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《现代制造中的机电系统应用》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材,工程训练系列教材之一。

目录

前言
第一篇 产品的前期准备与设计
第1章 产品的初步设计1
1.1 机电产品现代设计的概念1
1.2 现代设计的特点1
1.3 现代制造的一些设计方法3
1.3.1 并行设计3
1.3.2 系统设计7
1.3.3 模块化设计8
1.3.4 价值工程14
1.4 基于产品数据（信息）的设计管理系统16

第2章 产品的详细设计19
2.1 CAD软件概述19
2.1.1 AutoCAD2010的工作空间19
2.1.2 AutoCAD2010的界面组成19
2.1.3 AutoCAD的命令启动方法21
2.1.4 图层的创建和管理22
2.1.5 AutoCAD的常用绘图命令23
2.1.6 AutoCAD的常用修改命令26
2.1.7 AutoCAD的尺寸标注29
2.1.8 综合实例30
2.2 Solid Works软件概述34
2.2.1 SolidWorks2009简介34
2.2.2 草图绘制38
2.2.3 零件设计41
2.2.4 装配体53
2.2.5 工程图54
2.3 Pro/ENGINEER软件概述58
2.3.1 Pro/ENGINEER简介58
2.3.2 二维建模63
2.3.3 三维建模70
2.4 Protel软件概述88
2.4.1 Protel简介88
2.4.2 原理图设计88
2.4.3 PCB设计96

第3章 产品的设计评价107
3.1 设计的评价特征107
3.1.1 工艺性评价107
3.1.2 经济性评价108
3.1.3 社会性评价108
3.2 产品全生命周期的绿色评价体系109
3.2.1 成本与收益的测度109
3.2.2 绿色产品竞争力评价111
3.2.3 绿色产品综合评价111
3.2.4 绿色制造的现状及国内外发展趋势112
3.2.5 绿色制造技术113

第二篇 产品的生产加工
第4章 现代制造的生产加工环境118
4.1 现代加工车间的特点118
4.1.1 车间设备布局的基本要求118
4.1.2 影响车间设备布局的因素119
4.1.3 车间设备布局形式的分类120
4.1.4 车间制造过程信息系统的总体结构123
4.1.5 系统功能模块设计124
4.1.6 信息模型设计125
4.1.7 车间制造过程信息系统的实现架构125
4.1.8 车间制造过程信息系统的可重构化127
4.2 现代制造的网络结构特征128
4.3 现代加工中CAD与CAM的联系131

第5章 计算机辅助工艺过程设计与计算机辅助制造133
5.1 计算机辅助工艺过程设计（CAPP）133
5.1.1 CAPP的基本概念133
5.1.2 CAPP的系统结构136
5.1.3 CAPP的功能137
5.1.4 CAPP系统的分类138
5.2 计算机辅助制造（CAM）139
5.2.1 数控编程139
5.2.2 NC刀具轨迹的生成方法139
5.2.3 数控仿真技术141
5.2.4 CAM Works功能简介142
5.2.5 CAMWorks2003的使用143
5.2.6 CAM Works的具体操作简介143

第6章 典型切削加工153
6.1 车削加工153
6.2 铣削加工154
6.3 刨削加工156
6.4 拉削加工157
6.5 磨削加工157

第7章 成形加工160
7.1 金属铸造成形160
7.1.1 铸造工艺基础160
7.1.2 铸造工艺方法161
7.1.3 铸造工艺拟定162
7.2 金属锻压成形163
7.2.1 自由锻成形163
7.2.2 模锻成形164
7.2.3 板料冲压166
7.2.4 塑性成形新技术167
7.3 金属焊接成形167
7.3.1 焊接工艺基础167
7.3.2 焊接成形方法168
7.3.3 焊接工艺拟定169
7.3.4 焊接结构设计169
7.4 非金属热压成形169
7.4.1 高聚合物热压成形169
7.4.2 高分子胶接成形170
7.4.3 陶瓷及复合材料成形170

第8章 特种加工171
8.1 特种加工的产生及发展171
8.2 特种加工的分类172
8.3 电火花线切割加工174
8.3.1 电火花线切割加工的原理和应用范围174
8.3.2 电火花线切割控制系统和编程技术175
8.4 快速成形186
8.4.1 快速成形技术原理186
8.4.2 快速成形技术的工艺过程186
8.4.3 快速成形技术的特点187
8.4.4 快速成形技术的分类187
8.4.5 快速成形技术的应用189
8.5 近净成形190
8.5.1 近净成形技术190
8.5.2 近净成形技术的国内外发展趋势190

第三篇 产品的装配
第9章 装配公差分析及分配193
9.1 装配公差的基本概念196
9.1.1 尺寸链197
9.1.2 形位公差199
9.2 公差分析213
9.2.1 用完全互换法解尺寸链213
9.2.2 用大数互换法解尺寸链214
9.2.3 解尺寸链的其他方法215
9.3 柔性件的公差分析217
9.3.1 柔性薄板装配技术的发展现状217
9.3.2 柔性薄板装配的基本形式218
9.3.3 柔性薄板装配中的公差分析技术219

第10章 装配序列规划与虚拟装配222
10.1 基于多目标的装配序列规划222
10.1.1 装配序列规划的发展222
10.1.2 装配序列的评价与优化225
10.1.3 装配序列规划的方法228
10.2 虚拟装配229
10.2.1 虚拟装配的基本概念230
10.2.2 虚拟装配的实现技术232
10.2.3 虚拟装配的规划过程233
10.2.4 虚拟装配的发展趋势236

