数字化制造技术的发展状况分析

1、PAGE PAGE 14数字化制制造技术术的发展展历程分分析摘 要：从阐述述数字化化技术概概念出发发，综述述了国内内外数字字化制造造技术的的研究现现状，论论述了数数字化制制造技术术是先进进制造技技术的核核心技术术，并对对数字化化制造技技术的几几个核心心技术进进行了较较为详细细的介绍绍，最后后对数字字化制造造技术进进行了展展望并结结合我国国实际情情况对我我国如何何发展数数字化制制造技术术提出了了几点建建议。关键词：数字化化；国内内外研究究现状；制造技技术；计计算机辅辅助工业业设计1数字化化制造技技术的概概念所谓数字字化制造造，指的的是在虚虚拟现实实、计算算机网络络、快速速原型、数据库库和多媒媒体

2、等支支撑技术术的支持持下，根根据用户户的需求求，迅速速收集资资源信息息，对产产品信息息、工艺艺信息和和资源信信息进行行分析、规划和和重组，实现对对产品设设计和功功能的仿仿真以及及型制造造，进而而快速生生产出达达到用户户要求性性能的产产品的整整个制造造过程。也就是是说，数数字制造造实际上上就是在在对制造造过程进进行数字字化的描描述中建建立数字字空间，并在其其中完成成产品制制造的过过程11。由于计算算机的发发展以及及计算机机图形学学与机械械设计技技术的结结合，产产生了以以数据库库为核心心，以交交互图形形系统为为手段，以工程程分析计计算为主主体的一一体化计计算机辅辅助设计计（ CC A D ）系统。

3、C AA D系系统能够够在二维维与三维维的空间间精确地地描述物物体，大大大地提提高了生生产过程程中描述述产品的的能力和和效率。正如数数控技术术与数控控机床一一样，CC A D的产产生和发发展，为为制造业业产品的的设计过过程数字字化和自自动化打打下了基基础。将将C AA D的的产品设设计信息息转换为为产品的的制造、工艺规规则等信信息，使使加工机机械按照照预定的的工序组组合和排排序，选选择刀具具、夹具具、量具具，确定定切削用用量，并并计算每每个工序序的机动动时间和和辅助时时间，这这就是计计算机辅辅助工艺艺规划（C AA P P）。将包括括制造、检测、装配等等方面的的所有规规划，以以及面向向产品设设

4、计、制制造、工工艺、管管理、成成本核算算等所有有信息的的数字化化，转换换为能被被计算机机所理解解并被制制造过程程的全阶阶段所共共享，从从而形成成所谓的的C AA D/C AA M/C AA P P，这这就是基基于产品品设计的的数字制制造观。从数字制制造的要要领出发发，可以以清楚地地看到，数字制制造是计计算机数数字技术术、网络络信息技技术与制制造技术术不断融融合、发发展和应应用的结结果，也也是制造造企业、制造系系统和生生产系统统不断实实现数字字化的必必然。对对制造设设备而言言，其控控制参数数均为数数字信号号。对制制造企业业而言，各种信信息（包包括图形形、数据据，甚至至知识和和技能）均以数数字的形

5、形式通过过数字网网络在企企业内部部传递。对全球球制造业业而言，用户通通过数字字网络发发布需求求信息，各大中中小型企企业则通通过数字字网络，根据需需求优势势互补、动态组组合，迅迅速敏捷捷地协同同设计制制造出相相应的产产品。在在数字制制造环境境下，在在广域内内形成了了一个由由数字织织成的网网，个人人、企业业、车间间、设备备、经销销商和市市场成为为网上的的一个个个结点，由产品品在设计计、制造造、销售售过程中中所赋予予的数字字信息成成为主宰宰制造业业最活跃跃的驱动动因素。当前，网络制制造是数数字制造造的全球球化实现现，虚拟拟制造是是数字工工厂和数数字产品品的一种种具体体体现，而而电子商商务制造造是数字

6、字制造的的一种动动态联盟盟。所以以，数字字化制造造是在计计算机和和网络技技术与制制造技术术的不断断融合、发展和和广泛应应用的基基础上诞诞生的，其内涵涵是：以以C AA D/C AA M/C AA E为为主体的的技术，以M R PP I、M II S、P DD M为为主体的的制造信信息支持持系统和和数字控控制制造造技术。下图11为从制制造技术术理解数数字化制制造的内内涵22。图1 从从制造技技术理解解数字化化制造的的内涵2数字化化制造技技术的意意义和作作用可精确地地预测和和评价产产品的可可制造性性、加工工时间、制造周周期、生生产成本本、零件件的加工工质量、产品质质量和制制造系统统运行性性能零件件

