制造业信息化与工业设计 杨海成

制造业信息化与工业设计863计划现代集成制造系统技术主题专家组中国航天科技集团公司杨海成2005年9月9日计算机辅助工业设计863计划支持CAID技术研发制造业信息化工程CAID技术发展展望1234主要内容计算机辅助工业设计863计划支持CAID技术研发制造业信息化工程CAID技术发展展望

1234主要内容制造业是国家国民经济和综合国力的重要基础，中国制造业逐渐成为世界制造业中越来越重要的一部分。21世纪，围绕着以知识为基础的创新能力竞争，一场以信息技术为特征的全球化的制造业革命正在波澜壮阔地展开。以敏捷制造为代表的先进制造技术已成为全球制造业不断推出新产品，快速响应市场并赢得竞争的主要手段。信息时代制造业新的工业革命制造业信息化制造业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化，全面提升我国制造业的竞争力。制造业信息化技术的5个主要特征管理数字化设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化“十五”制造业信息化工程战略目标突破一批重大关键技术，形成一批具有自主知识产权和市场竞争力的制造业信息化关键技术产品；实施一批制造业信息化应用的示范企业、示范行业、示范区域和示范省市，并通过辐射和扩散效应，提升我国制造业的核心竞争力；培育制造业信息化软硬件产业、中介及咨询服务业，形成一批制造业信息化专业化、网络化的服务公司；培养一批人才，形成一支推进制造业信息化的专业队伍。制造业信息化工程任务体系结构制造业信息化工程技术创新体系关键技术产品研发及应用推广应用体系营造制造业信息化工程的社会氛围技术服务支撑企业应用示范应用技术攻关制造业信息化工程试点示范软件供应商和科研院所等承担关键技术产品研究开发的任务；应用企业采用这些新的技术工具和产品解决设计制造管理的需求；中介机构来提供咨询、培训、监理等专业化的服务；三方面有机配合，相互促进，协同发展，构成了较为完整的产业链。产品、应用、服务协同发展CADERPMESNC…….技术服务支撑企业应用示范关键技术产品研发制造业信息化推广应用体系技术服务支撑企业应用示范应用技术攻关※※省（市）制造业信息化工程CADERPMESNC…….产品研发服务支撑应用示范做得出、用得上、卖得掉千家万套中国制造业信息化发展之路抓企业应用，提高我国制造业竞争能力带软件开发，发展我国制造业软件产业建服务体系，发展我国高技术服务产业工作作成成效效1－－良良好好工工作作氛氛围围和和组组织织体体系系科技技部部会会同同5部部委委及及27个个省省、、自自治治区区和和直直辖辖市市、、47个个重重点点城城市市共共同同推推进进。。形形成成了了从从中中央央到到省省、、城城市市和和企企业业，，包包括括领领导导小小组组、、办办公公室室和和专专家家组组及及中中介介服服务务机机构构等等构构成成的的完完善善的的工工作作支支持持体体系系。。各地地方方通通过过制制定定政政策策进进行行引引导导和和激激励励；；开展展多多种种形形式式的的人人才才培培训训；；多种种方方式式的的宣宣传传推推动动。。工作作成成效效2－－关关键键技技术术产产品品开开发发及及产产业业化化在产产品品设设计计开开发发、、制制造造生生产产、、企企业业建建模模、、系系统统集集成成技技术术、、大大批批量量定定制制技技术术、、网网络络化化制制造造、、基基于于以以太太网网的的现现场场总总线线控控制制技技术术等等方方面面突突破破一一批批重重大大关关键键技技术术；；国产产计计算算机机辅辅助助设设计计（（CAD））、、计计算算机机辅辅助助工工艺艺规规划划（（CAPP））、、产产品品数数据据管管理理（（PDM））、、企企业业资资源源规规划划（（ERP））、、供供应应链链管管理理（（SCM））、、客客户户关关系系管管理理（（CRM））、、制制造造执执行行系系统统（（MES））等等一一批批产产品品形形成成产产业业规规模模。。国产产软软件件在在企企业业得得到到广广泛泛成成功功应应用用。。培育育和和扶扶植植了了一一批批信信息息化化专专业业中中介介服服务务机机构构。。