第一篇：航空數(shù)字化制造技術(shù)技術(shù)報告-齊鵬

航空數(shù)字化制造技術(shù)

齊

鵬

200808125

摘要

本文從我國航空數(shù)字化現(xiàn)狀講起，首先介紹了數(shù)字化總體框架研究的概念，設計要求，系統(tǒng)組成，基礎環(huán)境，工作機制等內(nèi)容，然后在實際應用層面著重介紹了MAZATROL FUSION 640系統(tǒng)，并簡單介紹了數(shù)字化裝配過程仿真驗證技術(shù)以及飛機數(shù)字化裝配技術(shù)。

關鍵詞：數(shù)字化 總體框架 智能化 網(wǎng)絡化 信息化

數(shù)字化裝配

一、我國航空數(shù)字化現(xiàn)狀

我國的航空制造業(yè)數(shù)字化經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了一定的成效，在產(chǎn)品的三維數(shù)字化設計、數(shù)字樣機應用、工裝數(shù)字化定義、預裝配、主要零件的數(shù)控加工，產(chǎn)品數(shù)字仿真與試驗、工藝數(shù)值模擬與仿真、產(chǎn)品數(shù)據(jù)和制

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造過程管理等方面有了較深入的應用，但是，我們也應清醒地認識到，產(chǎn)品全生命周期的信息通道尚未打通，數(shù)字化工程體系還未形成，數(shù)字化技術(shù)的巨大效能遠未發(fā)揮。與發(fā)達國家相比我們還存在巨大差距，盡管我們在航空制造業(yè)實施了并行工程，但仍然停留在以產(chǎn)品為中心的產(chǎn)品研制理念，而發(fā)達國家已經(jīng)轉(zhuǎn)向以客戶為中心的產(chǎn)品研制理念，即產(chǎn)品研制過程中，產(chǎn)品的目標從（可）制造性向服務性轉(zhuǎn)化，采用面向產(chǎn)品全生命周期的管理模式。美國對于高風險的大型武器裝備的研制，率先采用一體化產(chǎn)品與過程設計模式，將系統(tǒng)工程方法和新的質(zhì)量工程方法相結(jié)合，并應用一系列決策支持過程，在計算機綜合環(huán)境中集成，有效控制了產(chǎn)品的質(zhì)量和風險。著名的JSF項目（新一代聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機）的研制，完全建立在網(wǎng)絡化環(huán)境上，采用數(shù)字化企業(yè)集成技術(shù)，聯(lián)合美國、英國、荷蘭、丹麥、挪威、加拿大、意大利、新加坡、土耳其和以色列等幾十個航空關聯(lián)企業(yè)，提出“從設計到飛行全面數(shù)字化”的產(chǎn)品研制模式，用強勢聯(lián)合體來化解風險。

目前，國家正在大力推進制造業(yè)的數(shù)字化。制造業(yè)企業(yè)急需從戰(zhàn)略的高度，構(gòu)造面向產(chǎn)品全生命周期的、—2—

支持跨企業(yè)聯(lián)合的數(shù)字化工程體系。本文根據(jù)相關的研究和實踐，總結(jié)多年的應用成果，以航空制造業(yè)為背景，提出制造業(yè)數(shù)字化的總體框架，給制造業(yè)數(shù)字化應用平臺的建設提供參考。

二、航空制造業(yè)數(shù)字化總體框架研究

（一）總體框架設計要求

面對競爭激烈的市場大環(huán)境，制造業(yè)的唯一出路是在最短的時間內(nèi)以最有效的方式生產(chǎn)出最能滿足客戶需要的產(chǎn)品。制造業(yè)企業(yè)間既有競爭又有聯(lián)合，只有發(fā)揮各自的技術(shù)和資源優(yōu)勢，才能降低成本，分攤風險，共享市場。構(gòu)建數(shù)字化工程體系是達到以上目的最有效的方法和手段。

數(shù)字化工程體系的核心是信息共享和過程管理，因此，制造業(yè)數(shù)字化工程的總體框架必須能實現(xiàn)制造業(yè)企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)間的信息共享和過程控制。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息和產(chǎn)品生命周期相關的其他信息在各企業(yè)、各部門、各專業(yè)之間的順暢流轉(zhuǎn)，是產(chǎn)品研制順利進行的重要保障?？傮w框架的設計要有利于實施全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理，實現(xiàn)單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源，打通企

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業(yè)間的信息流。

過程管理的內(nèi)涵是面向產(chǎn)品的管理，而不是面向企業(yè)（或組織）的管理。它需要數(shù)字化體系能夠把設計、試驗和制造部門與客戶、供應商、協(xié)作單位聯(lián)系起來，采用IPT組織的方法，優(yōu)化產(chǎn)品研制流程，達到控制成本、降低風險、縮短產(chǎn)品研制周期的目標。

針對當今信息化技術(shù)的快速發(fā)展，要求制造業(yè)數(shù)字化體系能夠支持企業(yè)業(yè)務變更的需求，支持流程再造和組織重構(gòu)的要求，滿足通用性和專業(yè)性的要求。

（二）數(shù)字化框架組成 1.數(shù)字樣機系統(tǒng)

數(shù)字樣機是產(chǎn)品的數(shù)字化描述，貫穿于產(chǎn)品從概念設計到售后服務的全生命周期，是工程設計、功能分析、試驗仿真、加工制造、直至產(chǎn)品售后服務等的信息交換媒介。隨著產(chǎn)品研制的不斷深入，數(shù)字樣機由表及里，由粗到細，成熟度不斷增長。

數(shù)字樣機系統(tǒng)生成了數(shù)字樣機，也提供了對數(shù)字樣機進行分析、評估、仿真等功能。2.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理并維護與產(chǎn)品相關的所有工

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程數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品的幾何模型、說明性文檔、技術(shù)狀態(tài)數(shù)據(jù)等，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理同時也管理與維護產(chǎn)品數(shù)據(jù)間的關聯(lián)信息，如產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、構(gòu)型、版本等信息。3.工程協(xié)同系統(tǒng)

工程協(xié)同系統(tǒng)是由數(shù)字化設計系統(tǒng)、數(shù)字化試驗系統(tǒng)、數(shù)字化制造系統(tǒng)等業(yè)務系統(tǒng)所組成的集合，從信息化的意義上來說，業(yè)務系統(tǒng)就是使能工具。工程協(xié)同系統(tǒng)是工程數(shù)據(jù)的主要生成源，各個業(yè)務系統(tǒng)通過數(shù)字樣機進行數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)包括：

（1）數(shù)字化設計系統(tǒng)：針對航空制造業(yè)業(yè)務需求，集成所需的專業(yè)業(yè)務軟件，包含產(chǎn)品設計的各種專業(yè)軟件和工具，專業(yè)仿真軟件工具，設計評估工具等。

（2）數(shù)字化試驗系統(tǒng)：針對航空制造業(yè)業(yè)務需求，集成所需的專業(yè)試驗系統(tǒng)包括：數(shù)字化強度試驗、飛控試驗、系統(tǒng)試驗、電氣試驗、航電武器試驗、地面聯(lián)合試驗等試驗業(yè)務系統(tǒng)。

（3）數(shù)字化制造系統(tǒng)：針對航空制造業(yè)業(yè)務需求，集成所需的專業(yè)制造系統(tǒng)，包括：數(shù)控加工系統(tǒng)、數(shù)字化復合材料生產(chǎn)線、數(shù)字化鈑金生產(chǎn)線、數(shù)字化切削生產(chǎn)線、數(shù)字化工裝生產(chǎn)線、數(shù)字化焊接生產(chǎn)線、數(shù)字化

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電纜管線生產(chǎn)線等制造業(yè)務系統(tǒng)。

（4）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口：業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換接口。

4.工程過程控制系統(tǒng)

