数字化设计及仿真应用

数字化设计及仿真应用

[摘要]制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAD/CAM软件环境平台，并应用CAD/CAM软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件系统来完成机械设计过程是加速设计效率、提高设计质量的一种重要手段。

本文首先介绍了数字化设计的概念和发展历史，然后展望了数字化设计的发展趋势，最后主要探讨了数字化设计和仿真分析技术的应用及效益。

[关键词]：机械产品；数字化设计；仿真分析

目录

1. 引言 (1)

2.数字化设计技术 (1)

2.1 数字化设计技术的特点 (1)

2.2 数字化设计技术发展历史 (2)

2.3 数字化设计技术发展趋势 (2)

3.数字化仿真技术 (2)

3.1 数字化建模技术 (2)

3.2 数字化仿真与虚拟现实技术 (3)

3.3 有限元分析技术 (3)

4.数字化设计及仿真的应用和效益 (4)

4.1 数字化设计及仿真的应用 (4)

4.2 数字技术带来的效益 (5)

4.2.1 产品设计的效益 (5)

4.2.1 工艺规划的效益 (5)

4.2.3 业务规划和生产效益 (6)

5.数字化设计及仿真的意义 (6)

5.1 数字化设计技术的意义 (7)

5.2 数字化仿真的意义 (7)

6. 结束语 (8)

1.引言

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。为此，制造企业的战略从20世纪50年代和60年代资源经济的“规模效益第一”，经过70年代和80年代“价格竞争第一”和“质量竞争第一”发展到90年代“市场响应速度第一”及面向21世纪知识经济的“技术创新第一”。与此同时，现代制造业随之出现了适应这种发展的新模式和新哲理，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，通过在产品全生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计算机辅助技术、系统及集成技术的重要组成部分，它是向网络化制造和虚拟化技术发展的基础，它使原有的传统制造业变成了智力型的工业，使企业主要通过资源要素如劳动力、设备、资金竞争逐渐变为以创新能力知本型为焦点的竞争。这正是知识经济时代最重要的特征。

2.数字化设计技术

随着信息技术和通信技术的发展，数字化时代正在到来．数字化技术是指利用计算机软硬件及网络、通信技术，对描述的对象进行数字定义、建模、存贮、处理、传递、分析、综合优化，从而达到精确描述和科学决策的过程和方法。数字化技术具有描述精度高、可编程、传递迅速、便于存贮、转换和集成等特点，因此数字化技术为各个领域的科技进步和创新提供了崭新的工具。

数字化技术与传统制造技术的结合称为数字化制造技术。30年来数字化制造的应用范围不断扩大，数字化制造技术已逐渐成为制造业信息化中的主流技术和核心技术．由于数字化技术是科学分析和科学决策的理论基础，提供了从定性到定量、从模糊到精确、从直觉到科学的工具，因而数字化技术推动了制造科学的发展和进步。

目前制造业的几个重要发展方向，如精密化、自动化、集成化、虚拟化、网络化、全球化，无一不与数字化技术的发展密切相关。因此，面对制造业全球化竞争的日益激烈，必须重视数字化制造技术在我国的形成和发展。

2.1 数字化设计技术的特点

20世纪有许多重大高新技术的应用，但没有一项技术的影响像信息技术和数字化技术那样深，那样广。由于数字化技术的可控性、可变性、离散性、可视性、集成性，产生了很多新的现代设计方法、工艺技术和管理模式。

2.2 数字化设计技术发展历史

CAD技术起步于20世纪50年代后期，60年代，随着计算机软硬件技术的发展，在计算机屏幕上绘图变为可行，CAD开始迅速发展。20世纪70年代末到80年代初，由于计算机技术的大跨步前进，维曲面造型系统的出现使CAE ，CAM技术有了较大发展。进入80年代中期，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次革命。此时众多CAD/CAM/CAE 软件开发公司群雄逐鹿。80年代后期到90年代，CAD向系统及集成化方向发展，这将引起CAD发展史的第四次革命。