关键键技技术术研研究究开开发发项项目目布布局局现代代集集成成制制造造系系统统平平台台、、企企业业建建模模、、应应用用服服务务器器PDM数字字化化设设计计与与制制造造系系统统ERP企业业管管理理与与电电子子商商务务系系统统MES过程程自自动动化化系系统统重点点行行业业现现代代集集成成制制造造系系统统（航航空空、、航航天天、、铝铝业业、、镁镁合合金金））典型型区区域域网网络络化化制制造造系系统统/ASP(成德绵绵、关中中、浙江江、重庆庆）制造资源源优化配置置CAPP3DCADEBSCMCRM计划调度度实时数据库EPA软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件家电设计设计流程导航专业设计零件库专业设计知识库工业设计设备电路布线设计装备设计模具设计其它行业逆向工程钣金设计动画/仿真复杂曲面造型接口：CAPP/CAM/CAE/RP基于WEB的系统组件零件设计装配设计工程图设计工业渲染特征造型基本曲面造型知识管理标准件机制设计资源管理二/三维约束求解几何引擎通用函数库图形管理器其它专用行业工具集应用平台应用层通用平台层核心层IGESSTEP专用接口：X_T,ACIS,STL,VRML一对一接口：CATIA,PRO/E,AUTOCAD通用文件：Word,Excel,PDF基于组件的二次开发接口基于WEB协同管理平台面向行业业典型产产品的三三维数字字化设计计专用系系统及工工具集工作成效效3－典典型应用用示范以省市为为主组织织，以企企业为主主体推进进，全国国范围内内超过5000家企业业实施信信息化典典型示范范及推广广应用。。100家家国家级级制造业业信息化化示范企企业；面向中小小企业的的ASP；多企业协协同的供供应链管管理；网络环境境下的协协同设计计与制造造；流程行业业MES应用示示范计算机辅辅助工业业设计863计计划支持持CAID技术术研发制造业信信息化工工程CAID技术发发展展望望1234主要内容容计算机辅辅助工业业设计（（ComputerAidedIndustrialDesign，，简称CAID）技术术是工业业设计理理论与CAD技技术的有有机结合合，与工工业设计计的特点点及工业业设计师师的设计计思维和和习惯相相适应的的一种计计算机辅辅助设计计技术。。CAID技术以以工业设设计知识识为核心心，以计计算机为为辅助工工具，充充分贯彻彻工业设设计的理理念和方方法，实实现形态态、色彩彩、宜人人性设计计和美学学原则的的定量化化描述。。计算机辅辅助工业业设计是是制造业业信息化化的重要要方面CAID方法体体系CAID技术体体系CNC模型（样件）CNC（数控加工）RP快速原型RP模型（样件）模型制作市场调研分析总汇设计定位设计定位手工模型概念草图平面效果三维激光扫描仪三维工业设计或工程设计软件（模块）三维逆向工程软件（模块）方案设计三维造型数据模型三维CAD（产品设计）CAM（模具设计）CNC（数控加工）模具零件生产快速制作模具小批量生产工程设计动画造型软件虚拟产品后期产品推介幻灯片产品彩页影视广告厅堂POP市场推介CAID流程计算机辅辅助工业业设计技技术中新新技术的的应用快速成型制造（RP&M）技术1虚拟现实（VR）技术2虚拟油泥建模（VCM）技术3虚拟装配设计（VAD）技术4应用服务提供商（ASP）技术5计算机支持的协同工作（CSCW）技术6多媒体（MT）技术7新技术的应用计算机辅助工业设计技术中定制创新设计技术8快速成型型制造（（RP&M）技技术快速成型型制造(RapidPrototypingManufacturing--RP&M)技技术是使使用RP技术，，由CAD模型型直接驱驱动的快快速完成成任意复复杂形状状三维实实体零件件的技术术的总称称。快速成型型(Rapid

Prototyping--RP)技技术是一一种基于于离散堆堆积成型型思想的的新型成成型技术术，它根根据零件件或物体体的三维维模型数数据，快快速、精精确地制制造出零零件或物物体的实实体模型型，无需需任何专专用工具具。外观设计结构设计模拟装配快速成型装配验证样件后处理设计方案及尺寸确认新产品开发过程快速原型型与制造造技术的的推广应应用将明明显缩短短新产品品的上市市时间，，节约新新产品开开发和模模具制造造的费用用。RP&M技术可可以自动动而迅速速地将设设计思想想物化为为具有一一定结构构和功能能的原型型或实际际零件，，从而对对产品设设计进行行快速评评价、测测试、改改进，以以响应市市场需求求，它是是机械工工程、CAD、、数控、、激光以以及材料料等技术术的交叉叉与优化化集成。。