工程過程控制系統(tǒng)包括基于數(shù)字樣機的并行過程控制系統(tǒng)和項目管理系統(tǒng)。

并行過程控制系統(tǒng)實現(xiàn)了設計、試驗、制造等業(yè)務系統(tǒng)的過程集成。并行過程控制系統(tǒng)確定了一個任務應涉及哪些業(yè)務系統(tǒng)，并通過控制數(shù)字樣機的成熟度，確定業(yè)務系統(tǒng)是否啟用，是否能夠訪問數(shù)字樣機，同時并行過程控制系統(tǒng)也監(jiān)視業(yè)務系統(tǒng)的狀態(tài)，從而使之圍繞特定任務協(xié)調(diào)有序地運行。

項目管理系統(tǒng)完成項目任務的計劃、資源調(diào)配、IPT組織管理、進度和質(zhì)量監(jiān)控等管理控制過程。

5.工程支持系統(tǒng)

工程支持系統(tǒng)主要向工程協(xié)同系統(tǒng)提供工程過程中所需的支持信息，包括質(zhì)量、五性（可靠性、可維修性、可測性、保障性和安全性）、標準、適航、情報資料、研制知識等信息，這些信息可以是模板、文件以及其他對象等形式。該系統(tǒng)同時也提供了質(zhì)量、五性、標準和適

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航等方面的控制和評估功能。

（三）基礎環(huán)境

基礎環(huán)境包括計算機系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，是企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)間信息交換的基礎。

（四）總體框架工作機制

產(chǎn)品研制業(yè)務關系表現(xiàn)在業(yè)務數(shù)據(jù)關系和業(yè)務流程關系兩個方面，從信息化的角度來看，總體框架應實現(xiàn)信息的集成和過程的集成。因此，制造業(yè)數(shù)字化的總體框架由縱向的工程過程控制、橫向的工程工作面和作為支撐的基礎環(huán)境所構(gòu)成，其中工程過程控制實現(xiàn)過程的集成，工程工作面實現(xiàn)信息的集成。

工程工作面是產(chǎn)品研制過程的時間斷面。在工程工作面中，工程協(xié)同系統(tǒng)是工程研制中數(shù)字化設計、試驗和生產(chǎn)等方面業(yè)務系統(tǒng)的集合；數(shù)字樣機系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行映射生成了數(shù)字樣機；產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)負責管理產(chǎn)品相關的所有數(shù)據(jù)；工程支持系統(tǒng)提供工程支持信息的共享。

工程協(xié)同系統(tǒng)中的業(yè)務系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換是通過數(shù)字樣機來進行的；數(shù)字樣機系統(tǒng)根據(jù)業(yè)務系統(tǒng)的不同要求，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)所管理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行過濾，—7—

生成相應的數(shù)字樣機；工程協(xié)同系統(tǒng)可以從工程支持系統(tǒng)中得到質(zhì)量、標準等信息。工程工作面實現(xiàn)了信息的集成。

工程過程控制分為兩條主線：一條主線是基于數(shù)字樣機的并行過程，所控制的對象是工程協(xié)同系統(tǒng)中的各個業(yè)務系統(tǒng)，并行過程采用成熟度控制的機制；另一條主線是項目管理過程，采用任務節(jié)點控制的機制。

項目管理過程控制的是點，而并行過程控制的是線，并行過程由項目管理過程觸發(fā)，工程過程控制實現(xiàn)了過程的集成。

項目管理過程可以理解為對工程過程的任務節(jié)點（里程碑）的控制過程，任務節(jié)點主要描述了任務的進度、資源需求和任務間的關系等。在一個任務開始前，需要配置相應的資源（包括人員和物料、設備等），由IPT小組執(zhí)行此項任務。通常，一個任務是否完成，是由并行過程控制系統(tǒng)返回的狀態(tài)來確定的，對里程碑（階段評審）來說，需要階段評審的結(jié)論來支持。階段評審的內(nèi)容可以包括：質(zhì)量、標準、五性和用戶意見等方面。

當一個任務結(jié)束后，為之所配置的資源將被釋放，隨著一個新任務的啟動，新的資源配置也將完成。因此，—8—

項目管理過程同時也包含了IPT組織的動態(tài)變化過程。

按照過程定義，并行過程確定哪些業(yè)務系統(tǒng)參與任務的執(zhí)行。業(yè)務系統(tǒng)之間的協(xié)同是以數(shù)字樣機為共同的信息基礎，并行過程通過控制數(shù)字樣機的成熟度，來限制各個業(yè)務系統(tǒng)訪問數(shù)字樣機。并行過程監(jiān)控各業(yè)務系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)字樣機的成熟度、過程定義實現(xiàn)對各個業(yè)務系統(tǒng)的協(xié)同控制。

工程工作面、工程過程控制和基礎環(huán)境，三個部分構(gòu)成了以數(shù)字樣機為中心、以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理為手段、以工程過程控制為主線的制造業(yè)數(shù)字化總體框架。

三、數(shù)字化制造助力航空制造業(yè)發(fā)展

隨著電子計算機軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)品的設計開發(fā)、虛擬制造、工廠的管理軟件和電子商務方面，都有大量比較成熟的硬件平臺和軟件供使用，然而，產(chǎn)品最重要的一個環(huán)節(jié)--生產(chǎn)制造方面，目前來講還是一個瓶頸，制約了數(shù)字化的應用和發(fā)展。

在這種大的環(huán)境和背景下，對生產(chǎn)制造關鍵環(huán)節(jié)的信息化要求就越來越迫切。數(shù)控機床雖然經(jīng)歷了幾十年

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（一）MAZATROL FUSION 640系統(tǒng)簡介 MAZATROL FUSION 640系統(tǒng)是MAZAK公司開發(fā)的新一代數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)將CNC和PC緊密地融合起來，兼具傳統(tǒng)CNC和現(xiàn)代PC雙方面的優(yōu)勢，使很多智能化和網(wǎng)絡化的功能得以實現(xiàn)。

采用人機對話式編程方式的MAZATROL 640系統(tǒng)對編程操作人員的要求大大地降低，同時也提高了編程的準確性和效率。操作者只需要輸人被加工零件的材質(zhì)、使用的刀具材質(zhì)、加工部位的最終要求、被加工工件的形狀數(shù)據(jù)和工件的安裝位置，數(shù)控系統(tǒng)就會通過內(nèi)置的專家系統(tǒng)自動決定零件的加工參數(shù)(比如主軸轉(zhuǎn)速、進給速度等)以及自動計算并確定刀具路徑，避免了絕大部分的

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編程錯誤。系統(tǒng)還有三維實體模擬加工功能，可以立即對編程的結(jié)果加以驗證；系統(tǒng)的加工向?qū)ьA測功能可以根據(jù)切削條件計算出主軸的功率負荷和加工時間，據(jù)此，編程操作人員可以對程序進行進一步的優(yōu)化，以平衡主軸輸出負荷，提高加工效率。

系統(tǒng)的語音提示和導航功能可以在開機后用語音問候操作者，提示操作者機床的狀態(tài)并做安全確認，防止出現(xiàn)誤操作；震動抑制功能可以將機床加減速引起的機械震動消除，從而提高零件的加工質(zhì)量和刀具的使用壽命；同時，可以進行虛擬加工，在機床、工件、刀具和夾具的3D模型下實現(xiàn)加工程序與實際加工環(huán)境一樣的模擬加工，從而在實際加工前就可以檢查加工中可能出現(xiàn)的干涉，還有智能安全保護功能，在手動操作時可以進行干涉確認，在干涉發(fā)生前停止機床，不用擔心發(fā)生撞車;虛擬加工、自動加工過程中的干涉檢查，使得編程更加放心、快捷、簡單。

另外，刀其的壽命管理功能、機床維護保養(yǎng)提示和在線服務等智能化的功能也為機床的使用和維護提供了很好的手段。

（二）智能生產(chǎn)中心CPC(Cyber Production Center)

