数字化设计与制造技术

1、关于数字化设计与制造技术的读书报告1120200121. 数字化设计与制造概述随着全球经济一体化的进程加快以及信息技术的迅猛发展，现代制造企业环境发生了重大的变化，其变化的主要特征为：产品生命周期缩短；交货期成为主 要竞争因素；大市场和大竞争已基本形成；用户需求个性化，多品种小批量生产 比例增大。为适应需求的变化，现代制造业出现了符合这种发展的新模式，其核心在于：在制造企业中全面推行数字化设计与制造技术， 通过在产品全寿命周期 中的各个环节普及与深化计算机辅助技术、系统及集成技术的应用，使企业的设 计、制造、管理技术水平全面提升，促进传统产业在各个方面的技术更新，使企 业在持续动态多变、不可预

2、测的全球性市场竞争环境中生存发展并不断地扩大其 竞争优势。数字化设计与制造是以计算机软硬件为基础、以提高产品开发质量和 效率为目标的相关技术的有机集成。与传统产品开发手段相比，它强调计算机、 数字化信息、网络技术以及智能算法在产品开发中的作用。数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD、计算机辅助制造（CAM、计算机辅助工艺设计（CAPP、计算机辅助工程分析（CAE、产品 数据管理（PDM等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、 支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控 制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是

3、工具， 数据管理是核心，它们之间的关系如图 1所示。由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得 到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造 信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产 过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发 展，这些关键技术之间的具体关系如图 2所示。2. 数字化设计与制造的学科体系20世纪80年代以后，随着计算机技术、网络技术、数据库技术的成熟以及 产品数据交换标准的不断完善，各种数字化开发技术开始交叉、融合、集成,构成功能更完整、信息更畅通、效率更显著、使用更便

4、捷的产品数字化开发集成环境。 图3所示为产品数字化开发环境及其学科体系。以下对数字化设计技术、数字化制造技术、数字化管理的一些核心技术做简 单的介绍。'产品计算机图形学（CG）计算机图形学（Computer Graphics）是一种使用数学算法将二维或三维图形 转化为计算机显示器的栅格形式的科学。简单地说，计算机图形学的主要研究内 容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、 处理和显示的相关原理与算法。其研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图 形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形 计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计

5、算机动画、自 然景物仿真、虚拟现实等。 计算机辅助设计（CAD技术计算机辅助设计作为信息化、数字化的源头，它包含的内容很多，如概念数字化开发环境化设 计技 术化制 造技 术数字化管计算f1计算'计算、逆向'机图机辅机辅工程形学助设助工(RE(CG计程分)(CA析D)(CAJ1巳J数控成组计算(NC技术机辅）加(GT助工工技)艺规术划(CAIpP >图3 产品数字化开发环境及其学科体系；快速、供应客户原型链管关系制造理管理(RP(SC(CRM）MM)jJJ丄f、产品产品企业数据全生资源管理命周计划(PD期管(ERM）理P）(PLJIm JL j理 设计、优化设计、有限元分析

6、、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。(3) 计算机辅助工程(CAE技术CA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) 逆向工程技术( RE)逆向工程技术也称反求工程、 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

7、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。(5) 计算机辅助工艺设计(CAPP技术CAP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

8、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。(6) 成组技术( GT)成组技术( Group Technology )揭示和利用事物间的相似性，按照一 定的准则分类成组，同组事物能够采用同一方法进行处理，以便提高效益 的技术，称为成组技术。它已涉及各类工程技术、计算机技术、系统工程、 管理科学、心理学、社会学等学科的前沿领域。日本、美国、苏联和联邦 德国等许多国家把成组技术与计算机技术、自动化技术结合起来发展成柔 性制造系统，使多品种、中小批量生产实现高度自动化。全面采用成组技

9、术会从根本上影响企业内部的管理体制和工作方式，提高标准化、专业化 和自动化程度。在机械制造工程中，成组技术是计算机辅助制造的基础， 将成组哲理用于设计、制造和管理等整个生产系统，改变多品种小批量生 产方式，以获得最大的经济效益。(7) 快速成型( RP)快速成型( Rapid Prototyping )技术是 90 年代发展起来的，被认为 是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术 的出现相媲美。RP系统综合了机械工程、CAD数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功 能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修

10、改及功 能试验，有效地缩短了产品的研发周期。( 8)产品数据库管理( PDM) 随着CAD技术的推广，原有技术管理系统难以满足要求。在采用计算 机辅助设计以前，产品的设计、工艺和经营管理过程中涉及到的各类图纸、 技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、采购单、成本核算单和材料清单 等均由人工编写、审批、归类、分发和存档，所有的资料均通过技术资料 室进行统一管理。自从采用计算机技术之后，上述与产品有关的信息都变 成了电子信息。简单地采用计算机技术模拟原来人工管理资料的方法往往 不能从根本上解决先进的设计制造手段与落后的资料管理之间的矛盾。要 解决这个矛盾，必须采用 PDM技术。PDM （产品数据管理

11、）是从管理CAD/CAM系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。工程技 术人员根据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档仅仅是产品数据中 的一部分。PDM系统除了要管理上述数据外，还要对相关的市场需求、分析、设计与制造过程中的全部更改历程、用户使用说明及售后服务等数据进行 统一有效的管理。PDMI关注的是研发设计环节。（ 9）企业资源计划（ ERP） 企业资源计划系统，是指建立在信息技术基础上，对企业的所有资源（物流、资金流、信息流、人力资源）进行整合集成管理，采用信息化手 段实现企业供销链管理，从而达到对供应链上的每一环节实现科学管理。ERP系统集

12、中信息技术与先进的管理思想于一身，成为现代企业的运行模式，反映时代对企业合理调配资源，最大化地创造社会财富的要求，成 为企业在信息时代生存、发展的基石。在企业中，一般的管理主要包括三 方面的内容：生产控制（计划、制造） 、物流管理（分销、采购、库存管理） 和财务管理（会计核算、财务管理） 。3. 数字化设计与制造技术的发展趋势进入 21 世纪后，计算机技术、信息技术、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的挑战，也提供了新的机遇。 在网络化和信息时代，产品数字化设计与制造技术呈现出以下发展趋势：（1）利用基于网络的 CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM/PL集成

13、技术，实现产品 全数字化设计、制造与管理。（2）CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户 关系管理结合，形成企业信息化的总体构架。（ 3）通过 Internet 、 Intranet 及 Extranet 将企业的业务流程紧密地 连接起来，对产品开发的所有环节（如订单、采购、库存、计划、制造、 质量控制、运输、销售、服务、维护、财务、成本、人力资源等）进行高 效、有序地管理。（ 4）虚拟工厂、虚拟制造、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及 制造全球化成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。数字化设计与数字化制造是计算机技术、信息技术、网络技术与制造科 学相结合的产物，是经济、社会和科学技术发展的必然结果。它适应了经 济全球化、竞争国际化、用户需求个性化的需求，将成为未来产品开发的 基本技术手段。参考文献1 苏春数字化设计与制造MD 北京：机械工业出版社，2009.2 杨平，廖宁波，丁健宁，杨继昌数字化设计制造技术概论 M.北京: 国防工业出版社， 20053 周祖德