第1章 迎接制造业信息化新时代

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1、第1章迎接制造业信息化新时代三维CAD与信息化设计制造技术的应用和发展国家制造业信息化工程/MIE国内外主要三维CAD软件与应用简介CAXA三维实体设计的创新设计思想与设计流程一、三维CAD与信息化设计制造技术的应用和发展进入新的世纪以来，随着信息技术的迅猛发展及其全方位地加速渗透，全球正经历从工业社会向信息社会的过渡，制造业信息化已成为发展的必然趋势。围绕提高产品创新能力，三维CAD、并行工程与协同管理等技术迅速得到推广；异地制造与网络企业成为新的生产组织形态；基于网络的产品全生命周期管理（P

2、LM）和电子商务（EC）成为重要发展方向。数字化、网络化、智能化、全球化，以及产品创新更快、品质更优、成本更低、服务更好已经成为现代全球制造业的基本特征。现代数字化网络化设计制造的关系1.设计信息化信息化设计实现了产品设计手段与设计过程的数字化和智能化，缩短了产品开发周期，提高了企业的产品创新能力。信息化设计包括产品数字化设计与过程数字化设计，前者的对象是产品，而后者的对象则是产品的制造过程。数字化、网络化设计是制造业信息化的基础之一，也是应用最广泛、研究最深入、效益最显著的领域。目前的发展方向

3、与特点大致可以概括为：智能化、虚拟化和标准化。智能设计包括设计过程的再认识、设计知识的表达、多专家系统协同技术、再设计与自学习机制、多种推理机制的综合应用、智能化人机接口等，智能设计不仅能够有效地支持产品的创新设计，并且已经在实际中得到了越来越广泛的应用。智能设计应用三维CAD、虚拟设计等现代信息技术，模拟人类的思维活动，提高计算机的智能水平，使计算机更多、更好地承担设计过程中各种复杂任务，使之成为设计人员的重要辅助工具。1）智能化2）虚拟化虚拟设计/制造技术是计算机图形学、人工智能、计算机网络

4、、信息处理、计算机仿真技术、机械设计与制造技术等技术综合发展的产物。虚拟设计/制造技术包括基于三维CAD等所创建的虚拟环境中人机交互技术、虚拟环境中产品设计技术、虚拟产品结构性能分析技术、虚拟环境中装配设计与评价技术、虚拟环境中产品可加工性分析、面向设计与制造的智能虚拟环境、分布式虚拟设计与制造平台开发、虚拟产品设计软件工具集、虚拟产品工程分析软件工具集、虚拟产品评价软件工具集等。美国波音公司在波音777和737－800两种机型的研制过程中，采用并行工程和虚拟设计/制造等方法，组建集成产品开发团

5、队（IPT），采用并行产品定义（CPD）和100％的数字化预装配，大量使用三维CAD/CAM技术，实现了无图纸设计。其中，波音777飞机仅用了三年零八个月就一次试飞成功。洛克西德导弹与空间公司（LMSC）采用并行工程和虚拟设计/制造的方法，改进产品开发流程、实现信息集成与共享，并组织综合的产品开发团队，从而使新型导弹的开发周期由原来的五年缩短到了24个月，研制周期缩短了60％。为了实现设计资源的共享，国际上对与产品开发和设计有关的标准化技术进行了深入研究，其中最重要的是由国际标准化组织（ISO）

6、颁布的关于产品数据表达与交换标准STEP（ISO10303）以及零件库标准（ISO13584），这两个系列标准将对制造业信息化产生比较重要的影响。3）标准化德国戴姆勒—克莱斯勒公司和法国雷诺公司的轿车、NFTEricsson公司的军用雷达、法国AlcatelEspace公司的卫星设备、德国西门子公司的雷达设备等都采用了虚拟设计/制造方法，产品开发周期缩短了30%～60%，成本降低了15%～30%。2.制造信息化信息化制造装备的广泛应用，大幅度地提高了企业生产效率、提高了产品质量与档次、缩短了生产

7、周期、提高了企业的市场竞争能力，不仅开辟了机械制造柔性自动化的新纪元，而且引发了制造工艺与装备的革命，导致了生产方式、管理体制、产品结构和产业结构的改变。1）先进制造工艺高速、高效加工技术的应用大大提高了现代加工效率。例如某飞机薄壁零件在普通铣床上加工需要8h，在普及型加工中心只用30min，而利用高速铣床加工仅需3min。此外数控机床的换刀时间（<1s）、工件交换时间都在进一步缩短，加之采用新型刀具材料后，可以使数控机床的切削能力越来越强，这些因素都使数控机床加工效率越来越高。目前,世界上许多

8、汽车制造厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代了原有的组合机床。2）先进制造装备对三维曲面零件及复杂箱体点位加工的实现推动了三轴联动数控机床的广泛应用。而一台五轴联动机床的效率大致相当于两台三轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀对淬硬钢零件进行高速铣削时，五轴联动加工可以比三轴联动加工发挥更高的效率。数控装备的网络化极大地满足了生产线、制造系统乃至制造企业对信息集成的需求，也是实现敏捷制造、虚拟企业、全球制造等制造模式的基础单元。3.管理信息化1）知