先进的快快速成型型制造（（RP&M）系系统，是是与CAD集成成的快速速成型制制造系统统，直接接由计算算机数据据信息驱驱动设备备进行制制造。虚拟现实实（VR）技术术虚拟现实实（VirtualReality，，VR））技术术，融合合了数字字图像处处理、计计算机图图形学、、多媒体体技术、、传感器器技术等等多个信信息技术术分支，，从而大大大推进进了计算算机技术术的发展展。虚拟现实实系统就就是要利利用各种种先进的的硬件技技术及软软件工具具，设计计出合理理的硬件件、软件件及交互互手段，，使参与与者能交交互式地地观察和和操纵系系统生成成的虚拟拟世界。。多感知性性(Multi-Sensory)——所所谓多感感知是指指除了一一般计算算机技术术所具有有的视觉觉感知之之外，还还有听觉觉感知、、力觉感感知、触触觉感知知、运动动感知，，甚至包包括味觉觉感知、、嗅觉感感知等。。浸没感(Immersion)———指用户户感到作作为主角角存在于于模拟环环境中的的真实程程度。交互性(Interactivity)———指用用户对模模拟环境境内物体体的可操操作程度度和从环环境得到到反馈的的自然程程度(包包括实时时性)。。构想性(Imagination)——强强调虚拟拟现实技技术应具具有广阔阔的可想想像空间间，可拓拓宽人类类认知范范围，不不仅可再再现真实实存在的的环境，，也可以以随意构构想客观观不存在在的甚至至是不可可能发生生的环境境。虚拟现实实技术的的主要特特征所设计的的产品可可得到精精确的描描述，物物理模型型能通过过快速原原型方法法被迅速速的制作作出来。。虚拟油泥泥建模（（VCM）技术术虚拟油泥泥建模（（VirtualClayModeling），可可以适应应创造性性设计过过程所提提出的直直观要求求，设计计人员可可以在虚虚拟环境境空间中中，利用用轨迹跟跟踪系统统可以削削掉和涂涂抹虚拟拟的油泥泥材料。。虚拟油泥造型应用快速原型法生成的物理模型汽车车型概念设计系统虚拟油泥造型系统汽车车型气动力设计系统汽车车型拓扑优化设计系统计算机辅助支撑系统设计师灵感的捕捉与表达相关车型的继承与修改数字化草图模型转换STLóCAD模型传递模型修正色彩设计汽车车型创新设计结果车型设计CAD工程模型设计交互全数字化化车型设设计流程程及信息息流模型型现代设计计要求设设计人员员在虚拟拟产品开开发早期期就应考考虑装配配问题，，在进行行虚拟装装配的同同时创建建产品、、分析装装配精度度，及时时优化设设计方案案。虚拟装配配设计的的完善将将有效缩缩短新产产品开发发的周期期，减轻轻设计返返工的负负担，加加快了引引入高级级设计方方法和技技术的速速度，提提高新产产品开发发的质量量与可靠靠性，同同时也降降低新产产品开发发的成本本。虚拟装配配设计（（VAD）技术术虚拟装配配（VirtualAssembly））采用计计算机仿仿真与虚虚拟现实实技术，，通过仿仿真模型型在计算算机上进进行仿真真装配，，实现产产品的工工艺规划划、加工工制造、、装配和和调试，，它是实实际装配配的过程程在计算算机上的的本质体体现。面向VRCAD的几何引擎基于约束的实体模型及装配模型（适合予直接三维操作）、Euler操作、glue运算、布尔运算、约束识别与求解机制（适合于实体造型模式和装配建模模式）、变动设计、几何模型的三角化表示（用于着色显示和碰撞检测）、碰撞检测等。用户界面输入界面语音命令、三维鼠标、数据手套输出界面立体图像、三维立体声、力反馈设备实体造型模式设计工具形状建立：参数化实例调用构造元素形状修改：非精确尺寸；基于直接三维操作精确尺寸：基于语音命令装配建模模式交互工具三维导航、三维物体选择、操纵三维物体；平移、旋转装配规划模式规划、仿真工具静态干涉检查，用户引导的拆装：碰撞检测装配程序管理器、装配路径记录器集成的虚虚拟设计计与虚拟拟装配系系统的框框架结构构ASP技技术ASP（（ApplicationServerProvider）应用用服务提提供商，，是指通通过Internet或VPN（虚虚拟专用用网络）），将运运行在自自己服务务器上的的应用系系统出租租给商业业用户并并收取租租金的公公司。ASP以以互联网网为核心心，为客客户提供供各种应应用功能能服务，，如市场场信息、、销售管管理、账账务处理理等；提提供各种种信息技技术服务务，如企企业配套套系统的的配置、、专业技技术的咨咨询等等等。