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管理軟件

隨著企業(yè)的不斷發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，企業(yè)需要更多的生產(chǎn)設備來滿足生產(chǎn)的需要，但是隨著生產(chǎn)設備的增多，生產(chǎn)管理的工作量也越來越大，因此，MAZAK公司在單機的智能化網(wǎng)絡化基礎上，開發(fā)了智能生產(chǎn)中心CPC管理軟件，一套軟件可以管理多達250臺的數(shù)控機床。該軟件包含4個獨立的模塊:加工程序自動編制(CAMWARE)、智能化日程管理(Cyber Scheduler),智能刀具管理(Cyber Tool Manager)和智能監(jiān)控(Cyber Monitor)。

加工程序自動編制是一種易學易用的人機對話式零件加工自動編程系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用通用的DXE或者IGES格式從CAD圖紙中獲取零件的形狀信息，根據(jù)每臺加工設備的設備信息和工廠內(nèi)的刀具數(shù)據(jù)庫刀具信息，通過簡單的操作針對現(xiàn)有的設備和刀具配置生成零件的加工程序以及刀具需求、加工時間等數(shù)據(jù)，并通過網(wǎng)絡將這些數(shù)據(jù)直接傳送到相應的加工單元和管理系統(tǒng)軟件。這些數(shù)據(jù)就可以自動生成工時成本，進行刀具準備，實現(xiàn)了加工工藝編制、加工程序編制、工藝路線安排和刀具資源配置的并行作業(yè)。而且該軟件還有加工程序管理方

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面的功能，方便客戶對大量的程序資源進行準確、高效的管理。

智能化日程管理軟件能夠根據(jù)營業(yè)單要求的數(shù)量、交貨期以及CAM WARE提供的加工時間數(shù)據(jù)和工時成本信息，迅速自動編制出對顧客的交貨周期和報價。另外根據(jù)合同要求的交貨周期以及生產(chǎn)現(xiàn)場的每個單元、工位的現(xiàn)狀做出零件、部件的作業(yè)計劃和整機的裝配和出貨計劃，對臨時出現(xiàn)的緊急情況也可以方便快速地對計劃做出調(diào)整，并通過網(wǎng)絡自動將精確的日工作計劃發(fā)送到每個現(xiàn)場終端和每臺機床的控制器上。通過智能化日程管理，工廠的每個加工單元、加工工位都實現(xiàn)了實時精確的作業(yè)調(diào)度，最大限度地減少了機器的空閑時間，給顧客報出的交貨周期和價格更具準確性和競爭力。

智能刀具管理軟件能夠根據(jù)智能編程軟件提供的刀具信息和智能化日程管理軟件提供的工作任務信息，對每臺設備的刀具數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合控制系統(tǒng)的刀具壽命管理功能將刀庫內(nèi)現(xiàn)有的刀具清單和需要的刀具清單進行對照分析；再針對每個加工任務提出刀具需求和狀態(tài)，比如加工工件需要而刀具庫中沒有的刀具清單、刀具庫中多余的刀具清單、刀具庫中雖然有但是加工過程

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中將要達到壽命的刀具清單;然后通過網(wǎng)絡將這些信息發(fā)送到每個相應的加工單元和刀具室。有了這些信息，操作者和刀具管理人員就可以對刀具進行快捷、高效的管理。

智能監(jiān)控軟件將現(xiàn)場每臺機床以及每個工位的加工狀態(tài)通過網(wǎng)絡實時反饋到管理者和相關部門的電腦上，使管理者以及相關部門在任何有網(wǎng)絡的地方都可以實時地了解到加工現(xiàn)場的工作情況和計劃的執(zhí)行情況，隨時監(jiān)督機床的運轉(zhuǎn)狀態(tài)、參數(shù)設定是否合適、加工完成情況而無需人工匯報;同時，能夠做出準確的判斷，必要時及時下達相應指令。另外，MAZATROL FUSION 640數(shù)控系統(tǒng)的雙向通信功能可以讓管理軟件直接調(diào)用其工況記錄數(shù)據(jù)庫，使得工場工作量的統(tǒng)計完全由計算機自動進行。智能監(jiān)控的應用使管理者無論身在何處，都能夠清楚地了解工廠的生產(chǎn)狀況，從而對瞬息萬變的市場做出及時淮確的反應。

（三）智能生產(chǎn)中心結(jié)合MAZATROL 640系統(tǒng)的優(yōu)勢功能

智能生產(chǎn)中心軟件結(jié)合MKP,PDM和ERP等等管理軟件，可以實現(xiàn)從訂單輸入、產(chǎn)品設計、庫存管理、生產(chǎn)

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制造訂單發(fā)行、生產(chǎn)購買訂單發(fā)行、生產(chǎn)管理、半成品和成品管理全過程控制，實現(xiàn)了作業(yè)日程安排、工藝管理以及數(shù)控機床運行狀態(tài)的監(jiān)控，使生產(chǎn)全過程控制由車間級細化到每臺數(shù)控機床，保證了生產(chǎn)進度和生產(chǎn)成本控制，使機床開動率大幅提高。使用一般的生產(chǎn)管理模式和CNC機床時，有75%的時間是用來進行準備的(設計、工藝、編程、刀夾量具準備、調(diào)度、工時或成本核算等)，只有25%的時間是用來加工的。用智能生產(chǎn)中心后，準備時間由75%降為50%，加工時間由25%上升至50%，使工廠的生產(chǎn)和管理過程實現(xiàn)了并行化、網(wǎng)絡化，大幅度降低了生產(chǎn)過程中的輔助時間，從而有效提高了生產(chǎn)效率。

對于工廠的管理者來講，最想知道的是昂貴的數(shù)控設備在生產(chǎn)現(xiàn)場是如何運轉(zhuǎn)從而創(chuàng)造利潤的，以及如何合理地安排這些資源以滿足客戶對質(zhì)量和交貨周期的要求。智能化、網(wǎng)絡化的MAZATROL 640系統(tǒng)加上智能生產(chǎn)中心軟件可以幫助管理者隨時隨地了解這些信息。

比如管理者想知道每臺機床每天的工作時間、工作狀況、生產(chǎn)了多少零件、機床的開動率等信息，智能化的MAZATROL 640系統(tǒng)會自動記錄機床的工作狀態(tài)，管理

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者可以很方便地了解每臺機床每天的運行記錄:機床什么時候開機，什么時候停機，開機時什么時候處于自動運行狀態(tài)，什么時候處于調(diào)整狀態(tài)，什么時候發(fā)生機床報警，都加工了什么工件，加工了多少工件，機床的主軸轉(zhuǎn)速及負荷是多少等等，方便管理者及時把握現(xiàn)場的機床運轉(zhuǎn)狀況，并根據(jù)現(xiàn)場的情況及時作出調(diào)整計劃。

另外，系統(tǒng)還可以對記錄的這些工作狀況進行運算處理，并用圖形把它直觀地表達出來，如以時間為坐標，用條形圖顯示出機床每天每一時段的狀態(tài)，還可以用餅圖表示一段時間內(nèi)各種工作狀態(tài)所占的比率，這樣可以很方便地統(tǒng)計出機床的開動率，工廠的管理者和計劃人員可以依據(jù)這些信息進行管理和計劃。

MAZATROL 640系統(tǒng)將PC和CNC融合在一起，具有非常強大的網(wǎng)絡化功能，可以方便地接入任何類型的計算機網(wǎng)絡環(huán)境，這些功能都可以通過軟件和網(wǎng)絡來實現(xiàn)。無論在辦公室、家里還是出差，只要有網(wǎng)絡存在，我們都可以通過計算機網(wǎng)絡對機床進行全方位的監(jiān)控，實現(xiàn)了機械加工的信息化，完全滿足了現(xiàn)代化、信息化管理的需要，給傳統(tǒng)的制造業(yè)經(jīng)營管理模式帶來巨大的變革。因此，它為用戶帶來的不僅僅是一種工具，而是公司管

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理方式的一種變革，這種變革可以對市場的變化作出快速的反應，從而提高了企業(yè)的生產(chǎn)效率和綜合競爭能力。