第11章 装配自动化设备238
11.1 物流车238
11.1.1 物流车的类型和结构238
11.1.2 物流车的导航方式240
11.2 装配机械手244
11.2.1 装配机械手的组成245
11.2.2 装配机械手的设计特点248
11.2.3 几种典型的机械手248
11.3 专用装配设备252
11.3.1 自动化装夹252
11.3.2 自动化装配生产线255

第12章 装配过程中的检测技术258
12.1 数字化测量技术258
12.1.1 三坐标测量机258
12.1.2 激光数字化测量264
12.1.3 基于图像的测量技术267
12.1.4 室内GPS270
12.2 装配检测系统集成技术273
12.2.1 多种检测方法的集成273
12.2.2 测试与加工制造过程的集成275

第四篇 产品生产的信息化管理与工业网络
第13章 产品生产管理的信息集成技术277
13.1 现代制造系统信息流分析279
13.2 设备数字化装备集成控制技术280
13.3 现代制造系统信息无缝集成方案282

第14章 开放式数控系统与制造系统动态集成技术284
14.1 开放式数控系统的概念设计284
14.2 开放式数控系统的网络化嵌入式解决方案285
14.3 基于ARM+DSP的开放式数控系统设计286
14.4 开放式数控系统的抽象模型288
14.4.1 设备对象模型288
14.4.2 虚拟制造设备（VMD）的抽象模型289
14.4.3 功能和数据对象的抽象模型291
14.5 基于XML的现场设备互操作解决方案291
14.5.1 基于XML的数控设备信息描述292
14.5.2 数据模型映射的B/S体系模型293
14.5.3 数控设备描述文件体系结构293
14.5.4 基于XML的设备描述文件解析296
14.5.5 制造系统组态与动态可重配置管理296

第15章 工业以太网实时通信模型及协议关键技术301
15.1 面向嵌入式系统的工业以太网通信协议栈301
15.1.1 协议栈模型分析301
15.1.2 可嵌入现场设备的网络通信协议栈302
15.1.3 工业控制实时网络通信模型302
15.2 面向数控系统实时应用的通信协议的实现304
15.2.1 基于时间和事件驱动的报文传输模型304
15.2.2 网络报文快速编码/解码算法306
15.3 网络化数控系统的任务集成调度框架309
15.3.1 网络调度与单处理器任务调度的分析与处理310
15.3.2 网络化数控系统的任务调度分析311
15.3.3 网络化数控系统的分级调度策略312
15.4 基于以太网的设备信息集成平台及测试313
15.4.1 数控系统通信功能测试314
15.4.2 数控系统及制造系统的动态集成相关实验318
参考文献320

文摘

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现代设计突破传统、经验、类比的设计，采用逻辑、理论、系统的设计方法：在静态分析的基础上考虑载荷谱等随机变量，进行更合理、更全面的动态分析；强度设计时不是一味地加大安全系数，而是从概率论和统计学出发，考虑载荷和应力的离散性进行可靠性设计。现代设计在系统工程、创造工程基础上运用信息论、相似论、模糊论、可靠性理论、有限元方法、人机学等自然科学理论及价值工程、决策论、预测论等社会科学理论，同时采用集合、矩阵、图论等数学工具和计算机技术更科学地解决设计问题。
（2）最优性
现代优化设计即在产品设计时，在各种限制条件下，运用最优化方法，通过计算机迭代计算，寻求最佳的设计参数值。而“传统设计”仅通过设计-评定-再设计等一系列试探性的设计过程，从多种设计方案中选取其中较为满意的方案，虽然这也是一种优化过程，但是这是凭借设计人员的知识、经验、判断力进行的，因此这仅是一个“自然优化”的过程。这种“自然优化”在设计的时间、优化的精度等方面与最优化设计方法是不能比拟的。
（3）系统性
现代设计强调用系统工程的方法来处理技术系统问题，设计时分析各部分的有机联系，力求系统整体优化，同时考虑技术系统与外界的联系，即人-机-环境三者之间的相互协调关系，并把舒适性放在首位。通过功能分析、功率分配、界面设计、系统综合等方法，使人机之间的功能相互协调，从而发挥产品的最大潜力或提高系统的有效性，而“传统设计”是凭借经验或自发状态来考虑人一机一环境间的关系。由于“传统设计”思想的局限性，没有从系统出发合理分配人机的功能，因此难以达到三者之间的协调关系，而往往是通过对操作者的训练来适应机器的设计中对操作的要求。
（4）创造性
现代设计突出创造性，发挥集体智慧，运用各种创造技法，通过直觉想象和推理思维，力求探寻更多突破性方案，开发创新产品。
（5）程式性
现代设计方法研究设计的全过程，要求设计者从产品规划、方案设计、技术创新、施工设计到试验、试制进行全面考虑，按步骤、有计划地进行设计。现代设计方法强调设计、生产与销售一体化。设计不是单纯的科学技术问题，要把市场需求、社会效益、经济成本、加工工艺、生产管理等问题统一考虑，最终反映到质高价廉的产品上。
（6）艺术感染性
现代设计在强调内在质量的实用性的同时，也非常重视外观质量的美观性、时代性、艺术性，使产品造型有一定的艺术感染力，对操作者有新颖、心情舒畅、愉快、兴奋等精神功能，满足操作者的审美要求。现代设计对造型已形成较为完整的美学法则，即比例尺与尺度、对称与平衡、稳定与轻巧、节奏与韵律、统一与变化等，并灵活地运用色彩设计、视错一觉、新材料、新工艺、新结构等以增强产品的美感。而传统设计往往仅强调产品的性能等物质功能，忽略精神功能，即使有所考虑，也是片面而零散的。

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