2010起闭机培训(现代设计技术及先进生产系统).pptVIP

1 水利工程启闭机 何小新 博士 现代设计技术及先进生产系统 本章介绍几种有助于提高水利机械产品质量的现代设计方法和手段，包括虚拟样机技术和机械产品快速设计平台，同时还介绍有关的先进生产系统，使技术人员了解现代设计与先进制造技术方面的相关知识，以便在实际生产中推广与应用。 主要内容 一 虚拟样机技术 二 快速设计平台及其在起闭机设计中的应用 三 生产系统管理 四 生产率管理与工业工程 第一节 虚拟样机技术 传统的产品开发通常分为 4个阶段： 产品设计、 试验、 制造样机、 产品生产。 (1)产品设计阶段，包括方案设计、结构设计和零部件设计； (2)实验室试验阶段，主要是对关键零部件的工作进行探索性的研究； (3)制造物理样机阶段，主要是根据设计做出物理样机，以检验设计的合理性； (4)产品生产阶段。 传统的产品开发周期长，消耗大，成本高，有明显的局限性，不能适应现代化制造业中要求柔性化、快捷及高质量的要求。 为从根本上改变这种局面，近年来在产品开发中出现了一个新的研究领域--虚拟样机技术 (virtual prototype technology)。 虚拟样机的设计方法同传统的设计方法相比具有显著特点： 在设计早期确定关键的设计参数、 更新产品开发过程、 缩短开发周期、 降低成本、提高产品质量。 国内外对虚拟样机技术进行了广泛的研究和探讨 如波音777， 空中客车 北京航空航天大学的BH—4灵巧手的设计。 一、虚拟样机概述 虚拟样机(virtual prototype，简称VP) 。 VP利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。 虚拟样机技术 一种基于智能设计技术、并行工程、仿真工程及网络技术的先进制造技术，它以计算机仿真和建模技术为支持，利用虚拟产品模型，在产品实际加工之前对产品的性能、行为、功能和产品的可制造性进行预测，从而对设计方案进行评估和优化，以达到产品生产的最优目标。 虚拟样机技术作为一项工程分析和预测技术，目前日益显示出强大的生命力，其应用范围已经超越了国家、地区和行业的界限，在航空、航天、车辆等机械领域已经有了广泛的应用，如 美军研制F22第四代战斗机的虚拟样机与风洞试验的经费比是6：4 ，充分说明了虚拟样机技术的重要性。 另外美国航空航天局的喷气推进实验室成功地实现了火星探测器探路号在火星上的软着陆。在探测器发射之前，工程师运用虚拟样机技术预测到探测器可能在着陆时滚翻。针对这个问题，工程师们修改了技术方案，保证了火星登陆计划的顺利完成。 二、虚拟样机技术的基础 1、智能设计技术。 ＣＡＤ技术的出现是产品设计历史上的一个里程碑，它在很大程度上缩短了产品设计的周期，减少了设计人员的工作量。 但现有的ＣＡＤ技术注重于外形细节设计行为，却忽略了产品概念信息的描述。实际上，设计人员总是先考虑产品的功能，然后才设计出产品的外形。 由于虚拟样机技术对概念设计的要求，智能设计技术需要将用于概念设计的分析工具 (如有限元分析、快速原型等 )、计算机辅助概念设计和ＣＡＤ技术有机地集成起来，支持产品几何定形前的功能规划和计算。 2、并行工程。 并行工程是集成各种技术，并行设计产品及相关过程的一种系统方法，同步实现设计、分析评估、制造、装配、核算和管理。 它要求产品开发人员从一开始就考虑到产品整个生命周期的所有因素 (质量、成本、工艺、结构、性能等 ),且要求实现计算机网络环境下的协同工作。 要实现同步的目标，其实质就是整个工作都要在一个共享的数据库下进行信息交互。 3、仿真工程。 对于虚拟样机系统来说，必须有一套能有效支持可制造性分析的产品、工艺和生产系统模型。 产品模型必须能够管理与制造加工有关的数据 (如形位公差等 ); 工艺模型包括统计分析、计算机工艺仿真、制造数据库和制造规则库等； 生产系统模型包括系统生产能力和生产特性的描述及系统动态行为和状态的描述。 虚拟样机系统需要对上述模型进行数字化仿真和可视化，以对产品设计、工艺设计进行评估和优化。 4、网络技术。 在网络上进行分布式设计与制造是虚拟企业的生产方式。利用分布式设计与制造，可以实时地决定合作厂家，实现异地产品设计和制造，不仅节约了时间，而且由于分布节点之间的关系建立在一种全面合作和开放式体系的基础上，所以有利于设计、规划和处理问题。 以上技术仍处于发展、完善之中，相比之下，支持虚拟样机技术所需的硬件较软件更为成熟。 三、制造虚拟样机的基本过程 制造虚拟样机的过程就是上述各种先进技术相互支持、相互融合的过程 机械系统虚拟样机建立的步骤如图5-1所示。 首先是进行机械设计，建立实体模型（虚拟样机）。设计的原始数据来自设计要求、应改进的缺陷、