關于數字化制造技術論文(2)
關于數字化制造技術論文篇二
基于數字化技術的先進制造技術
【摘 要】分析了先進制造技術的主要特征，論述了先進制造技術的發(fā)展與數字化技術的關系，探討了數字化技術在先進制造技術領域的應用狀況及發(fā)展趨勢。指出數字化制造是先進制造技術的核心技術，對數字化先進制造技術的幾個關鍵技術進行了具體闡述。
【關鍵詞】數字化;先進制造;機械;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 先進制造技術的含義
先進制造技術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)保等高新技術以及現代系統(tǒng)管理技術，對傳統(tǒng)制造過程中及產品的整個壽命周期中的使用、維護、回收、利用等有關環(huán)節(jié)進行研究并發(fā)行的所有適用技術的總稱[1-2]。
相對傳統(tǒng)制造技術，數字化制造技術是一項融合數字化技術和制造技術，且以制造工程科學為理論基礎的重大的制造技術革新，是先進制造技術的核心。數字化先進制造是在計算機和網絡技術與制造技術的不斷融合、發(fā)展和廣泛應用的基礎上誕生的。它是對制造過程進行數字化的描述，將制造信息采用數字化的表征、存儲、處理、傳遞和加工，從而在數字空間中完成產品的制造過程[3-6]。
2 數字化是先進制造技術的基礎
2.1 先進制造技術的基本特征
先進制造技術包括以下五個基本特征。
(1)先進性。制造工藝作為先進制造技術的基礎，必須是經過優(yōu)化的先進工藝。先進制造技術的基礎必須是優(yōu)質、高效、低耗、清潔工藝，它從傳統(tǒng)制造工藝發(fā)展起來，并與新技術實現了局部或系統(tǒng)集成。
(2)通用性。先進制造技術不是單獨分割在制造過程的某一環(huán)節(jié)，它覆蓋了產品設計、生產設備、加工制造、銷售使用、維修服務，甚至回收整個過程。
(3)系統(tǒng)性。隨著微電子、信息技術的引入，先進制造技術的駕馭信息生成、采集、傳遞、反饋、調整的信息流動過程。先進制造技術是可以駕馭生產過程的物質流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。
(4)集成性。先進制造技術由于專業(yè)、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨于系統(tǒng)化、集成化，已發(fā)展成為集機械、電子、信息、材料和管理技術為一體的新興交叉學科。
(5)技術與管理的更緊密結合。對市場變化做出更敏捷的反應及對最佳技術經濟效益的追求，使先進制造技術十分重視生產過程組織管理體制的合理化和最佳化。
2.2 基于數字化的先進制造技術
數字化制造技術符合先進制造技術的上述五個基本特征。先進制造技術時代是數字化信息的時代，數字化技術是數字的生產、采集、存貯、變換、傳遞、處理及廣泛利用的新興科技領域。制造業(yè)從50年代數控機床的發(fā)明，標志著機械制造業(yè)向著數字化走出了第一步，隨后制造信息化沿著三個方面推進，一是現場生產方面，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等;二是產品和工藝設計方面，如APT/CAD/CAM/CAE等;三是生產管理和集成方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等?？梢哉f信息技術改變了當代制造業(yè)的面貌。
3 數字化是先進制造技術發(fā)展的核心
3.1 數字化先進制造的核心技術
數字化是先進制造技術的核心，它是在計算機和網絡技術與制造技術的不斷融合、發(fā)展和廣泛應用的基礎上誕生的。數字化先進制造主要包括以下幾個核心技術[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算機上用解析或數值的方法表達或建模制造過程，建模通?；谥圃旃に嚤旧淼奈锢砗突瘜W知識，并為實驗所驗證。
(2)網絡化敏捷設計與制造。利用快速發(fā)展的網絡技術，改善企業(yè)對市場的響應性。我國企業(yè)向國際接軌就必須在此領域開展研究，盡快掌握并趕上國外先進水平。
(3)虛擬產品開發(fā)。虛擬產品開發(fā)有四個核心要素：數字化產品和過程模型、產品信息管理、高性能計算與通訊和組織、管理的改變。
3.2 數字化對先進制造技術的實現
(1)數字制造的全球實現―網絡制造。隨著數字化技術、計算機網絡技術及交通運輸事業(yè)的迅速發(fā)展，這些企業(yè)可利用協(xié)同工作技術，在一定的時間、一定的空間內，利用計算機網絡，小組成員共享通過數字網絡在企業(yè)內部傳遞的知識與信息。
(2)數字制造的動態(tài)聯盟―敏捷制造。為實現高增值、高產品質量及優(yōu)質服務，只有借助于高性能計算機和高速網絡，在數字化環(huán)境中，充分利用其他企業(yè)制造過程的信息流和數據庫等有用的數字化資源，才能對變化市場做出快速的響應。對于某些產品一個企業(yè)不可能快速、經濟地獨立開發(fā)和制造其全部，必須根據任務，由一個公司的某些部門或不同公司按資源、技術和人員的最優(yōu)配置。于是，一種以數字制造為平臺的先進制造技術即數字制造的動態(tài)聯盟―敏捷制造嶄露頭角。 (3)數字制造的計算機實現―虛擬制造。數字化表征與傳遞、建模與仿真是數字制造的核心科學問題。這種能實現制造形狀與過程的數字化表征、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字空間，為計算機和計算機網絡的應用提供了用武之地。