7、和产品品的可制制造性分分析、生生产规划划与工艺艺规划的的评价与与确认、敏捷企企业和分分散化网网络生产产系统中中合作伙伙伴的选选择、生生产过程程和制造造系统设设计与优优化网上上制造资资源的查查询与优优选低成成本的人人员培训训工具。3数字化化制造过过程的运运作模式式“十五”期间，数控机机床的性性能和数数量实现现了井喷喷式的发发展，基基于DMMU数字字样机的的数字化化设计仿仿真平台台建设和和基于EERP的的数字化化管理平平台建设设都取得得了较大大的成就就。数字字化设计计和管理理平台的的建设，使传统统的工艺艺设计和和生产管管理越来来越成为为产品制制造的瓶瓶颈。另另一方面面，数控控机床、数字化化设计、数

8、字化化管理手手段的成成熟应用用为数字字化制造造提供了了完善的的实施基基础。从从制造系系统中存存在的全全局性问问题着眼眼，只解解决其中中一个或或几个方方面的问问题是不不能产生生太大成成效的，必须建建立全系系统的数数字化制制造体系系，才能能从根本本上建立立起现代代化的制制造模式式，使研研制、生生产效率率得以成成倍提高高3。制造过程程分为工工艺过程程和生产产过程两两个阶段段，因此此数字化化制造体体系由相相对独立立又相互互关联的的“三维工工艺系统统”和“实时生生产系统统”两大部部分组成成。31三三维工艺艺系统利用三维维数字化化的产品品设计成成果，由由PDMM导入EEBOMM和产品品、零件件的三维维数模

9、，按真实实参数建建立生产产现场机机床、刀刀具、夹夹具、物物料等资资源模型型库，应应用虚拟拟加工和和虚拟装装配技术术，全面面实现三三维工艺艺设计。基于同同一数学学模型，并行工工程得以以实现。初步工工艺方案案完成后后，调用用数据库库中的真真实资源源，确定定工序的的分散或或集中，及时进进行工艺艺优化。详细工工艺设计计完成后后，生成成基于后后台数据据库真实实资源的的工艺卡卡片、加加工程序序和准备备清单。经过实实际生产产验证，零件或或产品检检验合格格后，存存人数据据库固化化，供今今后生产产安排直直接调用用4。图2 工工序状态态32基基于MEES的实实时生产产系统321数字字化生产产计划管管理由PDMM导

10、入EEBOMM，按BBOM结结构建立立原材料料，毛坯坯、在制制品、零零件、产产品、用用户等各各类实物物及库存存信息的的数据库库，由三三维数字字化工艺艺系统导导入详细细的MBBOM，使生产产系统管管理的数数据资料料随时同同设计、工艺的的更改保保持同步步。按照照ERPP的生产产作业计计划，选选择合适适的工艺艺路线，参照工工艺系统统优化后后的批量量、批次次派工生生产，并并根据生生产线的的运行情情况动态态调整加加工设备备和生产产人员，保持生生产现场场均衡生生产。322数字字化生产产现场管管理现场设置置触摸屏屏电脑，通过网网络调阅阅零件、毛坯的的三维数数模、各各种文档档、仿真真加工程程序，三三坐标测测量

11、仿真真及程序序，并通通过DNN C系系统下载载至数控控机床，实现数数控加工工的无纸纸化生产产。操作作工人按按照排好好的工作作队列依依次严格格按计划划领工生生产，系系统自动动安排并并记录开开始、结结束时间间，从根根本上杜杜绝现场场随意多多干或少少干的现现象，保保证了计计划的严严格执行行。323数字字化生产产准备管管理生产管理理的水平平在很大大程度上上取决于于生产准准备是否否充分，生产准准备不仅仅包括实实物的准准备，还还包括更更为重要要的各种种技术数数据，工工艺参数数以及方方式方法法的准备备。生产产准备做做得好，不仅可可以保证证生产的的顺利进进行，更更可以充充分发挥挥机床设设备的功功能，消消除停机

12、机等待，提高设设备利用用率，从从而大大大提高生生产效率率。因此此，在数数字化制制造体系系建设中中，要着着重加强强生产准准备管理理系统的的建设，而数字字化制造造的技术术手段为为加强一一向比较较薄弱的的生产准准备管理理提供了了非常便便利的手手段5。图3机床床加工实实时系统统全面跟踪踪管理现现场刀、量、夹夹等器具具实物，实现各各类物资资从购入入到报废废的全寿寿命周期期管理。依据工工作队列列和实时时工序状状态，按按配餐方方式提前前做好生生产准备备，消除除停机等等待，实实现各类类产品混混流、混混批的JJIT流流水线式式生产作作业方式式。建立立机床监监控系统统，实现现现场生生产及设设备使用用情况分分析，采