2.3 数字化设计技术发展趋势

先进机械制造技术发展总趋势是精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、集成化及管理的创新，而数字化设计与制造技术是先进制造技术的基础随着计算机技术的不断提高，Internet网络技术的普及应用，以及用户的需求，CAM,CAE,PDM等技术的发展，必将有力促进数字化设计技术的进一步发展。数字化设计技术发展趋势主要有: （1）单项技术向完善化发展。在CAD/CAM中的技术主要有:曲面建模技术、曲面与实体集成技术、实体建模技术、大型组件设计技术等。（2）PDM与CAD/CAPP的技术集成技术。当前和今后一个时期，主要集中在封装、接口和集成技术（3)数字化设计与虚拟制造的无缝连接基于CAD技术和以计算机支持的仿真技术，形成虚拟的环境，虚拟的制造过程、虚拟的产品、虚拟的企业，从而大大缩短产品开发周期，提高一次成功率。币数字化设计的网络化网络技术使得并行协同异地设计成为可能，必将极大的拓展强化提高数字化设计的效能。网络技术的高速发展推动网络设计制造技术的发展和广泛应用。企业通过国际互联网、局域网和内部网，可以实现对世界上任何一地的用户订单而组建动态联盟企业，进行异地设计、异地制造，然后在最近用户的生产基地制造成产品。

3.数字化仿真技术

数字化仿真分析技术(CAE )，采用有限元分析方法(FEM)来模拟传动部件的力学性能，发现设计缺陷、减轻重量、增加强度、优化零部件尺寸、优化性能、选择恰当材料、检查安全要素，提高产品的最大承载能力和产品的疲劳寿命，进而提高传动产品的综合性能。

通过数字化仿真，可以模拟零部件的力学性能，以保证零件满足需要的性能，从而达到提高材料利用率、优化产品结构、提高产品的最大承载能力和产品的疲劳寿命的目标。此外，数字化仿真的结果还可以为企业未来的产品设计提供理论依据，从而可以克服研发流程的瓶颈，使产品的质量和创新得到改进和提升，并充分满足客户的时间、质量和成本这三个既相互依存又相互制约的要素。

3.1 数字化建模技术

数字化建模技术是产品设计中的核心技术，它包括产品建模和过程建模。

(1)产品建模

产品建模技术研究如何在计算机内部描述和表达处于产品开发生命周期内各阶段的产品，包括产品需求信息、项目信息、产品文档信息、产品几何信息、虚拟样机信息等，它是实现数字化设计和信息集成的基础。

在产品数字化建模中，基于特征和参数化的混合建模技术是一种新一代建模技术。由于特征建模技术在设计时考虑制造、装配等问题，从设计方法学角度看，它体现了并行性和集成性。

(2)过程建模

过程(Process)是一种或多种输入产生的有价值的输出活动的合。产品开发过程模型一般由产品开发活动、实现活动所需资源、每个活动所需输入、输出及各活动间的控制顺序关系组成，所以过程模型实质上是对活动以及与活动相关的信息流、物流的描述。由于产品开发过程的复杂性，很难用一个模型进行描述，往往采用多视图和复合过程模型描述．所谓多视图，即从产品信息、开发活动、企业资源和组织结构等多方面进行描述，通过集成化方法产生模型间映射机制．复合过程模型描述包括过程、产品数据及资源数据的复合，也包括复合各种模型的特点，如功能模型中的结构分析、动态模型中的状态转移及对象模型中的封装、继承等特点。目前，过程建模的描述方法有基于语言的描述方法(Express语言)、基于图形的描述方法(IDEF3、E-R)、基于规则的描述方法和基于Petri 网的描述方法。过程建模表达的是过程执行的活动，这些活动或者按顺序依次执行，或者并发执行，这取决于过程管理的机制。

