《现代制造系统》课件UNIT 2-1 design method

1Unit1小结产品制造系统的技术体系演变A设计与制造的分合演进B产品设计制造的技术体系C制造系统集成与企业信息化2关注问题运营营销财务制造系统引例：地铁设计与制造3何谓制造系统？WHAT制造系统是按照一定的制造模式将制造过程所涉及的人力资源、加工设备、物流设备、原材料、能源和其他辅助装置，以及设计方法、加工工艺、管理规范和制造信息等要素整合而成的有机整体，它具有将制造资源转变为有用产品的特定功能。该概念蕴含着制造系统的结构、功能和过程。信息处理过程材料转变过程4制造模式概念制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态结构和运作模式。从广义的角度看，制造模式就是一种有关制造过程和制造系统建立及运行的哲理和指导思想，是制造系统实现生产的典型组织方式，是制造企业经营管理方法的模型，是提供制造系统通用和全局的样板，是众多同类系统模仿的典范。

手工作坊式生产制造模式柔性单品种大量生产多品种小批量生产柔性制造系统少品种大批量生产刚性定制化生产可重构制造系统混流制造系统精益制造方式敏捷制造计算机集成制造系统WHAT参见教材第一章第1-5页制造过程、制造模式、制造系统5柔性化刚性化机器革命设计过程标准化机器生产流程化产品标准化、工业化一种实用的简约美、灵魂美产品个性化、复杂化一种奢华的装饰性、艺术美工艺美术运动莫里斯为代表机器制造艺术设计早期时代2）单件生产到大量生产1）机器代替手工，作坊形成工厂科学管理思想互换性技术流水线生产质量控制技术刚柔相济现代工业21制造产品设计的个性化产品制造的柔性化产品表达的数字化产品信息的集成化市场market时间time竞争competition中心center领域range智能化intelligence6设计方法现代化产品概念设计产品可靠性设计可维护性及安全设计并行设计逆向设计创新设计智能设计仿真与虚拟设计价值工程设计模块化设计设计手段计算机化有限元法并行工程技术计算机辅助设计反求工程技术CAD/CAM一体化技术工程数据库向全寿命周期设计发展由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素（1）先进设计技术产品现代设计方法A可靠性设计方法B并行工程及设计方法C产品模块化设计方法D逆向工程及设计方法

E产品概念设计方法数字化设计产品现代设计方法与技术WHAT7先进制造工艺技术精密、高速加工技术高能束加工技术快速成型工艺技术数控技术数控装置进给系统主轴系统NC程序编制工业机器人机器人操作机控制系统多机器人系统制造系统(柔性、集成、精益、智能)加工系统物流系统调度与控制故障诊断自动检测与信号识别技术信号识别数据获取数据处理特征提取与识别过程设备工况监测与控制过程监视系统在线反馈控制（2）制造工艺及自动化技术先进制造单元技术E制造工艺技术群F制造自动化装备技术群G生产线布局及其设计H物料搬运与物流系统设计