13、采集实作作工时，为进一一步优化化生产作作业排程程准备准准确数据据，同时时细化管管理考核核。4数字化化制造技技术发展展历程41CCAD/CAMM技术发发展40年代代计算机机问世，直至550年代代中期，计算机机的使用用尚不普普遍，而而且主要要是用于于科学计计算。当当时，尽尽管在计计算机系系统中已已经开始始配置了了图形显显示器，但由于于计算机机图形学学的理论论还没有有形成，而且当当时显示示器的性性能较差差，所以以，尚未未具备人人机交互互功能。如美国国麻省理理工学院院的旋风风号计算算机就是是这样的的系统。但是到到了500年代末末期，美美国麻省省理工学学院林肯肯实验室室研制的的空中防防御系统统就能将将雷

14、达的的信号转转换为显显示器上上的图形形，操作作者可以以用光笔笔指向显显示屏幕幕上的目目标来拾拾取所需需的信息息，这种种功能的的出现预预示着交交互图形形生成技技术的诞诞生66。19633年，美美国麻省省理工学学院的IIESuttherrlannd在他他发表的的博士论论文中提提出了SSKETTCHPPAD系系统。在在该系统统中用的的计算机机是TXX2，可可以用光光笔在图图形显示示器上实实现选择择、定位位等交互互功能。而且，计算机机可根据据光笔指指定的点点画出直直线，或或者当光光笔指定定圆心或或半径后后画出圆圆等。另另外该系系统对符符号和图图案的存存储采用用分层的的数据结结构。即即一幅完完整的较较复

15、杂的的图形可可以通过过分层调调用各有有关子图图来合成成。尽管管该系统统还是较较原始，但是这这些基本本理论和和技术至至今仍是是CADD/CAAM技术术的基础础，十分分有用。所以，IESuttherrlannd的SSKETTCHPPAD系系统被公公认为对对交互图图形生成成和显示示技术的的发展奠奠定了基基础。交互图形形生成技技术的出出现，促促进了CCAD/CAMM技术的的迅速发发展。660年代代中期后后，美国国的一些些大公司司都十分分重视这这一技术术，并投投入相当当资金对对CADD/CAAM技术术进行研研究和开开发，研研制了一一些CAAD系统统。如IIBM公公司的SSMS、SLTT/MSST设计计自

16、动化化系统和和洛克希希德公司司研制的的主要用用于二维维绘图CCADAAM系统统。美国国通用汽汽车公司司为设计计汽车车车身和外外形而开开发的CCAD1系统统，该系系统是在在大型计计算机上上运行的的，成为为该公司司设计小小轿车和和卡车的的比必不可少少的工具具。在此此期间，美国的的CDCC公司也也开发了了作为商商品销售售的Diigiggrapphicc CAAD系统统。这一一时期CCAD/CAMM系统的的特点是是：规模模庞大，价格昂昂贵。所所以，只只有经济济实力雄雄厚和技技术力量量较强的的大型企企业和研研究单位位才能研研究和应应用CAAD/CCAM技技术77。从60年年代末期期至700年代中中期，C

17、CAD/CAMM技术的的发展较较快，已已有商品品化的硬硬件和软软件。由由于在这这一时期期计算机机硬件的的性能价价格比不不断完善善，主要要特点是是图形输输入板，大容量量的磁盘盘存储器器和廉价价的存储储管显示示器等相相继出现现，以及及数据管管理系统统等软件件的开发发等。以以小型和和超级小小型计算算机为主主主机的的CADD/CAAM系统统进入市市场并成成为主流流。接着着出现了了一批专专门经营营CADD/CAAM系统统硬件和和软件的的公司，如Coompuuterr Viisioon、IInteergrraphh、Caalmaa、Apppliicattionn等。这这些CAAD/CCAM系系统的特特点是

18、硬硬件和软软件配套套齐全，因此人人们称它它为“交钥匙匙”系统。与大型型计算机机CADD/CAAM系统统相比，其价格格相对便便宜，使使用和维维护也相相对简单单一些，这也是是CADD/CAAM技术术得到进进一步发发展和扩扩大应用用范围的的原因。在这一一时期内内，CAAD/CCAM系系统的应应用领域域主要集集中在航航空、电电子和机机械工业业部门，同时对对三维几几何造型型也开始始研究。70年代代末以后后，322位工作作站和微微型计算算机的出出现对CCAD/CAMM技术的的发展起起了极大大的推动动作用。32位位工作站站是属单单位用的的计算机机系统，具有较较高的响响应速度度，它特特别适用用于CAAD/CC

19、AM系系统。而而且，332位工工作站之之间可以以联网，以达到到共享系系统内的的资源和和发挥各各台计算算机的特特点。因因此，可可以根据据工作需需要和经经济条件件以及CCAD/CAMM技术的的发展等等逐步投投资，逐逐步发展展和扩大大CADD/CAAM系统统的功能能和规模模。80年代代中期后后，这种种以工作作站为基基础的CCAD/CAMM系统发发展很快快，其功功能达到到甚至超超过小型型机CAAD/CCAM系系统。可可以预见见，这种种系统将将成为CCAD/CAMM系统的的主流。这种系系统的制制造厂商商只提供供硬件和和系统软软件，而而应用软软件则由由其它专专门开发发软件的的公司研研制和销销售。近近年来在