3.2 数字化仿真与虚拟现实技术

数学计算和仿真分析是数字化产品开发的关键技术之一，也是验证产品设计方案或预测产品性能、产品可制造性、可装配性、可使用性、减少产品开发中错误的重要手段和工具．随着开发过程集成度要求的不断增加，以及多媒体技术和仿真技术的发展，己提供了多种仿真工具和虚拟现实工具，不仅可对产品性能、可制造性、可维护性、可使用性、成本和外观等进行预测和评估，而且利用虚拟现实的交互性、沉浸性和想象性可实现产品开发环境的高度真实感，使人可直接对虚拟原型进行实时交互操作，产生身临其境的感觉。

3.3 有限元分析技术

随着市场竞争的日益激烈，随着经济、社会和环境效益要求的提高，今天的产品设计已离不开有限元分析技术的支持。

目前，有限元分析在产品开发设计中的应用主要有以下几个方面：

（1）静力学分析

静力学分析是对二维或者三维的机械结构承载后的应力、应变和变形的分析，是有限元在产品开发中最基本、最常用的分析类型。当作用在产品结构上的载荷不随时间的变化

或者随时间变化十分的缓慢，应进行静力学分析。

（2）模态分析

模态分析是动力学分析的一种，用于研究产品结构的固有频率和自振模式等振动特性。进行这种分析时所施加的载荷只能是位移载荷和应力载荷。

（3）谐响应分析和瞬态动力学分析

这两类分析属动力学分析，用于研究结构对周期载荷和非周期载荷的动态响应。

（4）热应力分析

这类分析用于研究产品结构的工作温度不等于安装温度，或工作时结构内部存在温度分布时，结构内部的温度应力。

（5）接触分析

这是一种状态非线性分析，用于分析两个结构物体发生接触时的接触面状态、法向力等。由于产品结构中结构与结构间力的传递均是通过接触来实现的，所以有限元法在产品结构中的应用很多是接触分析。但是，以前受计算能力的制约，接触分析应用得较少。

（6）屈曲分析

这是一种几何非线性分析，由于确定结构开始变得不稳地时的临界载荷和屈曲模态形状，例如压杆稳定性问题。

有限元分析法等CAE技术的发展与应用，为产品技术人员带来了全新的设计方法，不断的更新产品设计人员的设计理念，为其能够迅速及时的开发出适应市场需求的产品带来了极大的方便。随着生产和科技的不断发展，市场竞争的更加激烈，产品技术人员还需要更好的、更适应时代要求的CAE技术。

4.数字化设计及仿真的应用和效益

4.1 数字化设计及仿真的应用

机械产品门类广、种类多、市场需求潜力巨大。目前 我国机械领域的数字化程度在具体行业中存在较大差距。如农机企业普遍采用传统设计方法，在应用现代设计方法上远远落后于航天、汽车等其他行业。农机企业之间重复型设计多，企业信息资源利用率低。同时在同一行业的不同企业中产品的数字化也有一定程度差别。虽然有些企业具备一般制造业运用CAD技术的能力，且已达到一定的水平，但由于技术储备、装备水平以及新产品的研发能力等方面相对落后，三维CAD软件在机械制造企业中的应用还不够普遍。尽管有些领先的企业已经探讨“数字样机”、“并行工程”、“虚拟仿真”等前沿课题 但总体来说离大规模推广应用还有很大距离。再次 机械产品的整体技术水平、质量、生产规模、企业素质与发达国家相比差距也很大，特别是新产品品种不多、发展滞后，可靠性、使用寿命满足不了用户要求。

近年来，将数字化设计技术应用于产品的研究与开发的实例正不断增多。今后数字化

设计技术在产品设计开发行业中的发展趋势，应注重以下几点：

（1）重视虚拟现实技术的应用。虚拟现实技术是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境沉浸感觉的技术。采用虚拟现实技术，不但可以在机构运动上加以仿真，还可以通过有限元分析，优化设计方法对机构的动力学加以分析、仿真，对各构件参数进行优化。

（2）强调产品协同设计。良好的协同设计环境，可以尽早地发现并解决产品方案和结构设计。乃至制造和装备中存在的问题，还可以大幅度缩短机械产品的开发周期，降低成本。提高设计与制造质量。

