数字化设计与制造

数字化设计与制造一、背景在计算机技术出现从前，机械产品的设计与加工的方式向来都是图纸设计和手工加工的方式，这类传统的产品设计与制造方式，这使得产品在质量上完整依靠于产品设计人员与加工人员的专业技术水平，而数目上则完整依靠于产品加工人员的娴熟程度，而跟着工业社会的不停发展，人们对机械产品的质量提出了更高要求，同时数目上的需求也不停增加。为了适应社会对机械产品在质量与数目上的需求，同时也为了能进一步降低机械产品的生产成本，人们在努力追求一种崭新的机械产品设计与加工方式，而二十世纪四五十年月以来计算机技术的出现及其发展，特别是计算机图形学的出现，让人们看到了改革传统机械产品设计与生产方式的曙光。于是，数字化设计与制作方式应运而生，人们逐渐将机械产品的设计与加工任务交给计算机来做，这一方面使得机械产品的设计周期大大缩短，另一方面也使得产品的质量与数目基本挣脱了对于设计与加工人员的依靠，从而大大提高了产品的质量，降低了产品的生产成本，同时也使得产品更为适合批量化生产。二、观点数字化设计：就是经过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在成立一套鉴于计算机技术和网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计的内涵：支持产品开发全过程、支持产品创新设计、支持产品有关数据管理、支持产品开发流程的控制与优化等。其基础是产品建模，主体是优化设计，核心是数据管理。数字化制造：是指对制造过程进行数字化描绘而在数字空间中达成产品的制造过程。数字化制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不停交融、发展和应用的结果，也是制造公司、制造系统和生产系统不停实现数字化的必定。计算机仿真技术:是以相像原理、信息技术、系统技术及相应领域的专业技术为基础，以计算机和各样物理效应设备为工具，利用系统模型对实质的或假想的系统进行试验研究的一门综合性技术。该技术经过成立某一过程或某一系统的模型来描绘该过程或该系统，而后用一系列有目的、有条件的计算机仿真切验来刻画系统的特点，从而得出数目指标，为决议者提供对于这一过程或系统的定量剖析结果，作为决议的理论依照。计算机仿真技术的基本步骤为：系统剖析—把被仿真系统的内容表述清楚模型设计—选择适合的仿真方法，设计系统的计算机模型模型运转—在计算机上履行模型模型剖析—剖析履行输出三、工具1、CAD---计算机辅助设计CAD在早期是英文ComputerAidedDrawing(计算机辅助画图)的缩写，跟着计算机软、硬件技术的发展，人们逐渐的认识到纯真使用计算机画图还不可以称之为计算机辅助设计。真正的设计是整个产品的设计，它包含产品的构想、功能设计、结构剖析、加工制造等，二维工程图设计不过产品设计中的一小部分。于是CAD的缩写由ComputerAidedDrawing