20、在我国市市场上销销售这类类产品的的公司有有IBMM公司、HP公公司、SSUN公公司、DDEC公公司、SSGI公公司等，产品的的种类很很多，各各有特点点。由于微型型计算机机的性能能和价格格比的提提高，目目前以PPC3886、4486为为主机的的CADD/CAAM系统统不断增增加。该该系统的的特点是是容量小小，处理理速度慢慢，但价价格十分分便宜，应用软软件丰富富，便于于学习和和维护。另外还还可以进进入网络络系统共共享资源源，并可可以替代代工作站站完成一一部分CCAD/CAMM作业，很适合合中、小小型企业业和刚开开始应用用CADD/CAAM技术术的单位位。我国在CCAD/CAMM技术方方面的研研究开

21、始始于700年代中中期，当当时主要要是研究究开发二二维绘图图软件，并利用用绘图机机输出二二维图形形。主要要研究单单位是高高等学校校。航空空和造船船工业是是应用CCAD/CAMM技术较较早的部部门。880年代代初，有有些大型型企业和和设计院院成套引引进CAAD/CCAM系系统（主主要是TTurnnkeyy Syysteem）。在此基基础上进进行开发发和应用用，取得得了一定定的成果果。随着着改革开开放和发发展商品品经济的的需要，在800年代中中后期，我国的的CADD/CAAM技术术有了较较大的发发展，而而且CAAD/CCAM技技术的优优点被越越来越多多的人所所注意。进入990年代代后，各各工业部部

22、门普遍遍提出了了开发CCAD/CAMM技术的的计划，主要表表现在以以下几个个方面：部分单单位已较较好地应应用CAAD/CCAM技技术，提提高设计计质量，取得了了经济效效益；CCAD/CAMM技术的的理论和和软件开开发进行行了大量量的研究究，并取取得了成成果（如如清华大大学、浙浙江大学学、西北北工业大大学、北北京航空空航天大大学、中中科院计计算所等等）。进进入900年代后后，国家家科委、各工业业部门都都十分重重视CAAD/CCAM技技术的发发展，并并有计划划、有步步骤地在在全国各各地CAAD/CCAM培培训基地地，对有有关人员员CADD/CAAM技术术方面的的培训，以提高高有关人人员CAAD/C

23、CAM素素质。与与此同时时，有些些工业部部门还对对所属单单位提出出应用CCAD/CAMM技术的的具体要要求。42 数字化化设计技技术的发发展历程程到目前为为止，数数字化设设计技术术的发展展大体上上可以划分分为以下下三个阶阶段：1)CAAX工具具的广泛泛应用。自200世纪550年代代开始，各种CCAD/CAMM工具开开始出现现并逐步步应用到到制造业业中。这这些工具具的应用用表明制制造业已已经开始始将利用用现代信信息技术术来改进进传统的的产品设设计过程程，标志志着数字字化设计计的开始始。2)并行行工程思思想的提提出与推推行。220世纪纪80年年代后期期提出的的并行工工程是一一种新的的指导产产品开发

24、发的哲理理，是在在现代信信息技术术的支持持下对传传统的产产品开发发方式的的一种根根本性改改进。PPDM（产品数数据管理理）技术术及DFFX（如如DFMM、DFFA等）技术是是并行工工程思想想在产品品设计阶阶段的具具体体现现8。3) 虚虚拟样机机技术。随着技技术的不不断进步步，仿真真在产品品设计过过程中的的应用变变得越来来越广泛泛而深刻刻，由原原先的局局部应用用（单领领域、单单点）逐逐步扩展展到系统统应用（多领域域、全生生命周期期）。虚虚拟样机机技术正正是这一一发展趋趋势的典典型代表表。其中，虚虚拟样机机技术是是一种基基于虚拟拟样机的的数字化化设计方方法，是是各领域域CAXX/DFFX技术术的发

25、展展和延伸伸。虚拟拟样机技技术进一一步融合合先进建建模/仿仿真技术术、现代代信息技技术、先先进设计计制造技技术和现现代管理理技术，将这些些技术应应用于复复杂产品品全生命命周期、全系统统，并对对它们进进行综合合管理。与传统统产品设设计技术术相比，虚拟样样机技术术强调系系统的观观点、涉涉及产品品全生命命周期、支持对对产品的的全方位位测试、分析与与评估、强调不不同领域域的虚拟拟化的协协同设计计。虚拟拟样机技技术的实实施是一一个渐进进的过程程，其中中涉及到到许多相相关技术术，如总总体技术术、多领领域协同同建模/仿真/评估技技术、数数据/过程管管理技术术、支撑撑框架技技术等等等。下面面主要提提及三个个关

