數(shù)字化設計與制造 第2版

前言

在人類社會的發(fā)展過程中，計算機的出現(xiàn)具有劃時代的意義。計算機、網(wǎng)絡和信息技術的飛速發(fā)展給人們的生產(chǎn)、生活以及生存方式帶來了深遠影響，成為推動人類社會由傳統(tǒng)的工業(yè)文明進入信息時代的動力源。目前，信息技術的研發(fā)及其應用水平已經(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指標。制造業(yè)是人類文明的基石之一，是推動社會進步的重要力量。信息技術為制造業(yè)的變革提供了良好機遇，也對制造業(yè)的發(fā)展提出了嚴峻挑戰(zhàn)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，在計算機圖形學、計算機輔助設計以及計算機輔助工程分析等技術的基礎上形成了產(chǎn)品數(shù)字化設計技術群；在數(shù)控加工、計算機輔助工藝規(guī)劃、成組技術以及快速原型制造等技術基礎上形成了數(shù)字化制造技術群；在物料需求計劃、制造資源計劃、管理信息系統(tǒng)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品全生命周期管理以及企業(yè)資源計劃等技術的基礎上形成了數(shù)字化管理技術群。數(shù)字化設計、數(shù)字化制造與數(shù)字化管理技術的交叉、融合和集成，形成了產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的集成環(huán)境與平臺，成為提升產(chǎn)品研發(fā)能力和管理水平、推動制造企業(yè)進步的重要動力。總之，數(shù)字化技術正在迅速而持續(xù)地改變著制造業(yè)的面貌。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)字化設計、數(shù)字化仿真、數(shù)字化制造以及企業(yè)數(shù)字化管理的基本原理和方法。本書回顧了制造業(yè)的發(fā)展歷程，以近現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展中的典型產(chǎn)品、核心技術、代表性企業(yè)和關鍵性人物為主線，剖析現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展軌跡和企業(yè)管理方法的演化規(guī)律；系統(tǒng)地論述了數(shù)字化設計與制造技術產(chǎn)生的背景、內(nèi)涵及其學科體系；著重闡明數(shù)字化設計與制造的基本概念、原理和方法，涵蓋產(chǎn)品數(shù)據(jù)在計算機中的表示、數(shù)字化造型、數(shù)字化仿真、數(shù)字化制造以及產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的集成技術等內(nèi)容。本書注重相關概念、原理和方法的闡述，力求能反映產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術的全貌和最新發(fā)展動態(tài)，其中提供了不少數(shù)字化設計與制造的應用案例。為了方便教學，本書還配有教學課件。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地闡述了數(shù)字化設計與制造技術的產(chǎn)生背景、學科體系、理論方法、關鍵技術以及主流應用系統(tǒng)。全書內(nèi)容包括：近現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展歷程、制造技術進步的典型事件和關鍵人物；數(shù)字設計與制造技術產(chǎn)生的背景、發(fā)展歷史、學科體系及其系統(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)字化造型技術及其主流軟件；數(shù)字化仿真、有限元分析和虛擬樣機技術；計算機輔助工藝規(guī)劃技術、成組技術以及數(shù)控加工技術；逆向工程與快速原型制造技術；產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的集成技術。    本書內(nèi)容新穎、體系結構完整、系統(tǒng)性強，力求反映產(chǎn)品數(shù)字化設計與制造技術的全貌和最新發(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)字化設計與制造技術的應用案例，并附有一定數(shù)量的思考題和習題。    本書可作為高等學校機械工程、工業(yè)工程、機械電子工程、車輛工程等專業(yè)相關課程的教材，也可供從事產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)、生產(chǎn)運作與管理、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃與決策等領域的工程技術人員和管理人員參考。

