數字化製造

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數字化製造(digitized manufacturing)

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什麼是數字化製造

  數字化製造是指在數字化技術和製造技術融合的背景下,併在虛擬現實電腦網路、快速原型、資料庫多媒體等支撐技術的支持下,根據用戶的需求。迅速收集資源信息,對產品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規劃重組,實現對產品設計和功能的模擬以及原型製造。進而快速生產出達到用戶要求性能的產品整個製造全過程。

  數字化製造定義的內涵數字化製造就是指製造領域的數字化,它是製造技術、電腦技術網路技術管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果,也是製造企業、製造系統與生產過程生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。

數字化製造的內涵[1]

  數字化製造內涵有三個:以控制為中心的數字製造層面,以管理為中心的數字製造,以控制為中心的數字化製造。

  1、以設計為中心的數字化製造

  由一於電腦的發展以及電腦圖形學與機械設計技術的相結合,產生了以資料庫為核心,以互動式圖形系統為手段,以工程分析計算為主體的電腦輔助設計(CAD)系統。將CAD的產品設計信息轉換成為產品的製造、工藝規則等信息,使加工機械按照預定的工序和工步組合和排序,選擇刀具、夾具、量具,確定切削餘量,並計算每個工序的機動時間和輔助時間,這個就是電腦輔助工藝規劃(CAPP)。將包括製造、檢測、裝配等方面的所有規劃,以及面向產品設計、製造、工藝管理成本核算等所有的信息數字化,轉換為電腦所理解、並被製造過程的全階段所共用的數據,就形成了所謂CAD/CAPP/CAM的一體化,從而使CAD上升到一個新的層次。

  由於網路技術信息技術的發展,多媒體可視化環jing技術、產品數據管理系統、異地協同設計以及跨平臺、跨區域、同步和非同步信息交流與共用,多企業、多團隊、多人、多應用之間群體協作與智能設計正在深入開展研究,併進入實用階段,這就形成了所謂以設計為中心的數字化製造。

  2、以管理為中心的數字化製造

  通過企業內部物料需求計劃(MRP)的建立與實現,根據不斷變化的市場信息、用戶訂貨和預測,從全局和長遠的利益出發,通過決策模型,評價企業的生產經營狀況預測企業的未來和運行狀況,決定投資策略和生產任務安排,這就形成了製造業生產系統的最高層次管理信息系統(MIS)。為了支持製造企業經營生產過程能隨市場需求快速的重構和集成, 出現了能覆蓋整個企業從產品市場需求研究開發產品設計、工程製造、銷售服務、維護等生命周期中信息的產品數據管理系統(PDM)。

  當前,隨著企業需求規劃(ERP)這一建立在信息技術基礎上的現代化管理平臺的廣泛應用,由於它集中信息技術與先進管理思想於一身,使企業經營管理活動中的物流信息流資金流工作流加以集成和綜合,形成了以ERP為中心的MRP/PDM/MIS/ERP技術集成的所謂以管理為中心的數字化製造。

  3、以控制為中心的數字化製造

  數字製造的概念,首先來源於數字控制技術與數控機床。隨著數控技術的發展,又出現了對多台機床,用一臺(或多台)電腦數控裝置進行集中控制的方式,即所謂直接數字控制(DNC)。為適應多品種、小批量生產的自動化,發展了若幹台電腦數控機床和一臺工業機器人協同工作,以便加工一組或幾組結構形狀和工藝特征相似的零件,從而構成了所謂 柔性製造單元(FMC)。

  隨著網路和信息技術的發展由多台數字控制機床聯網組成區域網實現一個車間或多個車間的生產過程自動化,進而發展到每一臺設備的控制器或控制系統成為網上的一個結點,使製造過程向更大規模和更高水平的自動化發展,這個就形成了所謂以數控 製造為中心的數字製造觀。

數字化製造的內容

數字化製造的優勢

  數字化製造可以幫助製造企業提高製造規劃和生產流程兩個方面的生產力

  1.數字化製造採用一致的綜合生產設計方法,使產品流程工廠和資源信息在整個變更流程中實現相互關聯,並可被查看和處理。

  2.數字化製造可在一個受控的環境中優化零件製造流程。除了機器加工和工裝指令之外,還可以靈活地生成能夠顯示二維和三維零件信息的工作指令。

  3.數字化製造的模擬功能可以對機械手和自動化程式進行模擬檢驗,從而,有助於企業降低調試成本。

  4.利用數字化製造,您可以更快地創建工廠模型,並確保產量增加前,它們在最佳的佈局、物料流程以及生產量條件下運行。

  5.數字化製造提供用以分析尺寸變化的圖形環境,因此,可被用於支持六西格瑪和精益製造方案。

  6.數字化製造系統為坐標測量機(CMM)和數控(NC)機器工具生成了完整的、可檢驗的CAD機器檢驗程式,從而,使整個組織更便於分享質量數據

  7.通過數字化製造,可以實時利用產品生命周期數據來完成生產流程

數字化製造的發展

  1、NC機床的出現1952年,美國麻省理工學院首先實現了三坐標銑床的數控化,數控裝置採用真空管電路。1955年,第一次進行了數控機床的批量製造。動機:自由曲面的精度加工。加工對象:直升飛機的旋翼等。

  2、CAM處理系統APT出現 1955年美國麻省理工學院MIT伺服機構實驗室公佈了APTAutomatically Programmed Tools系統。其中的數控編程主要是發展自動編程技術。這種編程 技術是由編程人員將加工部位和加工參數以一種限定格式的語言自動編程語言寫成所謂源程式,然後由專門的軟體轉換成數控程式。

  3、加工中心的的出現1958年美國KT公司研製出帶ATC自動刀具交換裝置的加工中心。同年,美國UT公司首次把銑鑽等多種工序集中於一臺數控銑床中,通過自動換刀方式實現連續加工,成為世界上第一臺加工中心

  4、1967年,美國實現了多台數控機床連接而成的可調加工系統,最初的FMS(Flexible manufacturing system)

  5、進入70年代,CAD、CAM開始走向共同發展的道路。由於CAD與CAM所採用的數據結構不同,在CAD/CAM技術發展初期,主要工作是開發數據介面,溝通CAD和CAM之間的信息流。不同的CAD、CAM系統都有自己的數據格式規定,都要開發相應的介面,不利於CAD/CAM系統的發展。在這種背景下,美國波音公司GE公司於1980年制定了數據交換規範IGES(1nitia Graphics Exchange Specifications),從而實現CAD/CAM的融合。

  6、80年代中期,出現CIMSComputer Integrated Manufacturing System電腦集成製造系統波音公司成功應用於飛機設計,製造,管理,將原需八年的定型生產縮短至三年。

  7、80年代末期至今,CAD/CAM一體化三維軟體大量出現,如:CADAM,CATIA,UG,I-DEAS,Pro/E,ACIS,MASTERCAM等,並應用到機械、航空航天、汽車、造船等領域。

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參考文獻

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