数字化制造

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数字化制造(digitized manufacturing)

　　数字化制造是指在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求。迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造。进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。

　　数字化制造定义的内涵数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。

　　数字化制造内涵有三个：以控制为中心的数字制造层面，以管理为中心的数字制造，以控制为中心的数字化制造。

　　1、以设计为中心的数字化制造

　　由一于计算机的发展以及计算机图形学与机械设计技术的相结合，产生了以数据库为核心，以交互式图形系统为手段，以工程分析计算为主体的计算机辅助设计(CAD)系统。将CAD的产品设计信息转换成为产品的制造、工艺规则等信息，使加工机械按照预定的工序和工步组合和排序,选择刀具、夹具、量具，确定切削余量，并计算每个工序的机动时间和辅助时间，这个就是计算机辅助工艺规划(CAPP)。将包括制造、检测、装配等方面的所有规划，以及面向产品设计、制造、工艺、管理、成本核算等所有的信息数字化，转换为计算机所理解、并被制造过程的全阶段所共享的数据，就形成了所谓CAD/CAPP/CAM的一体化，从而使CAD上升到一个新的层次。

　　由于网络技术和信息技术的发展，多媒体可视化环jing技术、产品数据管理系统、异地协同设计以及跨平台、跨区域、同步和异步信息交流与共享，多企业、多团队、多人、多应用之间群体协作与智能设计正在深入开展研究，并进入实用阶段，这就形成了所谓以设计为中心的数字化制造。

　　2、以管理为中心的数字化制造

　　通过企业内部物料需求计划(MRP)的建立与实现，根据不断变化的市场信息、用户订货和预测，从全局和长远的利益出发，通过决策模型，评价企业的生产和经营状况，预测企业的未来和运行状况，决定投资策略和生产任务安排，这就形成了制造业生产系统的最高层次管理信息系统(MIS)。为了支持制造企业经营生产过程能随市场需求快速的重构和集成， 出现了能覆盖整个企业从产品的市场需求、研究开发、产品设计、工程制造、销售、服务、维护等生命周期中信息的产品数据管理系统(PDM)。

　　当前，随着企业需求规划(ERP)这一建立在信息技术基础上的现代化管理平台的广泛应用，由于它集中信息技术与先进管理思想于一身，使企业经营管理活动中的物流、信息流、资金流、工作流加以集成和综合，形成了以ERP为中心的MRP/PDM/MIS/ERP等技术集成的所谓以管理为中心的数字化制造。

　　3、以控制为中心的数字化制造

　　数字制造的概念，首先来源于数字控制技术与数控机床。随着数控技术的发展，又出现了对多台机床，用一台(或多台)计算机数控装置进行集中控制的方式，即所谓直接数字控制(DNC)。为适应多品种、小批量生产的自动化，发展了若干台计算机数控机床和一台工业机器人协同工作，以便加工一组或几组结构形状和工艺特征相似的零件，从而构成了所谓 柔性制造单元(FMC)。

　　随着网络和信息技术的发展由多台数字控制机床联网组成局域网实现一个车间或多个车间的生产过程自动化，进而发展到每一台设备的控制器或控制系统成为网上的一个结点，使制造过程向更大规模和更高水平的自动化发展，这个就形成了所谓以数控 制造为中心的数字制造观。

• CAD---计算机辅助设计
• CAE---计算机辅助工程分析
• CAM---计算机辅助制造
• CAPP---计算机辅助工艺规划
• PDM---产品数据库管理
• ERP---企业资源计划
• RE---逆向工程技术
• RP---快速成型

　　数字化制造可以帮助制造企业提高制造规划和生产流程两个方面的生产力。

　　1.数字化制造采用一致的综合生产设计方法，使产品、流程、工厂和资源信息在整个变更流程中实现相互关联，并可被查看和处理。

　　2.数字化制造可在一个受控的环境中优化零件制造流程。除了机器加工和工装指令之外，还可以灵活地生成能够显示二维和三维零件信息的工作指令。

　　3.数字化制造的仿真功能可以对机械手和自动化程序进行仿真检验，从而，有助于企业降低调试成本。

　　4.利用数字化制造，您可以更快地创建工厂模型，并确保产量增加前，它们在最佳的布局、物料流程以及生产量条件下运行。

　　5.数字化制造提供用以分析尺寸变化的图形环境，因此，可被用于支持六西格玛和精益制造方案。

　　6.数字化制造系统为坐标测量机（CMM）和数控（NC）机器工具生成了完整的、可检验的CAD机器检验程序，从而，使整个组织更便于分享质量数据。

　　7.通过数字化制造，可以实时利用产品生命周期数据来完成生产流程。

　　1、NC机床的出现1952年，美国麻省理工学院首先实现了三坐标铣床的数控化，数控装置采用真空管电路。1955年，第一次进行了数控机床的批量制造。动机：自由曲面的精度加工。加工对象：直升飞机的旋翼等。

　　2、CAM处理系统APT出现 1955年美国麻省理工学院MIT伺服机构实验室公布了APTAutomatically Programmed Tools系统。其中的数控编程主要是发展自动编程技术。这种编程 技术是由编程人员将加工部位和加工参数以一种限定格式的语言自动编程语言写成所谓源程序，然后由专门的软件转换成数控程序。

　　3、加工中心的的出现1958年美国KT公司研制出带ATC自动刀具交换装置的加工中心。同年，美国UT公司首次把铣钻等多种工序集中于一台数控铣床中，通过自动换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。

　　4、1967年，美国实现了多台数控机床连接而成的可调加工系统，最初的FMS（Flexible manufacturing system）

　　5、进入70年代，CAD、CAM开始走向共同发展的道路。由于CAD与CAM所采用的数据结构不同，在CAD/CAM技术发展初期，主要工作是开发数据接口，沟通CAD和CAM之间的信息流。不同的CAD、CAM系统都有自己的数据格式规定，都要开发相应的接口，不利于CAD/CAM系统的发展。在这种背景下，美国波音公司和GE公司于1980年制定了数据交换规范IGES(1nitia Graphics Exchange Specifications)，从而实现CAD/CAM的融合。

　　6、80年代中期，出现CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）计算机集成制造系统，波音公司成功应用于飞机设计，制造，管理，将原需八年的定型生产缩短至三年。

　　7、80年代末期至今，CAD/CAM一体化三维软件大量出现，如：CADAM，CATIA，UG，I-DEAS，Pro/E，ACIS，MASTERCAM等，并应用到机械、航空航天、汽车、造船等领域。

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