基于数字化技术的先进制造技术

PAGEPAGE1基于数字化技术的先进制造技术【内容摘要】分析了先进制作技术的重要特征，阐述了先进制作技术的发展与数字化技术的关系，讨论了数字化技术在先进制作技术领域的应用状态及发展趋势。指出数字化制作是先进制作技术的核心技术，对数字化先进制作技术的几个关键技术进行了详细论述。【本文关键词语】数字化；先进制作；机械；信息化李雪，马林1先进制作技术的含义先进制作技术AMT〔AdvancedManufactoriesTechnology〕是指以提升制作企业综合效益为目的，综合利用信息、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，对传统制作经过中及产品的整个寿命周期中的使用、维护、回收、利用等有关环节进行研究并发行的所有适用技术的总称[1-2]。相对传统制作技术，数字化制作技术是一项融合数字化技术和制作技术，且以制作工程科学为理论基础的重大的制作技术革新，是先进制作技术的核心。数字化先进制作是在计算机和网络技术与制作技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。它是对制作经过进行数字化的描绘叙述，将制作信息采取数字化的表征、存储、处理、传递和加工，进而在数字空间中完成产品的制作经过[3-6]。2数字化是先进制作技术的基础2.1先进制作技术的基本特征先进制作技术包含下面五个基本特征。〔1〕先进性。制作工艺作为先进制作技术的基础，必需是经过优化的先进工艺。先进制作技术的基础必需是优质、高效、低耗、清洁工艺，它从传统制作工艺发展起来，并与新技术实现了部分或系统集成。〔2〕通用性。先进制作技术不是单独分割在制作经过的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制作、销售使用、维修效劳，以至回收整个经过。〔3〕系统性。随着微电子、信息技术的引入，先进制作技术的驾驭信息生成、收集、传递、反应、调整的信息流动经过。先进制作技术是能够驾驭生产经过的物质流、能量流和信息流的系统工程。〔4〕集成性。先进制作技术由于专业、学科间的不断浸透、穿插、融合，界线逐步淡化以至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴穿插学科。〔5〕技术与管理的更严密结合。对市场变化做出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的寻求，使先进制作技术特别看重生产经过组织管理体制的合理化和最佳化。2.2基于数字化的先进制作技术数字化制作技术符合先进制作技术的上述五个基本特征。先进制作技术时代是数字化信息的时代，数字化技术是数字的生产、收集、存贮、变换、传递、处理及广泛利用的新兴科技领域。制作业从50年代数控机床的发明，标记着机械制作业向着数字化走出了第一步，随后制作信息化沿着三个方面推进，一是现场生产方面，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等；二是产品和工艺设计方面，如APT/CAD/CAM/CAE等；三是生产管理和集成方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等。能够说信息技术改变了现代制作业的相貌。3数字化是先进制作技术发展的核心3.1数字化先进制作的核心技术数字化是先进制作技术的核心，它是在计算机和网络技术与制作技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。数字化先进制作重要包含下面几个核心技术[4，6]：〔1〕制作经过的建模与仿真。制作经过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作经过，建模通常基于制作工艺自己的物理和化学知识，并为实验所验证。〔2〕网络化敏捷设计与制作。利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应性。我们国家企业向国际接轨就必需在这里领域开展研究，尽快把握并赶上国外先进水平。〔3〕虚拟产品开发。虚拟产品开发有四个核心要素：数字化产品和经过模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。3.2数字化对先进制作技术的实现〔1〕数字制作的全球实现―网络制作。