J柔性制造系统及CIMS数字化制造产品制造过程与制造系统WHAT8先进生产模式计算机集成制造系统CIMS敏捷制造系统AMS智能制造系统IMS精良生产LP定制化生产集成管理技术企业资源管理ERP成本管理质量保障体系生产率工程制造资源快速有效集成生产组织方法虚拟公司理论与组织企业组织结构的变革以人为本的团队建设企业重组工程（3）先进制造模式先进制造模式及管理技术K精益生产与看板控制系统L生产计划与调度控制技术M供应链设计及管理技术N循环经济理论与再制造数字化管理制造模式与生产组织方法WHAT数字化设计可靠性设计——并行设计——模块化设计——逆向设计——Keywords请写出这些术语的英文名称数字化管理精良生产——生产计划——供应链管理——循环经济——再制造——工业信息化——数字化制造制造工艺——制造自动化——生产线布局——物料搬运系统——物流系统——柔性制造系统——数字化设计——Digitalizationdesign可靠性设计——Reliabilitydesign并行设计——Concurrentdesign模块化设计——Modulardesign逆向设计——ReversedesignKeywords请写出这些术语的英文名称数字化管理——Digitalizationmanagement精良生产——LeanProduction生产计划——Productionplan供应链管理——SupplyChainmanagement循环经济——Cycleeconomy再制造——Remanufacture工业信息化——Industrialinformation数字化制造——Digitalizationmanufacture制造工艺——ManufacturingProcess制造自动化——AutomaticallyManufacture生产线布局——Productionlinelayout物料搬运系统——Materialhandlingsystem物流系统——logisticalsystem柔性制造系统——Flexiblemanufacturingsystem11企业管理者缺乏统一的信息化平台，新的企业内部与外部的信息壁垒地域分布广泛系统分散、不集成组织结构复杂行业跨度广泛集团企业地域分布广泛，数据难以集中管理和分析行业跨度广泛，形成多种应用系统共存多种应用系统分散实施，系统间集成成本昂贵企业不断兼并重组，业务不断调整，应用系统无法适应变化的需求三.系统集成与企业信息化——WHY思考题一：制造企业为什么要建立统一的信息化平台？12员工素质经营战略机制环境产品开发CAD/CAIDPDM

制造工艺CAPP/CAMGT低成本价格高性能质量交货期短优质服务现代管理

TQM/TPM/OAERP信息集成企业信息化是指采用先进的管理思想和方法，依靠现代信息技术，对企业进行资源整合，管理流程的分析与再造，提高企业的效率与效益，增强企业竞争力的过程。企业信息化概念三.系统集成与企业信息化——WHATWHAT13第一层：生产自动化。在生产中运用信息技术，实现生产自动化。如生产设计自动化（CAD）、生产制造自动化（CAM）、生产自动化控制、智能仪表等，凡是在生产活动中用到信息技术的都是企业信息化的一部分。（工业2.0）第二层：管理信息化。用信息技术对企业生产、销售、财务等数据进行处理，这是最基础的信息化，也是工作量及难度最大的。如制造资源计划(MRP-II)、企业资源计划(ERP)。（工业3.0）第三层：决策信息化。计算机集成制造系统(CIMS)、数据挖掘及商务智能(BI)、知识管理(KM)等，用来辅助管理和决策。（工业4.0）三.系统集成与企业信息化——WHAT思考题二：制造企业信息化进程是如何实现的？2024/7/1714虚拟企业(动态联盟)SCM销售公司制造部物资供应公司ERP（供需链管理

/Internet）主体企业（盟主）联盟（虚拟）企业联盟（虚拟）企业联盟（虚拟）企业企业信息集成批发商代理商维修服务办事处内销外销MRP/MRPIIDRPCRM电子商务（B2B）（B2B、B2C、O2O、P2P）供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商供应商客户客户客户客户客户客户零售商零售商维修点代销点服务点代销点直销客户客户MIS系统理念技术模式运输、仓储运输、仓储、配送CAD/CAM/CAPPMIS——CAD——CAM——CAPP——TQM——Keywords请写出这些术语的英文全称和汉语名称MRP——MRPⅡ——DRP——ERP——TPM——CRM——SCM——B2B——B2C——OA——MIS——managementinformationsystemCAD——computeraideddesignCAM——computeraidedmanufactureCAPP——computeraidedprocessplanTQM——totalqualitymanagementKeywords请写出这些术语的英文全称和汉语名称MRP——materialrequireplanMRPⅡ——manufacturingresearchplanDRP——deployresourceplan配置资源计划ERP——enterpriseresourceplanTPM——totalpersonsmaintainCRM——customersrelationshipmanagementSCM——supplychainmanagementB2B——businesstobusinessB2C——businesstocustomersOA——officeautomation办公自动化17本课程主要内容纲要产品制造系统的技术体系演变现代产品设计方法——概念设计、并行设计、逆向设计、模块化设计制造系统理论基础——规划、设计、运作及决策理论自动化制造系统设计自动化制造装备——工业机器人、数控机床、自动导引小车、自动化立体仓库自动化生产线布局及设计柔性制造系统及CIMS精益制造系统设计物流系统设计——系统化布局方法、供应链及物料搬运系统设计制造系统控制及调度方法——物料需求计划、MRPⅡ、ERP、商务智能再制造与循环经济理论18Unit2现代产品设计方法A产品概念设计方法B并行工程及设计方法C系统可靠性设计方法

