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2025 | Buch

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Praktischer Leitfaden für die digitale Fertigung

First-Time-Right für Design von Produkten, Maschinen, Prozessen und Systemintegration

verfasst von: Zhuming Bi

Verlag: Springer Nature Switzerland

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Inhaltsverzeichnis
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Über dieses Buch

Dieses Buch behandelt das Thema der digitalen Fertigung. Es bietet den Lesern einen praktischen Leitfaden für den Einsatz von computergestütztem Design (CAD), computergestütztem Engineering (CAE) und computergestützter Fertigung (CAM) sowie anderen computergestützten Werkzeugen für die Konstruktion von Produkten, Maschinen, Prozessen und Systemintegrationen anhand von Fallstudien zu technischen Projekten.

Das Buch bietet eine gründliche theoretische Grundlage und eine Diskussion über die historische Entwicklung und die grundlegenden Technologien der digitalen Fertigung. Es deckt auch eine breite Palette von computergestützten Werkzeugen für eine Vielzahl von Anwendungen ab, darunter:Geometrische Modellierung;Baugruppenmodellierung;Bewegungssimulation;Finite-Elemente-Analyse;Simulation von Fertigungsprozessen;Programmierung der Bearbeitung;Produktdatenmanagement; und,Produktlebenszyklus-Management.
Praktischer Leitfaden für die digitale Fertigung verwendet viele Fallstudien aus der Praxis, um die besprochenen Anwendungen zu veranschaulichen, so dass es für Studenten und Absolventen sowie für Ingenieure mit Bedarf an Kenntnissen und Fähigkeiten in computergestützter Konstruktion und Fertigung leicht zu lesen ist.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Menschliche Zivilisation, Produkte und Fertigung
Zusammenfassung
Die Bedeutung der Fertigung für die menschliche Zivilisation wird diskutiert; Haupttreiber zur Weiterentwicklung von Fertigungstechnologien werden diskutiert und klassifiziert. Die technologische Entwicklung im Laufe der menschlichen Geschichte wird untersucht, um ein gutes Verständnis für die Bedürfnisse, Einschränkungen, Möglichkeiten und Herausforderungen moderner Fertigungstechnologien zu erlangen. Kritische aufkommende Technologien, einschließlich Internet der Dinge (IoT), Big Data Analytics (BDA), Cloud Computing (CC), Blockchain-Technologie (BCT) und Schnelle Technologien (RP) werden kurz vorgestellt. Die Rolle von computergestützten Technologien in der digitalen Fertigung wird diskutiert. Es wird festgestellt, dass Ingenieure digitale Fähigkeiten beherrschen sollten, um Ingenieurpraktiken in der modernen Fertigung durchzuführen. Der Aufbau des Buches wird am Ende dieses Kapitels präsentiert.
Zhuming Bi
Kapitel 2. Computerunterstütztes Design
Zusammenfassung
Im computerunterstützten Design (CAD) verwenden Ingenieure Computer, um ein Produkt, einen Prozess oder ein System zu entwerfen, zu analysieren, zu modellieren, zu simulieren und zu bewerten. In diesem Kapitel liegt der Schwerpunkt auf der Anwendung von CAD bei der Erstellung von virtuellen Modellen von Produkten oder Systemen. CAD wurde ursprünglich entwickelt, um geometrische Informationen von Objekten mit Hilfe von Computer-Zeichensoftware darzustellen. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung in mehreren Jahrzehnten haben sich die Fähigkeiten von CAD-Tools weit über die Computergrafik hinaus erheblich erweitert. In diesem Kapitel werden verschiedene CAD-Techniken vorgestellt, um Produkte, Prozesse und Systeme auf verschiedenen Ebenen und Aspekten zu modellieren, parametrische Modellierung und wissensbasiertes Engineering (KBE) werden speziell eingeführt, und grundlegende Techniken der Körpermodellierung werden diskutiert, um Geometrien, Merkmale, Designabsichten und Montagerelationen zu modellieren; schließlich werden kinematische und Bewegungsanalysen zur Maschinenkonstruktion untersucht.
Zhuming Bi
Kapitel 3. Computerunterstützte Technik (CAE)
Zusammenfassung
