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1制造业信息化与工业设计863计划现代集成制造系统技术主题专家组中国航天科技集团公司杨海成2005年9月9日2计算机辅助工业设计863计划支持CAID技术研发制造业信息化工程CAID技术发展展望1234主要内容3计算机辅助工业设计863计划支持CAID技术研发制造业信息化工程CAID技术发展展望1234主要内容4制造业是国家国民经济和综合国力的重要基础，中国制造业逐渐成为世界制造业中越来越重要的一部分。21世纪，围绕着以知识为基础的创新能力竞争，一场以信息技术为特征的全球化的制造业革命正在波澜壮阔地展开。以敏捷制造为代表的先进制造技术已成为全球制造业不断推出新产品，快速响应市场并赢得竞争的主要手段。信息时代制造业新的工业革命5制造业信息化制造业信息化将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新，实现产品设计制造和企业管理的信息化、生产过程控制的智能化、制造装备的数字化、咨询服务的网络化，全面提升我国制造业的竞争力。6制造业信息化技术的5个主要特征管理数字化设计数字化生产过程数字化制造装备数字化企业数字化7“十五”制造业信息化工程战略目标突破一批重大关键技术，形成一批具有自主知识产权和市场竞争力的制造业信息化关键技术产品；实施一批制造业信息化应用的示范企业、示范行业、示范区域和示范省市，并通过辐射和扩散效应，提升我国制造业的核心竞争力；培育制造业信息化软硬件产业、中介及咨询服务业，形成一批制造业信息化专业化、网络化的服务公司；培养一批人才，形成一支推进制造业信息化的专业队伍。8制造业信息化工程任务体系结构制造业信息化工程技术创新体系关键技术产品研发及应用推广应用体系营造制造业信息化工程的社会氛围技术服务支撑企业应用示范应用技术攻关制造业信息化工程试点示范9•软件供应商和科研院所等承担关键技术产品研究开发的任务；•应用企业采用这些新的技术工具和产品解决设计制造管理的需求；•中介机构来提供咨询、培训、监理等专业化的服务；•三方面有机配合，相互促进，协同发展，构成了较为完整的产业链。产品、应用、服务协同发展CADERPMESNC…….技术服务支撑企业应用示范关键技术产品研发10制造业信息化推广应用体系技术服务支撑企业应用示范应用技术攻关※※省（市）制造业信息化工程CADERPMESNC…….产品研发服务支撑应用示范做得出、用得上、卖得掉千家万套中国制造业信息化发展之路抓企业应用，提高我国制造业竞争能力带软件开发，发展我国制造业软件产业建服务体系，发展我国高技术服务产业11工作成效1－良好工作氛围和组织体系科技部会同5部委及27个省、自治区和直辖市、47个重点城市共同推进。形成了从中央到省、城市和企业，包括领导小组、办公室和专家组及中介服务机构等构成的完善的工作支持体系。各地方通过制定政策进行引导和激励；开展多种形式的人才培训；多种方式的宣传推动。12工作成效2－关键技术产品开发及产业化在产品设计开发、制造生产、企业建模、系统集成技术、大批量定制技术、网络化制造、基于以太网的现场总线控制技术等方面突破一批重大关键技术；国产计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工艺规划（CAPP）、产品数据管理（PDM）、企业资源规划（ERP）、供应链管理（SCM）、客户关系管理（CRM）、制造执行系统（MES）等一批产品形成产业规模。国产软件在企业得到广泛成功应用。培育和扶植了一批信息化专业中介服务机构。13关键技术研究开发项目布局现代集成制造系统平台、企业建模、应用服务器PDM数字化设计与制造系统ERP企业管理与电子商务系统MES过程自动化系统重点行业现代集成制造系统（航空、航天、铝业、镁合金）典型区域网络化制造系统/ASP(成德绵、关中、浙江、重庆）制造资源优化配置CAPP3DCADEBSCMCRM计划调度实时数据库EPA软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件软构件14家电设计设计流程导航专业设计零件库专业设计知识库工业设计设备电路布线设计装备设计模具设计其它行业逆向工程钣金设计动画/仿真复杂曲面造型接口：CAPP/CAM/CAE/RP基于WEB的系统组件零件设计装配设计工程图设计工业渲染特征造型基本曲面造型知识管理标准件机制设计资源管理二/三维约束求解几何引擎通用函数库图形管理器其它专用行业工具集应用平台应用层通用平台层核心层IGESSTEP专用接口：X_T,ACIS,STL,VRML一对一接口：CATIA,PRO/E,AUTOCAD通用文件：Word,Excel,PDF基于组件的二次开发接口基于WEB协同管理平台面向行业典型产品的三维数字化设计专用系统及工具集15工作成效3－典型应用示范以省市为主组织，以企业为主体推进，全国范围内超过5000家企业实施信息化典型示范及推广应用。100家国家级制造业信息化示范企业；面向中小企业的ASP；多企业协同的供应链管理；网络环境下的协同设计与制造；流程行业MES应用示范16计算机辅助工业设计863计划支持CAID技术研发制造业信息化工程CAID技术发展展望1234主要内容17计算机辅助工业设计（ComputerAidedIndustrialDesign，简称CAID）技术是工业设计理论与CAD技术的有机结合，与工业设计的特点及工业设计师的设计思维和习惯相适应的一种计算机辅助设计技术。CAID技术以工业设计知识为核心，以计算机为辅助工具，充分贯彻工业设计的理念和方法，实现形态、色彩、宜人性设计和美学原则的定量化描述。