D产品模块化设计方法E逆向工程及设计方法19请写出10个与设计相关的术语terms，并注意概念分类及其层次化设计产品设计设计（Design）——设计是把一种计划、规划、设想通过视觉的形式传达出来的活动过程，是对事物统筹规划过程的总称。机械产品电子产品化工产品机械设计20環境設計（EnvironmentalDesign）工業設計（IndustrialDesign）視覺傳達設計（VisualDesign）流行時尚設計（TrendfashionDesign）信息設計（InformationDesign）網頁設計（WebDesign）動畫設計（AnimationDesign）人機介面設計（H-MInterfaceDesign）平面設計（GraphicDesign）形象設計（VIDesign）建築設計（ArchitectureDesign）室內設計（InteriorSpaceDesign）展示設計（DisplayDesign）景觀設計（LandscapeDesign）舞台設計（StageDesign）家具設計（FurnitureDesign）交通設計（TransportationDesign）產品設計（ProductDesign）软件设计（Softwaredesign）文具設計（StationeryDesign）玩具設計（ToyDesign）系统設計（SystemDesign）廣告設計（AdvertisementDesign）包裝設計（PackageDesign）動畫設計（AnimationDesign）網頁設計（WebDesign）服裝設計（fashionDesign）珠寶設計（JewelryDesign）设计21一、设计工作的重要性开发设计生产准备与加工原材料与外购件的采购管理和销售010203040506070对成本的影响所需的工时机械产品的质量事故约有50%是由设计不当造成的，而产品成本的70%～80%在设计阶段就已经确定了22设计在整个生产周期中所占的比重时间/百分比（%)设计制造23将核心工作放在本企业

——“两头在内，中间在外”开发设计市场销售制造ABCA+C>70%所得利润A设计B生产C市场24二、现代产品设计的原则功能满足原则质量保障原则工艺优良原则经济合理原则社会实用原则性能指标可靠性强度原则刚度原则稳定性抗磨损性抗腐蚀性抗蠕变性动态特性平衡特性热特性可制造性可装配性可测试性可维修性可拆卸性环评（环境友好性、可回收性）；社会效果-安全性功能分析质量控制？设计、制造过程技术经济分析25三、现代设计方法与技术（1）现代设计方法学系统设计价值工程概念设计并行设计模块化设计质量功能配置QFD反求设计（逆向设计）绿色设计智能设计面向对象的设计工业造型设计（2）计算机辅助设计技术有限元法优化设计计算机辅助设计模拟仿真与虚拟设计智能计算机辅助设计工程数据库（3）可信性设计技术可靠性设计安全设计动态设计防断裂设计抗疲劳设计减摩耐磨设计防腐蚀设计健壮设计耐环境设计维修设计和维修保障设计

测试性设计人机工程设计1234526概念设计及其产品概念设计的步骤机械系统概念设计的内容计算机辅助概念设计概念设计

ConceptualDesign1概念设计是指从产品的需求分析之后，到详细设计之前这一阶段的设计过程，主要包括功能设计、原理设计、布局设计、形状设计和初步的结构设计等。27产品设计过程一般可划分为5个阶段：产品规划总体方案设计——概念设计（ConceptualDesign）详细设计工艺设计改进设计

