先進(jìn)制造技術(shù)

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)美國(guó)計(jì)劃 美國(guó)AMT計(jì)劃目標(biāo)是：研究開(kāi)發(fā)世界領(lǐng)先的先進(jìn)制造技術(shù)，以滿(mǎn)足美國(guó)制造業(yè)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的需求，提高制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力；通過(guò)教育與培訓(xùn)計(jì)劃提高勞動(dòng)力素質(zhì)；促進(jìn)具有環(huán)境意識(shí)的制造等。 美國(guó)AMT計(jì)劃中的項(xiàng)目包括： (1)設(shè)計(jì)技術(shù) 制造準(zhǔn)備階段所需的設(shè)計(jì)工具與技術(shù)； (2)制造技術(shù) 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中所需的加工工藝和設(shè)備； (3)支持技術(shù) 為前兩類(lèi)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目提供所需的基礎(chǔ)核心技術(shù)； (4)制造技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施 為有效地管理項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，以及推動(dòng)將這些項(xiàng)目應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐中的方法與機(jī)制。 AMT計(jì)劃的集成創(chuàng)新重點(diǎn)領(lǐng)域有： (1)下一代智能制造單元與設(shè)備； (2)適用于快速而有效地設(shè)計(jì)新產(chǎn)品、工藝、

2、設(shè)備及企業(yè)集成化設(shè)計(jì)工具； (3)確保企業(yè)能廣泛了解和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)而進(jìn)行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。相關(guān)背景 相關(guān)應(yīng)用 機(jī)械制造業(yè)是現(xiàn)代國(guó)民經(jīng)濟(jì)和綜合國(guó)力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個(gè)國(guó)家國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的20一55。在一個(gè)國(guó)家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，機(jī)械制造技術(shù)的作用一般占60左右。世界上各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)，主要是先進(jìn)制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，其競(jìng)爭(zhēng)能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)占有率上。 現(xiàn)如今，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為一個(gè)龐大的技術(shù)群。在機(jī)械制造的整個(gè)過(guò)程中，無(wú)論是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，還是在產(chǎn)品生產(chǎn)制造或是經(jīng)營(yíng)管理中，都能充分利用先進(jìn)制造技術(shù)。也正是先進(jìn)制造技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了機(jī)械制造業(yè)產(chǎn)生了根本性的變化，

3、主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 .計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是以計(jì)算機(jī)為工具，幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的適用技術(shù)的總稱(chēng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，人們可以進(jìn)行創(chuàng)造性思維活動(dòng)，完成設(shè)計(jì)方案構(gòu)思、工作原理擬定，并將設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法經(jīng)過(guò)綜合、分析，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的數(shù)學(xué)模型和解析這些模型的程序。在程序運(yùn)行過(guò)程中，人們可以評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)結(jié)果，控制設(shè)計(jì)過(guò)程，計(jì)算機(jī)則可以發(fā)揮其分析和存儲(chǔ)信息的能力，完成信息管理、繪圖、模擬、優(yōu)化和其他數(shù)值分析任務(wù)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容很多，如概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)繪圖等。.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。簡(jiǎn)稱(chēng)C

4、AD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案;各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索;設(shè)計(jì)人員通常用草圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成;利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。發(fā)展概況20世紀(jì)50年代在美國(guó)誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)，開(kāi)始出現(xiàn)具有簡(jiǎn)單繪圖輸出功能的被動(dòng)式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。60年代初期出現(xiàn)了CAD的曲面片技術(shù)，中期推出商品化的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備。70年代，

5、完整的CAD系統(tǒng)開(kāi)始形成，后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器，推出了手動(dòng)游標(biāo)、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設(shè)備，促進(jìn)了CAD技術(shù)的發(fā)展。80 年代，隨著強(qiáng)有力的超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲(chǔ)器件的出現(xiàn)，工程工作站問(wèn)世，cad技術(shù)在中小型企業(yè)逐步普及。80 年代中期以來(lái)，CAD技術(shù)向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化方向發(fā)展。一些標(biāo)準(zhǔn)的圖形接口軟件和圖形功能相繼推出，為CAD 技術(shù)的推廣、軟件的移植和數(shù)據(jù)共享起了重要的促進(jìn)作用；系統(tǒng)構(gòu)造由過(guò)去的單一功能變成綜合功能，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造聯(lián)成一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)；固化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多處理機(jī)和并行處理技術(shù)在CAD中的應(yīng)用，極大地提高

