数字制造技术试题

（１）数字制造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通俗地说：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。

计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。

各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。

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，其内涵包括三个层面：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。

（２）数字工厂；数字化工厂（DF）以产品全生命周期的相关数据为基础，在计算机虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、评估和优化，并进一步扩展到整个产品生命周期的新型生产组织方式。

数字化工厂（DF）主要解决产品设计和产品制造之间的“鸿沟”，实现产品生命周期中的设计；制造；装配；物流等各个方面的功能，降低设计到生产制造之间的不确定性，在虚拟环境下将生产制造过程压缩和提前，并得以评估与检验，从而缩短产品设计到生产的转化的时间，并且提高产品的可靠性与成功。

（３）数字营销；数字营销，就是指借助于互联网络、电脑、通信技术和数字交互式媒体来实现营销目标的一种营销方式。

数字营销将尽可能地利用先进的计算机网络技术，以最有效、最省钱地谋求新的市场的开拓和新的消费者的挖掘。

（４）虚拟制造虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真，它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。

虚拟制造技术将从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。

在产品真正制出之前，首先在虚拟制造环境中生成软产品原型（Soft Prototype）代替传统的硬样品（Hard Prototype）进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。

虚拟企业是为了快速响应某一市场需求，通过信息高速公路，将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一指挥的合作经济实体。

虚拟企业的特点是企业的功能上的不完整、地域上的分散性和组织结构上的非永久性，即功能的虚拟化、组织的虚拟化、地域的虚拟化。

2、简述数字制造关键技术有那些。

（20分）制造过程中的建模与仿真、网络化敏捷设计与制造、虚拟产品开发（２）数字产品；数字产品具有狭义和广义之分。

狭义的数字产品指信息内容基于数字格式的交换物或通过因特网以比特流方式运送的产品，而广义的数字产品除了包括狭义的数字产品外，还包括基于数字技术的电子产品或将其转化为数字形式通过网络来传播和收发，或者依托于一定的物理载体而存在的产品。

美国著名经济学家夏皮罗和瓦里安在《信息规则：网络经济的策略指导》一书中认为，数字化（digital products）就是编成一段字节。

包含数字化格式，可编码为二进制流的交换物，均视为数字产品。

数字产品的物理特性有：不可破坏性，可改变性，较快的传播速度，产品互补性将数字产品分为三类：1）信息和娱乐产品，如纸上信息产品、产品信息、图像图形、音频产品和视频产品。

2）象征、符号和概念，如航班、音乐会、体育场的订票过程，支票、电子货币、信用卡等财务工具等。

3）过程和服务，如政府服务、信件和传真电子消费、远程教育和交互式服务、数字咖啡馆和交互式娱乐等。

（３）网络化制造；所谓网络化制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其其它相关技术, 构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统, 并在系统的支持下, 突破空间对企业生产经营范围和方式的约束, 开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销售、采购、管理等) , 实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成, 高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。

产品间协同包括产品设计协同、制造协同、供应链协同和商务协同。

科技部关于“网络化制造”的定义为:按照敏捷制造的思想，采用Internet技术，建立灵活有效、互惠互利的动态企业联盟，有效地实现研究、设计、生产和销售各种资源的重组，从而提高企业的市场快速反应和竞争能力的新模式。

网络化制造有着丰富的内涵，其内容还在不断丰富的过程当中。

所具有基本特征主要有：1、基于网络的先进制造模式，企业通过互联网，企业内、外联网组织并管理；2、快速响应市场需求；3、资源整合共享，节省成本；4、突破了地域和时间的限制等特征。

（４）绿色制造绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、本钱的条件下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。

它使产品从设计、制造、使用到报废整个产品生命周期中不产生环境污染或环境污染最小化，符合环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，节约资源和能源，使资源利用率最高，能源消耗最低。

绿色制造技术（Green manufacturing technology）是以绿色理念为指导，综合运用绿色设计，绿色工艺，绿色包装、绿色生产等为一体的科学技术，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。

3、简要回答开发数字样机的意义和用途以及主要步骤（20分）用途Autodesk 对数字样机的定义包括PLM 的基本功能——工业设计、设计和工程、数据仓库，以及协作（参见图）。

