數(shù)字化設(shè)計與制造課程論文(1)

1、數(shù)字化設(shè)計與制造課程論文姓名： 劉永成班級：機(jī)械設(shè)計及理論學(xué)號：二一一年六月目錄摘要2一 引言2二 數(shù)字化設(shè)計與制造的含義32.1數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)介紹32.2數(shù)字化制造技術(shù)在制造業(yè)中產(chǎn)生的效果4三 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢4四 數(shù)字化生產(chǎn)線的內(nèi)容及實現(xiàn)途徑541打造全新的數(shù)字化企業(yè)平臺，搭建基礎(chǔ)性信息系統(tǒng)，建立數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)體系542廣泛采用數(shù)控加工技術(shù)，建立比較完備、先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)體系643建立數(shù)字化工裝生產(chǎn)線6五 總結(jié)與展望7摘要制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱, 將數(shù)字化技術(shù)用于制造過程，可大大提高制造過程的柔性和加工過程的集成性，從而提高產(chǎn)品生產(chǎn)過程的質(zhì)量和效率，增強(qiáng)工

2、業(yè)產(chǎn)品的市場競爭力。數(shù)字化加工與制造應(yīng)運而生并且表現(xiàn)出了強(qiáng)大的生命力。將數(shù)字化技術(shù)用于支持產(chǎn)品全生命周期的制造活動和企業(yè)的全局優(yōu)化運作就是數(shù)字化制造技術(shù); 將數(shù)字化技術(shù)注入工業(yè)產(chǎn)品就形成了數(shù)字化產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計與制造 數(shù)控技術(shù) 數(shù)字化生產(chǎn)線一 引言制造技術(shù)已從物質(zhì)形式的制造向信息制造轉(zhuǎn)變，產(chǎn)品中知識信息的價值占據(jù)越來越高的比例，這不但反映在產(chǎn)品本身，而且體現(xiàn)在產(chǎn)品的整個生命周期，特別是生產(chǎn) 制造環(huán)節(jié)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，不斷出現(xiàn)了新的制造理念和制造系統(tǒng)，如FMS、CIMS、敏捷制造和網(wǎng)絡(luò)化制造等。這些技術(shù)從制造的現(xiàn)實出發(fā)，對制造過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化，并對它們進(jìn)行加工處理，產(chǎn)生相關(guān)

3、信息，在制造系統(tǒng)中進(jìn)行存儲和交換，并直接應(yīng)用于對生產(chǎn)過程的管理和控制，進(jìn)一步可對信息進(jìn)行分 析加工產(chǎn)生相關(guān)知識，使制造系統(tǒng)的“智能”得到提高，通常把這種生產(chǎn)方式稱為數(shù)字化制造。另一方面，隨著仿真技術(shù)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生，另一種概念的數(shù)字化工廠隨之產(chǎn)生，這個工廠生存于數(shù)字信息世界，在真實工廠或生產(chǎn)過程還沒有開始前，這個工廠在虛擬空間中運作，對真實工廠進(jìn)行虛擬現(xiàn)實的仿真，提供 優(yōu)化的結(jié)果，這是現(xiàn)在數(shù)字化工廠主要研究和應(yīng)用的內(nèi)容。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長的發(fā)動機(jī)、國家安全的重要保障及國家綜合實力的主要體現(xiàn)。作為先進(jìn)制造技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)已成為世界各國在科技競爭中搶

4、占制高點的突破口。隨著經(jīng)濟(jì)全球化時期的到來，中國的制造業(yè)面臨更加激烈的市場競爭， 如何迅速增強(qiáng)我國制造業(yè)的核心競爭能力，提高我國制造業(yè)的國際競爭地位，這是擺在我們面前的一個非常艱巨、非常緊迫，而又必須快速解決的問題。數(shù)字化信息技術(shù)是當(dāng)今社會發(fā)展最快的先進(jìn)技術(shù)，制造業(yè)的信息化必將促進(jìn)我國制造業(yè)走上一條持續(xù)、快速、健康的發(fā)展之路。制造業(yè)是一個國家或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，其發(fā)展水平標(biāo)志著該國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)實力、科技水平、生活水準(zhǔn)和國防實力。當(dāng)前提高制造生產(chǎn)能力的決定因素是各項高新技術(shù)的迅速發(fā)展及其在制造領(lǐng)域中的廣泛滲透、應(yīng)用和衍生，它促進(jìn)了制造技術(shù)的蓬勃發(fā)展，改變了現(xiàn)代企業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生

