数字化设计与制造课程论文.doc

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1、数字化设计与制造课程论文姓名： 刘永成班级：机械设计及理论学号：2010051106二一一年六月目录摘要2一 引言2二 数字化设计与制造的含义32.1数字化设计与制造技术介绍32.2数字化制造技术在制造业中产生的效果4三 先进制造技术发展的总趋势4四 数字化生产线的内容及实现途径541打造全新的数字化企业平台，搭建基础性信息系统，建立数字化协调技术体系542广泛采用数控加工技术，建立比较完备、先进的数控加工技术体系643建立数字化工装生产线6五 总结与展望7摘要制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱, 将数字化技术用于制造过程，可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性，从而提高产品生产过程

2、的质量和效率，增强工业产品的市场竞争力。数字化加工与制造应运而生并且表现出了强大的生命力。将数字化技术用于支持产品全生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是数字化制造技术; 将数字化技术注入工业产品就形成了数字化产品。关键词：数字化设计与制造 数控技术 数字化生产线一 引言制造技术已从物质形式的制造向信息制造转变，产品中知识信息的价值占据越来越高的比例，这不但反映在产品本身，而且体现在产品的整个生命周期，特别是生产 制造环节，随着信息技术的发展，不断出现了新的制造理念和制造系统，如FMS、CIMS、敏捷制造和网络化制造等。这些技术从制造的现实出发，对制造过程中产生的数据进行数字化，并对它们进

3、行加工处理，产生相关信息，在制造系统中进行存储和交换，并直接应用于对生产过程的管理和控制，进一步可对信息进行分 析加工产生相关知识，使制造系统的“智能”得到提高，通常把这种生产方式称为数字化制造。另一方面，随着仿真技术的发展和虚拟现实技术的产生，另一种概念的数字化工厂随之产生，这个工厂生存于数字信息世界，在真实工厂或生产过程还没有开始前，这个工厂在虚拟空间中运作，对真实工厂进行虚拟现实的仿真，提供 优化的结果，这是现在数字化工厂主要研究和应用的内容。制造业是国民经济持续增长的发动机、国家安全的重要保障及国家综合实力的主要体现。作为先进制造技术与信息技术相结合的产物，数字化设计与制造技术已成为世

4、界各国在科技竞争中抢占制高点的突破口。随着经济全球化时期的到来，中国的制造业面临更加激烈的市场竞争， 如何迅速增强我国制造业的核心竞争能力，提高我国制造业的国际竞争地位，这是摆在我们面前的一个非常艰巨、非常紧迫，而又必须快速解决的问题。数字化信息技术是当今社会发展最快的先进技术，制造业的信息化必将促进我国制造业走上一条持续、快速、健康的发展之路。制造业是一个国家或地区经济发展的重要支柱，其发展水平标志着该国家或地区的经济实力、科技水平、生活水准和国防实力。当前提高制造生产能力的决定因素是各项高新技术的迅速发展及其在制造领域中的广泛渗透、应用和衍生，它促进了制造技术的蓬勃发展，改变了现代企业的产

5、品结构、生产方式、生产工艺和装备以及生产组织结构。二 数字化设计与制造的含义2.1数字化设计与制造技术介绍先进的制造工艺、智能化软件和柔性的自动化设备、柔性的发展战略构成未来企业竞争的软、硬件资源；个性化需求和不确定的市场环境，要求克服设备资源沉淀造成的成本升高风险，制造资源的柔性和可重构性将成为21世纪企业装备的显著特点。现代产品开发设计要求有效地组织多学科的产品开发队伍，充分利用各种计算机辅助技术和工具并充分考虑产品设计开发的全过程，从而缩短产品开发周期，降低成本，提高产品质量，生产出满足用户需要的产品。数字化设计与制造技术是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发全过程的一种技术，即在

6、网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造不仅贯穿企业生产的全过程，而且涉及企业的设备布置、物流物料、生产计划、成本分析等多个方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高企业的产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源开发出新产品，大大提高企业的竞争能力。具体过程如 ：图一表示数字化设计内涵、图二表示数字制造内涵2.2数字化制造技术在制造业中产生的效果随着计算机技术的发展, 数字化技术在制造业中的应用越来越广泛, 是制造业中一项重要技术。近年来, 信息技术不断

7、地与制造技术相融合,使制造业日益走向数字化。我国在数字化制造技术的基础技术CAD 技术和数控技术等方面都有很大发展。数控技术方面已开发出了具有自主版权的四种数控系统和一批数控机床, 这些技术的进步促进了数字化制造技术与产品的发展, 它不仅是制造过程的革命, 也是产品的制造技术的革新。数字化制造技术的发展是提高一个国家制造业竞争力的重要手段。在激烈的市场竞争中,人们对产品特别是机械产品和耐久消费产品如机床、汽车、家用电器等的要求越来越高, 除性能、质量和价格外, 还要求产品更加多样化、个性化, 产品的生产规模由大批量向多品种小批量方向发展, 采用数字化制造技术不仅能够满足这种需求趋势, 还能够快