改为ComputerAidedDesign，CAD也不再不过是辅助画图，而是辅助创立、改正、剖析和优化的设计技术。2、CAE---计算机辅助工程剖析CAE(ComputerAidedEngineering)往常指有限元剖析和机构的运动学及动力学剖析。有限元剖析可达成力学剖析(线性.非线性.静态.动向)；场剖析(热场、电场、磁场等)；频次响应和结构优化等。机构剖析能达成机构内零零件的位移、速度、加快度和力的计算，机构的运动模拟及机构参数的优化。3、CAM---计算机辅助制造CAM（ComputerAidedManufacture）是计算机辅助制造的缩写，能依据CAD模型自动生成零件加工的数控代码，对加工过程进行动向模拟、同时达成在实现加工时的干预和碰撞检查。CAM系统和数字化妆备联合能够实现无纸化生产，为CIMS（计算机集成制造系统）的实现确立基础。CAM中最核心的技术是数控技术。往常零件结构采纳空间直角坐标系中的点、线、面的数字量表示，CAM就是用数控机床按数字量控制刀具运动，达成零件加工。4、CAPP---计算机辅助工艺规划世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1966年，并于1969年正式推出生界上第一个CAPP系统AutoPros，并于1973年正式推出商品化AutoPros系统。美国是60年月末开始研究CAPP的，并于1976年由CAM-I公司推出颇具影响力的CAP-I'sAutomatedProcessPlanning系统。5、PDM---产品数据库管理跟着CAD技术的推行，原有技术管理系统难以知足要求。在采纳计算机辅助设计从前，产品的设计、工艺和经营管理过程中波及到的各种图纸、技术文档、工艺卡片、生产单、更改单、采买单、成本核算单和资料清单等均由人工编写、审批、归类、散发和存档，所有的资料均经过技术资料室进行一致管理。自从采纳计算机技术以后，上述与产品有关的信息都变为了电子信息。简单地采纳计算机技术模拟本来人工管理资料的方法常常不可以从根本上解决先进的设计制造手段与落伍的资料管理之间的矛盾。要解决这个矛盾，一定采纳PDM技术。PDM（产品数据管理）是从管理CAD/CAM系统的高度上出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所有数据。工程技术人员依据市场需求设计的产品图纸和编写的工艺文档不过是产品数据中的一部分。PDM系统除了要管理上述数据外，还要对有关的市场需求、剖析、设计与制造过程中的所有改正历程、用户使用说明及售后服务等数据进行一致有效的管理。PDM关注的是研发设计环节。6、ERP---公司资源计划公司资源计划系统，是指成立在信息技术基础上，对公司的所有资源（物流、资本流、信息流、人力资源）进行整合集成管理，采纳信息化手段实现公司供销链管理，从而达到对供应链上的每一环节实现科学管理。ERP系统集中信息技术与先进的管理思想于一身，成为现代公司的运转模式，反应时代对公司合理分配资源，最大化地创立社会财产的要求，成为公司在信息时代生计、发展的基石。在公司中，一般的管理主要包含三方面的内容：生产控制（计划、制造）、物流管理（分销、采买、库存管理）和财务管理（会计核算、财务管理）。7、RE---逆向工程技术对实物作快速丈量，并反求为可被3D软件接受的数据模型，快速创立数字化模型CAD）。从而对样品从而作改正和详尽设计，达到快速开发新产品的目的。属于数字化丈量领域。8、RP---

快速成型快速成型（RapidPrototyping）技术是90年月发展起来的，被以为是最近几年来制造技术领域的一次重要打破，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，激光技术及资料科学技术，能够自动、直接、快速、精准地将设计思想物化为拥有必定功能的原型或直接制造零件，从而能够对产品设计进行快速评论、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。计算机仿真软件：MATLAB、ANSYS、COSMOS等。四、数字化设计与制造的发展历程1、CAx工具应用阶段自上个世纪50年月起，各样CAx工具（CAD/CAE/CAM/CAT等）开始出现并逐渐获取应用，标记着数字化设计的开始。2、并行工程应用阶段并行工程是集成地、并行地设计产品及其有关过程（包含制造过程和支持过程）的系统方法。这类方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从观点形成到产品报废的所有要素，包含质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程的目标提高质量、降低成本、缩短产品开发周期和产品上市时间。并行工程的详细做法：1）在产品开发早期，组织多种职能共同工作的项目组，使有关人员从一开始就获取对新产品需求的要乞降信息，踊跃研究波及本部门的工作业务，并将所需要求供应给设计人员，使很多问题在开发早期就获取解决，从而保证了设计的质量，防止了大批的返工浪费.2）在产品的设计开发时期，将观点设计、结构设计、工艺设计、最后需求等联合起来，保证以最快的速度按要求的质量达成。3）各项工作由与此有关的项目小组达成。进度中小构成员各自安排自己的工作，但能够按期或随时反应信息并对出现的问题协调停决。4）依照适合的信息系统工具，反应与协调整个项目的进行。利用现代