（3）突出产品创新设计。产品创新设计涉及到数据开采、知识发现及其重用技术、知识的表达与组织、知识数据库的开发、基于知识的决策技术等。我国机械设计制造企业的创新能力与国际先进水平有很大差距，因此对产品创新设计的需求十分迫切。

4.2 数字技术带来的效益

4.2.1 产品设计的效益

在产品和工具的设计过程中，应用数字化制造技术的用户可以大量的减少设计变更次数，提高交流和协同作业的成效，在工装设备设计，以及在整个产品设计过程中可以大大的缩减设计的周期。在数字化制造与设计中往往结合软件进行，如CATIA，在设计的过程中借助数字化模型板块进行设计。下图概括了我们的样本平均提高百分之报道。

4.2.1 工艺规划的效益

工艺规划是制造业中能够达到高效生产的关键。从过去看，制造过程规划手册，主要基于以前规划者积累的经验和知识。他们通常在产品进行之后才进行相应的工艺的规划。这种有先后顺序方法具有明显的弱点，因此并行工程应运而生，使产品和工艺规划同时进行。大多数数字化制造技术组成模块都围绕这个核心制造过程中的作用而设计。软件设计工具中，如DELMIA，工艺工程师，支持在并行工程环境的工艺规划。下图基于CIMdata的

研究，概括了使用数字化制造软件支持端口并行工程所取得的主要成效。

图二（成本节约15% ，时间节约40%）

4.2.3 业务规划和生产效益

数字化制造的实施最典型的优势就在于产品的规划和生产。生产线建模与仿真的装配业务，可以使企业实现大幅度的改善。例如，模拟可以帮助减少碰撞和装配问题。虚拟碰撞可以检测出用户在真正进行生产时的碰撞干涉问题。模拟装配业务，可以帮助验证或更改操作序列，以提高营运效率。

总体而言，企业可以得到实实在在的好处，从总的数字化进程，终端对终端的集成的PLM解决方案，包括重新对管理模块的建立。基于 CIMdata的研究结果，下图显示结果可以看出，可以缩减上市时间30%，提高生产吞吐量15%，并降低生产成本13% 。

5.数字化设计及仿真的意义

在全球经济一体化建设进程不断加剧与城市化建设规模持续扩大的推动作用之下，制造行业在整个国民经济建设发展中所占据的地位日益关键。信息化、产业化以及科技化已成为整个现代制造行业建设发展的必然方向与趋势，数字化设计系统在这一过程当中所起

到的重要作用不可忽视。

5.1 数字化设计技术的意义

1)数字化设计技术是整个产品数字化设计流程的前提

它以设计流程预期目标的完成为基本目的，以动态且有序的行为序列设计为基本手段，对各项设计行为的开展起到一定程度的规范及承接作用。

2)数字化设计技术是整个产品设计流程的基础

在设计内容的开展及完成过程当中，参与对象所必须做出的判断、必须相应的对策以及必须采取的设计行为都归属于设计行为片段范畴当中。一个独立的设计行为链能够同时包含多个设计行为片段，各个设计行为片段所完成确定的设计内容有所不同，同时为具体性设计结果的获取服务。

5.2 数字化仿真的意义

数字化仿真是一项综合应用技术，它对教学、科研、设计、产生、管理、决策等部门都有很大的应用价值，为此世界各国均投入了相当多的资金和人力进行研究。其重要性具体体现在以下几个方面：

1)从广义上讲，数字化仿真本身就可以看作一种基本试验。而数值模拟在某种意义上比理论与试验对问题的认识更为深刻、更为细致，不仅可以了解问题的结果，而且可随时连续动态地、重复地显示事物的发展，了解其整体与局部的细致过程。

2)数字化仿真可以直观地显示目前还不易观测到的、说不清楚的一些现象，容易为人理解和分析；还可以显示任何试验都无法看到的发生在结构内部的一些物理现象。如弹体在不均匀介质侵彻过程中的受力和偏转；爆炸波在介质中的传播过程和地下结构的破坏过程。同时，数字化仿真可以替代一些危险、昂贵的甚至是难于实施的试验，如反应堆的爆炸事故，核爆炸的过程与效应等。

