数字化制造技术大作业

数字化制造技术基础及其应用大作业姓名：学号：日期：作业1：论述数字化制造技术的最新国内外现状。

我国第一部大型工业纪录片《大国重器》于2013年11月初在央视首播，其内容记录和传播为振兴中国装备工业做出突出贡献的先进人物和事迹｡中国的装备制造在过去的三十年内发生了革命性的变化，现金已经在个别产业领先世界水平，作为装备制造业的根基性行业——机械制造也在飞速发展着｡由此可以看出机械设计制造及其自动化作为一个综合性学科在“大国重器”的发展中担任着重要角色｡本科作为机械设计制造及其自动化的学生，研究生作为机械工程的学生，在大学期间我们广泛地学习了工科专业都会涉及的基础课程，也学会了机械专业相关的机械原理及机械设计､电工电子学､计算机辅助设计､数字化制造技术､液压与气动技术等几十门专业课程｡如今的机械专业并非许多人想象中那么无趣，机械设计包含的内容非常广泛｡一个传统模具从塑性到制造，设计是首要的步骤，而数字化制造技术作为一项专业技术，与传统的制造业有很大的不同，能极大地提升企业的创新能力｡本文从数字化制造技术的定义出发，分析了数字化制造技术国内外的研究现状，阐明了数字化制造技术的关键技术和核心技术，最后对数字化制造技术应用进行实例展示｡数字化时代来临的标志是信息技术的越来越普及，现在信息技术应用于我们生活的方方面面，特别是在智能领域的应用越来越多｡数字化技术是软件和智能技术的基础，是高科技公司赖以生存的核心技术｡先进制造技术的应用，拓展了许多制造的新方法和新工艺｡数字化技术和先进制造技术的结合，给中国的制造业带来巨大的冲击，前景无限光明｡一、数字化制造技术的定义伴随着信息时代的来临，全球进入了数字化时代。

数字化时代是数字化技术在生产、生活、经济、社会、科技、文化、教育和国防等各个领域不断扩大应用并取得日益显著的效益时代。

一系列数字概念如数字图书馆、数码城等与日俱增，同时促使制造业发生革命性的变革。

数字化技术与各种专业技术相融合形成了各种数字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化视听技术。

其中数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大制造技术革新，具有广阔的应用前景。

相对于传统的制造业，有人会把它和先进制造业相混淆，认为数字化制造就是NC(数控)或CNC(计算机数控)，更有甚者，有人会说数字化制造就是CAD(计算机辅助设计)/CAM(计算机辅助制造)的集成､FMS(柔性化制造系统)､CIMS(计算机集成制造系统)等等｡数字化制造的术语性定义：数字化制造就是指在虚拟现实､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｡从数字化制造的术语性定义中，可以发现，数字化制造定义的内涵包括以下三方面：1)设计数字化｡在虚拟环境中，可以实现装配过程仿真，数字预装配，CAM，以及结构分析､管路分析､强度分析等等；2)制造装备数字化｡成套装备的集成，包括数字化创新设计､数字化工艺､数字化特种控制和数字化检测，主要应用的领域有：汽车制造装备､船舶制造装备､电子制造装备､军工制造装备､轻工制造装备等等；3)管理数字化｡制造､工程､用户和供应商的集成｡二、国内外数字化制造相关技术的应用现状纵观国内外先进制造技术的现状和发展，可以看出数字化制造实为先进制造技术的核心技术，是实施其他先进制造技术的平台。

数字制造以其响应快、质量高、成本低和柔性好等特点，正成为推动21世纪制造业向前发展的主流。

装备的数字化代表装备制造的发展方向，它不仅增强了装备的功能和系统集成能力，而且显著地提高了系统的可操作性、可维护性，降低了装备运行和维护成本。

随着数字技术的进步，制造系统、过程和产品的数字描述理论、方法及数字装备的发展，数字制造技术将逐渐成熟，其内涵还将不断地丰富和发展。

最早开始应用数字化制造技术是美国，19世纪50年代，MIT发明了NC机床和CAM处理系统APT系统，K&T公司研制成功了带ATC的加工中心和UT 公司研制成功了带自动换刀方式的世界上第一台加工中心｡60､70年代，CAD软件(二维绘图和三维造型)的出现和FMS(柔性化制造系统)系统的出现，以及CAD/CAM系统的发展｡进入80年代，出现了CIMS(计算机集成制造系统)，使波音公司的飞机在设计､制造和管理的时间由原先的八年缩短到三年｡从80年代末期到现在，出现了在机械､航空航天､汽车､造船等领域广泛应用的CAD/CAM 一体化三维软件(包括现在所熟知的软件：CATIA，I-DEAS，Por/E，MASTERCAM，等等)｡90年代发展起来的RP(快速成型技术)，可以对产品进行快速评价､修改及功能试验，有效地缩短了开发产品的时间｡数字化制造技术不断发展，造成了现代制造业的繁荣｡伴随着2008年经济危机的余波，我国制造业面临巨大的挑战，数字化将是其中一个重要的突破口｡曾经人是作为制造业的主导因素，而在未来信息化将成为制造业的决定因素｡进入信息时代后，信息在制造过程中所起的作用非常巨大｡在数字装备的研究方面应该扩大范围，不应局限于某一类装备的研究，要大力发展以电子制造装备、大型医疗装备、精密科学仪器、精密数控装备等数字装备为代表的高技术产业所需装备。

