關(guān)于數(shù)字化制造技術(shù)論文(2)
關(guān)于數(shù)字化制造技術(shù)論文篇二
基于數(shù)字化技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)
【摘 要】分析了先進(jìn)制造技術(shù)的主要特征，論述了先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展與數(shù)字化技術(shù)的關(guān)系，探討了數(shù)字化技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用狀況及發(fā)展趨勢。指出數(shù)字化制造是先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，對數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)的幾個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了具體闡述。
【關(guān)鍵詞】數(shù)字化;先進(jìn)制造;機(jī)械;信息化
【Abstract】This paper presents the key feature of advanced manufacturing technology. The relationship of advanced manufacturing technology and digital technology were discussed. The status and development of the digital technology and advanced manufacturing technology were analyzed. Pointing out that digital manufacturing is the core technology of the advanced manufacturing technology. Several key technologies in the digital manufacturing system were specifically discussed.
【Keywords】Digital technology; Advanced Manufactories Technology; Mechanical Manufacture; Informatization
1 先進(jìn)制造技術(shù)的含義
先進(jìn)制造技術(shù)AMT(Advanced Manufactories Technology)是指以提高制造企業(yè)綜合效益為目的，綜合利用信息、能源、環(huán)保等高新技術(shù)以及現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，對傳統(tǒng)制造過程中及產(chǎn)品的整個壽命周期中的使用、維護(hù)、回收、利用等有關(guān)環(huán)節(jié)進(jìn)行研究并發(fā)行的所有適用技術(shù)的總稱[1-2]。
相對傳統(tǒng)制造技術(shù)，數(shù)字化制造技術(shù)是一項(xiàng)融合數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)，且以制造工程科學(xué)為理論基礎(chǔ)的重大的制造技術(shù)革新，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心。數(shù)字化先進(jìn)制造是在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與制造技術(shù)的不斷融合、發(fā)展和廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上誕生的。它是對制造過程進(jìn)行數(shù)字化的描述，將制造信息采用數(shù)字化的表征、存儲、處理、傳遞和加工，從而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品的制造過程[3-6]。
2 數(shù)字化是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)
2.1 先進(jìn)制造技術(shù)的基本特征
先進(jìn)制造技術(shù)包括以下五個基本特征。
(1)先進(jìn)性。制造工藝作為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)，必須是經(jīng)過優(yōu)化的先進(jìn)工藝。先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)必須是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔工藝，它從傳統(tǒng)制造工藝發(fā)展起來，并與新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。
(2)通用性。先進(jìn)制造技術(shù)不是單獨(dú)分割在制造過程的某一環(huán)節(jié)，它覆蓋了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)備、加工制造、銷售使用、維修服務(wù)，甚至回收整個過程。
(3)系統(tǒng)性。隨著微電子、信息技術(shù)的引入，先進(jìn)制造技術(shù)的駕馭信息生成、采集、傳遞、反饋、調(diào)整的信息流動過程。先進(jìn)制造技術(shù)是可以駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。
(4)集成性。先進(jìn)制造技術(shù)由于專業(yè)、學(xué)科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術(shù)趨于系統(tǒng)化、集成化，已發(fā)展成為集機(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新興交叉學(xué)科。
(5)技術(shù)與管理的更緊密結(jié)合。對市場變化做出更敏捷的反應(yīng)及對最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的追求，使先進(jìn)制造技術(shù)十分重視生產(chǎn)過程組織管理體制的合理化和最佳化。