该阶段，没有尺寸关系的详细要求，目的是根据产品的功能来匹配合适的结构（包括产品原理的构思、结构的设想等）。因此概念设计的工作主要是依靠设计人员的创造能力，还有他对艺术的审美能力，以及他的综合能力与设计经验，构思或创造出产品的原理方案的过程。28概念设计方法学建议概念设计测试评估生产实施处理概念设计方法29概念设计方法学功能设计原理设计布局设计形状设计结构设计概念产品30概念产品可以是实物，如油泥制造的实物模型；也可以是借助计算机三维造型技术和虚拟现实技术创造出的数字化产品。一、概念产品31概念车形成精细的油泥模型精修后的油泥模型贴膜贴膜后的概念车模型32数字化产品（工业产品）33数字化产品（建筑效果图）34概念产品创意ChairforClingyLovers35概念产品创意WriteonaTable36概念产品创意37概念手机创意未来可弯曲的概念手机38总功能分析原理参数表、方案原理图功能分解功能载体组合功能原理方案(多个)功能元求解原理试验评价决策最优原理方案二、概念设计的步骤39ChairforClingyLovers1、问题来源老年人上下楼梯不方便怎么办？402、问题分析3、设计概要用户需求，实地考察简短描述解决问题的提纲414、问题研究运用自己已有的知识和检索新的知识、信息，深入研究需要解决的问题425、性能及规格参数描述6、可选设计方案437、设计方案选优8、初步设计449、样机制作4510、测试评估11、设计报告46设计流程47Furtherdetailsdesignflow功能设计外观设计材料设计加工设计效益评估48三、机械系统概念设计的内容总功能功能分解机械系统方案执行动作分解检测传感功能信息处理及控制功能机械执行系统检测传感系统处理器及I/O系统机械执行系统的组成由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。49功能原理设计根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作运动规律设计通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原理执行机构型式设计决定选择何种机构实现给定的运动规律执行系统协调设计执行机构型式设计根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出机械运动循环图确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图运动和动力分析检验执行系统是否满足运动要求和动力性能方面的要求方案评价与决策对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最佳设计方案50确定方案时应注意两点：⑴用最简单的方法实现同一功能⑵注意光、机、电、液等知识的综合运用。设计一台彩色电视机阴极盘用的金属片的冲裁机器，圆片直径

10mm，厚度0.8mm。

100.8

送料冲制退回功能分解为：功能原理设计51运动规律设计执行系统的运动规律设计通常是对工艺方法和工艺动作进行分析，把其分解成若干个基本动作。工艺动作分解的方法不同，所形成的运动方案也不同。刀具作复合运动刀具与工作台分别运动52执行机构的型式设计12摩擦轮传动平面盘式无级变速器123齿轮—连杆组合机构53执行系统的协调设计送料机构将原料送入模孔上方后，冲头进入模孔进行冲压冲头上移一段距离后，进行下次送料动作折叠包装机构的两个执行构件两个构件不能同时位于区域MAB中，以免干涉。饼干1342饼干21左折边构件饼干32包装纸4右折边构件饼干1342饼干1342饼干1342包装纸右折边构件右折边构件MBA54概念设计工具计算机辅助设计的内容计算机辅助概念设计的关键技术问题计算机辅助概念设计简称为CACD，即ComputerAidedConceptualDesign四、计算机辅助概念设计55三维参数化造型软件Pro/Engineer；SolidWork；SoftImage；UG；CATIA…