6、了cad系統(tǒng)的性能；人工智能和專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)引入cad，出現(xiàn)了智能CAD技術(shù)，使CAD系統(tǒng)的問(wèn)題求解能力大為增強(qiáng)，設(shè)計(jì)過(guò)程更趨自動(dòng)化?，F(xiàn)在，cad 已在建筑設(shè)計(jì)、電子和電氣、科學(xué)研究、機(jī)械設(shè)計(jì) 、軟件開(kāi)發(fā)、機(jī)器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠(chǎng)自動(dòng)化、土木筑、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；炯夹g(shù)基本技術(shù) 主要包括交互技術(shù)、圖形變換技術(shù)、曲面造型和實(shí)體造型技術(shù)等。交互技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，交互技術(shù)是必不可少的。交互式cad系統(tǒng)， 指用戶(hù)在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，人和機(jī)器可以及時(shí)地交換信息。采用交互式系統(tǒng)，人們可以邊構(gòu)思 、邊打樣、邊修改，隨時(shí)可從圖形終端屏幕上看到每一步操作的顯示結(jié)果，非常直

7、觀(guān)。圖形變換圖形變換的主要功能是把用戶(hù)坐標(biāo)系和圖形輸出設(shè)備的坐標(biāo)系聯(lián)系起來(lái)；對(duì)圖形作平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視變換 ；通過(guò)矩陣運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)圖形變換。實(shí)體造型技術(shù)實(shí)體造型技術(shù)(Solid Modeling)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)、計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域中建立3D實(shí)體模型的關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)體造型技術(shù)是指描述幾何模型的形狀和屬性的信息并存于計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)生成具有真實(shí)感的可視的三維圖形的技術(shù)。 通常以具有圖形功能的交互計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要設(shè)備有：計(jì)算機(jī)主機(jī)，圖形顯示終端，圖形輸入板，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)，磁帶機(jī)，以及各類(lèi)軟件。 工程工作站 工程工作站一般指具有超級(jí)小型機(jī)功能和三維圖形處理能力的一種單用戶(hù)

8、交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。它有較強(qiáng)的計(jì)算能力，用規(guī)范的圖形軟件，有高分辨率的顯示終端，可以聯(lián)在資源共享的局域網(wǎng)上工作，已形成最流行的cad系統(tǒng)。 個(gè)人計(jì)算機(jī) 個(gè)人計(jì)算機(jī)（pc）系統(tǒng)價(jià)格低廉，操作方便，使用靈活。80年代以后，pc機(jī)性能不斷翻新，硬件和軟件發(fā)展迅猛，加之圖形卡、高分辨率圖形顯示器的應(yīng)用，以及pc機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，由pc機(jī)構(gòu)成的cad 系統(tǒng)已大量涌現(xiàn)，而且呈上升趨勢(shì)。圖形輸入輸出設(shè)備 除了計(jì)算機(jī)主機(jī)和一般的外圍設(shè)備外，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)主要使用圖形輸入輸出設(shè)備。交互圖形系統(tǒng)對(duì)cad 尤為重要。圖形輸入設(shè)備的一般作用是把平面上點(diǎn)的坐標(biāo)送入計(jì)算機(jī)。系統(tǒng)組成 常見(jiàn)設(shè)備：常見(jiàn)設(shè)備： 常見(jiàn)的輸入設(shè)備有鍵

9、盤(pán)、光筆、觸摸屏、操縱桿、跟蹤球、鼠標(biāo)器、圖形輸入板和數(shù)字化儀。 設(shè)備分類(lèi)：設(shè)備分類(lèi)： 圖形輸出設(shè)備分為軟拷貝和硬拷貝兩大類(lèi)： 軟拷貝設(shè)備軟拷貝設(shè)備指各種圖形顯示設(shè)備，是人機(jī)交互必不可少的； 硬拷貝設(shè)備硬拷貝設(shè)備常用作圖形顯示的附屬設(shè)備，它把屏幕上的圖像復(fù)印出來(lái)，以便保存。 常用的圖形顯示有三種：有向束顯示、存儲(chǔ)管顯示和光柵掃描顯示。 有向束顯示有向束顯示應(yīng)用最早，為了使圖像清晰，電子束必須不斷重畫(huà)圖形，故又稱(chēng)刷新顯示，它易于擦除和修改圖形，適于作交互圖形的手段。 存儲(chǔ)管顯示存儲(chǔ)管顯示保存圖像而不必刷新，故能顯示大量數(shù)據(jù)，且價(jià)格較低。 光柵掃描系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)能提供彩色圖像，圖像信息可存放在所