2.2 基于數(shù)字化的先進(jìn)制造技術(shù)
數(shù)字化制造技術(shù)符合先進(jìn)制造技術(shù)的上述五個基本特征。先進(jìn)制造技術(shù)時代是數(shù)字化信息的時代，數(shù)字化技術(shù)是數(shù)字的生產(chǎn)、采集、存貯、變換、傳遞、處理及廣泛利用的新興科技領(lǐng)域。制造業(yè)從50年代數(shù)控機(jī)床的發(fā)明，標(biāo)志著機(jī)械制造業(yè)向著數(shù)字化走出了第一步，隨后制造信息化沿著三個方面推進(jìn)，一是現(xiàn)場生產(chǎn)方面，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等;二是產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)方面，如APT/CAD/CAM/CAE等;三是生產(chǎn)管理和集成方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等?？梢哉f信息技術(shù)改變了當(dāng)代制造業(yè)的面貌。
3 數(shù)字化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的核心
3.1 數(shù)字化先進(jìn)制造的核心技術(shù)
數(shù)字化是先進(jìn)制造技術(shù)的核心，它是在計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與制造技術(shù)的不斷融合、發(fā)展和廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)上誕生的。數(shù)字化先進(jìn)制造主要包括以下幾個核心技術(shù)[4，6]：
(1)制造過程的建模與仿真。制造過程的建模與仿真是在一臺計(jì)算機(jī)上用解析或數(shù)值的方法表達(dá)或建模制造過程，建模通?；谥圃旃に嚤旧淼奈锢砗突瘜W(xué)知識，并為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。
(2)網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造。利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應(yīng)性。我國企業(yè)向國際接軌就必須在此領(lǐng)域開展研究，盡快掌握并趕上國外先進(jìn)水平。
(3)虛擬產(chǎn)品開發(fā)。虛擬產(chǎn)品開發(fā)有四個核心要素：數(shù)字化產(chǎn)品和過程模型、產(chǎn)品信息管理、高性能計(jì)算與通訊和組織、管理的改變。
3.2 數(shù)字化對先進(jìn)制造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)
(1)數(shù)字制造的全球?qū)崿F(xiàn)―網(wǎng)絡(luò)制造。隨著數(shù)字化技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及交通運(yùn)輸事業(yè)的迅速發(fā)展，這些企業(yè)可利用協(xié)同工作技術(shù)，在一定的時間、一定的空間內(nèi)，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，小組成員共享通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)內(nèi)部傳遞的知識與信息。
(2)數(shù)字制造的動態(tài)聯(lián)盟―敏捷制造。為實(shí)現(xiàn)高增值、高產(chǎn)品質(zhì)量及優(yōu)質(zhì)服務(wù)，只有借助于高性能計(jì)算機(jī)和高速網(wǎng)絡(luò)，在數(shù)字化環(huán)境中，充分利用其他企業(yè)制造過程的信息流和數(shù)據(jù)庫等有用的數(shù)字化資源，才能對變化市場做出快速的響應(yīng)。對于某些產(chǎn)品一個企業(yè)不可能快速、經(jīng)濟(jì)地獨(dú)立開發(fā)和制造其全部，必須根據(jù)任務(wù)，由一個公司的某些部門或不同公司按資源、技術(shù)和人員的最優(yōu)配置。于是，一種以數(shù)字制造為平臺的先進(jìn)制造技術(shù)即數(shù)字制造的動態(tài)聯(lián)盟―敏捷制造嶄露頭角。 (3)數(shù)字制造的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)―虛擬制造。數(shù)字化表征與傳遞、建模與仿真是數(shù)字制造的核心科學(xué)問題。這種能實(shí)現(xiàn)制造形狀與過程的數(shù)字化表征、非符號化制造知識的表征、制造信息的可靠獲取及其傳遞的、由整個制造信息形成的數(shù)字空間，為計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供了用武之地。
(4)數(shù)字制造的快速實(shí)現(xiàn)―快速原型制造。制造業(yè)面臨兩個重要的挑戰(zhàn)：一是要大大減少開發(fā)時間，二是產(chǎn)品的個性化。雖然計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造(CAD和CAM)已在很大程度上改善了傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造方法，但在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助制造集成實(shí)踐過程中仍有許多障礙。
虛擬制造技術(shù)在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品實(shí)際的制造過程，對縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期、減少開發(fā)費(fèi)用、提高市場競爭能力做出了重大貢獻(xiàn)。通過長期的探索與實(shí)踐，催生了制造技術(shù)上的又一次新的變革―快速成型制造技術(shù)。
