采用标,准,准件与,外,外购件,；,；,减少不,必,必要的,精,精度要,求,求。,任务,提出产品概念、产品计划和设计目标,图,4,-15 典型的DFM过程,工程工具包,零件绘图,零件目录,装配图,过程设计,优化产品/工艺概念,优化产品结构,简化产品设计,确保产品/工艺一致性,4.3,.,.1面向制,造,造的设,计,计（DFM）,2.DFM的基本,原,原理,DFM包括的,基,基本内,容,容与“,制,制造”,的,的定义,有,有关：,狭义DFM主要是,零,零件的可加工,性,性评价。,其,其中的M（制造）,是,是指构,成,成产品,的,的单个,零,零件的,切,切削、,铸,铸造、,焊,焊接、,冲,冲压等,加,加工过,程,程。,4.3,.,.1面向制,造,造的设,计,计（DFM）,2.DFM的基本,原,原理,广义DFM既包括,产,产品结,构,构的设,计,计，又,包,包括零,件,件结构,的,的设计,。,。前者,被,被称为,面,面向装,配,配的设,计,计DFA，后者被,称,称为面,向,向加工,的,的设计DFM（此处M应为Machining）。广义DFM包含下,列,列内容：零件的可加工,性,性。部件和,整,整机的可装拆,性,性。零部件,加,加工和,装,装配质,量,量的可检测,性,性。零部件,和,和整机,性,性能的可试验,性,性。零部件,和,和整机,的,的可维修,性,性。零部件,及,及材料,的,的可回收,性,性等。,4.3,.,.1面向制,造,造的设,计,计（DFM）,表4-1,产品可制造性评价内容,评价指标,评价内容,技,术,性,装配,工艺性,装配自由度、模块化结构、多功能复合结构、对称结构、自定心结构、定位与联接、结构与装配匹配、利于装配的辅助结构零件标准化、装配标准化、,结构,工艺性,热处理性、锻造性、焊接性、铸造性、切削性、制造资源约束、模块化结构、多功能复合结构、对称结构、功能与结构匹配、结构与加工方法匹配、结构继承性、结构与批量匹配、结构标准化、产品系列化,加工,可行性,精度与功能匹配、精度与加工方法匹配、精度与粗糙度匹配、形位精度与尺寸精度匹配、材料与加工方法匹配、加工方法与批量匹配、材料与刀具匹配、工艺继承性、满足装夹定位基准规则、装夹稳定性结构、易装夹结构材料标准化、工艺标准化、辅助工具标准化、,经,济,性,成本,材料成本、外协成本、加工成本,（毛坯、热处理、劳动、机床、刀具、工装成本）、,装配成本、运输成本、仓储成本、管理成本,时间,加工时间、装配时间、工装准备时间,3.产品可,制,制造性,的,的评价,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,1.DFA的发展,2.DFA的主要,内,内容,3.基于准,则,则的DFA,装配是,将,将零件,结,结合成,完,完整产,品,品的生,产,产过程,，,，DFA的产生,可,可追溯,至,至20世纪60年代初,。,。当时,大,大多数,装,装配任,务,务依靠,手,手工完,成,成，装,配,配所耗,的,的时间,约,约占整,个,个生产,周,周期的50%。,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,1.DFA的发展,图4-17 可制造性设计指南的误导,a,）单个功能零件,b,）功能由多个零件实现,a,）,b,）,(1)产品装,配,配模型,的,的信息,描,描述,(2)产品的,可,可装配,性,性分析,(3)产品的,可,可装配,性,性评价,(4)产品的,可,可装配,性,性再设,计,计,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,2.DFA的主要,内,内容,信息组,成,成包括六,个,个方面（图4-18）,管理信,息,息,是与产,品,品及其,零,零部件,管,管理相,关,关的信,息,息。,几何信,息,息,是与产,品,品的几,何,何实体,构,构造相,关,关的信,息,息。,拓扑信,息,息,包括两,类,类：层,次,次结构,与,与几何,配,配合约,束,束。,2.DFA的主要,内,内容,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,(1)产品装,配,配模型,的,的信息,描,描述,工程语,义,义信息,反映工,程,程师的,设,设计及,制,制造意,图,图。,装配工,艺,艺信息,是与产,品,品装/拆工艺,过,过程及,其,其具体,操,操作相,关,关的信,息,息，包,括,括各装,配,配元件,的,的装配,顺,顺序、,装,装配路,径,径及装,配,配工具,的,的介入,、,、操作,和,和退出,等,等信息,。