3)数字化仿真促进了试验的发展，对试验方案的科学制定、试验过程中测点的最佳位臵、仪表量程等的确定提供更可靠的理论指导。侵彻、爆炸试验，费用是极其昂贵的，并且存在一定的危险，因此数字化仿真不但有很大的经济效益，而且可以加速理论、试验研究的进程。

4)一次投资，长期受益。虽然数字化仿真大型软件系统的研制需要花费相当多的经费和人力资源，但和试验相比，数字化仿真软件是可以进行拷贝移植、重复利用，并可进行适当修改而满足不同情况的需求。

总之，数字化仿真已经与理论分析、试验研究成为科学技术探索研究的三个相互依存、不可缺少的手段。正如美国著名数学家拉克斯(P. Lax)所说“科学计算是关系到国家安全、经济发展和科技进步的关键性环节，是事关国家命脉的大事。”

6.结束语

设计与制造技术是关系到国家生存和繁荣的重要基础，它的水平与制造业的发达程度突出反映了一个国家、一个地区的经济实力和综合国力，人民的生活水平和生活质量，国防能力和社会发展程度。该项技术因涉及到产品研制、开发、生产、服务等多个方面，具有无所不在的独特性和不可估量的影响。近年来，工业发达国家和一些新兴工业化国家把发展制造技术作为一项极其重要的发展战略或政策，把它列为国家中长期发展的重大关键技术，将其看作是经济增长的根本动力之一，以国家行为的方式对其进行规划、资助、协调与管理，并对制造技术和制造工业进行认真研究、开发和应用。

进入21世纪，制造技术的发展将随着市场的全球化、竞争的激烈化、需求的个性化、生产的人性化而体现出制造技术的信息化、科学化和服务化的趋势，数字化设计及仿真技术正是体现了网络化、数字化、信息化的综合利用。数字化以其柔性好、响应快、质量高、成本低，正在成为先进制造技术的核心。因此，必须从战略的高度大力开展数字化设计与制造技术的研究开发和加速用数字化设计与制造技术改造传统制造业，这必将对21世纪正在形成的“中国制造”世界制造中心乃至整个世界制造业产生不可估量的影响和巨大的促进作用。

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数字化设计与仿真考试

1、关于零件的建模过程，叙述一下 对这个零件的结构有基本思路,分析零件的基本特征,明确这些特征是用什么指令绘制出来的，然后在三维软件中绘制草图,之后在零部件模式下对所绘制的草图进行三维特征操作,例如拉伸,开槽,旋转,多截面实体,布尔运算,倒角等,具体操作步骤则根据实际零件的结构特征以及个人建模习惯而异。 2、关于参数化设计零件方面的优缺点，使用方面等，参数化设计过程 优缺点： 在进行参数化设计时，工作量繁重。 对复杂模型的建模更为复杂，工作量更为繁重。 使用简单快捷，只需要设定参数，即可快速绘制图形，即使不会使用三维软件的人也可以快速的制作模型。 参数化设计过程： 第一步：确定目的，明确所建模型能实现的功能，明白具体在模型中有哪些参数需要进行变化。 第二步：建模，建模过程中确定那些需要变化的参数，给这些参数赋予特殊的变量名。 第三步：编制可视化交互环境，实现人机交互，绘制软件界面，编写程序，确定所有参数的变化范围，建立数据库。 第四步：连接模型，将可视化环境与模型连接起来，完成参数化设计。 3、关于逆向方面：点云获取一方面，以及之后的误差冲哪几方面而来；曲面重建过程需要有个大致的了解 上课老师咋讲的你就咋写 逆向工程（反求工程）：一些列...分析方法和应用技术的组合，以现有的实物、样件、软件或影像为研究对象，以现代化设计理论、材料学、测量学。。。 反求工程按照对象分类：影像反求、软件反求、实物反求。 反求工程按照目的分类：形状反求、工艺反求、材料反求。 逆向工程产生误差的原因：测量误差、数据处理产生的误差、曲线拟合时产生的误差。 曲面重构的三种基本方法：1、任意形式之点云→建立特征线→曲面重建 2、包含圆角之点云→分块（移除圆角部分）→曲面重建→修剪曲面→重建精确圆角 3、具有基本型面的点云→分块→辨识及重构面 4、关于仿真分析方面的用处等一些实用 一方面：在实验前对实验可能的结果进行预测分析，辅助设计。 另一方面：航空航天等多方领域中存在大量的无法进行实验的情况，这个时候就需要仿真来进行实验。

