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2007-05-09 03:11

造技術(shù)-數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造綜述

造技術(shù)-數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造綜述

西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，重慶 400716
摘要：本文從先進(jìn)制造技術(shù)出發(fā),主要闡述數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵、特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，最后結(jié)合例子對(duì)它的應(yīng)用做一個(gè)比較淺顯的綜述。

關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造技術(shù)；數(shù)字化設(shè)計(jì)；數(shù)字化制造；數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造

當(dāng)前，先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展非常迅速。隨著全球信息網(wǎng)絡(luò)的建立和完善，國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作氛圍的進(jìn)一步形成和發(fā)展，制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)和集成進(jìn)一步加速，制造全球化必將是21世紀(jì)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)，這將更加促使先進(jìn)制造技術(shù)得到更快的發(fā)展。如今，先進(jìn)制造技術(shù)已成為各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和滿足人民日益增長(zhǎng)需要的主要技術(shù)支撐，成為加快高新技術(shù)發(fā)展和實(shí)現(xiàn)國(guó)防現(xiàn)代化的主要技術(shù)支撐，成為企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中能立于不敗之地并求得迅速發(fā)展的關(guān)鍵因素。

1引言
“工業(yè)化”發(fā)展的核心是“信息化”，“信息化”的核心是“數(shù)字化”，“數(shù)字化”也是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的核心。數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造包括以設(shè)計(jì)為中心的、以控制為中心的與以管理為中心的數(shù)字設(shè)計(jì)與制造。“數(shù)字化”貫穿和滲透在制造全過程所用的方法中，并且發(fā)展得更廣泛、更深刻，乃至生產(chǎn)方法與過程的重大變革。這就是說，“數(shù)字化”技術(shù)的發(fā)展必將導(dǎo)致制造技術(shù)的重大發(fā)展與變革。所以，“數(shù)”是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的“核”。數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造是當(dāng)今世界制造業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，它既有繼承性，又有質(zhì)的區(qū)別；既有特定的含義，又是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，相對(duì)而言的。

2 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵和特點(diǎn)
2．1 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的內(nèi)涵
目前對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造還沒有一個(gè)很完整的、公認(rèn)的定義。中國(guó)制造企業(yè)所用到的數(shù)字化技術(shù)涵蓋了從CAD到CAE,從二維到三維,從產(chǎn)品建模到仿真優(yōu)化,從單學(xué)科到多學(xué)科和交叉學(xué)科等多方面的內(nèi)容，對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造主要包括用于企業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、制造(CAM)、工藝設(shè)計(jì)(CAPP)、工程分析(CAE)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)等內(nèi)容。
從制造業(yè)的角度看，就是要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化、制造數(shù)字化、管理數(shù)字化、咨詢服務(wù)數(shù)字化等。數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致了制造信息的表述、存儲(chǔ)、處理、傳遞等方法的深刻變革，使制造業(yè)逐步從傳統(tǒng)的生產(chǎn)型向知識(shí)型模式轉(zhuǎn)化，數(shù)字化已逐漸成為產(chǎn)品生命周期中不可缺少的驅(qū)動(dòng)因素，從而使數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展成為必然。數(shù)字化設(shè)計(jì)、加工、分析技術(shù)以及數(shù)字化制造中的資源管理技術(shù)等構(gòu)成了數(shù)字化制造的支撐技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造的重要途徑。
2．1．1 數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵包括支持企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程的控制與優(yōu)化等，歸納起來就是產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計(jì)是主體，數(shù)控技術(shù)是工具，數(shù)據(jù)管理是核心。它們之間的關(guān)系見圖1
所示。

圖1 數(shù)字化設(shè)計(jì)的內(nèi)涵
2．1．2 數(shù)字化制造的內(nèi)涵
由于通過CAM及其與CAD等集成技術(shù)與工具的研究，在產(chǎn)品加工方面逐漸得到解決，具體是制造狀態(tài)與過程的數(shù)字化描述、非符號(hào)化制造知識(shí)的表述、制造信息的可靠獲取與傳遞、制造信息的定量化、質(zhì)量、分類與評(píng)價(jià)的確定以及生產(chǎn)過程的全面數(shù)字化控制等關(guān)鍵技術(shù)得到了解決，促使數(shù)字制造技術(shù)得以迅速發(fā)展，這些關(guān)鍵技術(shù)之間具體關(guān)系見圖2所示。

圖2 數(shù)字化制造的內(nèi)涵
2．2 數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的特點(diǎn)
數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、信息技術(shù)、管理技術(shù)、工藝技術(shù)等緊密結(jié)合；與微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)和傳統(tǒng)工藝及設(shè)備相結(jié)合，形成多項(xiàng)制造數(shù)字化單元技術(shù)，經(jīng)局部或系統(tǒng)集成，形成了從單元技術(shù)到復(fù)合技術(shù)，從剛性到柔性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜等多個(gè)檔次的數(shù)字化技術(shù)系統(tǒng)，使傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生顯著、本質(zhì)的變化，極大地提高了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
2．2．1 以數(shù)字化為核心的信息技術(shù)
數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)是以數(shù)字化為核心的信息技術(shù)，它以信息化為基礎(chǔ)，并伴隨信息技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。在半個(gè)多世紀(jì)中，信息技術(shù)已成為科技發(fā)展史上最輝煌、發(fā)展最迅速的技術(shù)。信息技術(shù)將給21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展帶來革命性變化，成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)中最重要的資源和競(jìng)爭(zhēng)要素，可以說信息技術(shù)改變了當(dāng)代制造業(yè)的面貌。信息技術(shù)在促進(jìn)當(dāng)代制造業(yè)發(fā)展過程中的作用是全面和深刻的，甚至可以說信息技術(shù)將造就新的制造業(yè)秩序。
近年來，人們提出了一批新的制造模式(虛擬制造、敏捷制造、智能制造、可重組制造等)，一方面開始探究產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中的信息本質(zhì)，另一方面對(duì)制造技術(shù)本身加以改造，以適應(yīng)新的數(shù)字化制造的環(huán)境。隨著對(duì)制造過程和制造系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的加深，人們正試圖以全新的要領(lǐng)和方式對(duì)其加以描述和表達(dá)，并進(jìn)一步達(dá)到實(shí)現(xiàn)控制和優(yōu)化的目的。
2．2．2 集成化