本書系統(tǒng)地闡述了數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的產(chǎn)生背景、學(xué)科體系、理論方法、關(guān)鍵技術(shù)以及主流應(yīng)用系統(tǒng)。全書內(nèi)容包括：近現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展歷程、制造技術(shù)進步的典型事件和關(guān)鍵人物；數(shù)字設(shè)計與制造技術(shù)產(chǎn)生的背景、發(fā)展歷史、學(xué)科體系及其系統(tǒng)組成；產(chǎn)品數(shù)據(jù)在計算機中的表示與處理方法；產(chǎn)品數(shù)字化造型技術(shù)及其主流軟件；數(shù)字化仿真、有限元分析和虛擬樣機技術(shù)；計算機輔助工藝規(guī)劃技術(shù)、成組技術(shù)以及數(shù)控加工技術(shù)；逆向工程與快速原型制造技術(shù)；產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的集成技術(shù)。本書內(nèi)容新穎、體系結(jié)構(gòu)完整、系統(tǒng)性強，力求反映產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的全貌和*新發(fā)展動態(tài)。全書注重基本概念、原理和方法的闡述，提供不少數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的應(yīng)用案例，并附有一定數(shù)量的思考題和習(xí)題。
制造業(yè)是人類文明的重要基石,人類的文明史也是制造業(yè)的發(fā)展史與進步史｡20世紀中葉以來,計算機､微電子､網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的出現(xiàn)徹底改變了制造業(yè)的本來面貌,它們?yōu)橹圃鞓I(yè)提供了嶄新的技術(shù)手段,同時也對制造業(yè)的發(fā)展提出了重大挑戰(zhàn)｡目前,信息技術(shù)已經(jīng)滲透到制造企業(yè)生產(chǎn)運營的各個層面,其理論研究､產(chǎn)品開發(fā)及工程應(yīng)用水平已經(jīng)成為衡量一個企業(yè)､一個地區(qū)乃至一個國家綜合競爭力的重要標(biāo)志｡
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,在傳統(tǒng)的計算機圖形學(xué)､計算機輔助設(shè)計和計算機輔助工程分析等技術(shù)的基礎(chǔ)上,形成了產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計技術(shù)群;在數(shù)控加工､計算機輔助工藝規(guī)劃､成組技術(shù)和增材制造等技術(shù)的基礎(chǔ)上,形成了數(shù)字化制造技術(shù)群;在物料需求計劃､制造資源計劃､產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理､產(chǎn)品全生命周期管理､企業(yè)資源計劃和制造執(zhí)行系統(tǒng)等技術(shù)的基礎(chǔ)上,形成了數(shù)字化管理技術(shù)群｡數(shù)字化設(shè)計､數(shù)字化制造與數(shù)字化管理技術(shù)相互交叉､融合和集成,構(gòu)成產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的集成環(huán)境與創(chuàng)新平臺,成為提升產(chǎn)品研發(fā)能力和管理水平､推動制造業(yè)進步的不竭動力｡
制造業(yè)是國民經(jīng)濟的主體,是立國之本､興國之器､強國之基｡工業(yè)化國家都高度重視制造業(yè)的發(fā)展｡近年來,大數(shù)據(jù)､人工智能､工業(yè)機器人､工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0風(fēng)起云涌,以智能制造為主要特征的第四次工業(yè)革命輪廓初現(xiàn),制造業(yè)開始進入“智能制造”時代,數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)也將面臨新的發(fā)展格局｡
本書從產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)和企業(yè)數(shù)字化管理的角度出發(fā),系統(tǒng)地闡述了數(shù)字化設(shè)計､數(shù)字化仿真､數(shù)字化制造和數(shù)字化管理的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方法｡本書以四次工業(yè)革命為主線,簡要回顧制造業(yè)發(fā)展歷程,剖析制造技術(shù)的演變趨勢和制造企業(yè)管理方法的變化規(guī)律;系統(tǒng)地論述數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的內(nèi)涵及其學(xué)科體系,闡述數(shù)字化設(shè)計與制造的概念､原理和方法,涵蓋產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計技術(shù)､數(shù)字化仿真技術(shù)､數(shù)字化制造技術(shù)､逆向工程與增材制造技術(shù)､數(shù)字化管理技術(shù)和產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)集成技術(shù)等內(nèi)容｡本書注重對基本概念､原理和方法的闡述,力求反映數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的全貌和最新發(fā)展動態(tài),并提供了多個數(shù)字化設(shè)計與制造工程應(yīng)用案例｡
