计算机集成制造CIM3产品设计与生产工程.pptx

v第二部分第二部分设计要素和生产工程设计要素和生产工程使用并行工程的设计模型，以开发面向全球市场的产品使用并行工程的设计模型，以开发面向全球市场的产品设计过程应该使用现代的设计、分析工具和技术设计过程应该使用现代的设计、分析工具和技术基于图形的设计是主要的设计工具基于图形的设计是主要的设计工具生产工程师应该使用现代工艺规划和制造工程工具生产工程师应该使用现代工艺规划和制造工程工具产品设计和生产工程的结构模型产品设计和生产工程的结构模型设计模型的五个步骤及其功能设计模型的五个步骤及其功能概要设计和重复设计之间的差异概要设计和重复设计之间的差异并行工程的定义及其在设计模型建立中的应用并行工程的定义及其在设计模型建立中的应用生产工程的七个要素或者任务生产工程的七个要素或者任务第三章第三章 产品设计和生产过程产品设计和生产过程 3.1 3.1 产品设计和生产工程产品设计和生产工程vCIM的研究是从产品设计和生产工程是开端的研究是从产品设计和生产工程是开端设计和生产工程曾是企业技术的第一领域，作为一设计和生产工程曾是企业技术的第一领域，作为一种技术手段，通过减少诸多人工操作的任务来提高种技术手段，通过减少诸多人工操作的任务来提高企业的效率和生产力。企业的效率和生产力。产品设计过程及生产系统开发过程形成了产品数据产品设计过程及生产系统开发过程形成了产品数据库的原始数据。库的原始数据。v以生产割草机制造厂为例，主要有三个环节：设以生产割草机制造厂为例，主要有三个环节：设计、销售和生产。产品和零件图纸生成中采用了计、销售和生产。产品和零件图纸生成中采用了功能自动化，造成企业总体效益低下。功能自动化，造成企业总体效益低下。功能自动化的狭隘性功能自动化的狭隘性产生冗余数据产生冗余数据同一产品的计算机图形要保留三种独立形式同一产品的计算机图形要保留三种独立形式绘图设计的错误会影响产品质量绘图设计的错误会影响产品质量设计数据落后导致生产成本提高设计数据落后导致生产成本提高支持产品设计的支持产品设计的CIM局域网局域网 3.2 3.2 组织模型组织模型v设计信息流设计信息流 设计信息流设计信息流v产品设计部门主要负责产品设计和分析、材料的选取以产品设计部门主要负责产品设计和分析、材料的选取以及设计和生产文档的建立。及设计和生产文档的建立。设计信息流设计信息流v生产工程部门要把对人力、工序和产品质量的生产标准，生产工程部门要把对人力、工序和产品质量的生产标准，从设计部门添加到产品的共享数据中。从设计部门添加到产品的共享数据中。人力标准确定了加工产品中的每个零件所需的人力标准确定了加工产品中的每个零件所需的时间。时间。工序标准详细说明在生产过程中使用的机器设工序标准详细说明在生产过程中使用的机器设备和工序。备和工序。生产标准确定了制造零件所需要的技术细节。生产标准确定了制造零件所需要的技术细节。设计信息流设计信息流v工程发布部门主要对产品改变控制负责，保证提议的产工程发布部门主要对产品改变控制负责，保证提议的产品改变与顾客的需求和生产能力相协调。品改变与顾客的需求和生产能力相协调。设计信息流设计信息流v质量模块是独立存在的。质量模块是独立存在的。v世界级的公司实行从源头抓质量，努力做到：在组织世界级的公司实行从源头抓质量，努力做到：在组织内采取的每个行动几乎是零缺陷的操作。内采取的每个行动几乎是零缺陷的操作。3.3 3.3设计过程模型设计过程模型v设计的一般程序可由以下五个基本步骤来表示：设计的一般程序可由以下五个基本步骤来表示：概念化概念化v设计过程中的概念化将设计问题定义为设计过程中的概念化将设计问题定义为“典型典型的的”和和“非典型的非典型的”。结构定义的是产品的形状、风格和特征。结构定义的是产品的形状、风格和特征。适应性定义的是营销的适应性。适应性定义的是营销的适应性。功能定义的是产品的性能、可靠性、可维护性功能定义的是产品的性能、可靠性、可维护性以及其它赢取订单准则方面。以及其它赢取订单准则方面。v产品的概念化始于产品的特性。产品的概念化始于产品的特性。v特性是由结构、适应性和功能来定义的。特性是由结构、适应性和功能来定义的。v重复性设计就是在一个新产品的设计过程中运用了重复性设计就是在一个新产品的设计过程中运用了以前的设计项目的部分，或只是对以前的设计做了以前的设计项目的部分，或只是对以前的设计做了小的改变。小的改变。v重复设计过程包括三步：重复设计过程包括三步：使用重复性设计的概念化使用重复性设计的概念化建立要开发产品的所有结构、适应性和功能的建立要开发产品的所有结构、适应性和功能的信息和数据。信息和数据。把具有相似的结构、适应性和功能特性的产品把具有相似的结构、适应性和功能特性的产品进行分类，再运用针对的指导方针。