造技术-数字化设计与制造综述 ;5RIwD
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西南大学工程技术学院,重庆 400716 tz8t9lb[
摘要:本文从先进制造技术出发,主要阐述数字化设计与制造的内涵、特点以及实现的关键技术,最后结合例子对它的应用做一个比较浅显的综述。 /T#o<D
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关键词:先进制造技术;数字化设计;数字化制造;数字化设计与制造 Eb7}$Ji\
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当前,先进制造技术发展非常迅速。随着全球信息网络的建立和完善,国际竞争和协作氛围的进一步形成和发展,制造企业在世界范围内和集成进一步加速,制造全球化必将是21世纪的一个重要发展趋势,这将更加促使先进制造技术得到更快的发展。如今,先进制造技术已成为各国经济发展和满足人民日益增长需要的主要技术支撑,成为加快高新技术发展和实现国防现代化的主要技术支撑,成为企业在激烈的市场竞争中能立于不败之地并求得迅速发展的关键因素。 wKrdcWI,Z
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1引言 z{V8@q/
“工业化”发展的核心是“信息化”,“信息化”的核心是“数字化”,“数字化”也是先进制造技术发展的核心。数字化设计与制造包括以设计为中心的、以控制为中心的与以管理为中心的数字设计与制造。“数字化”贯穿和渗透在制造全过程所用的方法中,并且发展得更广泛、更深刻,乃至生产方法与过程的重大变革。这就是说,“数字化”技术的发展必将导致制造技术的重大发展与变革。所以,“数”是先进制造技术发展的“核”。数字化设计与制造是当今世界制造业发展的大趋势。与传统制造技术相比,它既有继承性,又有质的区别;既有特定的含义,又是动态发展的,相对而言的。 DsG !S*
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2 数字化设计与制造的内涵和特点 .)nCOwR6p
2.1 数字化设计与制造的内涵 Wlxk
目前对数字化设计与制造还没有一个很完整的、公认的定义。中国制造企业所用到的数字化技术涵盖了从CAD到CAE,从二维到三维,从产品建模到仿真优化,从单学科到多学科和交叉学科等多方面的内容,对数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计(CAD)、制造(CAM)、工艺设计(CAPP)、工程分析(CAE)、产品数据管理(PDM)等内容。 Z[bv0Pr
从制造业的角度看,就是要实现产品设计数字化、制造数字化、管理数字化、咨询服务数字化等。数字化技术的应用导致了制造信息的表述、存储、处理、传递等方法的深刻变革,使制造业逐步从传统的生产型向知识型模式转化,数字化已逐渐成为产品生命周期中不可缺少的驱动因素,从而使数字化制造技术的发展成为必然。数字化设计、加工、分析技术以及数字化制造中的资源管理技术等构成了数字化制造的支撑技术,是实现数字化设计与制造的重要途径。 M->Kz{h?j
2.1.1 数字化设计的内涵 6fQ*X~| p
数字化设计的内涵包括支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等,归纳起来就是产品建模是基础,优化设计是主体,数控技术是工具,数据管理是核心。它们之间的关系见图1 a~F u
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图1 数字化设计的内涵 2q$X>ImI$
2.1.2 数字化制造的内涵 6z`8cI+LRw
由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究,在产品加工方面逐渐得到解决,具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决,促使数字制造技术得以迅速发展,这些关键技术之间具体关系见图2所示。 x6~Fb~aP
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图2 数字化制造的内涵 aEZJNWv
2.2 数字化设计与制造技术的特点 _BCT.ual
数字化设计与制造技术、信息技术、管理技术、工艺技术等紧密结合;与微电子、计算机、自动化技术和传统工艺及设备相结合,形成多项制造数字化单元技术,经局部或系统集成,形成了从单元技术到复合技术,从刚性到柔性,从简单到复杂等多个档次的数字化技术系统,使传统工艺产生显著、本质的变化,极大地提高了生产效率、产品的质量和企业的竞争力。 PKATw>zg<
2.2.1 以数字化为核心的信息技术 2"_ 18l.
数字化设计与制造技术是以数字化为核心的信息技术,它以信息化为基础,并伴随信息技术的发展而发展。在半个多世纪中,信息技术已成为科技发展史上最辉煌、发展最迅速的技术。信息技术将给21世纪经济和社会发展带来革命性变化,成为经济社会中最重要的资源和竞争要素,可以说信息技术改变了当代制造业的面貌。信息技术在促进当代制造业发展过程中的作用是全面和深刻的,甚至可以说信息技术将造就新的制造业秩序。 hAYQ6g$A
近年来,人们提出了一批新的制造模式(虚拟制造、敏捷制造、智能制造、可重组制造等),一方面开始探究产品设计和制造过程中的信息本质,另一方面对制造技术本身加以改造,以适应新的数字化制造的环境。随着对制造过程和制造系统认识的加深,人们正试图以全新的要领和方式对其加以描述和表达,并进一步达到实现控制和优化的目的。 s~#?9vW
2.2.2 集成化 9`E-dr9
集成化是数字化设计与制造技术的一个很重要的特征,目前数字化设计与制造技术已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。在企业内部,通过建立一套集成化的管理平台,来解决在产品数据管理、产品开发流程等方面存在的问题。提高企业内部员工对产品信息的共享,加强对产品更改的控制,优化企业产品开发流程,增强企业现有系统的集成,并改善运作效率。是企业能够在激烈的市场竞争中取胜的必然法则。 $&NbLjeS
2.2.3 实用性 hXBqz9
数字化设计与制造技术的另一个重要的特点在于,它首先是一项主要面向工业应用、具备很强实用性的新技术。从数字化设计与制造技术的发展过程,从其应用于制造全过程的范围,特别是达到的目标与效果,无不反映这是一项应用于制造业,对制造业、对国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。 {bxhH)a'
从其历史进程来看,数字化设计与制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业(如汽车制造、电子工业、航空等)的需求而发展起来的先进、适用的制造技术,有明确的需求导向的特征;数字化设计与制造技术不是以追求技术的高新为目的,而是注重产生最好的实践效果,以数字化为基础,以提高效益为中心,以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。 2@4MC`&