本書共分為9章,由東南大學(xué)蘇春任主編,其中3.1~3.5節(jié)由東南大學(xué)黃衛(wèi)編寫,4.5節(jié)由東南大學(xué)王海燕編寫,中國電子科技集團第38研究所的田富君､陳興玉､程五四､陳帝江､魏一雄､周紅橋､張祥祥､胡祥濤等為3.7節(jié)､6.2.4節(jié)､7.6.2節(jié)的編寫提供了資料,其余章節(jié)由蘇春修訂｡中國電子科技集團第38研究所張紅旗研究員級高級工程師認真審閱全書并提出寶貴的修改意見｡在本書編寫過程中,南京汽車集團有限公司技術(shù)中心､安徽合力股份有限公司､E￣works數(shù)字化企業(yè)網(wǎng)等單位提供了相關(guān)資料,編者還參考了大量的文獻資料,在此謹向原文獻作者表示感謝｡
本書入選東南大學(xué)2018年度校級規(guī)劃教材,得到“江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程項目(TAPP)”的資助,并入選“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目｡
數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)研究內(nèi)容廣泛､學(xué)科內(nèi)涵豐富,并且仍然處于快速發(fā)展的過程之中,加之
編者水平有限,書中難免有不妥之處,敬請讀者批評指正｡
編者
前言
第1章引言1
1.1工業(yè)革命與制造業(yè)變革1
1.1.1第一次工業(yè)革命1
1.1.2第二次工業(yè)革命3
1.1.3第三次工業(yè)革命15
1.1.4第四次工業(yè)革命29
1.2制造與制造業(yè)35
1.2.1制造與制造業(yè)的基本概念36
1.2.2制造系統(tǒng)的組成與分類39
1.3現(xiàn)代制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其發(fā)展趨勢40
思考題及習(xí)題44
第2章數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)概述48
2.1數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的學(xué)科體系48
2.2數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的特點53
2.3數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的歷史與發(fā)展趨勢55
2.4產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計與制造案例64
思考題及習(xí)題71
第3章產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)73
3.1工程數(shù)據(jù)的類型及其數(shù)字化處理方法73
3.1.1工程數(shù)據(jù)的類型73
3.1.2工程數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理方法75
3.2數(shù)表的程序化處理75
3.2.1簡單數(shù)表的程序化處理75
3.2.2列表函數(shù)數(shù)表的插值處理76
3.3線圖的程序化處理77
3.3.1線圖的表格化處理77
3.3.2線圖的公式化處理77
3.4數(shù)據(jù)文件79
3.4.1數(shù)據(jù)文件的生成與檢索79
3.4.2工程數(shù)據(jù)的文件化處理79
3.5數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)79
3.5.1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)80
3.5.2數(shù)據(jù)庫技術(shù)83
3.6曲線和曲面的表示85
3.6.1曲線和曲面的基本概念86
3.6.2曲線和曲面的參數(shù)化表示86
3.6.3參數(shù)化曲線的表示及其幾何特性88
3.6.4常用的參數(shù)化曲線90
3.6.5常用的參數(shù)化曲面94
3.7工程數(shù)據(jù)數(shù)字化處理軟件開發(fā)案例96
思考題及習(xí)題102
第4章產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計技術(shù)104
4.1數(shù)字化設(shè)計技術(shù)概述104
4.2幾何形體在計算機中的表示108
4.2.1幾何信息和拓撲信息108
4.2.2形體的定義及表示形式109
4.3產(chǎn)品造型技術(shù)111
4.3.1線框造型111
4.3.2曲面造型112
4.3.3實體造型114
4.3.4特征造型117