基于網(wǎng)絡的制造已經(jīng)成為21世紀的主要制造模式，各個行業(yè)無不在互聯(lián)網(wǎng)這個平臺上進行著產(chǎn)品的開發(fā)設計、制造、銷售和服務。互聯(lián)網(wǎng)貫穿了整個產(chǎn)品的生命周期，成為各個企業(yè)快速響應市場需求、不斷推出新產(chǎn)品、贏得市場竟爭力和自身不斷發(fā)展的主要手段。具有智能化、網(wǎng)絡化的MA7ATROL FUSION 640系統(tǒng)和智能生產(chǎn)中心軟件使機械加工這個瓶勁環(huán)節(jié)迅速地融入到現(xiàn)代信息社會中，為航空企業(yè)的發(fā)展提供了有力的工具，使航空企業(yè)走在時代的前列。

四、數(shù)字化裝配過程仿真驗證技術(shù)

三維數(shù)字化裝配過程仿真驗證技術(shù)是在軟件虛擬裝配環(huán)境中，調(diào)入產(chǎn)品三維數(shù)模、資源三維數(shù)模和設計的裝配工藝過程，通過軟件模擬完成零件、組件、成品等數(shù)模上架、定位、裝夾、裝配(連接)、下架等工序的虛擬操作，實現(xiàn)產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程的三維動態(tài)仿真，驗證工藝設計的準確度，以發(fā)現(xiàn)裝配過程工藝設計中的錯誤。仿真是一個反復迭代的過程，不斷地調(diào)整工藝設

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計，不斷地仿真，直到得到一個最優(yōu)的方案。

（一）裝配干涉的仿真

在虛擬環(huán)境中，依據(jù)設計好的裝配工藝流程，通過對每個零件、成品和組件的移動、定位、夾緊和裝配過程等進行產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與工裝的干涉檢查，當系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)存在干涉情況時報警，并示給出干涉區(qū)域和干涉量，以幫助工藝設計人員查找和分析干涉原因。該項檢查是零件沿著模擬裝配的路徑，在移動過程中零件的幾何要素是否與周邊環(huán)境有碰撞。在三維環(huán)境中，檢查過程非常直觀。

（二）裝配順序的仿真

在虛擬環(huán)境中，依據(jù)設計好的裝配工藝流程，對產(chǎn)品裝配過程和拆卸過程進行三維動態(tài)仿真，驗證每個零件按設計的工藝順序是否能無阻礙的裝配上去，以發(fā)現(xiàn)工藝設計過程中裝配順序設計的錯誤。雖然裝配順序設計是按先里后外的原則設計的，但實際裝配時候就發(fā)現(xiàn)有零件裝不上去，無奈只有拆除別的零件，先裝這個零件。

（三）人機工程的仿真

產(chǎn)品裝配的過程，少不了人的參與，產(chǎn)品移動的過

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程也就是人動作的過程。在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工裝結(jié)構(gòu)環(huán)境中，按照工藝流程進行裝配工人可視性、可達性、可操作性、舒適性以及安全性的仿真。將標準人體的三維模型放入虛擬裝配環(huán)境中，針對零件的裝配，對工人以下工作特性進行分析。

（四）裝配現(xiàn)場三維工藝布局仿真

在數(shù)字化環(huán)境下，建立廠房、地面、起吊設備等三維制造資源模型，將已經(jīng)建立的各裝配工藝模型和裝配型架、工作平臺、夾具等制造資源三維模型放入廠房中，按照確定的裝配流程進行全面的工藝布局設計。三維工藝布局比傳統(tǒng)的二維工藝布局更直觀，充分體現(xiàn)了三維空間的狀況。并且在數(shù)字環(huán)境下可以仿真生產(chǎn)流程。

（五）可視化裝配

經(jīng)過仿真驗證的三維數(shù)字化裝配過程仿真文件，可在不同的工位節(jié)點或A O節(jié)點通過程序打包傳遞到車間，也就是將產(chǎn)品的三維數(shù)模和工藝信息(裝配順序說明或動畫、裝配產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等信息)傳遞到操作者手中。操作者能夠采用終端電腦或手持電腦讀取這些信息，使工人能夠準確、迅速地查閱裝配過程中需要的信息，提高裝配的準確性和裝配效率，縮短裝配時間，降低裝配成本。

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在生產(chǎn)現(xiàn)場指導工人對飛機進行裝配，幫助工人直觀了解裝配全過程，實現(xiàn)可視化裝配。也可用于維護人員的上崗前培訓。

五、飛機數(shù)字化裝配技術(shù)

飛機數(shù)字化裝配技術(shù)是數(shù)字化裝配技術(shù)實際應用的一個方面，下面簡單介紹該技術(shù)的應用過程：

1.利用設計部門發(fā)放的產(chǎn)品三維數(shù)模和EBOM，在三維可視環(huán)境下進行產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃及工藝設計。將三維數(shù)模數(shù)據(jù)(屬性)導入產(chǎn)品節(jié)點，并將三維數(shù)模數(shù)圖形的路徑關聯(lián)到每個零件上，在編制工藝的任何時候都可預覽零件和組件的三維圖形，直觀地反映裝配狀態(tài)。

2.在產(chǎn)品工藝分離面劃分的基礎上，對每個工藝大部件進行初步裝配流程設計，劃分裝配工位，確定在每個工位上裝配的零組件項目，在三維數(shù)字化設計環(huán)境下構(gòu)建各裝配工位的段件裝配工藝模型，并制定出產(chǎn)品各工位之間關系的裝配流程圖，形成裝配PBOM。

3.在裝配工位劃分的基礎上，對每個工位依據(jù)段件裝配工藝模型在三維數(shù)字化環(huán)境下進一步進行各工位內(nèi)的裝配過程設計，確定每個工位內(nèi)的段件裝配工藝模型

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零組件的裝配順序，并且將相關的資源(設備、工裝、工具、人)關聯(lián)到工位上。確定該工位需要由多少個裝配過程實現(xiàn)，并定義裝配過程對應的AO號。

4.在裝配AO劃分基礎上，對每本AO依據(jù)段件裝配工藝模型進行詳細的裝配工藝過程設計，定義該工藝過程所需要的零組件、標準件、工裝等，在三維數(shù)字化環(huán)境下確定該裝配過程零組件、標準件、成品等裝配順序，明確裝配工藝方法、裝配步驟，并選定該裝配過程所需要的工裝、夾具、工具、輔助材料等資源，形成用于指導生產(chǎn)的AO和MBOM

六、結(jié)束語

綜上所述，先進的數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于航空制造業(yè)的各個方面，而且近幾年發(fā)展迅速并對各國的先進制造行業(yè)產(chǎn)生了深遠的影響。但是數(shù)字化技術(shù)的普及還有待深入、提高，尤其是我國的航空數(shù)字化制造技術(shù)與歐美一些國家、日本相比還有很大差距。應當大力開展航空數(shù)字化制造技術(shù)的研究開發(fā)，使數(shù)字化制造技術(shù)普遍應用于航空制造工業(yè)，并不斷改進完善傳統(tǒng)的制造工業(yè)。這是我國制造業(yè)發(fā)展的大勢所趨，國家、企業(yè)和

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從業(yè)于制造業(yè)的各類人員都應給予高度重視。

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第二篇：鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)典型應用實例

鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)典型應用實例

鈑金件是構(gòu)成航空航天等產(chǎn)品外形、結(jié)構(gòu)和內(nèi)裝的主要零件。以飛機產(chǎn)品為例，三代機與二代機對比，鈑金件總

零件減少，但其數(shù)量比例并未減少，約占飛機零件數(shù)量的50%。在航空航天產(chǎn)品研制中，大型整體壁板、曲線彎

邊框肋零件、導彈加強框等復雜鈑金件精密成形是關鍵性技術(shù)之一。基于數(shù)字化技術(shù)發(fā)展精密成形是世界各國在

鈑金成形技術(shù)發(fā)展趨勢方面一致的認識。本課題首先描述了鈑金零件制造技術(shù)的發(fā)展需求和數(shù)字化制造技術(shù)基礎，分析了鈑金數(shù)字化制造技術(shù)的核心，最后介紹了典型應用實例。