5、產(chǎn)工藝和裝備以及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)。二 數(shù)字化設(shè)計與制造的含義2.1數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)介紹先進(jìn)的制造工藝、智能化軟件和柔性的自動化設(shè)備、柔性的發(fā)展戰(zhàn)略構(gòu)成未來企業(yè)競爭的軟、硬件資源；個性化需求和不確定的市場環(huán)境，要求克服設(shè)備資源沉淀造成的成本升高風(fēng)險，制造資源的柔性和可重構(gòu)性將成為21世紀(jì)企業(yè)裝備的顯著特點?，F(xiàn)代產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計要求有效地組織多學(xué)科的產(chǎn)品開發(fā)隊伍，充分利用各種計算機(jī)輔助技術(shù)和工具并充分考慮產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的全過程，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)出滿足用戶需要的產(chǎn)品。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)是指利用計算機(jī)軟硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)全過程的一種技術(shù)，即在網(wǎng)絡(luò)和計算機(jī)輔助下通

6、過產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計、分析、裝配、制造等過程。數(shù)字化設(shè)計與制造不僅貫穿企業(yè)生產(chǎn)的全過程，而且涉及企業(yè)的設(shè)備布置、物流物料、生產(chǎn)計劃、成本分析等多個方面。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力、縮短產(chǎn)品研制周期、降低開發(fā)成本、實現(xiàn)最佳設(shè)計目標(biāo)和企業(yè)間的協(xié)作，使企業(yè)能在最短時間內(nèi)組織全球范圍的設(shè)計制造資源開發(fā)出新產(chǎn)品，大大提高企業(yè)的競爭能力。具體過程如 ：圖一表示數(shù)字化設(shè)計內(nèi)涵、圖二表示數(shù)字制造內(nèi)涵2.2數(shù)字化制造技術(shù)在制造業(yè)中產(chǎn)生的效果隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展, 數(shù)字化技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛, 是制造業(yè)中一項重要技術(shù)。近年來, 信息技術(shù)不斷地與制造技術(shù)相融合,

7、使制造業(yè)日益走向數(shù)字化。我國在數(shù)字化制造技術(shù)的基礎(chǔ)技術(shù)CAD 技術(shù)和數(shù)控技術(shù)等方面都有很大發(fā)展。數(shù)控技術(shù)方面已開發(fā)出了具有自主版權(quán)的四種數(shù)控系統(tǒng)和一批數(shù)控機(jī)床, 這些技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)了數(shù)字化制造技術(shù)與產(chǎn)品的發(fā)展, 它不僅是制造過程的革命, 也是產(chǎn)品的制造技術(shù)的革新。數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展是提高一個國家制造業(yè)競爭力的重要手段。在激烈的市場競爭中,人們對產(chǎn)品特別是機(jī)械產(chǎn)品和耐久消費產(chǎn)品如機(jī)床、汽車、家用電器等的要求越來越高, 除性能、質(zhì)量和價格外, 還要求產(chǎn)品更加多樣化、個性化, 產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模由大批量向多品種小批量方向發(fā)展, 采用數(shù)字化制造技術(shù)不僅能夠滿足這種需求趨勢, 還能夠快速響應(yīng)市場, 降低生