8、速响应市场, 降低生产成本。将数字化技术应用于产品的制造过程中, 实现制造过程的柔性化。数字化制造技术是改造传统产业, 实现产业升级的有力武器。为了实现技术创新, 改造传统制造技术, 需吸收数字化技术, 采用数字化装置通过计算机对产品制造过程进行控制, 实现数字化传递, 所以在我国利用适用先进制造技术改造传统制造业, 首先就是利用数字化技术改造传统制造业。而且随着制造业拥有数字化制造技术比重的逐年上升, 数字化制造技术将日益成为制造业优质、低成本、快速响应市场需求的主流制造技术。此外, 随着社会的发展, 人们生活质量的提高, 人们对产品精度、可靠性的要求也越来越高,将数字化技术注入产品是提高产

9、品精度和可靠性的有效途径, 数字化产品既直观又方便, 便于与计算机连接, 通过计算机控制产品, 进行信息处理, 实现信息传递。三 先进制造技术发展的总趋势先进制造技术发展的总趋势可归纳为：精密化、柔性化、网络化、虚拟化、数字化、智能化、清洁化、集成化及管理创新等。而数字化设计与制造技术是先进制造技术的基础。随着计算机技术的不断提高，Internet网络技术的普及应用，以及用户的不同需求，CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM（C4P）等技术本身也在不断发展，集成技术也在向前推进，其发展趋势主要有以下几个方向。一是利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM（C4P）集成技术，实现产

10、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。二是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

11、、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。上述技术的集成，可以整合企业的管理，建立从企业的供应决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门，再到用户之间的信息集成，实现企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递，从而有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度，确保企业在竞争中取得优势。三是虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化，将成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。虚拟设计、虚拟制造技术以计算机支持的仿真技术为前提，形成虚拟的环境、虚拟设计与制造过程、虚拟

12、的产品、虚拟的企业，从而大大缩短产品开发周期，提高产品设计开发的一次成功率。特别是网络技术的高速发展，企业通过国际互联网、局域网和内部网，组建动态联盟企业，进行异地设计、异地制造，然后在最接近用户的生产基地制造成产品。四是以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术将得到超速发展和应用。瞬息万变的市场促使交货期成为竞争力诸多因素中的首要因素。为此，许多与此有关的新观念、新技术在21世纪将得到迅速的发展和应用。其中有代表性的是：并行工程技术、模块化设计技术、快速原型成形技术、快速资源重组技术、大规模远程定制技术、客户化生产方式等。五是制造工艺、设备和工厂的柔性可重构性将成为企业装备的显著特点。四 数

13、字化生产线的内容及实现途径41打造全新的数字化企业平台，搭建基础性信息系统，建立数字化协调技术体系1.需要建立企业内部的网络化协同工作环境其范围要涵盖设计部门、工装设计制造部门、零部件制造部门、装配部门等主要产品模型的使用单位。必须建立一整套的规范来约束企业各部门之间通过网络协调的工作，这些包括数字签名审核制度、工作流控制制度等内容。使企业可以通过工作流来驱动工程设计与制造事件，实现设计制造过程的自动化。2建立结构设计一装配工艺与仿真的数字化系统设计环境在开展并行设计过程中，需要建立并行产品设计环境下的装配仿真系统需要的环境，PDM系统为协同设计提供必要的基础集成环境。装配工艺人员只有通过PD

14、M系统，才能访问到存在于预发放数据库和发放数据库中的产品模型，并通过PDM的网络通讯协同功能，进行异地并行预装配、装配过程设计才能及时、准确的访问到所需要的数据。3生产现场的数字化应用技术 建立数字化传递体系，实现整个设计制造过程数字化的途径主要是通过设计制造过程分析、优化，建立并行工作模式，通过扩大网络条件，连接结构设计人员、装配工艺设计人员，实现数字化预装配、数字化装配过程设计与结构产品设计的集成。其次要引进国外先进软件系统、设备和相关技术，消化并解决应用中的技术难点，进行二次开发工作，完善复合材料结构件的数字化设计制造系统。42广泛采用数控加工技术，建立比较完备、先进的数控加工技术体系西

