数字化制造技术

数字化制造技术——冯珍珍，金纯，张舒一、什么是数字化制造技术二、数字化制造技术的起源和发展三、数字化制造技术的主要内容四、数字化制造技术的未来发展方向一、什么是数字化制造技术什么是数字化数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。——恩格斯《自然辩证法》数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。数字化制造的内涵以设计为中心的数字化制造技术以控制为中心的数字化制造技术以管理为中心的数字化制造技术设计数字化管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真制造装备数字化管理数字化制造ERPPDMCRMERPPDMSCMERPSCMWCSERPWCSCRM工程供应商用户什么是数字化制造技术术语性定义：在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。数字化制造技术的意义和作用精确地预测和评价产品的1.可制造性、加工时间、制造周期、生产成本、零件的加工质量、产品质量2.制造系统运行性能零件和产品的可制造性分析3.生产规划与工艺规划的评价与确认4.敏捷企业和分散化网络生产系统中合作伙伴的选择5.生产过程和制造系统设计与优化网上制造资源的查询与优选低成本的人员培训工具1.NC机床（数控机床）的出现1952年，美国麻省理工学院首先实现了三坐标铣床的数控化，数控装置采用真空管电路。1955年，第一次进行了数控机床的批量制造。当时主要是针对直升飞机的旋翼等自由曲面的加工。二、数字化制造的起源及发展2.CAM处理系统APT（自动编程工具）出现1955年美国麻省理工学院(MIT)伺服机构实验室公布了APT(AutomaticallyProgrammedTools)系统。其中的数控编程主要是发展自动编程技术。这种编程技术是由编程人员将加工部位和加工参数以一种限定格式的语言(自动编程语言)写成所谓源程序，然后由专门的软件转换成数控程序。3.加工中心的的出现1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。同年，美国UT公司首次把铣钻等多种工序集中于一台数控铣床中，通过自动换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。4.CAD（计算机辅助设计）软件的出现1963年于美国出现了cad的商品化的计算机绘图设备，进行二维绘图。70年代，发展出现了三维的cad表现造型系统，中期出现了实体造型。5.FMS（柔性制造系统）系统的出现1967年，美国实现了多台数控机床连接而成的可调加工系统，最初的FMS（Flexiblemanufacturingsystem）6.CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）的融合70年代，CAD、CAM走向共同发展的道路。在CAD／CAM技术发展初期，主要是开发数据接口，沟通CAD和CAM之间的信息流。不同的系统都有自己的数据格式规定，开发相应的接口，不利于CAD／CAM系统的发展。因此，美国波音公司和GE公司于1980年制定了数据交换规范IGES，从而实现CAD/CAM的融合。7.CIMS（计算机集成制造系统）的出现和应用80年代中期，出现CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）计算机集成制造系统。波音公司成功应用于飞机设计，制造，管理，将原需八年的定型生产缩短至三年。8.CAD/CAM软件的空前繁荣80年代末期至今，CAD/CAM一体化三维软件大量出现，如：CADAM，CATIA，UG，I-DEAS，Pro／E，ACIS，MASTERCAM等。并应用到机械、航空航天、汽车、造船等领域。9、快速成型（RP）快速成型技术是90年代发展起来的，是近年来制造技术领域的一次重大突破，影响可与数控技术的出现媲美。RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。将数字化模型（CAD）快速制成样品三、数字化制造的主要内容1、计算机辅助设计（CAD）2、计算机辅助工程分析（CAE）3、计算机辅助制造（CAM）4、计算机辅助工艺规划（CAPP）5、产品数据库管理（PDM）6、企业资源计划（ERP）7、反求工程技术（RE）1.CAD---计算机辅助设计CAD在早期是英文计算机辅助绘图的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，CAD的缩写由ComputerAidedDrawing改为ComputerAidedDesign计算机辅助设计，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是协助创建、修改、分析和优化的设计技术。吊车车仓CADUG辅助液压管路设计2.CAE---计算机辅助工程分析CAE指有限元分析和机构的运动学及动力学分析。有限元分析可完成力学分析；场分析；频率响应和结构优化等。机构分析能完成机构内零部件的位移、速度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。3.CAM---计算机辅助制造CAM能根据CAD模型自动生成零件加工的数控代码，对加工过程进行动态模拟、同时完成在实现加工时的干涉和碰撞检查。CAM系统和数字化装备结合实现无纸化生产，为CIMS（计算机集成制造系统）的实现奠定基础。CAM中最核心的技术是数控技术。4.CAPP---计算机辅助工艺规划世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1966年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AutoPros，并于1973年正式推出商品化AutoPros系统。美国是60年代末开始研究CAPP的。5.PDM---产品数据库管理随着CAD技术的推广，原有技术管理系统难以满足要求。PDM是从管理CAD/CAM系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。管理了产品整个生命周期内的全部数据。除此之外，PDM还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行统一有效的管理。PDM关注的是研发设计环节。6.ERP---企业资源计划是指建立在信息技术基础上，对企业的所有资源进行整合集成管理，从而达到对供应链上的每一环节实现科学管理。7.RE---逆向工程技术对实物作快速测量，并反求为可被3D软件接受的数据模型，快速创建数字化模型（CAD）。进而对样品进而作修改和详细设计，达到快速开发新产品的目的。属于数字化测量领域。四、数字化制造技术的未来发展方向随着计算机和网络技术的发展，使得基于多媒体计算机系统和通信网络的数字化制造技术为现代制造系统的并行作业、分布式运行、虚拟协作、远程操作与监视等提供了可能。数字化制造技术与产品的发展趋势如下：1.制造信息的数字化2.制造业向互联网辅助制造方向发展3.将数字化技术注入传统产品,开发新产品制造信息的数字化将实现CAD/CAPP/CAM/CAE的一体化，使产品向无图样制造方向发展。如产品CAD数据经过校核，直接传送给数控机床完成加工就是一例。制造信息的数字化通过局域网实现企业内部并行工程，通过因特网建立跨地区的虚拟企业，实现资源共享优化配置，使制造业向互联网辅助制造方向发展。制造业向互联网辅助制造方向发展现在不少企业已在数字化网络电子商务方面迈出了可喜的四大步：（1）转变（Transform）。企业核心的流程转变，以适应数字化企业和电子商务的要求。（2）建立（Building）。在企业现有的数据及应用的基础上建立强大、易用和高度集中的电子商务应用。（3）运用（Run）。创造一种具有可扩展性、可用性和安全性的数字化经营环境。（4）利用（Leverage）。对已取得的数据进行深度分折，并转化为自身进一步持续发展的优势。可以预料，数字制造的各个子系统将会不断完善并进入实用阶段。