8、產(chǎn)成本。將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于產(chǎn)品的制造過程中, 實現(xiàn)制造過程的柔性化。數(shù)字化制造技術(shù)是改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè), 實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的有力武器。為了實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新, 改造傳統(tǒng)制造技術(shù), 需吸收數(shù)字化技術(shù), 采用數(shù)字化裝置通過計算機(jī)對產(chǎn)品制造過程進(jìn)行控制, 實現(xiàn)數(shù)字化傳遞, 所以在我國利用適用先進(jìn)制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè), 首先就是利用數(shù)字化技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)。而且隨著制造業(yè)擁有數(shù)字化制造技術(shù)比重的逐年上升, 數(shù)字化制造技術(shù)將日益成為制造業(yè)優(yōu)質(zhì)、低成本、快速響應(yīng)市場需求的主流制造技術(shù)。此外, 隨著社會的發(fā)展, 人們生活質(zhì)量的提高, 人們對產(chǎn)品精度、可靠性的要求也越來越高,將數(shù)字化技術(shù)注入產(chǎn)品是提高產(chǎn)品精度和可靠性的有效

9、途徑, 數(shù)字化產(chǎn)品既直觀又方便, 便于與計算機(jī)連接, 通過計算機(jī)控制產(chǎn)品, 進(jìn)行信息處理, 實現(xiàn)信息傳遞。三 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢可歸納為：精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、數(shù)字化、智能化、清潔化、集成化及管理創(chuàng)新等。而數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷提高，Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及應(yīng)用，以及用戶的不同需求，CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM（C4P）等技術(shù)本身也在不斷發(fā)展，集成技術(shù)也在向前推進(jìn)，其發(fā)展趨勢主要有以下幾個方向。一是利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM（C4P）集成技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品全數(shù)字化設(shè)計與制造

10、。在CAD/CAM應(yīng)用過程中，利用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM技術(shù)實現(xiàn)并行工程，可以極大地提高產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量。企業(yè)通過PDM可以進(jìn)行產(chǎn)品功能配置，利用系列件、標(biāo)準(zhǔn)件、借用件、外購件以減少重復(fù)設(shè)計。在PDM環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和制造，通過CAD/CAE/CAPP/CAM等模塊的集成，實現(xiàn)產(chǎn)品無圖紙設(shè)計和全數(shù)字化制造。二是CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)與企業(yè)資源計劃、供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理相結(jié)合，形成制造企業(yè)信息化的總體構(gòu)架。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技術(shù)主要用于實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝和制造過程及其管理的數(shù)字化；企業(yè)資源計劃ERP是以實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)、供、銷、人、財、物的管理為目標(biāo)

11、；供應(yīng)鏈管理SCM用于實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部與上游企業(yè)之間的物流管理；客戶關(guān)系管理CRM可以幫助企業(yè)建立、挖掘和改善與客戶之間的關(guān)系。上述技術(shù)的集成，可以整合企業(yè)的管理，建立從企業(yè)的供應(yīng)決策到企業(yè)內(nèi)部技術(shù)、工藝、制造和管理部門，再到用戶之間的信息集成，實現(xiàn)企業(yè)與外界的信息流、物流和資金流的順暢傳遞，從而有效地提高企業(yè)的市場反應(yīng)速度和產(chǎn)品開發(fā)速度，確保企業(yè)在競爭中取得優(yōu)勢。三是虛擬設(shè)計、虛擬制造、虛擬企業(yè)、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟、敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造以及制造全球化，將成為數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)發(fā)展的重要方向。虛擬設(shè)計、虛擬制造技術(shù)以計算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，形成虛擬的環(huán)境、虛擬設(shè)計與制造過程、虛擬的產(chǎn)品、虛擬的企業(yè)，

12、從而大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的一次成功率。特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，企業(yè)通過國際互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)和內(nèi)部網(wǎng)，組建動態(tài)聯(lián)盟企業(yè)，進(jìn)行異地設(shè)計、異地制造，然后在最接近用戶的生產(chǎn)基地制造成產(chǎn)品。四是以提高對市場快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)將得到超速發(fā)展和應(yīng)用。瞬息萬變的市場促使交貨期成為競爭力諸多因素中的首要因素。為此，許多與此有關(guān)的新觀念、新技術(shù)在21世紀(jì)將得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用。其中有代表性的是：并行工程技術(shù)、模塊化設(shè)計技術(shù)、快速原型成形技術(shù)、快速資源重組技術(shù)、大規(guī)模遠(yuǎn)程定制技術(shù)、客戶化生產(chǎn)方式等。五是制造工藝、設(shè)備和工廠的柔性可重構(gòu)性將成為企業(yè)裝備的顯著特點。四 數(shù)字化生產(chǎn)線的內(nèi)容及實

