浅议数字化制造技术在制造业中的作用与发展趋势
《数字化设计与制造》课程论文
姓名： 孙宗余
班级：研机械08
学号：20080095
二○○九年五月
目录：
HYPERLINK \l "_Toc230317150" 浅议数字化制造技术在制造业中的作用与发展趋势 3
HYPERLINK \l "_Toc230317151" 封面 1
HYPERLINK \l "_Toc230317152" 目录 2
HYPERLINK \l "_Toc230317153" 摘要： 3
HYPERLINK \l "_Toc230317154" 一、引言 3
HYPERLINK \l "_Toc230317155" 二、数字化设计与制造的内涵 3
HYPERLINK \l "_Toc230317156" 2.1数字化设计与制造技术介绍 3
HYPERLINK \l "_Toc230317157" 2.2数字化设计与制造的核心技术 4
HYPERLINK \l "_Toc230317158" 三、数字化制造技术在制造业中的作用 5
HYPERLINK \l "_Toc230317159" 3.1数字化制造技术在国外制造业中的应用简单介绍 5
HYPERLINK \l "_Toc230317160" 3.2数字化制造技术在制造业中产生的效果 5
HYPERLINK \l "_Toc230317161" 四、数字化设计与制造技术发展发展历史及趋势 6
HYPERLINK \l "_Toc230317162" 4.1数字化设计与制造技术发展发展历史简单回顾 6
HYPERLINK \l "_Toc230317163" 4.2 数字化设计与制造技术发展发展趋势 6
HYPERLINK \l "_Toc230317164" 五、结束语 7
HYPERLINK \l "_Toc230317165" 六 参考文献: 7
浅议数字化制造技术在制造业中的作用与发展趋势
孙宗余 安徽工业大学
摘要：
中文摘要：数字化技术是以计算机硬软件、周边设备、协议和网络为基础的集成技术。其用于制造业可包括数字化制造技术与数字化产品二方面。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：数字化制造、数字化产品、数字化设计
English Abstract：Digital technology is based on computer hardware and software, peripheral equipment, protocols and web-based integration technology. For the manufacturing industry may include digital manufacturing technology and the second aspects of digital product. To digital technology into industrial products become a digital product.
Key words：Digital manufacturing, digital products, digital design
一、引言
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界各国在科技竞争中抢占制高点的突破口。随着我国加入WTO 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。
二、数字化设计与制造的内涵
2.1数字化设计与制造技术介绍
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数字化设计与制造的核心技术
数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。
其核心技术主要有：
（1）计算机辅助设计CAD 技术（Computer Aided Design）计算机辅助设计CAD 作为信息化、数字化的源头，它包含的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分析、计算机仿真、计算机辅助绘图等，主要完成产品的总体设计、部件设计和零件设计，包括产品的三维造型和二维产品图绘制。CAD 的支撑技术是曲面造型、实体造型、参数化设计、特征技术和变量参数技术。
（2）计算机辅助制造CAM 技术（ Computer Aided Manufacturing）计算机辅助制造CAM 是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动， 完成复杂零件的数控加工包括工艺过程设计、工装设计、NC 自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。CAM 的支撑技术是数控编程、刀具轨迹生成、数控加工仿真技术。
（3）计算机辅助工程CAE 技术（Computer Aided Engineering）CAE 主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性和可靠性。（4） 计算机辅助工艺设计CAPP 技术（Computer Aided ProcessPlanning）CAPP 是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP 从根本上改变了依赖于个人经验，人工编制工艺规程的落后面貌， 促进了工艺过程标准化和最优化，提高了工艺设计质量。它使工艺人员从繁琐重复的计算编写工作中解放出来，极大地提高了工作效率。CAPP 的支撑技术是信息建模技术、工艺设计自动化和产品数据交换标准。
