数字化设计制造 华中科技大学 单晓亮 主要内容（150min） 数字化设计制造的概念及特点（15min） 数字化设计与制造的主要内容（CAD、CAM、CAE、CAPP、CAID、RP、PDM）（90min） 数据交换规范（30min） 数字化设计制造的典型案例（15min） 数字化是利用数字技术对传统的技术内容和体系进行改造的进程。数字化的核心是离散化，其本质是如何将连续物理现象、模糊的不确定现象、设计制造过程的物理量和伴随制造过程而出现和产生的几何量、设计制造环境、个人的知识、经验和能力离散化，进而实现数字化。 数字化设计就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于计算机技术、网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计的内涵是支持产品开发全过程、支持产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持产品开发流程的控制与优化等。归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数据管理是核心。 一、数字化设计制造的概念及特点 数字化制造是指对制造过程进行数字化描述而在数字空间中完成产品的制造过程，是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。 数字化设计制造的本质是产品设计制造信息的数字化，是将产品的结构特征、材料特征、制造特征和功能特征统一起来，应用数字技术对设计制造所涉及的所有对象和活动进行表达、处理和控制，从而在数字空间中完成产品设计制造过程，即制造对象、状态与过程的数字化表征、制造信息的可靠获取及其传递，以及不同层面的数字化模型与仿真。 一、数字化设计制造的概念及特点 与传统的制造系统相比，数字化设计制造具有以下特点： 过程的延伸：不仅是产品零件、部件的设计和加工制造过程，而且包括工装设计制造、检测和服务等。 智能水平的提高：人工智能技术在数字化制造系统诸多方面的应用，包括零件设计、工艺设计、工装设计、过程控制等，使系统的智能水平提高并更为有效。 集成水平的提高：覆盖零件全生命周期，实现生命周期各个阶段的横向集成和企业各个层次的纵向集成，在信息集成的基础上实现功能和过程集成（实现在正确的时间将正确的信息传递给正确的人）。 一、数字化设计制造的概念及特点 计算机辅助设计（CAD） CAD技术特点 先导性：提前进行产品的样品设计或虚拟设计，可以让用户实时从屏幕上看到尚未问世的新产品的外观与性能，对其进行多方面的观察和评审，为产品的方案设计及标书的编写和绘制做出快速反应。 可仿真性：在产品进入详细设计阶段时，CAD技术可以进行模拟装配和运动仿真，以便及早发现运动机构的碰撞或空间布局中的干涉，避免不必要的损失和浪费。 并行性：便于组织实施并行工程，在计算机中确立产品模型和总体布局，与之配套的各个独立系统、部件组、试验组、生产准备等都可以在总体设计下同时分头协调地进行工作，大大加快产品开发速度。 二、数字化设计与制造的主要内容 计算机辅助设计（CAD） CAD技术特点 动态扩展性：能方便、快捷地输入已有的图样，并对图样上的信息缺陷实现修复，能根据客户提出的各种设计及时修改；在此基础上建立的各种数据库越来越丰富，可以方便地检查和迅速组织各套图的发放，为生产准备工作的各个方向赢得时间。 效益性：CAD技术作为信息技术的一个重要组成部分，是促进科研成果的开发和转化、实现智能劳动自动化、加快国民经济发展、有利于国防现代化的一项关键性高技术；是提高产品设计质量、缩短开发周期、大幅度提高劳动生产率的重要手段；是企业提高创新能力和管理水平、增强市场竞争力和参与国际竞争的必要条件。CAD技术的开发与应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化的重要标志之一。 二、数字化设计与制造的主要内容 CAD技术的应用，从根本上改变了传统的工程制图方法。与传统设计对比，计算机交互绘图具有无可比拟的优越性。 绘图工具不再是图板、直尺、角尺、圆规和铅笔等，而是面对计算机，眼看屏幕，手按键盘、鼠标或数字化仪器，劳动强度大大减轻。 绘图实现了标准化、一体化，线型、颜色、层次、文字、剖面可以统一风格，为图纸交流和修改带来了便利。设计、绘图质量大为提高，可按实际尺寸绘图，不考虑比列。 复用能力。对于图纸借用和类比设计，设计人员可以把已有图形文件和别人的图形文件调出来稍作修改，对于重复阵列、对称几何、拓扑相似的图素，可以绘一次并做成图块，然后多次复制、引用，绘图效率得到极大地提高。 二、数字化设计与制造的主要内容 修改能力。设计绘图员再也不用担心对错绘图形的修改，从草图设计、分布细化到最终工程图纸的绘制，Undo和Erease等命令能解除设计绘图人员的担忧，并满足其要求。 绘图能力的提高、智能设计的实现。尺寸标注、剖面线生成、开孔、剪切等在计算机绘图中只需操作命令键或使用菜单即可。还可以引进和开发出本行业设计分析绘图一体化的专业软件，把一些重复性的工作编成程序，用户只需调用即可。 管理方式的变革。电子化图纸可以通过计算机网络分发、存储、复制到磁盘、光盘，进行电子化检索，不需要图纸柜，不需要像纸质文档那样考虑防火、防盗、防蚀和晒蓝图，档案处和扫图员的工作可以削减。 二、数字化设计与制造的主要内容 三维设计能力的提高。现实中的产品、人脑中产品设计构思均是三维的，只是由于图纸等表达工具是二维的，才使用三视图、剖视图等各种方式来描述，这种三维与二维概念转换极不自然。计算机绘图技术现已发展到三维设计水平，三维数字产品可以投影生成各类视图，可以自动编制工艺文件、数据文件。 多彩性。传统的图纸是黑白线条图，计算机图可以具有多种颜色、线型、视图，多个层次、多个视角和矢量点阵混合图、着色图、动态图、爆炸图等特性，创造出多姿多彩的计算机图形世界。 二、数字化设计与制造的主要内容