创新设计与先进制造协同管理实训方案(含图片).doc

数字化创新设计与先进制造协同管理实训项目
1. 项目建设背景
随着近几年制造业的快速发展，现代制造企业已经大量采用数字化、精密化、自动化等高新技术；另一方面，借助国家对创新的鼓励，制度的完善，员工能力的提升，企业大量进行产品创新，获得了丰厚的回报。
企业数字化创新设计、先进制造生产模式主要表现在以下几个方面：
一、数据的电子化。设计、生产数据的电子化，即指使用CAD/CAPP/CAM等计算机辅助软件，产生生产所需要的数据。CAD在早期是英文Computer Aided Drawing (计算机辅助绘图)的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步的认识到单纯使用计算机绘图还不能称之为计算机辅助设计。真正的设计是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等，二维工程图设计只是产品设计中的一小部分。于是CAD的缩写由Computer Aided Drawing改为 Computer Aided Design，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是协助创建、修改、分析和优化的设计技术。CAPP即计算机辅助工艺规划，是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于CAPP系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。CAM（Computer Aided Manufacture）是计算机辅助制造的缩写，能根据CAD模型自动生成零件加工的数控代码，对加工过程进行动态模拟、同时完成在实现加工时的干涉和碰撞检查。CAM系统和数字化装备结合可以实现无纸化生产，为CIMS（计算机集成制造系统）的实现奠定基础。CAM中最核心的技术是数控技术。通常零件结构采用空间直角坐标系中的点、线、面的数字量表示，CAM就是用数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。
二、数字化协同管理，即PDM产品数据管理。随着CAD技术的推广，原有技术管理系统难以满足要求。在采用计算机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸、技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、采购单、成本核算单和材料清单等均由人工编写、审批、归类、分发和存档，所有的资料均通过技术资料室进行统一管理。自从采用计算机技术之后，上述与产品有关的信息都变成了电子信息。简单地采用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往不能从根本上解决先进的设计制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。要解决这个矛盾，必须采用数字化的产品数据管理技术。
三、利用基于网络的CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术即PLM技术，实现产品全生命周期的数字化设计与制造。企业在应用过程中，利用PLM技术实现并行工程，可以极大地提高产品开发的效率和质量，企业可以进行产品功能配置，利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计，在PLM环境下进行产品设计和制造，实现产品无纸设计和全数字化制造。在无纸化的设计、生产过程中，产品按照流程实现设计、工艺及制造，所有数据之间相互关联。
四、制造领域的数字化，是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。
通过分析现代制造企业生产制造模式，对我们的教学实训提出了新的更高的要求，急需构建符合现代先进制造业需求的数字化教学实训环境，培养出社会急需的熟悉和掌握现代数字化设计与先进制造技术的创新型专业人才。
2. 项目目标
1.
数字化创新设计与先进制造协同实训项目的构建以力求创新、平台起点高、尽可能反映先进制造企业发展水平为要求，力争在实践教学内容的综合化、实践教学环境的开放化、实践教学装备的现代化、实践教学管理的网络化、实践教学资源的共享化等方面，做出更大成绩，取得更佳的人才培养效果。
数字化创新设计与先进制造协同实训项目的建设，即通过信息化手段建立起模拟企业实际运行的创新平台，同时可将学生的创新训练、学生的工程素质教育融合到这个平台中，通过这个创新平台进行相关实训课程体系的训练，如：产品创新设计实训课程体系、产品工艺设计实训课程体系、数控编程实训课程体系、产品检测实训课程体系以及生产实训课程体系。整个平台包括创新设计平台、数字化工艺平台、先进制造平台、协同管理实训平台将企业中产品设计、工艺编制、生产制造、协同管理流程等体现出来，集中培训师资力量，固化成企业化实训项目，供本院学生学习实训，也可供外校或其他人员学习企业实际运行过程；
另一方面，为促进高职教育机械设计制造类专业的教育教学改革，促进高职教育紧贴产业需求培养企业急需的高技能人才，2011年全国职业院校技能大赛首次将“机械部件创新设计与制造"列入竞赛项目，对学生的创新设计能力、职业动手能力、职业道德与团队协作能力有较高要求，对教师的教学方案设计和教学资源制作水平也有明确要求，数字化创新设计与先进制造协同实训项目也为技能大赛提供竞赛实训平台。
3. 建设方案
3.1创新设计解决方案
1)设计流程定义
订单大型新产品
设计策划
新产品
确认
实施设计
设计评审
及验证
设计输出
图样审核、
签署、批准
产品试制
设计资料
归档
下达设计任
务书
试制不合格
产品合格
技术调研