(5)數(shù)字制造的環(huán)?；瘜?shí)現(xiàn)―綠色設(shè)計(jì)與制造。制造業(yè)為人類的繁榮昌盛做出了巨大貢獻(xiàn)的同時，每年產(chǎn)生了近55億噸的無害廢品和7億噸的有害廢品。因此，為了有效地保護(hù)環(huán)境，一定要在制造的各個階段進(jìn)行污染控制。有必要使用能在各個階段評估環(huán)境被影響的后果的工具和方法學(xué)來支持設(shè)計(jì)和制造，一種具有意識的先進(jìn)制造技術(shù)―綠色設(shè)計(jì)與制造ECD&M (EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing )。
4 數(shù)字化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的未來
目前，計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已成為制造業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)環(huán)境和重要手段，目前世界500強(qiáng)企業(yè)無一例外地建立了內(nèi)部網(wǎng)。制造業(yè)在知識經(jīng)濟(jì)到來時呈現(xiàn)明顯的信息化趨勢，可以說信息技術(shù)在促進(jìn)當(dāng)代制造業(yè)發(fā)展過程中的作用是第一位的，信息技術(shù)將在更深層次上滲透和改造傳統(tǒng)制造業(yè)。
當(dāng)前，數(shù)字化制造正在深入發(fā)展，其主要趨勢呈以下四點(diǎn)：
(1)由二維向三維的轉(zhuǎn)變―形成以MBD/MBI(Model Based Definition，MBD 基于模型的定義/Model-BasedInstructions，MBI基于模型的作業(yè)指導(dǎo)書)為核心的設(shè)計(jì)與制造。MBD是用集成的三維實(shí)體模型來完整的表達(dá)產(chǎn)品生命周期各階段的產(chǎn)品定義技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為設(shè)計(jì)人員服務(wù)，解決的是要制造什么的問題;MBI是以三維模型表達(dá)的車間工作規(guī)范和方法，為加工、裝配、檢測人員服務(wù)，解決的是怎么制造的問題。MBD/MBI技術(shù)將使工程技術(shù)人員從繁瑣的二維圖紙和表格文化中解放出來，可將更多精力轉(zhuǎn)移到需求分析和產(chǎn)品創(chuàng)新研發(fā)上。
(2)真正并行和協(xié)同的實(shí)現(xiàn)-數(shù)字化制造中的直觀可視化工作環(huán)境以及建模和仿真技術(shù)，為并行和協(xié)同工作提供了友好的協(xié)同工作環(huán)境及有效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段和評估優(yōu)化工具。數(shù)字化制造是制造業(yè)信息化發(fā)展的新階段，也是目前制造業(yè)的重要發(fā)展方向，如精密化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化等，無一不與數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。
(3)數(shù)字化裝配與維修的應(yīng)用―裝配是產(chǎn)品生命周期中的重要環(huán)節(jié)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR， Virtual Reality)的發(fā)展為解決裝配序列規(guī)劃和裝配性能仿真提供新的思路和方法，虛擬裝配技術(shù)可在無物理樣機(jī)的情況下對產(chǎn)品可裝配性、可拆卸性、可維修性和裝配過程中的裝配精度、裝配性能等進(jìn)行分析、預(yù)測和驗(yàn)證，并支持面向生產(chǎn)現(xiàn)場的裝配工藝過程的動態(tài)仿真、規(guī)劃與優(yōu)化。目前虛擬裝配技術(shù)已從簡單的幾何裝配正朝著考慮精度、物性、過程、環(huán)境等多方面因素的裝配技術(shù)方向發(fā)展，這是推進(jìn)虛擬裝配技術(shù)實(shí)用化發(fā)展的重要一步。
(4)數(shù)字化車間與數(shù)字化工廠―數(shù)字化工廠是數(shù)字化制造技術(shù)在車間和和工廠集成應(yīng)用和高效運(yùn)營的全新生產(chǎn)模式。它在三維工藝過程、工藝裝備、生產(chǎn)線布局和生產(chǎn)管理綜合優(yōu)化和集成的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在工廠、車間和生產(chǎn)線上由設(shè)計(jì)到制造的數(shù)字化執(zhí)行、管理和控制問題，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)挖潛和增效的最有效形式。目前，生產(chǎn)線建模仿真技術(shù)和車間布局規(guī)劃已日益受到重視，它為高效物流實(shí)施以及精益生產(chǎn)、可重構(gòu)制造、單元化制造等先進(jìn)制造模式提供科學(xué)分析工具，尤其對多品種、變批量和混線生產(chǎn)等復(fù)雜生產(chǎn)模式具有重要指導(dǎo)意義。
5 結(jié)束語
先進(jìn)制造技術(shù)是改造傳統(tǒng)制造業(yè)的有效手段，為了有效地在我國利用先進(jìn)制造技術(shù)改造傳統(tǒng)制造業(yè)，需要明確研究、開發(fā)和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)的重點(diǎn)。綜觀以上先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展，可以看出數(shù)字制造實(shí)為先進(jìn)制造技術(shù)的核心技術(shù)，是實(shí)施其他先進(jìn)制造技術(shù)的平臺。
數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)是席卷全球的數(shù)字化浪潮中的重要一環(huán)，其本質(zhì)是支持?jǐn)?shù)字化或信息化制造業(yè)的技術(shù)。充分運(yùn)用當(dāng)代數(shù)字化技術(shù)，大力發(fā)展數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)符合本世紀(jì)制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
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