不过，与PLM 相比，它有一些重要的区别：PLM 涉及由始至终的整个产品开发流程，而数字样机则止于完成数字产品及其工程物料清单之后。

产品生命周期管理与数字样机的活动对比工业设计/概念设计。

工业设计的目标至少包括以下三点：创造的产品要美观、功能强大且款式独特，以帮助制造商和零售商获得品牌认可。

计算机辅助设计。

利用CAD 应用程序，产品设计工程师可以制作详细的工程文件，用于产品制造。

计算机辅助工程。

CAE 的目标有以下三个：测试产品能够经得住长期使用的能力、通过数字模拟而不是依靠过度设计来确保产品质量，以及根据产品成本计算、质量和制造作出最好的材料选择。

数字模拟可以包括应力测试、热流和流体流分析，以及运动原理等。

产品信息管理。

PIM 相当于产品意图、产品结构和开发流程的储存库。

它支持企业内部的协作和跨业务合作伙伴网络的协作、加快创新产品投放市场的速度，并为大量重复使用零件、部件和程序提供了方便。

（２）数字样机；数字样机技术是以CAX/DFX技术为基础，以机械系统运动学、动力学和控制理论为核心，融合虚拟现实、仿真技术、三维计算机图形技术，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使产品的设计者、制造者和使用者在产品的早期可以直观形象地对数字化的虚拟产品原型进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真，为产品的研发提供全新的数字化设计方法。

狭义的数字样机认识从计算就图形学角度出发，认为数字样机是利用虚拟现实技术对产品模型的设计、制造、装配、使用、维护与回收利用等各种属性进行分析与和设计，在虚拟环境中逼真的分析与显示产品的全部特征，以替代或精简物理样机。

广义的数字样机从制造的角度出发，认为数字样机是一种基于计算机的产品描述，从产品设计、制造、服务、维护直至产品回收整个过程中全部所需功能的实时计算机仿真，通过计算机技术对产品的各种属性进行设计、分析与仿真，以取代或精简物理样机。

（1）真实性。

（2）面向产品全生命周期。

（3）多学科交叉性。

（４）协同设计协同设计是在对众多设计单位的设计流程、工作习惯和管理手段等方面进行深入了解、概括提炼的基础上，结合独到的软件设计理念，开发完成的一套精巧实用的管理软件。

该软件模块与项目管理软件一体化集成，自动提取项目管理中已建的工程项目信息、校审流程、成员组织结构和进度计划等工作规程。

将项目负责、专业负责、设计和校审人员通过网络组成有机的协作体。

从图形的设计、校审到打印归档等都严谨条理、井然有序（４）个性化产品定制个性化定制是用户介入产品的生产过程，将指定的图案和文字印刷到指定的产品上，用户获得自己定制的个人属性强烈的商品。

4、何为数字协同设计？试述其产生背景和技术特征（20分）协同设计是在对众多设计单位的设计流程、工作习惯和管理手段等方面进行深入了解、概括提炼的基础上，结合独到的软件设计理念，开发完成的一套精巧实用的管理软件。

该软件模块与项目管理软件一体化集成，自动提取项目管理中已建的工程项目信息、校审流程、成员组织结构和进度计划等工作规程。

将项目负责、专业负责、设计和校审人员通过网络组成有机的协作体。

从图形的设计、校审到打印归档等都严谨条理、井然有序技术特点1、软件的策划和设计者具有丰富的工程设计领域阅历，对设计行业了解深刻，产品贴合设计单位的设计和管理模式。

2、软件以“适应和辅助”为设计宗旨，在给设计带来极大效率和便利的同时，很少给设计人员带来负担。

3、可以利用互联网技术，实现远程设计、管理与资源共享。

4、软件构架科学，数据组织合理，系统运行高效，维护简单方便。

5、精巧灵透、理念新颖、构思独特，具有强烈的创新意识。

6、针对目前本类软件难以掌握使用的特点，大量采用“按需加载”和“面向对象”的工程模式，使界面简明，易于掌握。

5、举例说明数字制造进展与应用（不用答在试卷上，需要通过网络提交***************，仅写出提交的电子答案的内容题目即可）（20分）1数字制造的形成背景在数字化技术和制造技术融合的背景下3数字制造的特征1计算机技术和网络技术是数字化制造技术的基础,2 计算机只是数字化制造的辅助工具，3 提高产品质量，缩短产品开发周期，降低生产成本，4 只涵盖了产品生命周期的某一部分4数字制造的主要技术内容计与制造主要内容包括企业的计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）企业资源计划ERP 反求工程技术RE 快速原型技术Rp三坐标测量及计算机辅助检测CMM、CAI5数字制造的典型应用快速原型技术的应用6数字制造的发展趋势1. 利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技术，实现产品全数字化设计与制造在CAD/CAM应用过程中，利用产品数据管理PDM技术实现并行工程，可以极大地提高产品开发的效率和质量，企业通过PDM可以进行产品功能配置，利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计，在PDM环境下进行产品设计和制造，通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块的集成，实现产品无图纸设计和全数字化制造；2. CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理相结合，形成制造企业信息化的总体构架CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术主要用于实现产品的设计、工艺和制造过程及其管理的数字化；企业资源计划ERP是以实现企业产、供、销、人、财、物的管理为目标；供应链管理SCM用于实现企业内部与上游企业之间的物流管理；客户关系管理CRM可以帮助企业建立、挖掘和改善与客户之间的关系。