4.3.5參數(shù)化造型119
4.3.6參數(shù)化特征造型120
4.3.7直接造型和同步造型124
4.3.8基于模型的產(chǎn)品定義125
4.3.9基于模型的企業(yè)134
4.4數(shù)字化裝配技術(shù)138
4.4.1數(shù)字化裝配的基本概念138
4.4.2數(shù)字化裝配的功能與操作139
4.5幾何形體渲染技術(shù)142
4.5.1消隱143
4.5.2光照143
4.5.3紋理144
4.5.4顏色145
4.6主流數(shù)字化設(shè)計軟件介紹145
思考題及習(xí)題148
第5章數(shù)字化仿真技術(shù)152
5.1數(shù)字化仿真技術(shù)概述152
5.1.1數(shù)字化仿真技術(shù)及其分類152
5.1.2數(shù)字化仿真的基本步驟158
5.2數(shù)字化仿真技術(shù)中的有限元法159
5.2.1有限元法的基本概念159
5.2.2有限元法的求解步驟160
5.2.3有限元分析軟件的模塊組成和主流軟件介紹164
5.2.4數(shù)字化仿真應(yīng)用案例167
5.3虛擬樣機技術(shù)173
5.3.1虛擬樣機技術(shù)概述173
5.3.2主流虛擬樣機解決方案176
思考題及習(xí)題185
第6章數(shù)字化制造技術(shù)186
6.1數(shù)字化制造技術(shù)概述186
6.2計算機輔助工藝規(guī)劃技術(shù)188
6.2.1計算機輔助工藝規(guī)劃的基本概念188
6.2.2計算機輔助工藝規(guī)劃的功能模塊191
6.2.3計算機輔助工藝規(guī)劃的類型192
6.2.4基于三維模型的工藝規(guī)劃與應(yīng)用案例193
6.3成組技術(shù)198
6.3.1成組技術(shù)的基本概念198
6.3.2零件的分類編碼體系199
6.3.3成組技術(shù)應(yīng)用案例201
6.4數(shù)控加工技術(shù)209
6.4.1數(shù)控加工的基本概念209
6.4.2數(shù)控機床的組成及分類209
6.4.3數(shù)控編程技術(shù)214
思考題及習(xí)題235
第7章逆向工程與增材制造技術(shù)238
7.1逆向工程技術(shù)概述238
7.2逆向工程的類型與實施步驟239
7.3實物逆向工程及其關(guān)鍵技術(shù)241
7.3.1逆向?qū)ο蟮淖鴺?biāo)數(shù)據(jù)測量242
7.3.2實物逆向的數(shù)據(jù)處理與模型重構(gòu)245
7.4逆向工程技術(shù)應(yīng)用案例248
7.5常用逆向工程軟件介紹250
7.6增材制造技術(shù)252
7.6.1增材制造技術(shù)概述252
7.6.2典型的增材制造工藝與設(shè)備258
7.7增材制造技術(shù)的發(fā)展趨勢265
思考題及習(xí)題267
第8章數(shù)字化管理技術(shù)269
8.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)269
8.2產(chǎn)品全生命周期管理技術(shù)273
8.3企業(yè)資源計劃281
8.4制造執(zhí)行系統(tǒng)288
思考題及習(xí)題292
第9章產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)集成技術(shù)293
9.1概述293
9.2柔性制造系統(tǒng)293
9.2.1柔性制造系統(tǒng)概述293
9.2.2柔性制造系統(tǒng)的組成與分類294
9.3計算機集成制造系統(tǒng)299
9.3.1計算機集成制造的定義299
9.3.2計算機集成制造系統(tǒng)的分類303
9.3.3計算機集成制造系統(tǒng)的開發(fā)模式與實施304
9.4協(xié)同設(shè)計技術(shù)305
9.4.1協(xié)同設(shè)計技術(shù)的發(fā)展及定義305
9.4.2協(xié)同設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)307
9.4.3協(xié)同設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)309
9.4.4協(xié)同設(shè)計工具312
9.5網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)314
9.5.1網(wǎng)絡(luò)化制造的定義314
9.5.2網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)316
9.5.3網(wǎng)絡(luò)化制造的基礎(chǔ)技術(shù)321
9.6并行工程322
9.6.1并行工程的定義322
9.6.2并行工程的特點323
9.6.3并行工程的關(guān)鍵技術(shù)324
9.7制造物聯(lián)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)327
9.8數(shù)字化企業(yè)333
9.8.1數(shù)字化企業(yè)的定義333
9.8.2數(shù)字化企業(yè)的構(gòu)建335
9.8.3數(shù)字化企業(yè)的案例分析337
思考題及習(xí)題341
參考文獻343
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