…设计专家系统知识库；推理机；设计规范咨询；评估器；人机界面1、概念设计工具56建立各种类型产品功能库和功能结构表示库建立各种类型产品相关的功能载体库和载体创新方法库——产品信息相关的数据库概念设计的推理——推理机制产品概念设计的评价体系2、计算机辅助设计的内容57概念设计方法学人机交互技术研究Pranav.Mistry談「第六感官」技術的驚異潛力]虚拟概念设计技术并行和协同概念设计技术智能化概念设计技术3、计算机辅助概念设计的关键技术问题58概念设计方法学59虚拟概念设计技术在虚拟环境下将产品开发、设计、评价一体化已经成为学术界和工业界的一个热点问题。主要研究内容：(1)VR环境下的概念可视化(2)VR环境下的概念产品评价模型(3)VR环境下的人机交互界面60并行和协同概念设计技术计算机支持的协同概念设计(computersupportedcooperativeconceptualdesign)是由两个或两个以上的概念设计主体，应用CSCW理论和技术，通过一定的信息交换和协同机制共同完成某一概念设计目标的过程。主要研究内容：(1)协同概念设计求解模型(2)协同概念设计体系结构及系统的研制(3)协同概念设计冲突消解方法的研究61智能化概念设计技术智能化概念设计的目的是使计算机具有一定程度的智能，辅助人完成概念设计的全过程。机械系统概念设计模型分为三部分：右边部分代表基础知识，它包括原理库、行为库和结构库；左边部分为代表领域知识的本体库和样体库；它们共同作用于中间部分概念设计功能→行为→结构的设计过程中。62智能化概念设计技术智能化概念设计的目的是使计算机具有一定程度的智能，辅助人完成概念设计的全过程。机械系统概念设计模型分为三部分：右边部分代表基础知识，它包括原理库、行为库和结构库；左边部分为代表领域知识的本体库和样体库；它们共同作用于中间部分概念设计功能→行为→结构的设计过程中。主要研究内容：(1)概念设计中创新思维的模拟(2)智能设计方法的研究(3)智能概念设计平台的研制设计.制造.管理Design/Manufacture/ManagementSchoolofMechantronicalEngineeringLanzhouJiaotongUniversity64Unit2现代产品设计方法A产品概念设计方法B并行工程及设计方法C系统可靠性设计方法

D产品模块化设计方法E逆向工程及设计方法65思考题：现代产品设计遵循的基本原则是什么？功能满足原则质量保障原则工艺优良原则经济合理原则社会实用原则性能指标可靠性强度原则刚度原则稳定性抗磨损性抗腐蚀性抗蠕变性动态特性平衡特性热特性可制造性可装配性可测试性可维修性可拆卸性环评（环境友好性、可回收性）；社会效果-安全性功能分析质量控制？设计、制造过程技术经济分析66概念设计及其产品概念设计的步骤机械系统概念设计的内容计算机辅助概念设计概念设计

ConceptualDesign1概念设计是指从产品的需求分析之后，到详细设计之前这一阶段的设计过程，主要包括功能设计、原理设计、布局设计、形状设计和初步的结构设计等。67产品规划总体方案设计——概念设计（ConceptualDesign）详细设计工艺设计改进设计

该阶段，没有尺寸关系的详细要求，目的是根据产品的功能来匹配合适的结构（包括产品原理的构思、结构的设想等）。因此概念设计的工作主要是依靠设计人员的创造能力，还有他对艺术的审美能力，以及他的综合能力与设计经验，构思或创造出产品的原理方案的过程。思考题：产品设计过程划分为哪几个阶段？什么是概念设计？68思考题：机械系统概念设计的内容包括哪些内容？总功能功能分解机械系统方案执行动作分解检测传感功能信息处理及控制功能机械执行系统检测传感系统处理器及I/O系统机械执行系统的组成由一个或多个执行机构组成。执行构件是执行机构的输出构件，其数量及运动形式、运动规律和传动特性等要求，决定了整个执行系统的结构方案。69功能原理设计根据需要制定机械的总功能，拟定实现总功能的工作原理和技术手段，确定机械所要实现的工艺动作运动规律设计通过对工作原理所提出的工艺动作进行分解，决定采用何种运动规律来实现工作原理执行机构型式设计决定选择何种机构实现给定的运动规律执行系统协调设计执行机构型式设计根据工艺过程对各动作的要求，分析各执行机构应当如何协调配合，设计出机械运动循环图确定各执行机构的运动尺寸，绘制出各执行机构的运动简图运动和动力分析检验执行系统是否满足运动要求和动力性能方面的要求方案评价与决策对方案进行定性评价和定量评价并从中选出最佳设计方案70产品串行及并行开发方式并行设计