26、键技技术。A、虚拟拟样机管管理技术术。虚拟拟样机开开发过程程中涉及及到大量量的人员员、工具具、数据据/模型型、项目目/流程程，对这这些元素素进行合合理的组组织和管管理，使使其构成成一个高高效的系系统，实实现整个个开发过过程中的的信息集集成和过过程集成成，是优优质成功功的进行行虚拟样样机开发发的必要要条件。B、协同同仿真技技术。协协同仿真真技术将将面向不不同学科科的仿真真工具结结合起来来构成统统一的仿仿真系统统，可以以充分发发挥仿真真工具各各自的优优势，同同时还可可以加强强不同领领域开发发人员之之间的协协调与合合作。目目前HLLA规范范已经成成为协同同仿真的的重要国国际标准准。基于于HLAA的协

27、同同仿真技技术也将将会成为为虚拟样样机技术术的研究究热点之之一。C、多学学科设计计优化技技术（MMDO）。复杂杂产品的的设计优优化问题题可能包包括多个个优化目目标和分分属不同同学科的的约束条条件。现现代的MMDO技技术为解解决学科科间的冲冲突，寻寻求系统统的全局局最优解解提供了了可行的的技术途途径。目目前MDDO技术术在国外外已经有有了许多多成功的的案例，并出现现了相关关的商用用软件，典型的的如Ennginneouus公司司的iSSIGHHT。国国内关于于MDOO技术的的研究和和应用也也已经展展开99。纵观数字字化设计计技术的的发展历历程可以以看出，虽然几几十年来来各种技技术思想想层出不不穷，

28、但但时空两两个方向向上的协协同始终终是发展展的主流流。宏观观上看，数字化化设计的的发展历历程正相相当于现现代信息息技术在在产品设设计领域域中的应应用由点点发展为为线，再再由线发发展为面面的过程程。仿真真的广泛泛应用正正在成为为当前数数字化设设计技术术发展的的主要趋趋势。随随着虚拟拟样机概概念的提提出，使使得仿真真技术的的应用更更加趋于于协同化化和系统统化。开开展关于于虚拟样样机及其其关键技技术的研研究，必必将提高高企业的的自主设设计开发发能力，推动企企业的信信息化进进程。43数数字化设设计与虚虚拟样机机技术的的发展产品设计计的数字字化是企企业信息息化的重重要内容容。近年年来，随随着产品品复杂性

29、性的不断断增长，以及企企业间竞竞争的日日趋激烈烈，传统统的产品品设计方方法已经经很难满满足企业业当前生生存和发发展的需需要。为为了能在在竞争中中处于有有利位置置，实现现产品设设计数字字化势在在必行。产品设计计过程本本质上是是一个对对信息进进行采集集、传递递、加工工处理的的过程，其中包包含了两两种重要要的活动动：设计计活动和和仿真活活动。因因此产品品设计也也可以看看作是一一个设计计活动和和仿真活活动彼此此交织相相互作用用的过程程。设计计活动推推动信息息流程向向前演进进，而仿仿真则是是验证设设计结果果的重要要手段。随着技技术的发发展，仿仿真的重重要性正正在不断断加强。主要有有以下三三个方面面：1）

30、制造造系统模模型及其其仿真制造系统统模型及及其仿真真是随着着制造设设备自动动化的发发展而发发展的。比如针针对数控控机床的的NC代代码仿真真、刀位位轨迹仿仿真，针针对加工工中心的的加工过过程仿真真，针对对立体仓仓库的库库存操作作和控制制仿真，针对机机器人的的仿真，等等。柔性制制造系统统出现后后，针对对柔性制制造车间间的设计计和运行行，各国国的研究究人员进进行了大大量的仿仿真系统统开发。2）开发发过程模模型及其其仿真从开发过过程模型型发展的的角度来来看，最最初是对对局部加加工过程程的研究究和仿真真，仿真真内容包包括加工工对象和和加工设设备在加加工过程程中的运运行和状状态；然然后是对对整个制制造系统

31、统及生产产过程的的建模和和仿真，仿真内内容包括括控制策策略、库库存水平平、负载载能力等等。并行行工程使使人们把把目光从从单纯的的制造过过程转移移到设计计过程，更加注注重设计计过程和和制造过过程的一一体化。设计过过程的仿仿真和加加工过程程的仿真真有很大大的不同同，设计计过程的的主体是是设计人人员，仿仿真的目目的主要要是为了了缩短产产品开发发周期，使设计计人员能能更有效效地协作作。经营营过程重重组进一一步把过过程集成成的概念念扩展到到整个企企业，而而供应链链、扩展展企业、虚拟企企业则研研究多个个企业合合作中的的经营过过程管理理问题。供应链链调度方方面的仿仿真是目目前研究究的热点点之一。 3）三类类