航空航天產(chǎn)品對鈑金件制造技術(shù)的要求

隨著航空航天產(chǎn)品的發(fā)展，對鈑金零件的表面質(zhì)量、形狀精度、成形過程穩(wěn)定性、成形后性能、產(chǎn)品合格率

等的要求日益提高。新型飛機氣動外形要求更嚴、壽命要求長，鈑金件不許敲擊成形，對鈑金件的要求不只是貼

合，而且要有穩(wěn)定的質(zhì)量和性能狀態(tài)，飛機機翼外形相對理論外形的偏差一般要小于0.5，不平滑度小于

0.05~0.15，鈑金件彎邊高度的精度要求是H+0.2-0.1。而靠樣板等模擬量協(xié)調(diào)制造的工裝外形誤差往往達 0.2~0.3mm，局部甚至高達0.5mm，要提升鈑金成形技術(shù)水平，鈑金件制造的數(shù)字化是必然選擇。

與其他加工制造方法相比，鈑金制造數(shù)字化有著更為復雜的技術(shù)難題。首先，鈑金件外形復雜、薄板料，制

造過程包括下料、成形等多個工序，其數(shù)字化定義不僅包括零件本身的定義，更包括工序件的定義和優(yōu)化。為達

到精密成形，如何在考慮塑性變形特點、成形回彈等因素的基礎上進行毛坯定義、成形工藝數(shù)模定義，如何解決

鈑金件制造中模具型面的傳遞與控制等問題變得十分復雜。其次，鈑金件成形是塑性變形過程，由于物理上的非

線性所帶來的不唯一性、不可逆性等引起的工藝上的不確定性，在影響鈑金成形質(zhì)量和生產(chǎn)效率的諸多因素中，能夠完全定量把握的并不多。第三，鈑金成形過程是一次性的，在較短時間內(nèi)完成成形過程。成形過程中需控制 的主要是成形力、溫度等工藝過程參數(shù)，而非坐標等幾何參數(shù)，控制難度更大。由于材料性能的不穩(wěn)定性和隨機

性，使工藝參數(shù)設計和成形過程精確控制十分困難。因此，需從成形工藝設計、制造模型定義、模具型面控制與

設計、工藝過程模擬與綜合優(yōu)化等方面展開研究，形成實現(xiàn)復雜鈑金件精密成形的數(shù)字化制造整體解決方案。

鈑金數(shù)字化制造技術(shù)基礎

鈑金件數(shù)字化制造是在考慮塑性變形特點、成形質(zhì)量要求等因素基礎上，以數(shù)字化技術(shù)為手段，通過合理的

制造模型數(shù)字化定義、模具數(shù)字化設計制造、優(yōu)化的加工工藝參數(shù)及成形過程精確控制，使零件成形后不需要加

工或僅需少量加工就可滿足質(zhì)量要求，其過程見圖1。

鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)基礎包括以下方面。

（1）鈑金件工藝數(shù)字化設計技術(shù)：以鈑金件制造模型信息為依據(jù)，完成制造指令設計、工藝參數(shù)計算，生成

鈑金車間加工零件的生產(chǎn)性工藝文件。通過對鈑金材料性能數(shù)據(jù)、典型流程、工藝參數(shù)等工藝知識進行積累，把

大量經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為企業(yè)內(nèi)共享知識，通過知識重用技術(shù)在鈑金制造過程中從知識庫中提取合適知識用于

鈑金成形工藝設計，提高鈑金工藝設計效率和成形質(zhì)量。

（2）鈑金件制造模型定義技術(shù)：鈑金零件從毛坯到成品零件的成形過程由多個工序組成，下料工序的毛坯和

排樣模型、成形工序的工件模型和回彈修正模型等共同構(gòu)成了制造模型。制造模型的精確定義是進行成形工藝過

程和模具設計的基本依據(jù)，控制著零件精密成形過程。對鈑金零件，需考慮零件材料、變形特性等因素，建立毛

坯和工藝模型的專用計算工具，為工裝設計、工藝參數(shù)設計、數(shù)控編程等提供數(shù)據(jù)源，以滿足零件精密成形的需 要。

（3）鈑金件成形模具設計與制造技術(shù)：鈑金零件剛度小，橡皮囊液壓成形、蒙皮拉形、型材拉彎、導管彎曲、沖壓成形等成形工藝，必須用體現(xiàn)零件尺寸和形狀的成形模具來制造，以保證其形狀和尺寸的準確度。難點在

于為了避免成形缺陷（回彈、起皺、破裂等），實現(xiàn)精密成形，模具形狀與最終零件形狀并不相同。以制造模型

為依據(jù)，運用數(shù)值模擬等技術(shù)手段建立模具型面和尺寸修正的綜合優(yōu)化技術(shù)，保證精密成形。

（4）鈑金件成形數(shù)控編程與設備控制技術(shù)：鈑金數(shù)控成形設備已得到廣泛應用，一些重點鈑金成形設備均采

用了數(shù)控化，如數(shù)控下料銑、數(shù)控拉形機、數(shù)控彎管機、數(shù)控拉彎機、數(shù)控噴丸機等。鈑金成形設備的數(shù)控化使

生產(chǎn)效率、精度和產(chǎn)品適應性較手工成形大為提高。對蒙皮拉形、噴丸成形、數(shù)控拉彎等設備，需要控制的主要

是成形力、時間等工藝過程參數(shù)，傳統(tǒng)上采用經(jīng)過多次試驗的“錄返式”方法得到控制程序，無法適應提高加工

效率和質(zhì)量的要求。通過解析各類設備控制程序文件的格式，開發(fā)根據(jù)工藝參數(shù)自動生成數(shù)控指令的工具，實現(xiàn)

數(shù)控編程的自動化和設備的精確控制。

鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)核心

鈑金件數(shù)字化制造過程中，各種信息均以數(shù)字形式表達和存儲，通過網(wǎng)絡在鈑金制造的工藝、生產(chǎn)等各業(yè)務

部門內(nèi)傳遞和交換。從以傳統(tǒng)的模擬量為載體向以數(shù)字量為載體的制造模式的變革，核心在于2個方面：一方面是

面向工藝鏈數(shù)字化定義制造模型，作為工藝、工裝設計和數(shù)控代碼生成的依據(jù)；另一方面是對工藝知識進行建庫

和使用，作為信息定義的支撐，從而建立以數(shù)字量定義、傳遞與控制為主的技術(shù)體系。

1基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制

在鈑金件設計模型向最終零件的移形過程中，由于成形過程中材料性能的影響以及回彈等因素，成形鈑金件 的模具形狀與設計的零件最終形狀存在一定偏差，而不是設計模型的簡單傳遞。制造模型與設計模型是同一對象 的2個不同部分，適用于2個不同階段。在基于模擬量傳遞為主的鈑金件制造模式中，鈑金件制造工藝過程各環(huán)節(jié) 的幾何形狀沒有嚴密的數(shù)字定義，零件制造準確度難以提高。鈑金件設計模型準確描述了最終形狀和尺寸，但未

考慮鈑金件工藝過程的中間狀態(tài)，無法解決設計信息向制造延拓的矛盾。確定工序順序和內(nèi)容后，制造模型是考

慮工藝因素，把傳統(tǒng)制造模式中以模擬量作為載體的零件形狀和尺寸信息采用如圖2所示，基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制是通過面向工藝過程定義工件模型和工藝模型——移形到工藝裝備——生

成數(shù)控程序——以數(shù)字量傳遞至數(shù)控設備這樣一個并行數(shù)字化制造過程，其實質(zhì)在于毛坯組合排樣模型、成形工

藝模型等下料、成形、檢驗各控形節(jié)點中的CAD幾何模型直接用于成形模具設計、檢驗工裝設計、制造指令設計、工藝參數(shù)設計、數(shù)控加工等環(huán)節(jié)；基于工裝的數(shù)字化模型，能在樣板制造、模具制造中始終保持給定的公差；