13、現(xiàn)途徑41打造全新的數(shù)字化企業(yè)平臺，搭建基礎(chǔ)性信息系統(tǒng)，建立數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)體系1.需要建立企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同工作環(huán)境其范圍要涵蓋設(shè)計部門、工裝設(shè)計制造部門、零部件制造部門、裝配部門等主要產(chǎn)品模型的使用單位。必須建立一整套的規(guī)范來約束企業(yè)各部門之間通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)的工作，這些包括數(shù)字簽名審核制度、工作流控制制度等內(nèi)容。使企業(yè)可以通過工作流來驅(qū)動工程設(shè)計與制造事件，實現(xiàn)設(shè)計制造過程的自動化。2建立結(jié)構(gòu)設(shè)計一裝配工藝與仿真的數(shù)字化系統(tǒng)設(shè)計環(huán)境在開展并行設(shè)計過程中，需要建立并行產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境下的裝配仿真系統(tǒng)需要的環(huán)境，PDM系統(tǒng)為協(xié)同設(shè)計提供必要的基礎(chǔ)集成環(huán)境。裝配工藝人員只有通過PDM系統(tǒng)，才能訪問到存

14、在于預(yù)發(fā)放數(shù)據(jù)庫和發(fā)放數(shù)據(jù)庫中的產(chǎn)品模型，并通過PDM的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)同功能，進(jìn)行異地并行預(yù)裝配、裝配過程設(shè)計才能及時、準(zhǔn)確的訪問到所需要的數(shù)據(jù)。3生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字化應(yīng)用技術(shù) 建立數(shù)字化傳遞體系，實現(xiàn)整個設(shè)計制造過程數(shù)字化的途徑主要是通過設(shè)計制造過程分析、優(yōu)化，建立并行工作模式，通過擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)條件，連接結(jié)構(gòu)設(shè)計人員、裝配工藝設(shè)計人員，實現(xiàn)數(shù)字化預(yù)裝配、數(shù)字化裝配過程設(shè)計與結(jié)構(gòu)產(chǎn)品設(shè)計的集成。其次要引進(jìn)國外先進(jìn)軟件系統(tǒng)、設(shè)備和相關(guān)技術(shù)，消化并解決應(yīng)用中的技術(shù)難點，進(jìn)行二次開發(fā)工作，完善復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的數(shù)字化設(shè)計制造系統(tǒng)。42廣泛采用數(shù)控加工技術(shù)，建立比較完備、先進(jìn)的數(shù)控加工技術(shù)體系西方發(fā)達(dá)國家制造業(yè)中數(shù)

15、字化技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：基本實現(xiàn)機(jī)加數(shù)控化；廣泛采用CADCAPPCAM系統(tǒng)和NC技術(shù)；達(dá)到數(shù)控加工高效率；發(fā)展了高速切削加工技術(shù)；在虛擬制造技術(shù)應(yīng)用上已經(jīng)達(dá)到了很高的水平。我們雖然已經(jīng)開始普及應(yīng)用數(shù)控設(shè)備，特別是近年來不斷引進(jìn)大型、先進(jìn)的五坐標(biāo)數(shù)控加工設(shè)備。但是在數(shù)控機(jī)床的種類、數(shù)量以及加工能力上仍難以滿足未來產(chǎn)品數(shù)控加工的需要，造成數(shù)控加工設(shè)備利用率和加工質(zhì)量、效率都很低。1.加大先進(jìn)數(shù)控設(shè)備的引進(jìn)，力爭數(shù)控率達(dá)到8085. 未來幾年我們的重點應(yīng)該兼顧數(shù)控設(shè)備的普及率和數(shù)控設(shè)備的合理配備，優(yōu)先引進(jìn)小型先進(jìn)五坐標(biāo)加工設(shè)備和大型高速五坐標(biāo)數(shù)控龍門銑床，提高復(fù)雜產(chǎn)品的加工能力，滿足高

