数字化设计制造技术基础

第一章

(4)数字化设计制造本质上是产品设计制造1.1数字化设计制造是现代产品研制的基本

信息的数字化，它将产品的结构特征、材料手段。特征、制造特征和功能特征统一起来。

1.2先进制造技术的特征：(1)先进制造技术1.8典型的CAD模型标准交换格式，DXF、DWG、

是制造技术的最新发展阶段；(2)先进制造技JGES、STEP。

术贯穿了制造全过程以至产品的整个生命周

1.9典型的数字化设计制造应用工具系统：期；(3)先进制造技术注重技术与管理的结(1)CAD系统，AutoCAD、CATIA、UGS、Pro/E

合；(4)先进制造技术是面向工业应用的技(2)CAE系统，NASTRA、NANASYS

术。

(3)CAPP系统，CAPPFramework

1.3设计制造技术主要表现在全球化、网络(4)CAM系统，在CATIA、UGS和Pro/E等

化、虚拟化、智能化和绿色化等几个方面。

CAD/CAM系统中，均包含有专门的CAM模块1.4任何一种产品的研制过程从大的方面可(5)DFx（designforx）系统，x可代表生

以划分为设计与制造两部分。命周期中的各种因素，如制造、装配、检测

1.5可以将产品的制造过程的基本要素抽象

等

为产品（product）、工艺过程（process）、1.10产品数据管理（productdata

制造资源（resource），即PPR模型，实际的management，PDM）是一种帮助工程技术人员

过程是三个要素相互耦合作用的结果。

管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM 1.6串行设计与并行设计：

系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和(1)串行设计的组织模式是递阶结构，各个阶

信息，并由此支持和维护产品。

段的活动是按时间顺序进行的，一个阶段的

1.11数字化设计制造的特点：(1)过程延伸；活动完成后，下一个阶段的活动才开始，各

(2)智能水平的提高；(3)集成水平的提高。个阶段依次排列，都有自己的输入和输出。

1.12数字化设计制造的性能要求：(1)稳定

(2)并行设计的工作模式是在产品设计的同性；(2)集成性(3)敏捷性；(4)制造工程信息

时就考虑后续阶段的相关工作，包括加工工

的主动共享能力；(5)数字仿真能力(6)支持艺、装配、检验等，在并行设计中产品开发

异构分布式环境的能力；(7)扩展能力。

过程各个阶段的工作是交叉进行的。第二章

1.7数字化设计制造基本概念：

2.1产品数字化模型是产品信息的载体，包

(1)数字化是利用数字技术对传统的技术内

含了产品功能信息、性能信息、结构信息、容和体系进行改造的进程。零件几何信息、装配信息、工艺和加工信息

(2)数字化设计就是通过数字化的手段来改

等。

造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于

2.2信息的表现形式主要以几何信息和非几计算机技术、网络信息技术，支持产品开发何信息为主。

与生产全过程的设计方法。数字化设计制造

2.3设计过程的零件模型为主模型，其他模的内涵是支持产品开发全过程、支持产品创型均以主模型为基础，在此基础上进行新模

新设计、支持产品相关数据管理、支持产品型的构建。

开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产

2.4产品设计阶段的模型：

品建模是基础，优化设计是主体，数据管理

(1)概念设计阶段模型：主要从功能需求分析是核心。出发，初步提出产品的设计方案，此时并不

(3)数字化制造是指对制造过程进行数字化

涉及产品的精确形状和几何参数设计。概念描述而在数字空间中完成产品的制造过程是设计模型包括产品的方案构图、创新设计等。

计算机数字技术、网络信息技术与制造技术从数字化角度看，概念设计师在一定的设计

不断融合、发展和应用的结果，也使制造企规范下，以方案报告、草图等形式完成设计

业、制造系统和生产系统不断实现数字化的的。

必然。

(2)零件几何模型：几何模型是产品详细设计

的核心，是将概要设计进行细化的关键内容，中的各棱边，用指针指向个棱边的顶点）。它

是所有后续工作的基础，也是最适合计算机的缺点是：①由于信息过于简单，没有面信

表示的产品模型。几何模型用二维或者三维息，所以不能进行消隐处理；②模型在显示

模型表示。几何模型的非几何信息以属性表时理解上存在二义性；③不便于描述含有曲

示，属性信息的定义以文本说明。零件几何面的物体；④无法应用于工程分析和数控加

模型是详细设计阶段产生的信息模型，是其工刀具轨迹的自动计算。

他各阶段设计的信息载体，通常作为主模型。

(2)表面模型：数据结构是以“面-棱边-点”

(3)产品仿真模型：一般不能直接在详细设计

三层信息表示。表面模型避免了线框模型的阶段产生的零件几何模型上进行。产品仿真二义性，表示的是零件几何形状的外壳，不

模型表达了仿真分析阶段的信息。具备零件的实体特征，不能进行物理特性计

(4)产品装配模型：表示产品的结构关系、装

算，如转动惯量、体积等。

配的物料清单、装配的约束关系、面向实际

(3)实体模型：一般是以“体-面-环-棱边- 的装配顺序和路径规划等。①装配结构树，点”五层结构信息表示模型。实体建模最常

反映产品的总体结构；②属性信息表，用来

用的是边界描述法（boundary

表示产品的非几何信息；③装配约束模型，

representation，B-Rep）和构造性实体几何包括装配特征描述、装配关系描述、装配操

法（computedstructuregeometry，CSM）。作描述以及装配约束参数；④装配规划模型，实体建模方法在表示物体形状和几何特性方

用于装配顺序规划和路径规划。面是完全有效的。

2.5产品制造阶段的模型：2.8特征建模

(1)工艺信息模型：为CAPP提供基本信息。(1)特征是产品各种信息的载体，包括几何信

根据零件加工要求和尺寸、粗糙度、公差、息和非几何信息。

基准、加工方法等信息，建立工艺信息模型。

(2)特征分类：①形状特征；②材料特征；③工艺设计的数据源来自于详细设计阶段产生精度特征；④装配特征。

的几何模型和装配模型。

(3)特征造型的本质还是实体造型，但是进行(2)工装模型：是经过不断演化产生的中间状了工程语义的抽象，即语义+形状特征。

态模型。工装模型包含了两大部分，工装设

(4)应用最好和最为成熟的是形状特征设计。计模型和产品过程模型。

(5)特征设计是在实体模型基础上，根据特征(3)数控加工模型：是指数控加工设计的模型

分类，对一个特征定义，对操作特征进行描和产生的相应NC程序。

述，指定特征的表示方法，并且利用实体造2.6物理样机与数字样机：

型具体实现。

(1)用物质材料制作的产品模型一般称为物2.9特征造型系统的基本要求：

理模型（或物理样机、实物样机）。

(1)所建立的产品零件模型应包括下列5种

(2)数字样机(DigitalMockUp，DMU是)相对

数据类型：①几何数据；②拓扑数据；③形于物理样机在计算机上表达的产品数字化模状特征数据；④精度数据；⑤技术数据

型。

(2)特征造型方式必须灵活多变，应当允许设

(3)在CAD领域，虚拟样机的概念实际上是数