（5）逆向工程技术（Reverse Engineering,RE）,也称反求工程、反向工程逆向工程是在没有产品原始图纸、文档的情况下，是对现有三维实物（样品或模型），利用三维数字化测量设备准确、快速测得轮廓的几何数据，并加以建构、编辑、修改生成通用输出格式的曲面数字化模型，从而生成三维CAD 实体数模、数控加工程序或快速成型制造所需的模型截面轮廓数据的技术。逆向工程为赢得市场节省了大量宝贵的时间，并且有效规避了风险，可应用于航空、汽车、通讯、电子、轻工、建筑、教育、医学、科研等领域的新产品开发。
三、数字化制造技术在制造业中的作用
3.1数字化制造技术在国外制造业中的应用简单介绍
西方发达国家，已普遍使用数字化设计与制造技术，美国，已有近90％的企业采用了数字化设计与制造技术，日本也有70％以上的企业实施了数字化技术。1993 年德国率先提出的“设计和制造过程中的先进信息技术(advanced information technology in design andmanufacturing)”计划，在大型工业用户(汽车、飞机、电子)的开发和生产中采用信息技术，并得到欧共体支持。
3.2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。在CAD 技术的应用方面, 特别是实施“CAD 应用工程”后, 使我国的制造业设计自动化水平产生了质的飞跃。
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。
四、数字化设计与制造技术发展发展历史及趋势
4.1数字化设计与制造技术发展发展历史简单回顾
CAD技术起步于20世纪50年代后期，60年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行，CAD开始迅速发展。人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时、精度低的传统手工绘图，即甩图板。
进入70年代，正直飞机和汽车工业的蓬勃发展时期。此间飞机及汽车制造过程中遇到大量的自由曲面问题，当时只能采用多截面视图，特征纬线的方式来近似表达所设计的自由曲面。由于三视图方法表达的不完整性，经常发生设计完成后，制作出来的样品与设计者所想象的有很大差异甚至完全不同的情况，这样大大拖延了产品研发时间。20世纪70年代末到80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，CAE/CAM技术也开始有了较大发展。SCDR公司在当时星球大战计划背景下，由美国宇航局支持及合作，开发出了许多专用分析模块，用以降低巨大的太空实验费用，而UG则侧重在曲面技术的基础上发展GAM技术，用以满足麦道飞机零部件的加工需求。
进入80年代中期，CV公司提出了一种比无约束自由造型更新颖、更好的算法———参数化实体造型方法。它具有基于特征、全尺寸约束、全数据相关、尺寸驱动设计修改的特征。可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次革命。此时众多CAD/CAM,CAE 软件开发公司群雄逐鹿。80年代后期到90 年代，CAD/CAM向系统及集成化方向发展，这将引起CAD发展史的第四次革命。
自从CAD/CAM、CAE 系统出现以来，已有几十年的历史，随着市场需求的发展和市场的竞争， 目前世界上CAD/CAM、CAE 主要分为三个档次，即：高档CAD/CAM系统—工作站CAD/CAM系统、中档CAD/CAM系统—微机三维CAD/CAM系统、低档CAD/CAM系统—微机二维CAD/CAM系统。
4.2 数字化设计与制造技术发展发展趋势
目前在工业技术先进国家, 数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段。特别是近30 年来, 数字化制造技术发展日益加快,在发达国家的大型企业中, 已开始实现无图纸生产, 全面使用CAD/CAM , 实现100% 数字化设计。数字化制造技术在数字化设计、数字化制造、数字化产品、信息传递与协作、数字化管理等方面都有不同程度的发展。
随着计算机和网络技术的发展, 使得基于多媒体计算机系统和通信网络的数字化制造技术为现代制造系统的并行作业、分布式运行、虚拟协作、远程操作与监视等提供了可能。
数字化制造技术发展趋势:
第一, 制造信息的数字化, 将实现CAD/CAM/CA PP/CAM/NET的一体化, 使产品向无图纸制造方向发展。如产品CAD数据经过仿真、模拟, 直接传送给数控机床完成加工就是一例。
第二, 通过局域网实现企业内部并行工程,通过In ternet 建立跨地区的虚拟企业, 实现资源共享, 优化配置, 使制造业向互联网辅助制造方向发展。
第三, 对传统产品注入数字化技术, 开发新产品, 无论从工业装备和人民生活需求都是社会发展的趋势。
五、结束语
近年来，计算机技术、信息技术（Infmation Technology，IT)、网络技术以及管理技术的快速发展，对制造企业和新产品开发带来了巨大挑战，也提供了新的机遇。
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。
六 参考文献:
[ 1 ] 潘紫微，数字化设计与制造的进程与发展，安徽工业大学，安徽工业大学学报。
[ 2 ] 李健，实施制造业信息化工程提高我国制造业竞争，. 机械设计与制造工程,2002 。
[ 3 ] 张曙， 对我国制造业信息化的思考， 航空制造技术,2003 (8) :17221。
[ 4 ] 吴澄， 现代集成制造系统导论[，北京:清华大学出版社,2002。
[ 5 ] 季松玲 陈世兴，数字化制造技术在制造业中的作用，《机电产品开发与创新》199916 (总第59 期)。
浅议数字化制造技术在制造业中的作用与发展趋势.doc