16、精度、高速度的加工要求，對低檔數(shù)控銑床也要加大投入，提高數(shù)控化率。另外，要加大普通刀具和特種刀具的購買量，刀具使用形成規(guī)范，逐步建立完備的數(shù)控加工刀具管理體系，最大限度的發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)越性。2引進(jìn)CAPP系統(tǒng)以及PDM系統(tǒng)，最終達(dá)到CADCAPPCAMPDM等系統(tǒng)高度集成。3繼續(xù)加大CADCAM軟件、硬件的投入以及加快CAM技術(shù)的進(jìn)步，緊跟世界先進(jìn)的CADCAM技術(shù)發(fā)展，積極推進(jìn)虛擬制造技術(shù)在企業(yè)中的應(yīng)用。4實現(xiàn)數(shù)控車間管理規(guī)范化、信息化，在數(shù)控車間實施DNC以及車間信息管理系統(tǒng)。發(fā)達(dá)國家在80年代就已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了分布式數(shù)字控制技術(shù)，而我們目前仍采用傳統(tǒng)的一臺計算機(jī)控制一臺數(shù)控機(jī)床的模式，

17、很難適應(yīng)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展要求。因此未來幾年我們要整合數(shù)控車間的設(shè)備布局和管理方式，選用先進(jìn)的DNC系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)控機(jī)床、數(shù)控信息的集中控制，集中管理，使數(shù)控加工設(shè)備的利用更加合理、效率更高。數(shù)控車間的管理也要逐步實現(xiàn)信息化，從而實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)流、信息流的暢通和各種信息管理系統(tǒng)的高度集成，這對于數(shù)控車間的現(xiàn)代化管理和數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用都將有極大的推動作用。43建立數(shù)字化工裝生產(chǎn)線建立數(shù)字化工裝生產(chǎn)線主要應(yīng)包括以下幾方面內(nèi)容：1.建立工裝數(shù)字化設(shè)計制造系統(tǒng)體系 建立工裝、工藝與產(chǎn)品并行設(shè)計模式，消除工裝設(shè)計制造信息孤島現(xiàn)象；建立工裝制造數(shù)字量傳遞體系：建立適應(yīng)并行設(shè)計和數(shù)字量傳遞體系的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字化設(shè)計制造環(huán)

18、境。2支持與產(chǎn)品并行設(shè)計的產(chǎn)品工裝數(shù)字化定義和數(shù)字樣機(jī)技術(shù)產(chǎn)品工裝數(shù)字化組織模型、存儲模型；應(yīng)用工裝設(shè)計軟件，工裝結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和振動穩(wěn)定性分析、工裝裝配仿真、基于人機(jī)工程的飛機(jī)裝配過程模擬等，進(jìn)行工裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。3制定產(chǎn)品工裝數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)范、建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)、工裝建模規(guī)范、制圖規(guī)范、模型規(guī)范化檢查標(biāo)準(zhǔn)、電子文檔定義規(guī)范、數(shù)據(jù)集命名規(guī)范、工裝產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理規(guī)范等。4建立工裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫 建立工裝標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)據(jù)庫、典型工裝結(jié)構(gòu)庫；對工裝設(shè)計知識進(jìn)行收集、整理、挖掘，建立工裝設(shè)計知識庫，以支持工裝的智能化和優(yōu)化設(shè)計。5工裝CAPP系統(tǒng)應(yīng)用 建立工裝制造工藝知識庫，進(jìn)行工藝的優(yōu)化設(shè)計；實現(xiàn)工裝工藝設(shè)計和CAD與CAM的集成：實現(xiàn)工藝信息集成化、工藝決策智能化和工裝制造工藝流程、工作流程管理與工藝文件的有效管理。6實現(xiàn)工裝數(shù)字化制造 通過加工過程仿真進(jìn)行加工參數(shù)優(yōu)化；采