32、模型及及其仿真真的综合合集成就产品制制造中所所涉及的的模型种种类来说说，大致致可以分分为三类类，即产产品模型型、制造造系统模模型和开开发过程程（包括括设计、加工、装配、测试等等）模型型。其中中产品模模型是所所有活动动的目的的和中心心，制造造系统模模型是产产品开发发必须要要考虑的的约束，开发过过程模型型是产品品开发的的使能器器，也是是对产品品开发活活动进行行管理和和控制的的基础。这里的的制造系系统是一一个广义义的概念念，包括括物料供供应、加加工、装装配和检检验等所所有方面面。仿真真技术的的应用正正是以这这三类模模型为中中心展开开的： A、 以以产品模模型为中中心的仿仿真 包括产品品的静态态和动态

33、态性能分分析、产产品的可可制造性性分析、产品的的可装配配性分析析。在进进行产品品开发时时，要考考虑的不不只局限限于与功功能需求求有关的的方面，如形状状、尺寸寸、结构构及各种种物理特特性，还还要综合合考虑诸诸如制造造、装配配、维护护、成本本等各方方面的因因素。因因此，产产品本身身的仿真真，如CCAE、DFAA等，是是仿真技技术在制制造业应应用的基基本方面面。 B、 以以制造系系统模型型为中心心的仿真真 包括对于于复杂制制造装备备（如加加工中心心、机器器人等）的仿 真、对对于复杂杂制造系系统（柔柔性制造造车间的的设计和和运行）的仿真真。仿真真的目的的在于，确定设设备能力力和运行行情况，包括加加工路

34、线线、资源源的分配配、物料料的供应应等。 C、以开开发过程程模型为为中心的的仿真 这类仿真真，包括括设计过过程的仿仿真和制制造过程程的仿真真。产品品的开发发大致包包括设计计和制造造两个阶阶段。在在设计阶阶段，产产品的性性能和成成本就基基本上确确定了，而正是是因为设设计阶段段的重要要性，以以及设计计过程中中多学科科协作和和反复设设计、试试验带来来的复杂杂性，设设计过程程的建模模和仿真真越来越越受到人人们的重重视。仿仿真的目目的在于于缩短周周期，降降低成本本。制造造过程是是仿真应应用的传传统方面面，制造造过程的的仿真必必须把产产品模型型和制造造系统模模型结合合起来加加以考虑虑，但它它不仅仅仅是两者

35、者的简单单相加，还需考考虑控制制策略、库存能能力、负负载能力力等方面面的问题题。这三三个方面面的仿真真是相互互联系、相互影影响的，有时在在内容上上还会有有重叠。就仿真技技术在制制造业中中应用的的发展脉脉络来看看，总的的趋势是是由局部部到全局局，由分分散到集集成，并并更加注注重可视视化技术术的应用用及与用用户之间间的交互互。仿真真的集成成化是统统一、全全面地考考虑产品品生命周周期中所所有因素素的需要要，也是是局部、单点仿仿真应用用不断发发展、综综合的结结果。几几乎每一一种制造造技术的的进步都都带来了了相应的的模型和和仿真应应用的发发展，而而仿真又又是以模模型为基基础的9。44数数字化制制造技术术

36、的发展展历程从整个制制造业的的发展历历程来看看，数字字化制造造技术的的出现、发展，有着其其必然性性。随着着技术的的发展如如上所述述的CAAD/CCAM技技术的发发展、数数字化设设计技术术等的发展展以及企企业家追追求更高高的利润润空间，随着社社会整个个生产力力水平的的提高，整个制制造行业业提出了了更高的的技术要要求：数数字化制制造技术术，实现现生产的的无人化化、无纸纸化等生生产。从从大的方方面看，大致可可以分为为以下三三个阶段段。1）数字字制造装装备化。20世纪纪50年代代数控控机床的的出现开开辟了制制造装备备的新纪纪元。随随着微型型计算机机的产生生和发展展。计算算机数控控的广泛泛应用数控机机床

37、得到到广泛应应用和提提高。相相继出现现的数控控三坐标标测量机机(CMMM)、工业机机器人和和数控机机床一起起成为重重要的数数字化加加工、测测量和操操作装备备7。其本本质是用用数字控控制代替替凸轮行行程控制制。实现现运动数数字化。数控技技术发展展的趋势势是提升升各种装装备性能能甚至使使其更新新换代，即所谓谓的数字字制造装装备(简称数数字装备备)。2）海量量信息处处理能力力的提高高。200世纪900年代，数字装装备的一一个重要要的发展展趋势是是对海量量信息处处理能力力的提高高在数数字仿形形技术的的基础上上，利用用H7994/ 9377-44/、EI、核核磁共振振等数字字测量设设备实现现零件几几何形