考慮如圖2所示，基于制造模型的數(shù)字量傳遞與控制是通過面向工藝過程定義工件模型和工藝模型——移形到工藝

裝備——生成數(shù)控程序——以數(shù)字量傳遞至數(shù)控設備這樣一個并行數(shù)字化制造過程，其實質(zhì)在于毛坯組合排樣模

型、成形工藝模型等下料、成形、檢驗各控形節(jié)點中的CAD幾何模型直接用于成形模具設計、檢驗工裝設計、制

造指令設計、工藝參數(shù)設計、數(shù)控加工等環(huán)節(jié)；基于工裝的數(shù)字化模型，能在樣板制造、模具制造中始終保持給

定的公差；考慮回彈等因素直接修正后進行模具設計；這就消除了從檢驗標準裝備到工作裝備再到零件的模擬量

傳遞的若干中間環(huán)節(jié)引起的誤差，減少了人為不確定因素的影響，改變了反復試錯的制造方式，從而實現(xiàn)精密、快速和低成本的制造。

2基于工藝知識的鈑金件工藝過程設計

鈑金件及其成形工藝的種類繁多、成形過程的多因素性決定了鈑金件制造依賴于在長期實踐中積累的經(jīng)驗知

識，鈑金件工藝過程設計是知識需求密集的過程。在鈑金數(shù)字化制造中，除了使用CAx系統(tǒng)輔助設計工作之外，同時還需要鈑金制造知識的支持。對已有知識的重用包括知識建庫和知識使用2個基本的過程。如圖3所示，基于知識的鈑金制造要素定義是對鈑金制造領域知識進行建庫存儲，在鈑金件數(shù)字化制造過程中，應用系統(tǒng)

根據(jù)鈑金零件信息從知識庫中檢索已有知識而使知識重現(xiàn)，形成問題的解，同時創(chuàng)建的新知識不斷更新到知識庫 中。

在對企業(yè)鈑金工藝設計大量調(diào)研的基礎上，對鈑金工藝知識進行分類形成型譜圖，對基本類型知識進一步分

解為信息后建立鈑金工藝知識庫框架；對知識采集和入庫，首先定義鈑金工藝領域術(shù)語，在此基礎上創(chuàng)建制造指

令知識、各種成形工藝參數(shù)設計知識、成形模具設計知識等內(nèi)容。采用基Web的架構(gòu)對知識進行管理，分布式環(huán)

境便于工藝人員查閱、選用、修正和不斷積累。

典型應用案例

1框肋零件橡皮囊液壓成形

框肋零件是飛機機體骨架中的組件，擔負著確定飛機外形和承受氣動載荷的雙重任務?？蚶吡慵慕Y(jié)構(gòu)要素

包括腹板、彎邊、加強窩、加強槽、減輕孔、下陷等。彎邊按幾何形狀分為直線彎邊、凸曲線彎邊、凹曲線彎邊，有氣動外形要求的零件彎邊有較嚴格的精度要求。

采用基于制造模型的數(shù)字量傳遞方法，橡皮囊液壓成形模具外形的設計（見圖4）依賴于制造模型中的成形工

藝模型而不是直接依賴零件原始數(shù)模。成形工藝模型考慮了零件的回彈等因素，給出修正方案及修正參考值，對

型面和尺寸進行了合理的預修正。通過對框肋零件回彈修正設計知識的整理和存儲，建立框肋零件回彈修正模型

設計知識庫，支持框肋零件回彈量的預測。以制造模型為框肋零件橡皮囊液壓成形工藝過程的數(shù)據(jù)源，改變了反

復試錯的制造方式，簡化了模具設計的工作，減少了人為不確定因素的影響，提高了模具設計的效率，同時可保

證零件成形后的精度，提高零件制造的質(zhì)量，實現(xiàn)零件的精密、快速和低成本的制造。

2型材拉彎成形

航空航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中型材零件有框、肋梁的緣條和長桁零件等，是構(gòu)成產(chǎn)品骨架的主要結(jié)構(gòu)件。以導彈加強

框為例，該類零件是導彈橫向承力元件，除了維持彈身外形，其主要的功用是承受彈身的橫向集中載荷，由于導 彈產(chǎn)品對零件強度的要求使得零件壁厚、材料硬度大，難于成形。通過發(fā)展拉彎過程精確成形與智能控制技術(shù)，建立數(shù)字化拉彎系統(tǒng)，如圖5所示。

根據(jù)拉彎毛料的材料特性、幾何形狀、模具外形尺寸、機床工作參數(shù)、加載方式、摩擦潤滑情況，結(jié)合塑性

力學與工藝參數(shù)設計知識庫，計算拉彎工藝參數(shù)，根據(jù)計算參數(shù)自動生成數(shù)控加工程序，用以控制數(shù)控拉彎機成

形過程，該技術(shù)已將回彈角控制精度由1.2°提高至0.2°，實現(xiàn)型材零件精密成形。

結(jié)束語

數(shù)字化是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的核心。航空航天產(chǎn)品鈑金件種類繁多、結(jié)構(gòu)復雜，既具有共同的生產(chǎn)特性，又

具有各自的工藝特點，制造模型和工藝知識是鈑金件數(shù)字化制造的核心所在。由于鈑金工藝的特點其實現(xiàn)數(shù)字化 的難點，鈑金精密制造技術(shù)發(fā)展需要從基礎研究、應用研究、成果工程化這樣一個過程緊密銜接，經(jīng)過長時間的

自主研究和工程化過程，絕非引入幾套設備、軟件就可以形成實現(xiàn)精密成形的鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)能力。近年 來，國內(nèi)在國防基礎科研、民機專項等項目支持下，結(jié)合型號產(chǎn)品的研制，已突破了多項關鍵技術(shù)，為我國全面

掌握精密成形技術(shù)奠定了基礎。

數(shù)字量表達和定義，是工藝資源設計和工藝過程進一步設計的依據(jù)。其作用包括用于工藝裝備設計、工藝參 數(shù)和數(shù)控程序設計。

第三篇：“數(shù)字化設計與制造技術(shù)”讀書報告題目和要求

“數(shù)字化設計與制造技術(shù)”報告題目和要求 課程名稱：數(shù)字化設計與制造技術(shù)

考核方式：讀書報告（論文）的形式

1．報告論文參考題目：

主要針對課程《數(shù)字化設計與制造技術(shù)》中涉及的各類先進制造技術(shù)在模具中的應用進行說明，可以針對課程所教授的關鍵技術(shù)進行選題和展開。包括：

1.快速成型方法RPM在模具設計制造中的應用與發(fā)展

2.快速成型方法RPM在逆向工程中的應用與發(fā)展

3.先進制造技術(shù)的進展及其與模具加工的關聯(lián)

4.計算機輔助幾何造型在模具CAD中的作用和發(fā)展

5.并行工程在模具制造中的應用

6.先進模具設計制造技術(shù)的發(fā)展

7.模具CAD/CAE/CAM一體化中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)

8.模具CAD/CAE/CAM一體化中的集成技術(shù)

要求：

1.所有的論文均需要圍繞“數(shù)字化設計與制造技術(shù)”在模具中的應用，或者結(jié)合沖模、塑模、體積成形模具等某種類型模具的先進設計開發(fā)技術(shù)進行闡述，例如《RPM在模具設計制造中的應用》，《模具CAD/CAE/CAM一體化中數(shù)據(jù)交換的發(fā)展》，《電鑄法在微型高精度模具中的應用和開發(fā)》，等等。

2.字數(shù)在3000字以上（4頁），打印稿。

3.符合期刊論文的要求，具有以下部分：標題、作者單位、中文摘要、關鍵詞、英文摘要、關鍵詞、正文（包括一般的引言、具體實質(zhì)內(nèi)容、結(jié)論）、參考文獻等。

4.能夠就數(shù)字化設計與制造技術(shù)的某個關鍵技術(shù)在所學專業(yè)中的應用、研究、發(fā)展進行論述，內(nèi)容要有銜接，條理清晰。

5.能夠反映模具數(shù)字化設計與制造技術(shù)目前技術(shù)發(fā)展的趨勢和技術(shù)特點。

6.希望結(jié)合自身專業(yè)知識進行論述，體現(xiàn)自己的見解。

第四篇：先進制造技術(shù)

先進制造技術(shù)

定義:先進制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)及現(xiàn)代化管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。特點: 1.動態(tài)性2.廣泛性3.實用性4.集成性5.系統(tǒng)性6.高效靈活性7.先進性

構(gòu)成: 從內(nèi)層到外層分別為基礎技術(shù)、新型單元技術(shù)、集成技術(shù)。

分類:（1）現(xiàn)代設計技術(shù)（2）先進制造工藝技術(shù)（3）自動化技術(shù)（4）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù) 發(fā)展趨勢: 1.集成化2.智能化3.網(wǎng)絡化4.信息化5.自動化6.柔性化7.數(shù)字化8.虛擬化

9.極端制造10.精密化11.綠色制造

自動化技術(shù)

制造技術(shù)的自動化包括產(chǎn)品設計自動化、企業(yè)管理自動化、加工過程自動化和質(zhì)量控制過程自動化。制造系統(tǒng)的自動化 突出特點是采用信息技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期中的信息集成，人、技術(shù)和管理三者的有效集成。

問: 制造自動化技術(shù)的研究現(xiàn)狀?