进行分类，再运用针对的指导方针。为产品设计进行图形化和可分析建模。为产品设计进行图形化和可分析建模。v概念设计是设计过程的应用，这个设计过程是为了概念设计是设计过程的应用，这个设计过程是为了创建一个新的产品，改产品是独特的，与目前生产创建一个新的产品，改产品是独特的，与目前生产的任何产品没有相似之处。的任何产品没有相似之处。v概念设计过程要求设计者必须具有想象力，开辟新概念设计过程要求设计者必须具有想象力，开辟新路，独辟蹊径。路，独辟蹊径。v设计者还需要具有创造发明的发散性思维。设计者还需要具有创造发明的发散性思维。使用概念设计的概念化使用概念设计的概念化v概念设计一般包括以下概念设计一般包括以下7个步骤：个步骤：使用概念设计的概念化使用概念设计的概念化问题的描述问题的描述排除人为限制和界限排除人为限制和界限问题的定义问题的定义召开群策会议召开群策会议设计方案的选择设计方案的选择设计方案的确定设计方案的确定综合综合 综合综合v新模型：面向装配的设计和面向制造的设计新模型：面向装配的设计和面向制造的设计材料的规定材料的规定几何特征的添加几何特征的添加v设计程序的第二步为综合。设计程序的第二步为综合。v综合活动包括：综合活动包括：分析分析v分析是通过把某事物分成几个部分来确定或描述其分析是通过把某事物分成几个部分来确定或描述其性质的一种方法。性质的一种方法。v分析的步骤包括了运用数学和其他科学途径来研究分析的步骤包括了运用数学和其他科学途径来研究某个设计方案。经常使用的分析包括两类：某个设计方案。经常使用的分析包括两类：质量属性分析质量属性分析有限元分析（有限元分析（ANSYS）v质量属性分析包括以下两方面的计算：质量属性分析包括以下两方面的计算：质量属性分析质量属性分析实体特征分析实体特征分析机械公差要求，配合与极限机械公差要求，配合与极限v有限元分析包括以下四方面的计算：有限元分析包括以下四方面的计算：有限元分析有限元分析零件的应力和应变的极限零件的应力和应变的极限特定材料零件的热传递能力特定材料零件的热传递能力气流与流体的流动分析气流与流体的流动分析电的或者电子电路操作上的理论极限。电的或者电子电路操作上的理论极限。评价评价v通常使用通常使用“快速原型快速原型”技术作为评价的一种手段。技术作为评价的一种手段。v评价阶段负责检查设计是否违背原设计要求。评价阶段负责检查设计是否违背原设计要求。v评价还需确定设计需要的制制造、装配要求和制造评价还需确定设计需要的制制造、装配要求和制造设备能力之间的协调程度。设备能力之间的协调程度。文档编制文档编制v文档编制是设计过程的最后一步，此过程包括以下文档编制是设计过程的最后一步，此过程包括以下几个项目：几个项目：建立产品的视图，包括零件图、局部图和装配图建立产品的视图，包括零件图、局部图和装配图添加所有技术细节，如标准件、尺寸公差、形位添加所有技术细节，如标准件、尺寸公差、形位公差、粗糙度等。公差、粗糙度等。建立必要的工程文档，例如零件号分配、详细的建立必要的工程文档，例如零件号分配、详细的零件规格、物料清单、零件明细表。零件规格、物料清单、零件明细表。建立产品设计的电子数据，以供其他部门共享。建立产品设计的电子数据，以供其他部门共享。3.4 3.4 并行工程并行工程v并行工程意味着：从产品和系统的设计到制造、并行工程意味着：从产品和系统的设计到制造、服务以及最终对产品报废后的处理都是从最初的服务以及最终对产品报废后的处理都是从最初的设计概念开始考虑的。设计概念开始考虑的。v传统系统的开发过程传统系统的开发过程（图（图3-12）产品设计的新模式产品设计的新模式并行工程并行工程组生生产过程程设备供供应商商设计工程工程生生产控制控制CNC程序程序员夹具具设计人人员质量控制量控制零件供零件供应商商工具工具设计人人员采采购与市与市场参加的成员数参加的成员数 产品设计的新模式产品设计的新模式改进的产品开发过程改进的产品开发过程 并行工程操作模型并行工程操作模型v并行工程按照以下并行工程按照以下5步进行：步进行：概念设计阶段概念设计阶段主要部件的设计阶段主要部件的设计阶段单个零件的设计阶段单个零件的设计阶段配对零件的设计阶段配对零件的设计阶段零件和部件的成组零件和部件的成组v在此阶段中，已经建立起关于产品的结构、适应性在此阶段中，已经建立起关于产品的结构、适应性和功能的主要决策。和功能的主要决策。v此阶段的决定占了产品总成本的此阶段的决定占了产品总成本的70%，并且影响着，并且影响着产品的销售。产品的销售。v需要使用最好的设计师和最先进的设计工具。需要使用最好的设计师和最先进的设计工具。v对可选择的设计进行分析，需要使用性能模拟软件对可选择的设计进行分析，需要使用性能模拟软件和成本估算模型。和成本估算模型。