10、謂幀緩沖存儲(chǔ)器里，圖像的分辨率較高。 折疊CAD軟件 除計(jì)算機(jī)本身的軟件如操作系統(tǒng)、編譯程序外，cad主要使用交互式圖形顯示軟件、cad應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)管理軟件3類(lèi)軟件。 交互式圖形顯示軟件交互式圖形顯示軟件用于圖形顯示的開(kāi)窗、剪輯、觀(guān)看，圖形的變換、修改，以及相應(yīng)的人機(jī)交互。 cad 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件提供幾何造型、特征計(jì)算、繪圖等功能 ， 以完成面向各專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的各種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。構(gòu)造應(yīng)用軟件的四個(gè)要素是：算法 、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶(hù)界面和數(shù)據(jù)管理。 數(shù)據(jù)管理軟件數(shù)據(jù)管理軟件用于存儲(chǔ) 、檢索和處理大量數(shù)據(jù)，包括文字和圖形信息。為此，需要建立工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。它同一般的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)：數(shù)據(jù)類(lèi)型更加多

11、樣，設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)體關(guān)系復(fù)雜，庫(kù)中數(shù)值和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變動(dòng)，設(shè)計(jì)者的操作主要是一種實(shí)時(shí)性的交互處理。系統(tǒng)功能 現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的功能包括: (1)設(shè)計(jì)組件重用(Reuse of design components) (2)簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning) (3)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)組件的自動(dòng)產(chǎn)生(Automatic generation of standard components of the design) (4)設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足要求和實(shí)際規(guī)則的檢驗(yàn)(Validation/verification of designs a

12、gainst specifications and design rules) (5)無(wú)需建立物理原型的設(shè)計(jì)模擬(Simulation of designs without building a physical prototype) (6)裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動(dòng)設(shè)計(jì) (7)工程文檔的輸出，例如制造圖紙，材料明細(xì)表(Bill of Materials) (8)設(shè)計(jì)到生產(chǎn)設(shè)備的直接輸出 (9)到快速原型或快速制造工業(yè)原型的機(jī)器的直接輸出CAD軟件介紹 AutoCADAutoCAD是國(guó)際上著名的二維和三維CAD設(shè)計(jì)軟件，是美國(guó)Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動(dòng)計(jì)算機(jī)輔助

13、設(shè)計(jì)軟件，用于二維繪圖、詳細(xì)繪制、設(shè)計(jì)文檔和基本三維設(shè)計(jì)?，F(xiàn)已經(jīng)成為國(guó)際上廣為流行的繪圖工具。.dwg文件格式成為二維繪圖的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)格式。 AutoCAD有著良好的用戶(hù)界面，它的多文檔設(shè)計(jì)環(huán)境，讓非計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)人員也能非常快的學(xué)會(huì)使用。AutoCAD擁有廣泛的適應(yīng)性和良好的兼容性，可以在各種PC系統(tǒng)和工作站上運(yùn)行，并支持分辨率由320200到20481024的各種圖形顯示設(shè)備40多種，以及數(shù)字儀和鼠標(biāo)器30多種，繪圖儀和打印機(jī)數(shù)十種，這就為AutoCAD的普及創(chuàng)造了條件。浩辰浩辰CAD是著名的國(guó)產(chǎn)CAD設(shè)計(jì)軟件，由蘇州浩辰軟件股份有限公司開(kāi)發(fā)，目前最新版本為浩辰CAD 2012。浩辰CAD完美兼