答: 1）制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)已成為制造自動化研究中熱點問題；

2）更加注重研究制造自動化系統(tǒng)中人的作用的發(fā)揮；

3）單元系統(tǒng)的研究仍然占有重要的位置；

4）制造過程的計劃和調(diào)度研究十分活躍，實用化的成果不多；

5）柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣義發(fā)展；

6）適應現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究正在興起；

7）底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究越來越活躍。

柔性制造系統(tǒng)定義: 我國國家軍用標準 “柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的自動化制造系統(tǒng),它包括多個柔性制造單元,能根據(jù)制造任務或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整,適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。”

柔性制造系統(tǒng)的特點：（柔性和自動化）

（1）適應市場需求，以利于多品種、中小批量生產(chǎn)。

（2）提高機床利用率，縮減輔助時間，以利于降低生產(chǎn)成本。

（3）縮短生產(chǎn)周期，減少庫存量，以利于提高市場響應能力。

（4）提高自動化水平，以利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低勞動強度、改善生產(chǎn)環(huán)境。柔性制造系統(tǒng)一般由三個子系統(tǒng)組成：加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和控制與管理系統(tǒng)。加工系統(tǒng)的配置

互替形式（并聯(lián)）、互補形式（串聯(lián)）和混合形式（并串聯(lián)）三種。常見的物料存儲裝置有立體倉庫、水平回轉(zhuǎn)型自動料架、垂直回轉(zhuǎn)型自動料架和緩沖料架。柔性制造系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流,實質(zhì)上就是信息的流動.數(shù)據(jù)類型:基本數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。

柔性制造技術(shù)是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)及制造技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的.計算機集成制造

定義:基于企業(yè)資源的一種先進制造模式是計算機集成制造系統(tǒng)，簡稱CIMS。信息集成和總體優(yōu)化是集成制造系統(tǒng)與一般制造系統(tǒng)的最主要區(qū)別之一。

組成: 人與機構(gòu)、經(jīng)營、技術(shù)三要素。

從功能角度看，一般可以將CIMS分為四個功能分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)。

四個功能系統(tǒng): 1）工程設計自動化分系統(tǒng)

2）管理信息分系統(tǒng)（MIS）

3）CIMS制造自動化分系統(tǒng)(MAS)

4)CIMS質(zhì)量保證分系統(tǒng) 質(zhì)量保證分系統(tǒng)的目標: a.保證用戶對產(chǎn)品的需求；

b.使這些要求在實際生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)得到實現(xiàn)。兩個支撐分系統(tǒng): 計算機網(wǎng)絡分系統(tǒng) , 數(shù)據(jù)庫分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫：就是以一定的組織方式將相關的數(shù)據(jù)組織在一起存放在計算機存儲器上形成的、能為多個用戶共享的、與應用程序彼此獨立的一組相關數(shù)據(jù)的集合。

先進制造工藝技術(shù)

特點: 具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈和靈活五個方面的顯著特點 特種加工技術(shù)

定義：是用非常規(guī)的切削加工手段，利用電、磁、聲、光、熱等物理及化學能量直接施加于被加工工件部位，達到材料去除、變形以及改變性能等目的的加工技術(shù)。

特種加工與傳統(tǒng)切削加工的不同特點主要有：

①不是主要依靠機械能，而是用其他的能量（如電能、熱能、光能、聲能以及化學能等）去除工件材料；

②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些情況下，例如在激光加工、電子束加 工、離于束加工等加工過程中，根本不需要使用任何工具； 激光加工

定義：激光加工是利用材料在激光聚焦照射下瞬時急劇熔化和氣化，并產(chǎn)生很強的沖擊波，使被熔化的物質(zhì)爆炸式地噴濺來實現(xiàn)材料去除地加工技術(shù)。

基本原理和特點：利用光能經(jīng)過透鏡聚焦后達到很高的能量密度，依靠光熱效應加工各種材料。基本設備包括：激光器、電源、光學系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)及機械系統(tǒng)等。

激光加工技術(shù)的應用：（1）激光打孔（2）激光切割(3)激光焊接(4)激光表面處理等加工制造領域。

電子束加工

離子束加工分為離子刻蝕、離子濺射沉積、離子鍍及離子注入 4類。

激光加工、電子束加工、離子束加工都是利用高能量密度的束流作為熱源，對材料或構(gòu)件進行加工的技術(shù)，又稱為高能束加工。

超聲波加工 主要是磨粒的撞擊作用

超聲波加工 適合于加工硬脆材料，尤其是不導電的非金屬材料。(玻璃、陶瓷、石英、硅、瑪瑙、寶石)微細加工技術(shù) 是指微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。

包括三級：微米級

亞微米級

納米級

快速原型制造技術(shù) 原理：基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復雜的三維加工分解為簡單的材料二維添加的組合。

RPM技術(shù)的特點：（1）可以制造任意復雜的三維幾何實體，不受傳統(tǒng)機械加工中刀具無法達到某些型面的限制。

（2）成形過程中無人干預或較少干預，大大減少了對熟練技術(shù)工人的需求。

（3）任意復雜零件的加工只需在一臺設備上完成，也不需要專用的工裝、夾具和模具。

快速堆積成形

快速成形系統(tǒng)根據(jù)切片的輪廓和厚度要求，用片材、絲材、液體或粉末材料制成所要求的薄片，通過一片片的堆積，最終完成三維實體原型的制備。

選擇性激光燒結(jié)則使用粉末材料。

超高速加工技術(shù)

常用的刀具材料有：涂層刀具 金屬陶瓷刀具 立方氮化硼（CBN）刀具

聚晶金剛石（PCD）刀具 超高速切削機床 電主軸采用陶瓷滾動球軸承 磁懸浮軸承

PDM技術(shù)的發(fā)展可以分為以下三個階段：配合CAD工具的PDM系統(tǒng)、專業(yè)PDM系統(tǒng) 產(chǎn)生和PDM的標準化階段。

PDM系統(tǒng)標準化包括:管理對象的標準化和管理過程的標準化

第五篇：先進制造技術(shù)

簡述先進制造技術(shù)及其現(xiàn)代

集成制造系統(tǒng)

概述：綜述先進制造技術(shù)的概念、內(nèi)涵、特點、主要內(nèi)容等，結(jié)合現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)理解先進制造技術(shù)及其發(fā)展歷程

1先進制造技術(shù)概述 2 先進制造技術(shù)的內(nèi)涵 3 先進制造技術(shù)的特點 4現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)