ASP的的目的是是为用户户提供应应用软件件服务，，其规模模可大可可小，复复杂程度度可高可可低，应应用软件件系统完完全以开开放平台台为主，，以Internet作为主主要的连连接手段段，应用用行业内内标准和和成熟的的软硬件件。协同设计计是计算算机支持持的协同同工作（（CSCW）技技术在设设计领域域的一种种应用，，用于支支持设计计群体成成员交流流设计思思想、讨讨论设计计结果、、发现成成员间接接口的矛矛盾和冲冲突，及及时地加加以协调调和解决决，减少少以至避避免设计计的反复复，从而而进一步步提高设设计工作作的效率率和质量量。融合协同同设计技技术的CAID系统为为设计师师实现这这个梦想想了提供供全面的的技术支支持，应应用CAID系系统，在在协同设设计方式式的支持持下，让让更多相相关的人人员自由由的参与与到产品品设计活活动中来来，形成成一个动动态的虚虚拟设计计团队，，针对设设计中出出现的各各种问题题，相互互交流沟沟通，协协商解决决，经过过这种协协同设计计方式设设计交流流，可以以设计出出更便于于制造，，节约成成本，环环保贴近近用户需需求的产产品。协同设计与CSCW协同设计与CAIDCSCW技术术计算机支支持企业业群体设设计平台台多媒体技技术(MultimediaTechnology)是计算算机领域域的一支支新兴的的技术，，一般认认为：多多媒体技技术是能能够同时时综合处处理多种种信息，，且使信信息之间间建立逻逻辑联系系，集成成为一个个交互性性系统的的技术。。是指能能够同时时采集、、处理、、编辑、、存储和和输出两两个以亡亡不同类类型信息息媒体的的技术，，将文、、声、图图、像和和计算机机集成在在一起的的技术。。多媒体技术术多媒体技术术的特征“多种信息息”是指信信息媒体多多样化。这这些信息媒媒体包括文文字、声音音、图形、、图像、动动画、活动动影像等。。“交互性””向用户提提供更加有有效控制和和使用信息息的手段，，同时也为为多媒体技技术的应用用开辟了更更加广阔的的领域。“集成性””主要指多多媒体的集集成以及这这些媒体设设备的集成成。信息媒媒体的集成成主要指倍倍息媒体应应该成为一一体，不应应分离，即即信息的获获得、存储储、组织管管理、加工工处理等表表现应是统统一的。“实时性””，是由于于多种媒体体集成时，，其中的声声音及活动动的视频图图像是和时时间密切相相关的，甚甚至是强时时的。定制创新设设计技术计算机辅助助工业设计计863计划划支持CAID技术术研发制造业信息息化工程CAID技技术发展展展望1234主要内容1面向产品创新的计算机辅助概念设计技术的研究234面向行业典典型产品的的三维数字字化设计专专用系统及及工具集面向信息家家电的三维维数字化定定制设计关关键技术研研究关中高新产产业带网络络化制造系系统开发与与应用家电设计设计流程导航专业设计零件库专业设计知识库工业设计设备电路布线设计装备设计模具设计其它行业逆向工程钣金设计动画/仿真复杂曲面造型接口：CAPP/CAM/CAE/RP基于WEB的系统组件零件设计装配设计工程图设计工业渲染特征造型基本曲面造型知识管理标准件机制设计资源管理二/三维约束求解几何引擎通用函数库图形管理器其它专用行业工具集应用平台应用层通用平台层核心层IGESSTEP专用接口：X_T,ACIS,STL,VRML一对一接口：CATIA,PRO/E,AUTOCAD通用文件：Word,Excel,PDF基于组件的二次开发接口基于WEB协同管理平台面向行业典典型产品的的三维数字字化设计专专用系统及及工具集计算机辅助助工业设计计子系统面向产品创创新的计算算机辅助概概念设计技技术从概念设计计包含的内内容来看，，广义上的的概念设计计包含了从从产品的需需求分析到到进行详细细设计之前前的设计过过程，包括括功能设计计、原理设设计、形态态设计、色色彩设计、、布局设计计、人机工工程设计和和初步的结结构设计；；从工业设设计角度看看，概念设设计一般包包括：形态态设计、色色彩设计、、布局设计计、人机工工程设计。。网络定制卖场定制创新设计电子商务色彩设计人机设计设计评价形态设计方法定制设计工业设计技术三维数字化设计技术COM组件技术ADO数据库访问技术CAXA二次开发技术Cult3D网络交互技术非形态约束功能