计算机程序设计员(数字化设计与制造)赛项

“计算机程序设计员（数字化设计与制造）”赛项 第一阶段：“三维扫描与创新设计”阶段 (总时间：2.5小时) 任 务 书 二〇一八年九月

注意事项 1.参赛选手在比赛过程中应该遵守相关的规章制度和安全守则，如有违反，则按照相关规定在考试的总成绩中扣除相应分值。 2.参赛选手的比赛任务书用参赛证号、场次、工位号标识，不得写有姓名或与身份有关的信息，否则视为作弊，成绩无效。 3.比赛任务书当场启封、当场有效。比赛任务书按一队一份分发，竞赛结束后当场收回，不允许参赛选手带离赛场，也不允许参赛选手摘录有关内容，否则按违纪处理。 4.各参赛队注意合理分工，选手应相互配合，在规定的比赛时间内完成全部任务，比赛结束时，各选手必须停止操作计算机。 5.请在比赛过程中注意实时保存文件，由于参赛选手操作不当而造成计算机“死机”、“重新启动”、“关闭”等一切问题，责任自负。 6.在提交的电子文档上不得出现与选手有关的任何信息或特别记号，否则将视为作弊。 7.若出现恶意破坏赛场比赛用具或影响他人比赛的情况，取消全队竞赛资格。 8.请参赛选手仔细阅读任务书内容和要求，竞赛过程中如有异议，可向现场裁判人员反映，不得扰乱赛场秩序。 9.遵守赛场纪律，尊重考评人员，服从安排。 10.所有电子文件保存在一个文件夹中，命名为“三维造型设计+工位号”，文件夹复制到赛场提供的U盘移动存储器中，装入信封封好，选手和裁判共同签字确认。

一、任务名称与时间 1.任务名称：三维扫描与创新设计。 2. 竞赛时间：2.5小时。 二、已知条件 电动剃须刀组件说明，图1是电动剃须刀实物照片。 图1 电动剃须刀组件照片(整个组件视为一整体) 图1中，1为品牌logo，2为指示灯，3为电源开关，4为剃须刀刀头部件。 三、数据采集与再设计任务、要求、评分要点和提交物 竞赛任务一：样品三维数据采集（15分） 参赛选手使用赛场提供的PowerScan型三维扫描装置和样件，选手自行将三维扫描仪重新标定，保证标定结果中的水平和垂直距离的标准偏差≤0.01mm。并将该状态截屏保存，格式采用图片jpg或bmp文件，文件命名为“工位号-biaoding”。“biaoding”是“标定”两个字的全拼。如图：

数字化设计及仿真

数字化设计及仿真 祝楷天 （盐城工学院优集学院江苏盐城224051） 摘要：制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAD/CAM软件环境平台，并应用CAD/CAM软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件系统来完成机床夹具设计过程是加速夹具设计效率、提高设计质量的一种重要手段。但现有的通用CAD/CAM软件没有针对机床夹具设计的完整技术手册资料和三维标准件图库系统，设计人员仍然需要使用传统的纸质工具手册书籍进行资料查询和标准件三维实体图绘制工作，影响了机床夹具设计的效率和质量。因此，研究机床夹具数字化设计手册软件和三维标准件图库系统对满足数字化时代工程技术人员的需要具有重要的作用。 关键词：机械产品；数字化；设计仿真。 Digital design and simulation ZHU Kai-tian （UGS College，Yancheng Institute of Technology，Yancheng，Jiangsu 224051）Abstract: The development of manufacturing industry has led many enterprises to set up the corresponding CAD/CAM software environment platform, and the application of CAD/CAM software for product design, analysis, processing simulation and manufacturing, has achieved remarkable results. Using computer aided design and manufacturing (CAD/CAM) software system to accomplish machine tool fixture design process is an important means to accelerate fixture design efficiency and improve design quality. But the existing general CAD/CAM software does not have the complete technical manual data and the 3D standard part library system for the machine tool fixture design, the design personnel still need to use the traditional paper tools manual books to inquire and the standard piece three-dimensional entity chart drawing work, has affected the efficiency and the quality of the machine tool jig design. Therefore, it is important to study the software and 3D standard part library system of the digital design of machine tool fixture to meet the needs of engineering and technical personnel in the digital age. Keywords: Mechanical products, Digitization , Design simulation.