Concurrent

Design2并行设计的关键技术并行设计的工程运用（略）思考题：简述产品串行设计与并行设计的异同。71产品串行开发方式概念设计详细设计工艺设计样机试制及测试抛过墙式产品开发方式72串行开发方式的特点信息的传递是顺序进行的信息传递滞后串行开发方式以泰勒的工程哲理为指导思想，即将产品开发过程细化为一系列串联的工作步骤，由不同的工程技术人员承担，依次执行。串行开发方式造成了设计的大量改动和产品试制的返工，延长了产品的开发周期，同时也增加了开发成本。73产品并行开发方式概念设计详细设计工艺设计样机试制及测试产品需求分析并行工程是一种系统工程的方法或哲理，是一种生产模式。市场竞争加剧，快速开发新产品，快速响应市场，20世纪80年代末期，出现了并行工程—ConcurrentEngineering的生产模式。74并行开发方式的特点并行特性即把时间上存在先后顺序的知识处理和作业实施转变为同时考虑和尽可能同时处理或并行处理。顺序进行75市场分析产品设计工艺规划销售服务制造运行在空间中似乎相互独立的各个制造作业和知识处理单元之间，实质上都存在不可分割的内在联系，特别是有丰富的双向的信息联系。

信息流的双向特性信息传递滞后76整体特性制造系统是一个有机整体，各个制造作业和知识处理单元之间都存在不可分割的内在联系，特别是有丰富的双向的信息联系。追求整体最优，甚至可以牺牲局部利益77协同特性强调群体协同工作（TeamWork）。因为现代产品越来越复杂，产品开发涉及的学科门类和专业人员越来越多。要实现整体最优，必须由团队协同工作。打破传统的，按职能部门划分组织结构的形式，组成以产品开发为对象的集成产品开发团队，即IPT(IntegratingProductDevelopmentTeam)，也称多功能开发团队。78集成特性

人员集成：管理者、设计者、制造者、保障者以及用户应集成为一个协调整体。信息集成：产品全生命周期中各类信息的获取、表示和操作信息都集成在一起,组成统一的管理信息系统。如产品信息模型（PIM）和产品数据管理（PDM）。产品设计全过程中，要处理的信息是多种形式的，既有数字信息，又有非数字信息；既有文字信息，又有图像信息；还有大量知识型信息（概念、标准、规范等），因此，建立统一的产品信息模型是实施并行设计的基础。79在产品开发和设计的工作中，相关信息的表现形式需求功能图计算资料产品目录标准图纸零件表准则规格说明书材料表工具单DINISO80图纸管理文档管理零件分类产品结构管理BOM生成2D/3D-CADFEMDTP文档保存基于PDM的系统解决方案零件管理查找通知检查归档分类设计计算绘图建立零件表修改81集成特性

功能集成：产品全生命周期中企业各部门的功能集成以及产品开发企业与外部协作企业之间功能的集成。并行设计系统能够按照产品开发的需要将不同的功能模块集成起来，如CAD/CAPP/CAM/CAX等模块。同时，并行设计系统也要与企业其他系统进行频繁的数据交换，如与ERP系统交换成本信息，与FMS交换加工信息等。标准化的数据交换规范是实现与其它系统、模块之间信息交换和数据共享的关键。82集成特性

技术集成：产品开发过程中涉及的多学科知识以及各种技术、方法的集成。形成集成的知识库和方法库，以利并行工程的实施。并行设计支持在同一时间（或不同时间）内多机、多程序对同一设计并行协同求解，并行设计面向对象的软件系统，分布式的知识库、数据库，能够根据产品设计的要求在多台终端上同时运行，并能够实现相互之间的同步协调与通信。因此，多领域技术集成是其必要条件。83并行设计概念所谓并行设计，就是在产品开发的设计阶段就综合考虑产品生命周期，将下游的可靠性、技术性和生产条件等作为设计环节的约束条件，在产品设计的同时考虑其相关过程，包括加工工艺、装配、检测、销售以及维护等其他环节的影响，通过各环节的并行集成，及早发现与其相关过程不匹配的地方，及时修改和完善，达到缩短产品开发周期，提高质量和降低成本的目的。WHAT84并行设计的关键技术产品开发过程建模及优化技术产品开发过程建模运用的基本方法是IDEF（IntegratedComputerAidedManufacturing,ICAMDEFinition）这是由美国空军开发的一套建模分析和设计方法。目前IDEF族共16套方法。85IDEF0——功能建模（F