書籍目錄

前言第1章　引論　1.1　第一次工業(yè)革命　1.2　第二次工業(yè)革命　1.3　信息革命　思考題及習題第2章　數(shù)字化設計與制造概述　2.1　制造與制造業(yè)　　2.1.1　制造與制造業(yè)的基本概念　　2.1.2　制造系統(tǒng)的組成及其分類　2.2　現(xiàn)代制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)及其發(fā)展趨勢　2.3　數(shù)字化設計與制造的內(nèi)涵及學科體系　2.4　數(shù)字化設計與制造技術的特點　2.5　數(shù)字化設計與制造技術的發(fā)展　　2.5.1　數(shù)字化設計與制造技術的發(fā)展史　　2.5.2　數(shù)字化設計與制造技術的發(fā)展趨勢　2.6　數(shù)字化設計與制造技術的應用案例　思考題及習題第3章　數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)的組成　3.1　數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)的功能分析　3.2　數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)的軟硬件組成　　3.2.1　數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)的硬件組成　　3.2.2　數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)的軟件組成　3.3　數(shù)字化設計與制造系統(tǒng)的建立　　3.3.1　軟件系統(tǒng)的開發(fā)流程　　3.3.2　軟硬件系統(tǒng)的選型　思考題及習題第4章　產(chǎn)品數(shù)據(jù)在計算機中的表示與處理　4.1　工程數(shù)據(jù)的類型及其數(shù)字化處理方法　　4.1.1　工程數(shù)據(jù)的類型　　4.1.2　工程數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理方法　4.2　數(shù)表的程序化處理　　4.2.1　簡單數(shù)表的程序化處理　　4.2.2　列表函數(shù)數(shù)表的插值處理　4.3　線圖的程序化處理　　4.3.1　線圖的表格化處理　　4.3.2　線圖的公式化處理　4.4　數(shù)據(jù)文件　　4.4.1　數(shù)據(jù)文件的生成與檢索　　4.4.2　工程數(shù)據(jù)的文件化處理　4.5　數(shù)據(jù)結構與數(shù)據(jù)庫技術　　4.5.1　數(shù)據(jù)結構　　4.5.2　數(shù)據(jù)庫技術　4.6　曲線和曲面的表示　　4.6.1　曲線和曲面的基本概念　　4.6.2　曲線和曲面的參數(shù)化方程　　4.6.3　參數(shù)曲線的代數(shù)形式和幾何形式　　4.6.4　參數(shù)化曲線　　4.6.5　參數(shù)化曲面　4.7　產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準　　4.7.1　產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準概述　　4.7.2　常用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準　思考題及習題第5章　產(chǎn)品數(shù)字化造型技術　5.1　數(shù)字化造型技術概述　5.2　幾何形體在計算機內(nèi)部的表示　　5.2.1　幾何信息和拓撲信息　　5.2.2　形體的定義及表示形式　5.3　計算機圖形學的基本概念　　5.3.1　計算機圖形學概述　　5.3.2　坐標系統(tǒng)　　5.3.3　窗口與視口　　5.3.4　圖形變換　　5.3.5　圖形裁剪　5.4　線框、曲面和實體造型技術　　5.4.1　線框造型　　5.4.2　曲面造型　　5.4.3　實體造型　5.5　特征造型和參數(shù)化造型技術　　5.5.1　特征造型　　5.5.2　參數(shù)化造型　　5.5.3　參數(shù)化特征造型　……第6章　數(shù)字化仿真技術第7章　數(shù)字化制造技術第8章　逆向工程與快速原型制造技術第9章　產(chǎn)品數(shù)字化開發(fā)的集成技術參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第一次世界大戰(zhàn)期間，甘特放棄了企業(yè)咨詢，為政府和軍隊充當顧問。他對造船廠、兵工廠的管理進行了深入研究，在利用圖表進行管理的方法方面獲得重大突破。甘特認為：工作控制中的關鍵因素是時間，時間應當是制定任何計劃的基礎。甘特用來解決時間安排問題的辦法，是繪出一張標明計劃和控制工作的線條圖。這種線條圖就是后來在制造領域和管理學界享有盛譽的甘特圖。在一張事先準備好的圖表上，管理部門可以了解計劃執(zhí)行的進展情況，并可以采取必要的行動使計劃能按時完成或在預期的許可范圍內(nèi)完成。亨利·甘特用圖表進行計劃和控制的做法是管理思想的一次革命。之后，甘特圖在進度計劃編制中得到廣泛應用。泰勒去世后，甘特對科學管理問題進行更深入的思考。1914-1915年，他出任美國機械工程師協(xié)會副主席，他從管理的社會性出發(fā)，對工業(yè)管理乃至社會管理提出了一些新的見解。1916年，他成立了一個名為“新機器”的組織，集中了一批追求政治權力的工程師和改革者，“新機器”試圖影響當時的美國總統(tǒng)威爾遜，號召把治理國家的權力交給工程師。甘特認為：商人追求的是利潤，謀求的是壟斷，而忘記了對社會的服務，而工程師是談論少而了解事實多和行動多的人，應該讓他擔任經(jīng)濟領導職務。與泰勒同時代的吉爾布雷斯（Frank Bunker Gilbreth，186-1924）夫婦也對工業(yè)革命產(chǎn)生了重要影響。吉爾布雷斯認為，要取得作業(yè)的高效率、實現(xiàn)高工資與低生產(chǎn)成本相結合的目的，就必須做到以下幾點：①要規(guī)定明確的、高標準的作業(yè)量。他主張，在一個組織完備的企業(yè)里，作業(yè)任務的難度應當達到非第一流工人不能完成的地步。②要對每個工人提供標準的作業(yè)條件（從操作方法到材料、工具、設備），以保證他能夠完成標準的作業(yè)量。③完成任務者付給高工資。④完不成任務者要承擔損失。通過科學地規(guī)定作業(yè)標準和作業(yè)條件，實行刺激性的工資制度（差別計件工資制），取得作業(yè)的高效率。其中，作業(yè)標準和作業(yè)條件需通過時間研究和動作研究加以確定。與泰勒在生產(chǎn)線上對工人進行實驗有所不同，吉爾布雷斯夫婦發(fā)明了“動素（threblig）”的概念，動素就是不可再分的最小動作單位。他們把人的所有動作歸納成17個動素：尋找、選擇、抓取、移動、定位、裝備、使用、拆卸、檢驗、預對、放手、運空、延遲（不可避免）、故延（可避免）、休息、計劃、夾持等，從而將所有的作業(yè)分解成一些動素的和。通過對動素的定量研究，可以分析每個作業(yè)需要花費多少時間，確定完成一個特定任務的最佳動作，以達到作業(yè)高效、省力和標準化的目的。弗蘭克·吉爾布雷斯被公認為“動作研究之父”。吉爾布雷斯夫婦還提出了用于分析和改進操作動作的原則，即動作經(jīng)濟原則（principle of motion economy）。他們將動作經(jīng)濟原則分為三大類：（1）關于人體的運用。主要原則包括：雙手應同時開始并完成動作；除規(guī)定休息時間外，雙手不應同時空閑；雙臂的動作應對稱；手的動作應以最低等級而能得到滿意的結果者為妥；應盡可能利用物體的運動能量，但如需用體力制止時則應將其減至最小限度；連續(xù)的曲線運動比含有方向突變的直線運動好；彈道式運動比受限制或受控制的運動輕快；動作應盡可能帶有輕松自然的節(jié)奏。

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