三维建模数字化设计与制造

附件4：山西省第九届职业院校技能大赛（高职组） “三维建模数字化设计与制造”赛项规程 一、赛项名称 赛项名称：三维建模数字化设计与制造 赛项组别：高职组 赛项归属产业：加工制造类 二、竞赛目的 本项竞赛旨在考核机械制造、数控技术应用等机械类相关专业的学生，组队完成三维逆向扫描、逆向建模设计、机械创新设计、数控加工技术应用等方面的任务，展现参赛队选手先进技术与设备的应用水平和创新设计等方面的能力，以及跨专业团队协作、现场问题的分析与处理、安全及文明生产等方面的职业素养。引领全省职业院校机械制造类专业将新技术、新工艺、新方法应用于教学，加快校企合作与教学改革，提升人才培养适应我国制造业更新换代快速发展的需要。 三、竞赛内容与方式 （一）竞赛内容 竞赛内容将以任务书形式公布。 针对目前批量化生产的具有鲜明自由曲面的机电类产品（或零部件）进行反求、建模，并对产品(或产品局部)外形进行数控编程与加工，对无自由曲面的结构或零件根据机械制造类专业知识按要求进行局部的创新（或改良）设计。 整个竞赛过程，分为第一阶段“数据采集与再设计”和第二阶段“数控编程与加工”这两个可以分离、前后又相互关联的部分，分别为60%和40%的权重。 1、第一阶段：数据采集与再设计 该阶段竞赛时间为3小时，竞赛队完成三项竞赛任务。

任务1：样品三维数据采集。利用给定三维扫描设备和相应辅助用品，对指定的外观较为复杂的样品进行三维数据采集。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力； 任务2：三维建模。根据三维扫描所采集的数据，选择合适软件，对上述产品外观面进行三维数据建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力； 任务3：产品创新设计。利用给定样品和已经完成的任务2内容，根据机械制造知识，按给定要求对样品中无自由曲面部分的结构或零件或附属物进行创新设计。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 2、第二阶段：数控编程与加工 竞赛时间为3小时，竞赛队完成两项竞赛任务。 任务4：数控编程与加工。赛场提供第一阶段被测样品的标准三维数据模型,选手根据这组三维模型数据和赛场提供的机床、毛坯，选择合适软件对该产品进行数控编程和加工。主要考核选手选用刀具，以最佳路径和方法按时高质量完成指定数控加工任务。并考核选手工艺编制、程序编制、机床操作等方面的能力。 任务5：职业素养。主要考核竞赛队在本阶段竞赛过程中的以下方面： （1）设备操作的规范性； （2）工具、量具的使用； （3）现场的安全、文明生产； （4）完成任务的计划性、条理性，以及遇到问题时的应对状况等。 （二）竞赛方式 1、竞赛采用团体赛方式。 2、竞赛队伍组成：每支参赛队由2名正式学生比赛选手组成，其中队长1名。每队设指导教师2名。

工业产品数字化设计与制造赛项

工业产品数字化设计与 制造赛项 Company number：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