随着数字化技术、计算机网络技术及交通运输事业的迅速发展，这些企业可利用协同工作技术，在一定的时间、一定的空间内，利用计算机网络，小构成员分享通过数字网络在企业内部传递的知识与信息。〔2〕数字制作的动态联盟―敏捷制作。为实现高增值、高产品质量及优质效劳，只要借助于高性能计算机和高速网络，在数字化环境中，充足利用其他企业制作经过的信息流和数据库等有用的数字化资源，能力对变化市场做出快速的响应。对于某些产品一个企业不可能快速、经济地独立开发和制作其全部，必需根据任务，由一个公司的某些部门或不同公司按资源、技术和人员的最优配置。于是，一种以数字制作为平台的先进制作技术即数字制作的动态联盟―敏捷制作崭露头角。〔3〕数字制作的计算机实现―虚拟制作。数字化表征与传递、建模与仿真是数字制作的核心科学问题。这种能实现制作形状与经过的数字化表征、非符号化制作知识的表征、制作信息的可靠获取及其传递的、由整个制作信息构成的数字空间，为计算机和计算机网络的应用提供了用武之地。〔4〕数字制作的快速实现―快速原型制作。制作业面临两个主要的挑战：一是要大大减少开发时间，二是产品的个性化。固然计算机辅助设计和制作〔CAD和CAM〕已在很大水平上改善了传统的产品设计和制作方法，但在计算机辅助设计和计算机辅助制作集成理论经过中仍有很多障碍。虚拟制作技术在计算机上实现了产品实际的制作经过，对缩短产品开发的周期、减少开发费用、提升市场竞争能力做出了重大奉献。通过长期的探寻求索与理论，催生了制作技术上的又一次新的变更―快速成型制作技术。〔5〕数字制作的环保化实现―绿色设计与制作。制作业为人类的繁荣兴盛做出了宏大奉献的同时，每年产生了近55亿吨的无害废品和7亿吨的有害废品。因而，为了有效地保卫环境，一定要在制作的各个阶段进行污染控制。有需要使用能在各个阶段评估环境被影响的后果的工具和方法学来支持设计和制作，一种具有意识的先进制作技术―绿色设计与制作ECDM〔EnvironmentallyConsciousDesignandManufacturing〕。4数字化是先进制作技术发展的将来当前，计算机和网络已成为制作业企业的基础环境和主要手段，当前世界500强企业无一例外地建立了内部网。制作业在知识经济到来时呈现明显的信息化趋势，能够说信息技术在促进现代制作业发展经过中的作用是第一位的，信息技术将在更深条理上浸透和改造传统制作业。当下，数字化制作正在深切进入发展，其重要趋势呈下面四点：〔1〕由二维向三维的改变―构成以MBD/MBI〔ModelBasedDefinition，MBD基于模型的定义/Model-BasedInstructions，MBI基于模型的作业指点书〕为核心的设计与制作。MBD是用集成的三维实体模型来完好的表达产品生命周期各阶段的产品定义技术标准，为设计人员效劳，解决的是要制作什么的问题；MBI是以三维模型表达的车间工作规范和方法，为加工、装配、检测人员效劳，解决的是怎么制作的问题。MBD/MBI技术将使工程技术人员从繁琐的二维图纸和表格文化中解放出来，可将更多精神转移到需求分析和产品创新研发上。〔2〕真正并行和协同的实现-数字化制作中的直观可视化工作环境以及建模和仿真技术，为并行和协同工作提供了友好的协同工作环境及有效的实验验证手段和评估优化工具。数字化制作是制作业信息化发展的新阶段，也是当前制作业的主要发展方向，如精致细密化、智能化、网络化、极端化等，无一不与数字化制作技术的发展亲密相关。〔3〕数字化装配与维修的应用―装配是产品生命周期中的主要环节。虚拟现实技术〔VR，VirtualReality〕的发展为解决装配序列规划和装配性能仿真提供新的思路和方法，虚拟装配技术可在无物理样机的情况下对产品可装配性、可拆卸性、可维修性和装配经过中的装配精度、装配性能等进行分析、预测和验证，并支持面向生产现场的装配工艺经过的动态仿真、规划与优化。当前虚拟装配技术已从简单的几何装配正朝着考虑精度、物性、经过、环境等多方面因素的装配技术方向发展，这是推进虚拟装配技术实用化发展的主要一步。〔4〕数字化车间与数字化工厂―数字化工厂是数字化制作技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产形式。它在三维工艺经过、工艺设备、生产线布局和生产管理综合优化和集成的基础上，实现产品在工厂、车间和生产线上由设计到制作的数字化履行、管理和控制问题，是实现企业挖潜和增效的最有效形式。当前，生产线建模拟真技术和车间布局规划已日益遭到看重，它为高效物流施行以及精益生产、可重构制作、单元化制作等先进制作形式提供科学分析工具，尤其对多品种、变批量和混线生产等复杂生产形式具有主要指点意义。5结束语先进制作技术是改造传统制作业的有效手段，