计算机辅助工业设计是制造业信息化的重要方面18CAID形态设计色彩设计人机设计设计评价草图设计布局设计线型风格设计圆角过渡比例尺度色彩调和色彩风格色彩方案库主色驱动色彩设计风格词典人体模型人机部件库人体数据库人机设计工具人机分析工具专家评价点积分法综合评价目标树评价优度图………………………………CAID方法体系19形态设计色彩设计人机设计设计评价用户接口与人机交换技术计算机图形学计算机辅助几何显示技术真实感显示技术产品数据管理协同设计技术并行设计技术虚拟现实技术网络技术智能技术多媒体技术计算机硬件及软件系统应用层技术支持软硬件基础CAID技术体系20CNC模型（样件）CNC（数控加工）RP快速原型RP模型（样件）模型制作市场调研分析总汇设计定位设计定位手工模型概念草图平面效果三维激光扫描仪三维工业设计或工程设计软件（模块）三维逆向工程软件（模块）方案设计三维造型数据模型三维CAD（产品设计）CAM（模具设计）CNC（数控加工）模具零件生产快速制作模具小批量生产工程设计动画造型软件虚拟产品后期产品推介幻灯片产品彩页影视广告厅堂POP市场推介CAID流程21计算机辅助工业设计技术中新技术的应用快速成型制造（RP&M）技术1虚拟现实（VR）技术2虚拟油泥建模（VCM）技术3虚拟装配设计（VAD）技术4应用服务提供商（ASP）技术5计算机支持的协同工作（CSCW）技术6多媒体（MT）技术7新技术的应用计算机辅助工业设计技术中定制创新设计技术822快速成型制造（RP&M）技术快速成型制造(RapidPrototypingManufacturing--RP&M)技术是使用RP技术，由CAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。快速成型(RapidPrototyping--RP)技术是一种基于离散堆积成型思想的新型成型技术，它根据零件或物体的三维模型数据，快速、精确地制造出零件或物体的实体模型，无需任何专用工具。外观设计结构设计模拟装配快速成型装配验证样件后处理设计方案及尺寸确认新产品开发过程23快速原型与制造技术的推广应用将明显缩短新产品的上市时间，节约新产品开发和模具制造的费用。RP&M技术可以自动而迅速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或实际零件，从而对产品设计进行快速评价、测试、改进，以响应市场需求，它是机械工程、CAD、数控、激光以及材料等技术的交叉与优化集成。先进的快速成型制造（RP&M）系统，是与CAD集成的快速成型制造系统，直接由计算机数据信息驱动设备进行制造。24虚拟现实（VR）技术虚拟现实（VirtualReality，VR）技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支，从而大大推进了计算机技术的发展。虚拟现实系统就是要利用各种先进的硬件技术及软件工具，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界。25多感知性(Multi-Sensory)——所谓多感知是指除了一般计算机技术所具有的视觉感知之外，还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知，甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。浸没感(Immersion)——指用户感到作为主角存在于模拟环境中的真实程度。交互性(Interactivity)——指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。构想性(Imagination)——强调虚拟现实技术应具有广阔的可想像空间，可拓宽人类认知范围，不仅可再现真实存在的环境，也可以随意构想客观不存在的甚至是不可能发生的环境。虚拟现实技术的主要特征26所设计的产品可得到精确的描述，物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。虚拟油泥建模（VCM）技术虚拟油泥建模（VirtualClayModeling），可以适应创造性设计过程所提出的直观要求，设计人员可以在虚拟环境空间中，利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。虚拟油泥造型应用快速原型法生成的物理模型27汽车车型概念设计系统虚拟油泥造型系统汽车车型气动力设计系统汽车车型拓扑优化设计系统计算机辅助支撑系统设计师灵感的捕捉与表达相关车型的继承与修改数字化草图模型转换STLóCAD模型传递模型修正色彩设计汽车车型创新设计结果车型设计CAD工程模型设计交互全数字化车型设计流程及信息流模型28现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期，减轻设计返工的负担，加快了引入高级设计方法和技术的速度，提高新产品开发的质量与可靠性，同时也降低新产品开发的成本。虚拟装配设计（VAD）技术虚拟装配（VirtualAssembly）采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。29面向VRCAD的几何引擎基于约束的实体模型及装配模型（适合予直接三维操作）、Euler操作、glue运算、布尔运算、约束识别与求解机制（适合于实体造型模式和装配建模模式）、变动设计、几何模型的三角化表示（用于着色显示和碰撞检测）、碰撞检测等。用户界面输入界面语音命令、三维鼠标、数据手套输出界面立体图像、三维立体声、力反馈设备实体造型模式设计工具形状建立：参数化实例调用构造元素形状修改：非精确尺寸；基于直接三维操作精确尺寸：基于语音命令装配建模模式交互工具三维导航、三维物体选择、操纵三维物体；平移、旋转装配规划模式规划、仿真工具静态干涉检查，用户引导的拆装：碰撞检测装配程序管理器、装配路径记录器集成的虚拟设计与虚拟装配系统的框架结构30ASP技术ASP（ApplicationServerProvider）应用服务提供商，是指通过Internet或VPN（虚拟专用网络），将运行在自己服务器上的应用系统出租给商业用户并收取租金的公司。ASP以互联网为核心，为客户提供各种应用功能服务，如市场信息、销售管理、账务处理等；提供各种信息技术服务，如企业配套系统的配置、专业技术的咨询等等。ASP的目的是为用户提供应用软件服务，其规模可大可小，复杂程度可高可低，应用软件系统完全以开放平台为主，以Internet作为主要的连接手段，应用行业内标准和成熟的软硬件。31中小企业群/大型机