概念设计阶段概念设计阶段v确定产品模型及其主要部件确定产品模型及其主要部件v采用模块化设计，可以减少不同部件的数量。采用模块化设计，可以减少不同部件的数量。v参与的部门数增多。参与的部门数增多。主要部件的设计阶段主要部件的设计阶段v主产品的全部零件和部件的设计都在此过程中完主产品的全部零件和部件的设计都在此过程中完成。成。v参加设计的人数达到最大值。参加设计的人数达到最大值。v应尽量杜绝对原有设计进行大的改动。应尽量杜绝对原有设计进行大的改动。单个零件的设计阶段单个零件的设计阶段v详细零件设计完成之后，重点就从产品性能转移详细零件设计完成之后，重点就从产品性能转移到加工过程。到加工过程。v对机械设计，通过零件配合理论、公差分析等来对机械设计，通过零件配合理论、公差分析等来对零件进行配合分析。对零件进行配合分析。v对于电子产品，需要进行集成电路的测试。对于电子产品，需要进行集成电路的测试。配对零件的设计阶段配对零件的设计阶段v在最后一个阶段，需要为了实现高效的装配进行在最后一个阶段，需要为了实现高效的装配进行额外的改进，并确定装配顺序，设计出装配工具额外的改进，并确定装配顺序，设计出装配工具和夹具。和夹具。零件和部件的成组零件和部件的成组 3.5 3.5 生产工程生产工程v生产工程（生产工程（PE）主要负责对经过并行工程生产的）主要负责对经过并行工程生产的新产品进行规划，主要规划的要素有：新产品进行规划，主要规划的要素有：工艺规划工艺规划生产设备编程生产设备编程加工工具和夹具设计加工工具和夹具设计工作和生产标准工作和生产标准设备工程设备工程可制造性和装配性分析可制造性和装配性分析制造成本估算制造成本估算工艺规划（工艺规划（Process Planning）图图 3-15 典型的工艺规划系统典型的工艺规划系统v工艺规划是一个用来制定工艺规划是一个用来制定出详细加工操作清单的过出详细加工操作清单的过程，这个清单是生产零件程，这个清单是生产零件和产品时必需的。和产品时必需的。v一个典型的工艺规划如图一个典型的工艺规划如图3-15所示。所示。工艺规划（工艺规划（Process Planning）图图 3-16 工艺规划顺序工艺规划顺序v典型的工艺规划顺序如图典型的工艺规划顺序如图3-16所示。所示。v详细产品文档表是为了支详细产品文档表是为了支持产品设计而生产的。持产品设计而生产的。v资源模块列出的是为了完资源模块列出的是为了完成工艺路线表和作业表所成工艺路线表和作业表所需要的资源。需要的资源。生产设备编程生产设备编程v在不连续制造领域，自动化开始于车床和金属切削在不连续制造领域，自动化开始于车床和金属切削机床。机床。v当车间自动化发展到计算机驱动的设备和过程时，当车间自动化发展到计算机驱动的设备和过程时，机器编程也随之发展起来。机器编程也随之发展起来。v有计算机控制的生产设备，称为有计算机控制的生产设备，称为数控（数控（NC）或计算或计算机数控（机数控（CNC）。）。v工厂车间的自动化由工厂车间的自动化由计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAM）来完来完成。成。加工工具和夹具设计加工工具和夹具设计v加工工具的设计包括了当加工工具对零件进行造型加工工具的设计包括了当加工工具对零件进行造型或精加工的时候，原材料和零件在机器上进行装夹或精加工的时候，原材料和零件在机器上进行装夹与定位的夹具的设计。与定位的夹具的设计。v在并行工程中，加工工具被看做是产品设计过程的在并行工程中，加工工具被看做是产品设计过程的一部分。一部分。工作和生产标准工作和生产标准v为了确定制造成本，标准工作小组必须确定生产每为了确定制造成本，标准工作小组必须确定生产每一个零件所需要的时间。一个零件所需要的时间。v标准工作小组用两种方式实现此要求：标准工作小组用两种方式实现此要求：直接时间研究：用秒表测量操作员完成整个产品直接时间研究：用秒表测量操作员完成整个产品操作的时间。操作的时间。标准时间测量：利用为手工基本工作元素测得的标准时间测量：利用为手工基本工作元素测得的标准时间数据。标准时间数据。设备工程设备工程v设备工程强调的是生产设备的设计。设备工程强调的是生产设备的设计。可制造性和装配分析可制造性和装配分析v面向制造和装配的设计（面向制造和装配的设计（DFMA）目的是保证最终）目的是保证最终的设计以最佳的情况满足制造工艺要求和装配技术的设计以最佳的情况满足制造工艺要求和装配技术要求。要求。制造成本估算制造成本估算v此阶段的关键是根据设计图数据以及工作和生产标此阶段的关键是根据设计图数据以及工作和生产标准等信息，来估算产品成本。准等信息，来估算产品成本。v可以利用计算机软件包，对包括外购和自制零件的可以利用计算机软件包，对包括外购和自制零件的整个整个BOM表来计算累计成本。表来计算累计成本。