CIM

技术，在产品的研制与开发时期，辅助项目进度的并行化。并行工程于20世纪80年月提出，详细表此刻PDM（产品数据管理）技术及DFx（如DFM、DFA等）技术在产品设计阶段的应用。它是在CAD、CAM、CAPP等技术的支持下，将本来分别挨次进行的工作在时间和空间上交错、重叠，利用原有技术，汲取计算机技术、信息技术的成就，成为产品数字化设计的重要手段和先进制造技术的基础。3、虚构样机技术应用阶段虚构样机技术的定义：虚构样机就是用来取代物理产品的计算机数字模型，它能够像真实的物理模型同样，用来对所关怀的产品的全寿命周期，如设计、制造、服务、循环利用等,进行展现、剖析和测试。这类结构和使用虚构样机的技术就叫虚构样机技术。虚构样机技术的构成：三维实体模型、个人—产品交互模型、与产品测试有关的可视化模型虚构样机技术的长处：1）减少了设计花费2）能够辅助物理样机进行设计考证和测试3）能够减少产品开发过程中所需的时间,使产品赶快上市4）能够在同样的时间内“试验”更多的设计方案,这是物理样机没法比较的5）能够减少产品开发后期的设计改正,从而使得整个产品的开发周期最小化6）与惯例的仿真对比,它波及的设计领域广,考虑也比较周到,因此能够提高产品的质量。7）因为虚构样机技术支持并行设计,使得设计小组之间的交流变得便利。四、长处1、数字化设计的长处:1）减少设计过程中实物模型的制造。传统设计在产品研制中需经过频频多次的“样机生产-样机测试-改正设计”的过程，这不单耗资物力、财力，还使得产品研制周期延伸。数字化设计则在制造物理样机从前，针对数字化模型进行仿真剖析与测试，可清除某些设计不合理性；2）易于实现设计的并行化。相对与传统设计过程的串行化，数字化设计能够让一项设计工作由多个设计队伍在不一样的地区分头并行设计、共同装置，这在提高产品设计质量与速度方面拥有重要的意义。2、数字化制造的长处：可精准地展望和评论产品的可制造性、加工时间、制造周期、生产成本、零件的加工质量、产质量量和制造系统运转性能零件和产品的可制造性剖析、生产规划与工艺规划的评论与确认、矫捷公司和分别化网络生产系统中合作伙伴的选择、生产过程和制造系统设计与优化网上制造资源的查问与精选低成本的人员培训工具。3、计算机仿真的长处：1）仿真切验能够频频进行，改变系统的结构和系数都比较简单，实验时间段，代价小；2）能够在真切系统成立起来从前，展望其行为成效，从而能够从不一样结构或不一样参数的模型的结果比较之中，选择最正确模型；3）对于缺乏分析表示的系统，或许虽有分析表示但没法精准求解的系统，能够经过仿真获取系统运转的数值结果；4）对于随机性系统，能够经过大批重复试验，获取在统计意义上某些特征指标。5）对于机械产品的研制来说，计算机仿真能够提高产质量量；缩短产品开发周期；降低产品开发成本；达成复杂产品的操作和使用训练。五、国内数字化设计与制造的现状：“十一五”时期，我国政府组织实行了制造业信息化工程专项，推进设计数字化、制造装备数字化、生产过程数字化、管理数字化和公司数字化等方面的发展，数字化制造技术在我国已经获得大批应用：一是CAD/CAPP/CAE/CAM的推行应用，改变了传统的设计生产、制作模式，已经成为我国现代制造业发展的重要技术特点；二是MRP/ERP的推行应用；三是CIMS的推行应用；四是网络建设方面，最近几年来互联网技术的飞快发展，公司网络迅猛发展。当前，数字化制造技术正在我国深入发展，表现以下趋向：一是正由2D向3D转变，形成以鉴于模型的定义/鉴于模型的作业指导书为核心的设计与制造；二是并行和共同，通过产品、工艺过程和生产资源的建模拟真及集成优化技术，提高多学科的设计与制造的共同性和并行性，实现产品和工艺设计结果的早期考证；三是数字化妆配与维修；四是数字化车间与数字化工厂，这是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效营运的全重生产模式，为高效物流实行以及精益生产、可重构制造、元化制造等先进制造模式供应辅助工具；五是工业互联网，由机器、设备组、设备和系统网络构成，能够在更深的层面将连结能力、大数据、数字剖析、3D打印等联合。我国制造业设计数字化方面的投入不停加大，我国数字化制造快速发展，仪器仪表、数控机床、机器人等行业自主创新收效初现，3D打印等新兴家产发展快速，制造业管理数字化收效展现，信息化技术在制造公司获取大批应用。可是，我国制造业与发达国家对比，创新能力不强，高新技术方面仍旧处在追赶状态，很多重点的核心技术还没有掌握，制造业综合竞争力较弱，整体上处于国际分工和家产链的中低端。当前，我国高技术家产占制造业的比重要概是美国的三分之一，我国制造业家产结构有待优化，数字化制造在制造业中的比重亟待提高。六：数字化设计与制造在核工业领域的应用状况加快器制造（ANSYS）粒子加快器是探究原子核和粒子的性质、内部结构和互相作用的重要工具，在工农业生产、医疗卫生、科学技术等方面也都有重要而宽泛的实质应用。而作为一项精细的电物理设备，粒子加快器的研制需要优秀的物理设计和工程技术的支撑。实现粒子加快器的数字化设计及其制造，经过用数值手段对粒子在加快器中的物理过程进行剖析，在此基础上对加快器的各个零件进行更为合理的设计，不单能够提高加快器的性能，还可以够降低设计成本，缩短设计周期，甚至免除物理模型的实验。辐射成像系统辐射成像技术的发展对医学领