在CAXA协同管理系统中，可以定义出产品设计流程，使不同人员角色在工作中按照定义的流程进行工作。可以监控到工作流程状态。

2)创新三维设计
使用CAXA实体设计进行产品创新设计，包含零件设计和产品装配设计。产品模型进行机构运动仿真和碰撞干涉检查。

3)二维工程图
当设计完成三维实体文件后可以通过CAXA电子图板的三维接口生成该实体的二维工程图。CAXA电子图板在读取三维实体文件时可以选择读取的文件格式，默认情况下读取CAXA实体设计软件产生的.ics格式，用户也可以选择UG、Pro/E、Catia等三维软件产生的标准通用格式.x_t等格式。生成后用户只需要对生成的工程视图进行修改、标注等操作即可快速完成二维图纸的设计。

4)产品结构管理
在CAXA协同管理软件中提供产品结构管理，以结构树的方式显示产品的装配组成关系。产品结构树为用户提供关于产品组成的直观视图，在产品结构树的基础上，可以进一步实现产品的变型设计；实现产品结构对应的BOM输出。

产品结构树的创建有两种方式：一种是手工创建；另外一种是通过批量入库图纸的方式自动创建手工创建适用于新产品的建立，批量入库方式适合于对历史图纸的入库整理。设计过程中如果先绘制总装图，也可以通过批量入库把总装图中的结构提取出来，生成产品的结构树。
3.2数字化工艺解决方案
工艺规划模块利用学校已经采购并使用的CAXA CAPP系统，集成在统一的协同管理平台下，实现将独立的工艺设计嵌入到产品的创新设计与产品的生产制造之间，完成从设计、工艺到制造的完整流程。
3.3数控编程与仿真解决方案
1) 数控铣与加工中心自动编程
CAXA制造工程师软件支持数控铣及加工中心的自动编程，支持多轴加工中心自动编程。多样化的加工轨迹生成方式可以安排从粗到加工、半精加工、到精加工的加工工艺路线，高效生成刀具轨迹。

实体仿真功能：实体刀位轨迹动态仿真功能，可以对加工中心及数控铣床程序进行刀路轨迹和实体模拟仿真，支持各种G、M 代码。

生成加工工艺单：利用CAXA制造工程师还可以自动按加工的先后顺序生成加工工艺单。在加工工艺单上有必要的毛胚信息、零件信息、刀具信息、代码信息等。

知识加工：通过制造工程师知识加工，经验丰富的编程者则可以将加工的步骤、刀具、工艺条件进行记录、保存和重用，大幅提高编程效率和编程的自动化程度，共享经验丰富的编程者的经验和技巧，形成企业标准化的加工流程。

通用后置处理：CAXA制造工程师提供的强大的后置处理器，可以对如华中数控、fanuc、SIEMENS等各种常见系统进行后置设置，按轨迹自动生成G代码，用户还可以自定义专用数控系统的后置处理格式。

2) 数控车自动编程
CAXA 数控车软件是支持数控车机床自动编程工具，具有功能强大，使用快捷的轨迹生成及通用后置处理功能。该软件提供了功能强大、使用简洁的轨迹生成手段，可按加工要求生成各种复杂图形的加工轨迹。

3) 数控代码仿真
CAXA编程助手软件是CAXA公司专门开发的应用于数控车间快速编程及编辑仿真的软件，作为CAXA数字化制造方案的一部分，主要是帮助程序编制人员利用该软件快速的手工编制程序，并进行校对和仿真。
a) 编辑仿真基本功能
代码段与轨迹段的关联，当操作工选取某段代码，则相应的图形段会加亮；反之当操作工选取轨迹段，软件能自动定位到该轨迹段对应的代码段。这种机制对于操作工通过选取错误段图形，定位修改代码非常实用。

添加／去除程序行号功能。
支持G41/G42、G43加刀具补偿后的轨迹显示。
支持G83啄式钻孔仿真（真实模拟啄式动作）。
支持行号处理（添加、删除、重置等）。
支持插入语句。
支持添加空格/删除空格。
支持对齐显示模式/紧凑显示模式。
支持线框仿真的正向/反向、单步等模拟。
支持仿真报告（切削时间、长度、最大包围盒、刀具）。
支持代码查找、替换、多次替换。
支持代码拷贝、剪切、粘贴。
支持机床绝对坐标设置及工作坐标G54、G55、G56、G57、G58、G59坐标系的设置，并可同时显示多工作坐标系；
支持机床行程设置，并可显示机床行程的包围盒；
支持刀具库及刀具补偿值的设置；具有刀补轨迹、原始轨迹显示开关，可分别显示或同时显示这两种轨迹。
支持机床公共变量（全局变量）的设置（#100-#999）。
支持代码读入过滤。
代码/轨迹段的颜色设置，如快速移动、直线、圆弧（顺/逆圆弧）、刀补等轨迹段的颜色设置；支持刀位点显示开关。
支持本机串口传输功能（发送/接收）。
支持代码图形的显示平移/缩放/旋转及标准视图热键切换。
方便的修改F值、S值功能。
对NC程序中查找各轴运动范围、计算轨迹长度、加工时间等功能。
快速检索功能，能快速跳到换刀处／辅助功能处。
能自动查找并替换功能，替换支持多条件一次性替换功能。
刀具路径能实现多视角、空间旋转查看。
能实现刀具路径与相应程序段的相互定位。
b) 编辑仿真高级功能
仿真支持“#”局部变量/公用变量调用。
仿真支持条件/循环语句（IF、DO、WHILE、END、GOTO、THEN）。
支持运算函数（+、-、*、/、%、=、SIN、COS、TAN、ASIN、ACOS 、ATAN 、SQRT 、ABS 、LN 、EXP 、LE、GE、EQ、NE、GT、LT）等计算。
支持M99/M98的子函数调用。
支持G10L12的变量写入等。
仿真编辑模块支持文件存储文件名的命名规则设置。
支持死循环保护，可设定最大循环次数。
具有宏编程开关，关闭后能够提升反读超大三维曲面轨迹速度，打开后能处理手工宏指令编程。
支持后置转换，即可将标准ISO码转换成Heidenhain、Siemens、Hass、Fagor、华中数控、广州数控等格式代码。