Produktdesign beinhaltet das Modellieren, die Simulation und die Bewertung des Verhaltens des Produkts in den verschiedenen Phasen seines Produktlebenszyklus (PLC). Computerunterstützte Technik (CAE) verwendet Computer, um die Reaktionen eines Produkts zu modellieren und zu analysieren, das externen Belastungen und Randbedingungen ausgesetzt ist. CAE ist unerlässlich geworden, um versteckte Fehler und Auslassungen im virtuellen Design zu beseitigen, bevor das physische Produkt hergestellt wird. In diesem Kapitel wird die Bedeutung von CAE in der Fertigung diskutiert, verschiedene CAE-Tools werden vorgestellt und der Schwerpunkt liegt auf der Finite-Elemente-Analyse (FEA). Die theoretischen Grundlagen der FEA werden eingeführt, das allgemeine Verfahren der FEA-Modellierung und -Simulation wird präsentiert und die FEA wird verwendet, um sechs gängige Arten von technischen Problemen zu analysieren. Die SolidWorks Simulation wird verwendet, um zu veranschaulichen, wie CAE bei der Analyse und Lösung verschiedener technischer Probleme angewendet wird.
Zhuming Bi
Kapitel 4. Computerunterstützte Fertigung (CAM)
Zusammenfassung
In einem Fertigungssystem sind Fertigungsprozesse die Operationen, durch die Rohstoffe in Endprodukte umgewandelt werden. Fertigungsprozesse verwenden Maschinen, Werkzeuge und Arbeitskräfte, um die Umwandlung von Materialien durchzuführen. Die Gestaltung von Fertigungsprozessen ist im Allgemeinen komplex, da sie Maschinen, Werkzeuge, Materialien und zahlreiche Betriebsparameter einbezieht. Ein Fertigungsprozess wird umfassend anhand einer Reihe von Konfliktkriterien wie Kosten, Genauigkeit, Produktivität, Flexibilität und Anpassungsfähigkeit bewertet. Traditionelle intuitive oder experimentelle Gestaltungen von Fertigungsprozessen haben ihre Grenzen in (1) der Erforschung eines breiten Spektrums alternativer Prozesse und (2) der Sicherstellung der Erstmaligen Richtigkeit von der virtuellen Gestaltung zur physischen Umsetzung. In diesem Kapitel wird computerunterstützte Fertigung (CAM) eingeführt, um Fertigungsprozesse in der virtuellen Umgebung zu modellieren und zu bewerten, die Theorie und die ermöglichten Techniken von CAM werden diskutiert und die Anwendungen von CAM werden in Materialgestaltungen, geometrischer Bemaßung und Toleranzen (GD&T), Entwürfen und Simulationen von Vorrichtungen, Formen und Matrizen, Zerspanungsprozessen und Zerspanungsprogrammierung erforscht.
Zhuming Bi
Kapitel 5. Computerintegrierte Fertigung (CIM)
Zusammenfassung
Ein Fertigungssystem ist eine Organisation zur Herstellung von Produkten; ein Fertigungssystem besteht aus verschiedenen funktionalen Einheiten für Design, Fertigung, Montage, Transport und Marketing sowie Vertrieb. Dieses Kapitel diskutiert das Design und den Betrieb von Fertigungssystemen; es behandelt einige ermöglichte Technologien einschließlich zellulärer Fertigung, diskreter ereignisdynamischer Systeme, Lebenszyklusbewertung und Kostenanalyse; und es diskutiert auch, wie ermöglichte Technologien für eine effektive Koordination und Interaktion von Hardware- und Softwaresystemen verschiedener Anbieter integriert werden können. Darüber hinaus wird die Bewertung von Fertigungssystemen, Produkten und Prozessen aus der Perspektive der Nachhaltigkeit diskutiert.
Zhuming Bi
Kapitel 6. Digitale Fertigung (DM)
Zusammenfassung
Dieses Kapitel diskutiert die Anwendungen digitaler Technologien in Fertigungssystemen: (1) die Hauptfunktionsanforderungen werden diskutiert, um die Unternehmenssystemarchitektur zu konstruieren; (2) eine neue Systemarchitektur wird für die Anwendungen der digitalen Fertigung vorgeschlagen; (3) zwei Beispiele für digitale Technologien, nämlich Reverse Engineering (RE) und Direktfertigung (DM), werden im Detail diskutiert; und (4) einige Fallstudien werden kurz dargestellt, um die vielfältigen angewandten Forschungen bei der Verwendung digitaler Technologien in der Fertigung zu zeigen.
Zhuming Bi
Metadaten
Titel
Praktischer Leitfaden für die digitale Fertigung
verfasst von
Zhuming Bi
Copyright-Jahr
2025
Electronic ISBN
978-3-031-70664-6
Print ISBN
978-3-031-70663-9
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-70664-6

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