(4)數字制造的快速實現―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，二是產品的個性化。雖然計算機輔助設計和制造(CAD和CAM)已在很大程度上改善了傳統(tǒng)的產品設計和制造方法，但在計算機輔助設計和計算機輔助制造集成實踐過程中仍有許多障礙。
虛擬制造技術在計算機上實現了產品實際的制造過程，對縮短產品開發(fā)的周期、減少開發(fā)費用、提高市場競爭能力做出了重大貢獻。通過長期的探索與實踐，催生了制造技術上的又一次新的變革―快速成型制造技術。
(5)數字制造的環(huán)?；瘜崿F―綠色設計與制造。制造業(yè)為人類的繁榮昌盛做出了巨大貢獻的同時，每年產生了近55億噸的無害廢品和7億噸的有害廢品。因此，為了有效地保護環(huán)境，一定要在制造的各個階段進行污染控制。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來支持設計和制造，一種具有意識的先進制造技術―綠色設計與制造ECD&M (EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing )。
4 數字化是先進制造技術發(fā)展的未來
目前，計算機和網絡已成為制造業(yè)企業(yè)的基礎環(huán)境和重要手段，目前世界500強企業(yè)無一例外地建立了內部網。制造業(yè)在知識經濟到來時呈現明顯的信息化趨勢，可以說信息技術在促進當代制造業(yè)發(fā)展過程中的作用是第一位的，信息技術將在更深層次上滲透和改造傳統(tǒng)制造業(yè)。
當前，數字化制造正在深入發(fā)展，其主要趨勢呈以下四點：
(1)由二維向三維的轉變―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)指導書)為核心的設計與制造。MBD是用集成的三維實體模型來完整的表達產品生命周期各階段的產品定義技術標準，為設計人員服務，解決的是要制造什么的問題;MBI是以三維模型表達的車間工作規(guī)范和方法，為加工、裝配、檢測人員服務，解決的是怎么制造的問題。MBD/MBI技術將使工程技術人員從繁瑣的二維圖紙和表格文化中解放出來，可將更多精力轉移到需求分析和產品創(chuàng)新研發(fā)上。
(2)真正并行和協(xié)同的實現-數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，為并行和協(xié)同工作提供了友好的協(xié)同工作環(huán)境及有效的實驗驗證手段和評估優(yōu)化工具。數字化制造是制造業(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、網絡化、極端化等，無一不與數字化制造技術的發(fā)展密切相關。
(3)數字化裝配與維修的應用―裝配是產品生命周期中的重要環(huán)節(jié)。虛擬現實技術(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，虛擬裝配技術可在無物理樣機的情況下對產品可裝配性、可拆卸性、可維修性和裝配過程中的裝配精度、裝配性能等進行分析、預測和驗證，并支持面向生產現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方向發(fā)展，這是推進虛擬裝配技術實用化發(fā)展的重要一步。
(4)數字化車間與數字化工廠―數字化工廠是數字化制造技術在車間和和工廠集成應用和高效運營的全新生產模式。它在三維工藝過程、工藝裝備、生產線布局和生產管理綜合優(yōu)化和集成的基礎上，實現產品在工廠、車間和生產線上由設計到制造的數字化執(zhí)行、管理和控制問題，是實現企業(yè)挖潛和增效的最有效形式。目前，生產線建模仿真技術和車間布局規(guī)劃已日益受到重視，它為高效物流實施以及精益生產、可重構制造、單元化制造等先進制造模式提供科學分析工具，尤其對多品種、變批量和混線生產等復雜生產模式具有重要指導意義。
5 結束語
先進制造技術是改造傳統(tǒng)制造業(yè)的有效手段，為了有效地在我國利用先進制造技術改造傳統(tǒng)制造業(yè)，需要明確研究、開發(fā)和應用先進制造技術的重點。綜觀以上先進制造技術的現狀和發(fā)展，可以看出數字制造實為先進制造技術的核心技術，是實施其他先進制造技術的平臺。
數字化先進制造技術是席卷全球的數字化浪潮中的重要一環(huán)，其本質是支持數字化或信息化制造業(yè)的技術。充分運用當代數字化技術，大力發(fā)展數字化先進制造技術符合本世紀制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
【參考文獻】
[1]楊叔子，吳波，李斌. 再論先進制造技術及其發(fā)展趨勢[J].機械工程學報，2006，42(1)：5-8.
[2]江征風，吳華春.以數字制造為基礎的先進制造技術[J].組合機床與自動化加工技術，2005，6：5-7.
[3]張訓杰，童偉國，陳林靜，胡金澤.先進制造技術與數字化制造[J].裝備制造技術，2007，11：106-107.
[4]張伯鵬.數字化制造是先進制造技術的核心技術[J].制造業(yè)自動化，2000，22(2)：1-9.
[5]羅垂敏.數字化制造技術[J].電子工藝技術，2007，28(1)：52-54.
[6]寧汝新.數字化技術是先進制造的核心技術[J].中國制造業(yè)信息化，2011，3：18-19.
看了“關于數字化制造技術論文”的人還看：
關于數字化制造技術論文(2)