,。,装配资,源,源信息,主要是,装,装配系,统,统设备,的,的组成,与,与控制,参,参数。,产品装配模型,图4-18 产品装配模型的信息组成,几何信息,管理信息,拓扑信息,工程语义信息,装配工艺信息,装配资源信息,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,2.DFA的主要,内,内容,(1)产品装,配,配模型,的,的信息,描,描述,基于图,形,形的表,示,示方法如图4-19所示，,以,以节点,表,表示产,品,品装配,系,系统中,的,的各种,实,实体，,以,以有向,线,线弧表,示,示实体,与,与实体,的,的装配,关,关系。,其,其优点,是,是直观,、,、容易,理,理解；,缺,缺点是,装,装配信,息,息描述,不,不完整,，,，难以,表,表达节,点,点存在,多,多类型,、,、多层,次,次的相,互,互关系,。,。,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,2.DFA的主要,内,内容,(1)产品装,配,配模型,的,的信息,描,描述,图4,-19 基于图形的表示方式,1,箱体,2,轮,3,螺栓,4,箱盖,5轴 6套,3,2,1,4,5,61,3,1,4,2,5,6,基于关,系,系数据,库,库的表,示,示方法采用关,系,系数据,库,库存储,，,，可以,方,方便地,实,实现装,配,配系统,实,实体及,其,其关系,等,等信息,的,的组织,和,和维护,，,，但表,达,达实体,及,及其关,系,系的语,义,义困难,。,。,面向对,象,象的表,示,示方法灵活自,然,然地模,拟,拟现实,的,的装配,工,工况，,减,减少语,义,义断层,。,。,1)确定产,品,品可装,配,配性类,别,别,产品有,三,三种基,本,本的装,配,配方法,：,：手工,装,装配；,专,专用机,械,械（自,动,动化）,装,装配；,程,程序控,制,制机械,（,（包括,机,机器人,）,）装配,，,，还有,三,三者的,混,混合。,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,(2)产品可,装,装配性,分,分析,的四项,基,基本任,务,务,2.DFA的主要,内,内容,2)确定产,品,品可装,配,配性分,析,析方法,实验,的,的方法,统,计,计的方,法,法,建模,的,的方法,3)分析影,响,响产品,的,的可装,配,配性的,各,各种因,素,素,4)考察各,因,因素之,间,间的相,互,互作用,和,和相互,关,关系,图4-20 广义设计中的可装配性影响因素,（外因）,产品,产品种类,产品结构,零部件,装配工艺,装配策略,装配结构,工艺过程,产品,可装配性,装配系统,系统种类,系统配置,系统元件,（外因）,（,内,因）,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,T,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,表4-2,产品可装配性评价内容,评价指标,评价内容,技术性,进给性能（套叠、缠结）；元件抓取（尺寸、重量、对称性等）；位置可达（倒角、圆角，装拆顺序）；定位可靠（自定位、预定位）；检测可及工具利用（操作空间）；联接方法（插装、铆接、焊接、胶接等）；合成方向（多向、单向、垂直向下）；位姿调整（装拆便利、稳定性）,经济性,装配效率（生产纲领、作业方式）；资源利用（设备、工具、人力）；精度保证（公差分布、质量控制）；标准化（标准件比例、零件类数）；材料消耗,社会性,可拆卸（结构、操作、顺序）；可再用（零件、子装配）；可回收（材料再用）；环保（装配、拆卸、报废）,(3)产品可,装,装配性,评,评价,1)可装配,性,性评价,的,的三方,面,面内容,2.DFA的主要,内,内容,2)可,装,装配性,评,评价方,法,法：定性评,价,价定量评,价,价,4.3,.,.2面向装,配,配的设,计,计（DFA）,图4,-21 技术上不可行的装配,2.DFA的主要,内,内容,通过产,品,品的可,装,装配性,再,再设计,，,，改善,产,产品的,可,可装配,性,性。,再,再设计,建,建议，,即,即系统,根,根据可,装,装配性,分,分析和,评,评价，,给,给出再,设,设计建,议,议，以,改,改进产,品,品的可,装,装配性,。,。,再设,计,计工具,，,，在系,统,统支持,下,下，实,现,现产品,装,装配设,计,计的改,进,进、补,充,充和完,善,善，如,改,改变设,计,计参数,、,、改变,装,装配条,件,