38、状状的数字字化然后后通过数数据预处处理、表表面建模模、实体体建模、后置处处理等过过程生成成STLL文件(或数控控代码)，驱动动快速成成型机(或数控控机床)加工出出新零件件。伽马马刀、电电镜一视视觉引导导的机器器人等数数字医疗疗设备扩扩展了基基于视觉觉的数字字测量仪仪器的应应用范围围。实现现了人体体内腔器器官的数数字化。数字装装备的另另一个重重要的发发展趋势势是加工工对象的的尺度变变化由由毫米、微米到到纳米，陆续出出现了显显微数字字图像处处理设备备、电子子制造装装备等精精密数字字制造装装备。在在技术方方面，数数字装备备与数字字制造的的研究已已从单纯纯的制造造过程的的几何量量(位移、多坐标标联动位

39、位移、运运动形状状、微观观形状等等)的数字字描述88，发展展到对制制造过程程的物理理量(温度、流量场场、应力力场、热热变形、密度、物质材材料等)以及知知识、经经验、信信息等的的数字描描述。系系统的形形式化、数字化化描述与与处理成成为当前前研究热热点，包包括海量量信息处处理微微纳识别别和分辨辨率，物物理过程程仿真与与分析(包括有有限元方方法、三三角划分分、复杂杂边界物物理方程程求解等等)、网格格计算以以及物理理本质的的探索等等。在220世纪纪90年代代中期通过并并联机构构与数控控技术的的结合，产生了了并联机机床又又称虚拟拟轴机床床，其应应用逐渐渐扩展到到虚拟轴轴坐标测测量机、六维力力传感器器等精

40、密密测量平平台设备备。但从从目前的的技术发发展来看看，并联联机床还还不能成成为数控控机床的的主流产产品。只只在轻工工、食品品加工以以及大型型天文望望远镜方方面等具具有一定定用武之之地。在在数字装装备的研研究方面面应该扩扩大范围围要大大力发展展以电子子制造装装备、大大型医疗疗装备、精密科科学仪器器、精密密数控装装备等数数字装备备为代表表的高技技术产业业所需装装备。3）虚拟拟制造阶阶段。作为现现代制造造装备“灵魂”的数控控系统已已由NCC、CNCC时代进进入了PPCNC和NETTNC时代代其主主要目标标都是开开发具有有智能化化和柔性性化的新新一代开开放式数数控系统统，将各各种新工工艺、新新技术、新

41、方法法集成于于控制系系统的基基础平台台开发发先进制制造装备备的支撑撑环境。数字化化制造技技术起源源于美国国，经过过多年的的发展，现已进进入了基基于产品品数字样样机的虚虚拟制造造阶段，并形成成了完备备的应用用体系。波音公公司设计计的7777型大大型客机机是世界界上首架架以三维维无纸化化方式设设计出的的飞机，它的制制造成功功已经成成为虚拟拟制造技技术从理理论研究究转向实实用化的的一个里里程碑。目前，美国、欧洲、日本等等国在新新产品研研制中，均全面面应用了了以敏捷捷制造、精益制制造和虚虚拟制造造、复合合高效加加工、自自适应控控制为代代表的先先进制造造技术，并大大大缩短了了产品的的制造周周期。目目前，

42、虚虚拟制造造技术已已经用于于产品的的装配和和加工过过程仿真真、产品品维修性性分析等等；自适适应控制制技术在在数控加加工程序序的优化化已得到到广泛应应用。5数字化化制造的的关键技技术和核核心技术术在数字化化制造技技术的发发展过程程中，有有着其一一系列的的关键技技术和核核心技术术。主要要有如下下几点12：1）关键键技术A、制造造过程的的建模与与仿真制造过程程的建模模与仿真真是在一一台计算算机上用用解析或或数值的的方法表表达或建建模制造造过程。建模通通常基于于制造工工艺本身身的物理理和化学学知识，并为实实验所验验证。目目前，仿仿真与建建模已成成为推进进制造过过程设计计、优化化和控制制的有效效手段。B

43、、网络络化敏捷捷设计与与制造利用快速速发展的的网络技技术改改善企业业对市场场的响应应力。网网络化敏敏捷设计计与制造造重点发发展领域域应包括括：敏捷捷信息基基础结构构。敏捷捷产品设设计技术术，敏捷捷工艺设设计技术术。基于于网络的的研究开开发，敏敏捷生产产技术110。C、虚拟拟产品开开发虚拟产品品开发有有四个核核心要素素：数字字化产品品和过程程模型、产品信信息管理理、高性性能计算算与通讯讯和组织织、管理理的改变变。2）核心心技术A、计算算机辅助助工业设设计(CCAIDD)。计算机辅辅助工业业设计是是指以计计算机技技术为辅辅助手段段进行产产品的艺艺术化工工业设计计，主要要是指对对批量生生产的工工业产

