關於數字化製造技術論文***2***
關於數字化製造技術論文篇二
基於數字化技術的先進製造技術
【摘 要】分析了先進製造技術的主要特徵，論述了先進製造技術的發展與數字化技術的關係，探討了數字化技術在先進製造技術領域的應用狀況及發展趨勢。指出數字化製造是先進製造技術的核心技術，對數字化先進製造技術的幾個關鍵技術進行了具體闡述。
【關鍵詞】數字化;先進製造;機械;資訊化
【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 先進製造技術的含義
先進製造技術AMT***Advanced Manufactories Technology***是指以提高製造企業綜合效益為目的，綜合利用資訊、能源、環保等高新技術以及現代系統管理技術，對傳統制造過程中及產品的整個壽命週期中的使用、維護、回收、利用等有關環節進行研究併發行的所有適用技術的總稱[1-2]。
相對傳統制造技術，數字化製造技術是一項融合數字化技術和製造技術，且以製造工程科學為理論基礎的重大的製造技術革新，是先進製造技術的核心。數字化先進製造是在計算機和網路技術與製造技術的不斷融合、發展和廣泛應用的基礎上誕生的。它是對製造過程進行數字化的描述，將製造資訊採用數字化的表徵、儲存、處理、傳遞和加工，從而在數字空間中完成產品的製造過程[3-6]。
2 數字化是先進製造技術的基礎
2.1 先進製造技術的基本特徵
先進製造技術包括以下五個基本特徵。
***1***先進性。製造工藝作為先進製造技術的基礎，必須是經過優化的先進工藝。先進製造技術的基礎必須是優質、高效、低耗、清潔工藝，它從傳統制造工藝發展起來，並與新技術實現了局部或系統整合。
***2***通用性。先進製造技術不是單獨分割在製造過程的某一環節，它覆蓋了產品設計、生產裝置、加工製造、銷售使用、維修服務，甚至回收整個過程。
***3***系統性。隨著微電子、資訊科技的引入，先進製造技術的駕馭資訊生成、採集、傳遞、反饋、調整的資訊流動過程。先進製造技術是可以駕馭生產過程的物質流、能量流和資訊流的系統工程。
***4***整合性。先進製造技術由於專業、學科間的不斷滲透、交叉、融合，界限逐漸淡化甚至消失，技術趨於系統化、整合化，已發展成為集機械、電子、資訊、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，使先進製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 基於數字化的先進製造技術
數字化製造技術符合先進製造技術的上述五個基本特徵。先進製造技術時代是數字化資訊的時代，數字化技術是數字的生產、採集、存貯、變換、傳遞、處理及廣泛利用的新興科技領域。製造業從50年代數控機床的發明，標誌著機械製造業向著數字化走出了第一步，隨後製造資訊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;三是生產管理和整合方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等。可以說資訊科技改變了當代製造業的面貌。
3 數字化是先進製造技術發展的核心
3.1 數字化先進製造的核心技術
數字化是先進製造技術的核心，它是在計算機和網路技術與製造技術的不斷融合、發展和廣泛應用的基礎上誕生的。數字化先進製造主要包括以下幾個核心技術[4，6]：
***1***製造過程的建模與模擬。製造過程的建模與模擬是在一臺計算機上用解析或數值的方法表達或建模製造過程，建模通常基於製造工藝本身的物理和化學知識，併為實驗所驗證。
***2***網路化敏捷設計與製造。利用快速發展的網路技術，改善企業對市場的響應性。我國企業向國際接軌就必須在此領域開展研究，儘快掌握並趕上國外先進水平。
***3***虛擬產品開發。虛擬產品開發有四個核心要素：數字化產品和過程模型、產品資訊管理、高效能運算與通訊和組織、管理的改變。
3.2 數字化對先進製造技術的實現
***1***數字製造的全球實現―網路製造。隨著數字化技術、計算機網路技術及交通運輸事業的迅速發展，這些企業可利用協同工作技術，在一定的時間、一定的空間內，利用計算機網路，小組成員共享通過數字網路在企業內部傳遞的知識與資訊。
***2***數字製造的動態聯盟―敏捷製造。為實現高增值、高產品質量及優質服務，只有藉助於高效能運算機和高速網路，在數字化環境中，充分利用其他企業製造過程的資訊流和資料庫等有用的數字化資源，才能對變化市場做出快速的響應。對於某些產品一個企業不可能快速、經濟地獨立開發和製造其全部，必須根據任務，由一個公司的某些部門或不同公司按資源、技術和人員的最優配置。於是，一種以數字製造為平臺的先進製造技術即數字製造的動態聯盟―敏捷製造嶄露頭角。 ***3***數字製造的計算機實現―虛擬製造。數字化表徵與傳遞、建模與模擬是數字製造的核心科學問題。這種能實現製造形狀與過程的數字化表徵、非符號化製造知識的表徵、製造資訊的可靠獲取及其傳遞的、由整個製造資訊形成的數字空間，為計算機和計算機網路的應用提供了用武之地。
***4***數字製造的快速實現―快速原型製造。製造業面臨兩個重要的挑戰：一是要大大減少開發時間，二是產品的個性化。雖然計算機輔助設計和製造***CAD和CAM***已在很大程度上改善了傳統的產品設計和製造方法，但在計算機輔助設計和計算機輔助製造整合實踐過程中仍有許多障礙。
虛擬製造技術在計算機上實現了產品實際的製造過程，對縮短產品開發的週期、減少開發費用、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，催生了製造技術上的又一次新的變革―快速成型製造技術。
***5***數字製造的環保化實現―綠色設計與製造。製造業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，為了有效地保護環境，一定要在製造的各個階段進行汙染控制。有必要使用能在各個階段評估環境被影響的後果的工具和方法學來支援設計和製造，一種具有意識的先進製造技術―綠色設計與製造ECD&M ***EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing ***。
4 數字化是先進製造技術發展的未來
目前，計算機和網路已成為製造業企業的基礎環境和重要手段，目前世界500強企業無一例外地建立了內部網。製造業在知識經濟到來時呈現明顯的資訊化趨勢，可以說資訊科技在促進當代製造業發展過程中的作用是第一位的，資訊科技將在更深層次上滲透和改造傳統制造業。
當前，數字化製造正在深入發展，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 基於模型的定義/Model-BasedInstructions，MBI基於模型的作業指導書***為核心的設計與製造。MBD是用整合的三維實體模型來完整的表達產品生命週期各階段的產品定義技術標準，為設計人員服務，解決的是要製造什麼的問題;MBI是以三維模型表達的車間工作規範和方法，為加工、裝配、檢測人員服務，解決的是怎麼製造的問題。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新研發上。
***2***真正並行和協同的實現-數字化製造中的直觀視覺化工作環境以及建模和模擬技術，為並行和協同工作提供了友好的協同工作環境及有效的實驗驗證手段和評估優化工具。數字化製造是製造業資訊化發展的新階段，也是目前製造業的重要發展方向，如精密化、智慧化、網路化、極端化等，無一不與數字化製造技術的發展密切相關。
***3***數字化裝配與維修的應用―裝配是產品生命週期中的重要環節。虛擬現實技術***VR， Virtual Reality***的發展為解決裝配序列規劃和裝配效能模擬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、裝配效能等進行分析、預測和驗證，並支援面向生產現場的裝配工藝過程的動態模擬、規劃與優化。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、環境等多方面因素的裝配技術方向發展，這是推進虛擬裝配技術實用化發展的重要一步。
***4***數字化車間與數字化工廠―數字化工廠是數字化製造技術在車間和和工廠整合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、生產線佈局和生產管理綜合優化和整合的基礎上，實現產品在工廠、車間和生產線上由設計到製造的數字化執行、管理和控制問題，是實現企業挖潛和增效的最有效形式。目前，生產線建模模擬技術和車間佈局規劃已日益受到重視，它為高效物流實施以及精益生產、可重構製造、單元化製造等先進製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複雜生產模式具有重要指導意義。
5 結束語
先進製造技術是改造傳統制造業的有效手段，為了有效地在我國利用先進製造技術改造傳統制造業，需要明確研究、開發和應用先進製造技術的重點。綜觀以上先進製造技術的現狀和發展，可以看出數字製造實為先進製造技術的核心技術，是實施其他先進製造技術的平臺。
數字化先進製造技術是席捲全球的數字化浪潮中的重要一環，其本質是支援數字化或資訊化製造業的技術。充分運用當代數字化技術，大力發展數字化先進製造技術符合本世紀製造業的發展趨勢。
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