代码编辑处理：“CAXA编程助手”的代码编辑功能不仅支持一般的“剪切”、“复制”、“粘贴”、“查找”、“替换”、“全选”、“撤销”等基本功能，另外提供数控编程特有的功能，如“行号定义”、“添加行号”、“删除行号”、“重置行号”以及多次替换等。例如：某机床的X、Y、Z与常用的不一样，其X轴是常用的Z、Y轴是常用的X、Z轴是常用的Y，即需要将程序中的X替换为Z、Y替换为X、Z替换为Y。

代码与机床的单机通信：“CAXA编程助手”面向操作工级别，因此支持单机RS232通信，可直接在软件内完成“发送代码”、“接收代码”以及传输设置。方便数控操作工在计算机手工编程结束后直接将代码送到机床。
3.4基于工作过程的项目式教学
CAXA协同管理系统属于企业级PDM系统，将系统平移到教学实训中，导入企业实际案例，构建企业生产制造流程平台，与北京数码大方科技有限公司共同开发项目式教学资源，实现基于工作过程的项目式教学。
1) 对生产项目中各类文件浏览
CAXA数字化协同管理平台支持对各类文件的浏览。以下对AutoCAD文件、Office文件、pdf文件、pro/e三维文件、UG三维文件、Solidworks三维文件、jpg文件等示例如下。

AutoCAD文件浏览

Office文件浏览

Pdf文件浏览界面

Solidworks文件浏览

Jpg文件浏览
2) 工装图纸、工装模具管理
在CAXA数字化协同管理平台中工装图纸可以和产品图纸一样在结构树中管理，如果工装图纸有结构关系，也可以自动建立工装结构图，同时在CAXA数字化管理平台中可以建立工装常用件库，以便工装部件借用。

3) 快速建立项目及产品结构、导入文档
CAXA数字化协同管理平台系统可以快速建立项目，对于二维图纸提供选择产品文件夹批量入库的功能，被入库的图纸可以根据明细表和标题栏的的关系自动建立结构树。

批量导入图纸

自动建立产品结构
对于产品相关文档可以在对应的产品文档树上批量导入文件夹，把本地的文件放到图文档上管理。

4) 产品资料的快速检索
CAXA数字化协同管理平台有强大的图纸检索功能，有简单查询和高级查询，在简单查询中可以根据零部件的属性来查询，且可以多条件混合查询，快速找到以前做过的项目和产品。

简单查询界面
高级查询可以根据逻辑关系用于查询：

高级查询界面
5) 生产任务报表定制与输出
CAXA数字化协同管理平台提供报表定制和报表输出功能。报表格式可以定义。报表支持在菜单中输出、在查询界面中输出、在工作流任务统计部分输出。

汇总结果

报表输出为Excel文件
6) 流程监控与任务统计
流程执行过程中，实训中心项目老师可以监控流程执行情况。

流程监控

流程统计报表输出

7) 设计、生产协同工作
最新的设计信息如何快速传达给生产部门，CAXA数字化协同管理平台可以通过流程及时通知相关部门，生产部门有相关问题也可通过流程通知技术部门相关人。

同时，车间等环节也可以使用CAXA数字化协同管理平台用户登录系统，获取需要的信息，如下图工人使用CAXA数字化协同管理平台进行数据查询、浏览，真正实现了无纸化及设计、生产协同工作。

8) 信息传递、交流信息管理平台
协同工具用于图文档用户的局域网公告与交流。主要有发送消息、内部会议及公告板功能。

4. 方案预算
整个平台包括创新设计平台、数字化工艺平台、先进制造平台、协同管理实训平台四大部分，按照满足一个班55名学生实验实训要求进行配置，预算为：987030元。