15、方发达国家制造业中数字化技术发展主要体现在以下几个方面：基本实现机加数控化；广泛采用CADCAPPCAM系统和NC技术；达到数控加工高效率；发展了高速切削加工技术；在虚拟制造技术应用上已经达到了很高的水平。我们虽然已经开始普及应用数控设备，特别是近年来不断引进大型、先进的五坐标数控加工设备。但是在数控机床的种类、数量以及加工能力上仍难以满足未来产品数控加工的需要，造成数控加工设备利用率和加工质量、效率都很低。1.加大先进数控设备的引进，力争数控率达到8085. 未来几年我们的重点应该兼顾数控设备的普及率和数控设备的合理配备，优先引进小型先进五坐标加工设备和大型高速五坐标数控龙门铣床，提高复杂产

16、品的加工能力，满足高精度、高速度的加工要求，对低档数控铣床也要加大投入，提高数控化率。另外，要加大普通刀具和特种刀具的购买量，刀具使用形成规范，逐步建立完备的数控加工刀具管理体系，最大限度的发挥数控加工的优越性。2引进CAPP系统以及PDM系统，最终达到CADCAPPCAMPDM等系统高度集成。3继续加大CADCAM软件、硬件的投入以及加快CAM技术的进步，紧跟世界先进的CADCAM技术发展，积极推进虚拟制造技术在企业中的应用。4实现数控车间管理规范化、信息化，在数控车间实施DNC以及车间信息管理系统。发达国家在80年代就已经广泛地应用了分布式数字控制技术，而我们目前仍采用传统的一台计算机控制

17、一台数控机床的模式，很难适应数控技术的发展要求。因此未来几年我们要整合数控车间的设备布局和管理方式，选用先进的DNC系统，实现数控机床、数控信息的集中控制，集中管理，使数控加工设备的利用更加合理、效率更高。数控车间的管理也要逐步实现信息化，从而实现企业数据流、信息流的畅通和各种信息管理系统的高度集成，这对于数控车间的现代化管理和数控技术的应用都将有极大的推动作用。43建立数字化工装生产线建立数字化工装生产线主要应包括以下几方面内容：1.建立工装数字化设计制造系统体系 建立工装、工艺与产品并行设计模式，消除工装设计制造信息孤岛现象；建立工装制造数字量传递体系：建立适应并行设计和数字量传递体系的网

18、络化数字化设计制造环境。2支持与产品并行设计的产品工装数字化定义和数字样机技术产品工装数字化组织模型、存储模型；应用工装设计软件，工装结构强度、刚度和振动稳定性分析、工装装配仿真、基于人机工程的飞机装配过程模拟等，进行工装结构优化设计。3制定产品工装数字化技术应用标准和管理规范、建立产品数据编码标准、工装建模规范、制图规范、模型规范化检查标准、电子文档定义规范、数据集命名规范、工装产品数据管理规范等。4建立工装基础数据库 建立工装标准件数据库、典型工装结构库；对工装设计知识进行收集、整理、挖掘，建立工装设计知识库，以支持工装的智能化和优化设计。5工装CAPP系统应用 建立工装制造工艺知识库，进

19、行工艺的优化设计；实现工装工艺设计和CAD与CAM的集成：实现工艺信息集成化、工艺决策智能化和工装制造工艺流程、工作流程管理与工艺文件的有效管理。6实现工装数字化制造 通过加工过程仿真进行加工参数优化；采用高效数控加工技术实现工装的快速制造。五 总结与展望目前，数字化设计与制造技术已经成为制造企业提高产品竞争力的先进手段。在计算机上完成产品的开发，从概念设计到制造完成，仅为传统加工方法所需时间的1/3 和成本的1/4 左右。在数字状态下进行产品的分模、模具的设计制造，对提高模具的精度、生产效率、降低成本变得越来越重要。数字化设计软件的功能模块越来越齐全,各功能模块能采用同一数据模型,实现信息的

20、综合管理与共享,支持机械产品的设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。而对于拥有百万企业的中国来说，随着信息化进程的推进，越来越多的企业将意识到采用数字化技术的重要性。技术的进步和市场竞争的日益激烈，产品的技术含量和复杂程度在不断增加，而产品的生命周期日益缩短，因此，缩短新产品的开发和上市周期就成为企业形成竞争优势的重要因素。在这种形势下，在计算机上完成产品的开发，通过对产品模型的分析，改进产品设计方案，在数字状态下进行产品的虚拟试验和制造，然后再对设计进行改进或完善的数字化产品开发技术变得越来越重要。自动化与信息技术的发展促进了数字化工厂的发展。数字生产的过程使人可以更多地摆脱生产物质的约束，进行创造性工作，企业也可以在新产品开发、成本、价 格、质量和服务方面提升竞争力。未来的中国将是世界制造中心，为此中国的制造企业对采用信息技术来带动企业发展具有很高的需求预期，这为数字化工厂技术应 用打开了广阔空间。