1先進制造技術(shù)概述

先進制造技術(shù)是系統(tǒng)的工程技術(shù)，可以劃分為三個層次和四個大類。三個層次：一是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔的基礎制造技術(shù)。這一層次的技術(shù)是先進制造技術(shù) 的核心，主要由生產(chǎn)中大量采用的鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎 工藝優(yōu)化而成。二是新型的制造單元技術(shù)。這是制造技術(shù)與高技術(shù)結(jié)合而成的嶄新制造技術(shù)。這是運用信息技術(shù) 和系統(tǒng)管理技術(shù)，對上述兩個層次進行技術(shù)集成的結(jié)果，系統(tǒng)駕馭生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流、能 量流和信息流。如成組技術(shù)（CT）、系統(tǒng)集成技術(shù)（SIT）、獨立制造島（AMI）、計算機集 成制造系統(tǒng)（CIMS）等。四個大類：一是現(xiàn)代設計技術(shù)，是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應用現(xiàn)代技術(shù)和科學知識，制定方案 并使方案付諸實施的技術(shù)。它是門多學科、多專業(yè)相互交叉的綜合性很強的基礎技術(shù)。現(xiàn)代 設計技術(shù)主要包括：現(xiàn)代設計方法，設計自動化技術(shù)，工業(yè)設計技術(shù)等；二是先進制造工藝技術(shù)，主要包括精密和超精密加工技術(shù)、精密成刑技術(shù)、特種加工技術(shù)、表而改性、制模和 涂層技術(shù)；三是制造自動化技術(shù)，其中包括數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計 算機集成制造技術(shù)、傳感技術(shù)、自動檢測及信號識別技術(shù)和過程設備工況監(jiān)測與控制技術(shù)等； 四是系統(tǒng)管理技術(shù)，包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式（如精 益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等 生產(chǎn)組織方法。關于先進制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。2先進制造技術(shù)的內(nèi)涵

目前對先進制造技術(shù)尚沒有一個明確的、一致公認的定義，經(jīng)過近年來對發(fā)展先進制造 技術(shù)方面開展的工作，通過對其特征的分析研究，可以認為：先進制造技術(shù)是制造業(yè)不斷吸 收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、加工、檢測、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動 態(tài)多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。3 先進制造技術(shù)的特點

先進制造技術(shù)最重要的特點在于，它是一項面向工業(yè)應用，具有很強實用性的新技術(shù)。與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，先進制造技術(shù)更具有系統(tǒng)性、集成性、廣泛性、高精度性。先進制造 技術(shù)雖然仍大量應用于加工和裝配過程，但在其制造過程中還綜合應用了設計技術(shù)、自動化 技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)等。先進制造技術(shù)比傳統(tǒng)的制造技術(shù)更加重視技術(shù)與管理的結(jié)合，更加 重視制造過程組織和管理體制的簡化以及合理化，從產(chǎn)生了一系列先進的制造模式，并能 實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。先進制造技術(shù)主要有如下特征：

1）系統(tǒng)性 由于計算機技術(shù)，信息技術(shù)，傳感技術(shù)，自動化技術(shù)，和先進管理等等技術(shù)的應用，并與傳統(tǒng)的制造技術(shù)相結(jié)合，使先進制造技術(shù)成為能夠駕駛在生產(chǎn)過程中的物質(zhì)流，信息流，和能量流的系統(tǒng)工程

2）廣泛性 傳統(tǒng)制造技術(shù)通常只是將原材料變成成品的各種工藝加工，而先進制造技術(shù)貫穿了從生產(chǎn)設計，加工制造到產(chǎn)品銷售及使用維修的整個過程，“成為市場——設計開發(fā)——加工制造——市場”的大系統(tǒng)

3）集成性 傳統(tǒng)制造技術(shù)的學科專業(yè)單一，獨立相互界限分明。而先進制造技術(shù)由于專業(yè)和學科的不斷深入，交叉，融合其界限逐漸淡化和消失，技術(shù)系統(tǒng)化，集成化的現(xiàn)代交叉性制造系統(tǒng)工程。

4）動態(tài)性 先進制造技術(shù)是針對一定的應用目標不斷吸收各種高新技術(shù)逐漸形成和發(fā)展起來的新技術(shù)因而其內(nèi)涵不是絕對的和一成不變的。

5）實用性 先進制造技術(shù)的發(fā)展是針對某一具體的制造要而發(fā)展起來的先進實用技術(shù)，有著明確的需求方向 4現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)

1）現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的含義與定位

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)是計算機集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計算機集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎上，它不斷吸收先進制造技術(shù)中相關思想的精華，從信息集成、過程集成向企業(yè)集成方向迅速發(fā)展，在先進制造技術(shù)中處于核心地位。具體地說，它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進行有機地結(jié)合，通過計算機技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關的組織、經(jīng)營、管理和技術(shù)有機集成和優(yōu)化運行，在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達到產(chǎn)品上市快、服務好、質(zhì)量優(yōu)、成本低的目的，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。從集成的角度看，早期的計算機集成制造系統(tǒng)側(cè)重于信息集成，而現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的集成概念在廣度和深度上都有了極大的擴展，除了信息集成外，還實現(xiàn)了企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中的各種業(yè)務過程的整體優(yōu)化，即過程集成，并發(fā)展到企業(yè)優(yōu)勢互補的企業(yè)之間的集成階段。

現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的研究范圍應該介于國家攀登計劃和國家攻關計劃之間。與攀登計劃研究項目相比較，它更注重成果的應用性，盡可能將技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，并推動我國制造業(yè)的現(xiàn)代化進程；與國家攻關計劃相比較，它更注重解決我國制造業(yè)發(fā)展中的關鍵的共性問題、前瞻性問題和示范性問題。2）現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成

先進制造技術(shù)(AMT Advanced Manufacturing Technology)作為一個專有名詞至今還沒有一個明確的、一致公認的定義。通過對其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟效果的制造技術(shù)的總稱。它具有如下一些特點：

從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變，使技術(shù)的發(fā)展更加符合人類社會的需要；

從強調(diào)專業(yè)化分工向模糊分工、一專多能轉(zhuǎn)變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發(fā)揮；

從金字塔的多層管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，減少層次和中間環(huán)節(jié)；

從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變，縮短工作周期，提高工作質(zhì)量；

從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)的自主管理的小組工作方式轉(zhuǎn)變。

通過對先進制造技術(shù)的定義和特點的分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進制造技術(shù)的絕大部分特點，只不過先進制造技術(shù)所涉及的范圍要比現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)大，因此通過對先進制造技術(shù)的綜合考察，提出了一個現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成模式。在先進制造技術(shù)中，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)在吸收計算機集成制造系統(tǒng)的優(yōu)秀成果的基礎上，繼續(xù)推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟的研究工作深入進行，并不斷吸收先進制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗和先進思想，將它們進行推廣應用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進制造技術(shù)的核心。3）我國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展策略

在市場競爭的推動下，先進制造技術(shù)發(fā)展十分迅速，新思想、新概念層出不窮，通過對現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)與先進制造技術(shù)關系的分析，我們認為在制定我國現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展策略時，應該注重以人為本的思想，運用并行工程的哲理，使各種先進制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展，并不斷吸收先進制造技術(shù)的成熟成果，為先進制造技術(shù)在我國的廣泛應用起到促進的作用。

目前，在美國并行工程已到了推廣應用階段，在虛擬制造方面也有商品化軟件投入市場，在這方面我們存在巨大的差距，主要表現(xiàn)在：研究工作方面，科研經(jīng)費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重；企業(yè)方面，企業(yè)的整體素質(zhì)不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)方面花費過多，而且受企業(yè)人員素質(zhì)的制約，一些先進的技術(shù)還不易取得立竿見影的效果，這些都挫傷了企業(yè)應用先進制造技術(shù)的熱情；國家政策方面，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但是，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協(xié)調(diào)，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的研究。

綜上所述，發(fā)展我國的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)應該以企業(yè)的需求為動力，通過政府的政策和計劃的協(xié)調(diào)，繼續(xù)深入開展并行工程、虛擬制造、敏捷制造和綠色制造的研究與應用，并利用分布式網(wǎng)絡化研究中心，組織各地區(qū)的科研力量，集中突破與現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)密切相關的如STEP標準的應用、CORBA規(guī)范的推廣、企業(yè)過程重構(gòu)理論的研究等具有重大戰(zhàn)略意義的理論研究工作，逐步使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為我國制造業(yè)的靈魂。