14、容AutoCAD，在界面、功能、操作習(xí)慣、命令方式、文件格式、二次開(kāi)發(fā)接口與之基本一致，并根據(jù)國(guó)內(nèi)用戶(hù)需求開(kāi)發(fā)大量使用工具，具有更高的性?xún)r(jià)比，此外浩辰CAD還可以提供針對(duì)勘察設(shè)計(jì)行業(yè)和制造業(yè)的全面解決方案。2010年，浩辰獲得工信部資金支持，開(kāi)發(fā)三維建筑協(xié)同設(shè)計(jì)軟件，2012年將推出集建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電、日照、節(jié)能等專(zhuān)業(yè)軟件及協(xié)同設(shè)計(jì)和管理系統(tǒng)于一體的全套解決方案。中望中望CAD是另一種國(guó)產(chǎn)CAD設(shè)計(jì)軟件，由廣州中望龍騰軟件股份有限公司開(kāi)發(fā)并在2001年推出了第一個(gè)版本，目前最新版本為中望CAD 2011。中望CAD兼容目前普遍使用的AutoCAD，在界面、功能、操作習(xí)慣、命令方式、文件格式上

15、與之基本一致，但具有更高的性?xún)r(jià)比和更貼心的本土化服務(wù)，深受用戶(hù)歡迎，被廣泛應(yīng)用于通信、建筑、煤炭、水利水電、電子、機(jī)械、模具等勘察設(shè)計(jì)和制造業(yè)領(lǐng)域。中望公司在2010年斥資千萬(wàn)美元收購(gòu)了美國(guó)著名的三維CAD/CAM設(shè)計(jì)軟件公司：VX，并在2010年8月份推出了中望3D2010版，從此中望公司開(kāi)始涉及三維CAD設(shè)計(jì)軟件領(lǐng)域。MicroStation是國(guó)際上和AutoCAD齊名的二維和三維CAD設(shè)計(jì)軟件，第一個(gè)版本由Bentley兄弟在1986年開(kāi)發(fā)完成。其專(zhuān)用格式是DGN，并兼容AutoCAD的DWG/DXF等格式。MicroStation是Bentley 工程軟件系統(tǒng)有限公司在建筑、土木工程、

16、交通運(yùn)輸、加工工廠(chǎng)、離散制造業(yè)、政府部門(mén)、公用事業(yè)和電訊網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域解決方案的基礎(chǔ)平臺(tái)。MicroStation具有很強(qiáng)大的兼容性和擴(kuò)展性，可以通過(guò)一系列第三方軟件實(shí)現(xiàn)諸多特殊效果。例如用TurnTool等第三方插件，即可直接用MicroStation發(fā)布在線(xiàn)三維展示案例。 在線(xiàn)CAD模型數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)介紹CAD設(shè)計(jì)軟件會(huì)提供一些模型，但更多的模型需要從網(wǎng)上下載的，國(guó)內(nèi)一些論壇和平臺(tái)也會(huì)提供相關(guān)模型下載，不過(guò)內(nèi)容準(zhǔn)確度和豐富性尚待完善。但如果企業(yè)有多種CAD系統(tǒng)并行的局面，那么就需要配置統(tǒng)一的、具備跨平臺(tái)能力的零部件數(shù)據(jù)資源庫(kù)，將標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和外購(gòu)件庫(kù)內(nèi)的模型數(shù)據(jù)以CAD原始數(shù)據(jù)格式導(dǎo)出到三維構(gòu)型系統(tǒng)當(dāng)中

17、去，如主流的Autodesk Inventor，SolidWorks, CATIA, SolidEdge, Pro/E, AutoCAD, UG NX, Onespace等，更快的幫助設(shè)計(jì)人員完成設(shè)計(jì)工作，提升效率?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的PLM零部件數(shù)據(jù)資源平臺(tái)PARTcommunity似以云之力構(gòu)建了龐大而豐富的三維模型，在國(guó)外，這種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被稱(chēng)為“零部件圖書(shū)館”或“數(shù)據(jù)資源倉(cāng)庫(kù)”。在歐美和日本的PLM用戶(hù)中，PARTcommunity（簡(jiǎn)稱(chēng)PCOM）的知名度一點(diǎn)都不亞于今天我們所熟知的BLOG和SNS這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。2010年年初PARTcommunity 2.0 （簡(jiǎn)稱(chēng)PCOM 2.0）正式在德國(guó)上線(xiàn)，其簡(jiǎn)體中文PCOM 2.0站點(diǎn)正式落戶(hù)北京(linkable.partcommunity)，平臺(tái)由北京翎瑞鴻翔科技有限公司與德國(guó)卡迪納斯有限公司共同合作開(kāi)發(fā)，其提供數(shù)百家國(guó)內(nèi)外廠(chǎng)商的產(chǎn)品模型供注冊(cè)用戶(hù)免費(fèi)下載和使用，能