目前，作为现代制造装备“灵魂”的数控系统已由NC、CNC时代进入了PC－NC和NET－NC时代，其主要目标都是开发具有智能化和柔性化的新一代开放式数控系统，将各种新工艺、新技术、新方法集成于控制系统的基础平台，开发先进制造装备的支撑环境。

数字制造是先进制造技术的核心，代表智能制造、网络制造、虚拟制造等先进制造技术的主流发展方向。

由于支撑数字化制造技术的软硬件主要来源于美国､欧洲和日本，与国外相比，国内在数字化制造技术的应用非常有限，主要局限于汽车制造和飞机制造等极少数领域｡由于虚拟样机技术的主要研究者是高等学校，因此它与工程实际还有很大的差距，而造成今天这种局面的主要原因是国外对其核心技术和关键技术的技术垄断，我国很难通过技术转让直接获取，而能够成为真正数字化工厂的又少之又少｡近些年，国内不断涌现出这类技术型的企业，如华为､海尔､美的､中兴等等｡只有掌握核心技术的企业，才能在未来的数字化制造领域占领一席之地｡三、数字化制造技术的研究重点1）中国制造业发展的挑战契机中国制造业发展的研究重点要以中国制造业所面临的挑战为契机来进行，通过制造业在未来所带来的转型升级，带动数字化制造技术的研究新方向，才能在高附加值的制造领域抢占新机｡2）数字化制造技术的关键技术研究(1)制造过程的建模与仿真：制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程，建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。

目前，仿真与建模已成为推进制造过程设计、优化和控制的有效手段。

仿真和建模最重要的工作是优化工艺参数，以此确保用最高的性价比来制造符合设计要求的零部件。

（2）网络化敏捷设计与制造：利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应力。

在这项技术上美国企业已经开始应用并取得了明显的效益。

我国企业向国际接轨就必须在此领域开展研究，尽快掌握并赶上国外先进水平。

网络化敏捷设计与制造重点发展领域应包括敏捷信息基础结构、敏捷产品设计技术、敏捷工艺设计技术、基于网络的研究开发和敏捷生产技术。

（3）虚拟产品开发：虚拟产品开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。

3）数字化制造技术的核心技术研究一般来讲，数字化制造技术主要包括产品的计算机辅助工业设计（CAID）、计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）、快速成形（RP）、三坐标测量和计算机辅助检测、数控加工等几大核心。

（1）计算机辅助工业设计（CAID）：计算机辅助工业设计是指以计算机技术为辅助手段进行产品的艺术化工业设计，主要是指对批量生产的工业产品的材料、外型、色彩、结构、表面加工等方面的设计工作。

工业设计的魅力所在就是创新、创新、再创新。

只有不断地创新设计才会赢得广阔的市场和持续的高额利润。

这些年来中国家电行业之所以发展到了世界各地，充分得益于工业设计的作用。

CAID的一般过程有市场调查、产品概念草图设计、彩色效果图设计、三维效果图设计、三维造型设计、产品零件图和技术要求说明等。

所用到的主要工具包括：Alias、CorelDraw、3DMAX、Pro /CDRS等。

（2）计算机辅助设计与制造：（CAD/CAM）计算机辅助设计（CAD）在我国应用较早，早期主要是采用计算机绘图技术来替代原来的手工制图，至20世纪90年代二维设计逐渐被三维设计代替。

计算机辅助制造（CAM）则发展较迟，这与数字化加工技术的发展密切相关。

以数控加工中心及相关软件为核心的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）在我国得到较快的发展。

今天，计算机辅助设计与计算机辅助制造已密不可分，在许多领域尤其是模具业，由于其单件或小批量加工的特点，采用CA D/CA M技术进行生产的优势非常明显。

CAD/CAM主要是指采用先进的计算机软硬件手段进行产品三维造型、结构设计、装配仿真、加工仿真、数控加工编程等，其中产品的三维造型是基础，从CAD三维模型到数控加工程序的生成通常不需人工干预，可由CAM软件自动产生。

产品的三维造型设计通常有正向设计和逆向设计两种。

正向设计是指通过工程师对待开发产品概念的理解来进行产品的设计，即由概念到图样或数字模型的过程。

与产品的正向设计不同，逆向工程是从已有产品或实物模型出发，反求产品原始设计参数，并在此基础上进行产品的设计开发。

逆向工程不仅可大大缩短产品的开发周期，降低产品开发成本，还可实现许多正向设计所无法解决的问题，如某些产品的外形非常特别，其数学模型非常难以界定，用逆向方法则可迎刃而解。

正向设计讲究的是创意，通常开发周期较长；逆向设计则较快，可实现一般正向设计无法实现的产品设计，有时只是对成功产品的复制，开发成本一般较低。

目前最常用的CAD/CAM设计工具有：UG、Pro/E、CATIA、Power－Shape/PowerMill等。

其中UG、Pro/E应用较普遍，而CATIA在航空、汽车工业领域的应用近年来呈上升趋势。

对逆向设计而言，如果测量手段为简单的手工测量或通用三坐标测量机（CMM），所得数据较少（一般少于一万点），可使用UG、Pro/E或CATIA进行处理并生成最终三线数模；如果采用的测量工具为激光扫描，因数据量非常大（一般有100万点以上），需要大数据（点云）处理软件如CopyCAD、Geomagic、Surfacer等来对数据进行处理，其输出为可被通用CAD/CAM软件所接受的STL、IGES、DXF等。