44、品品的材料料、外型型、色彩彩、结构构、表面面加工等等方面的的设计工工作。CCAIDD的一般般过程有有市场调调查、产产品概念念草图设设计、彩彩色效果果图设计计、三维维效果图图设计、三维造造型设计计、产品品零件图图和技术术要求说说明等。所用到到的主要要工具包包括：AAliaas、CorrelDDraww、3DMMAX、ProoCDRRS等。B、计算算机辅助助设计与与制造(CADDCAMM)。计算机辅辅助设计计与计算算机辅助助制造已已密不可可分，在在许多领领域尤其其是模具具业，由由于其单单件或小小批量加加工的特特点采采用CAADCAMM技术进进行生产产的优势势非常明明显。CCADCAMM主要是是指采

45、用用先进的的计算机机软硬件件手段进进行产品品三维造造型、结结构设计计、装配配仿真、加工仿仿真、数数控加工工编程等等，其中中产品的的三维造造型是基基础，从从CADD三维模模型到数数控加工工程序的的生成通通常不需需人工干干预，可可由CAAM软件件自动产产生。产产品的三三维造型型设计通通常有正正向设计计和逆向向设计两两种。正正向设计计是指通通过工程程师对待待开发产产品概念念的理解解来进行行产品的的设计即由概概念到图图纸或数数字模型型的过程程。逆向向工程则则是从已已有产品品或实物物模型出出发。反反求产品品原始设设计参数数并在在此基础础上进行行产品的的设计开开发。正正向设计计讲究的的是创意意。通常常开发

46、周周期较长长；逆向向设计则则较快，可实现现一般正正向设计计无法实实现的产产品设计计，有时时只是对对成功产产品的复复制。开开发成本本一般较较低。目目前最常常用的CCAD，CAMM设计工工具有：UG、ProoE、CATTIA、Powwer-ShaapePowwerMMilll等。其中中UG、Proo /EE应用较较普遍,而CATTIA在在航空、汽车工工业领域域的应用用近年来来呈上升升趋势。对逆向向设计而而言,如果测测量手段段为简单单的手工工测量或或通用三三坐标测测量机(CMMM) ,所得数数据较少少(一般少少于一万万点) ,可使使用UGG、Proo /EE或CATTIA进进行处理理并生成成最终三三

47、线数模模;如果采采用的测测量工具具为激光光扫描,因数据据量非常常大(一般有有1000万点以以上) ,需要要大数据据(点云)处理软软件如CCopyyCADD、Geoomaggic、Surrfaccer等等,来对数数据进行行处理,其输出出为可被被通用CCAD /CAAM软件件所接受的SSTL、IGEES、DXFF等。C、快速速成型。采用激光光等技术术将树酯酯、ABBS、PC等材材料按产产品的三三维造型型(S111格式式)进行快快速烧结结并成型型。这种种成型技技术可以以不必制制造模具具就做出出完整的的样机不仅可可大大加加速了新新产品的的开发进进度。还还可节约约大量成成本。D、三坐坐标测量量及计算算机

48、辅助助检测(CMMMCAII)。产品逆向向设计最最根本的的就是对对样件的的三维测测量或三三维数字字化。计计算机辅辅助检测测(CAAI或CAVV)是最最近几年年才广泛泛应用的的，尤其其是在欧欧美发达达国家三维扫扫描测量量的一半半以上的的应用为为产品的的快速检检测。即即比较产产品与设设计间的的误差，从而找找到改进进产品制制造工艺艺或设计计方案的的方法。除了传传统的手手工测量量外，常常见的数数字化方方法包括括三坐标标测量机机测量、光栅扫扫描、以以及最新新的三维维激光扫扫描等多多种。三三坐标测测量机测测量的主主要工具具是三坐坐标测量量机(CCMM)，是目目前使用用最广泛泛的高精精度测量量手段122。主要要有龙门门式、立立柱式、机器臂臂式等几几种。6数字化化制造技技术的未未来发展展展望随着计算算机和网网络技术术的发展展，使得得基于多多媒体计计算机系系统和通通信网络络的数字字化制造造技术为为现代制制造系统统的并行行作业、分布式式运行、虚拟协协作、远远程操作作与监视视等提供供了可能能。数字字化制造造技术与与产品的的发展趋趋势如下下13：1制造信信息的数数字化制造信息息的数字字化将实实现C A DD/C A PP P / CC A M / C A EE的一体体化，使使产品向向无图样样制造方方向发展展，如产产品C A DD数据经经过校核核，直接接传送给给数控机机床完成成加工就就