附件7： 高职装备制造大类工业产品数字化设计与制造赛项技能竞赛规程、评分标准及选手须知 一、竞赛内容 竞赛总时间为小时，分为两个阶段进行。第一阶段为“数据采集、建模与创新设计”，含四个竞赛任务，本阶段竞赛时间为小时。第二阶段为“创新产品加工、装配验证”，含3个竞赛任务，本阶段竞赛时间为2小时，不限制每个阶段内各项任务的完成时间。第一、二阶段成绩分别占总成绩的70%和30%。 1．第一阶段：数据采集、建模与创新设计 任务1：实物三维数据采集。参赛选手使用现场提供的三维扫描设备和辅助用品等，对给定的实物进行三维数据采集，要求扫描点云数据完整，按点云完整比例评分，并使用专业软件将扫描点云数据与标准模型进行精确度自动比对，以精确度等级进行评分。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力。 任务2：三维建模。参赛选手根据任务1三维扫描所采集的数据，选择合适的三维建模软件，对上述产品外观面进行三维数据建模，其中包含点云数据处理和建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力。 任务3：结构创新优化设计。参赛选手在完成任务2的基础上，选择合适的三维建模软件，进行结构创新优化设计：以上结构创新优化设计要求依据零件结构工艺性等机械制造知识，很好地控制成本，并适应大批量生产的需求。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 任务4a：数控编程与加工（编程）。根据任务2和任务3建立的三维数字模型和赛场所提供的机床类型、毛坯规格和刀具清单进行工艺设计，并选择合适的软件对产品进行数控编程，生成加工程序，并编制加工工艺卡。该模块主要考核选手工艺编制和程序编制方面的能力。 2．创新产品加工、装配验证 任务4b：数控编程与加工（加工）。参赛选手根据（第一阶段）制定的加工工艺方案和数控程序，并根据赛场提供的机床、刀具、毛坯等，对该产品(零件)进行数控加工（第二阶段不再提供编程软件）。主要考核选手选用刀具、工

数字化应用

飞机装配数字化应用 10503532 李凯 1 数字化装配协调技术 数字化协调方法也可称数字化标准工装协调方法，是一种先进的基于数字化标准工装定义的协调互换技术，将保证生产用工艺装备之间、生产工艺装备与产品之间、产品部件与组件之间的尺寸和形状协调互换。 数字量传递协调路线: (1)飞机大型结构件(与飞机外形及定位相关)如框、梁，桁、肋、接头等用NC 方式加工， (2)在飞机坐标系下，工装设计人员以产品工程数模为原始依据，进行工装的数字化设计，并且在工装与产品定位相关的零件上用N C方式加工出所有的定位元素； (3)工装在装配时利用数字标工(数据)协调，采用激光自动跟踪测量系统测量，通过坐标系拟合，定位出零件的安装位置，满足安装基准的空间坐标及精度要求； (4)飞机钣金件模具数字化设计以及用NC方式加工，钣金零件数控加工。 2 数字化装配容差分配技术 容差数值直接影响产品的质量与成本，因而根据产品技术要求，进行零、组件的容差分析和设置，可以经济合理地决定零部件的尺寸容差，保证加工精度，提高产品质量，在满足最终设计要求的同时使产品获得最佳的技术水平和经济效益。 在产品装配前仅凭以往的经验或某个方案分配给每个零件公差，装配成产品后公差能不能达到产品设计的要求，难以定论。现在可通过数理统计的方法来模拟装配过程和次数，可看到最终形成产品的公差与零件的公差、零件的装配顺序等因素有关。在零件数模的基础上，对于我们关注的关键的质量特征，设定公差

和装配顺序，通过数理统计的方法仿真，分析各种因素对质量特性的影响程度，为查找质量问题的原因和改进容差分配提供了依据，不断仿真找出最优的公差分配方案。 3 自定位与无型架定位数字化装配技术 现代的飞机设计遵循面向制造的原则，在零件设计的时候就必须考虑以后零件的加工和装配。在工艺人员的建议下，飞机设计时对主要结构件(梁、框、肋和接头等)建立装配的自定位特征，如小的突耳、装配导孔、槽口和形成定位表面等，或者在产品结构设计的同时，把用来安放光学目标的工艺定位件设计到结构件上。但这些零件的自定位特征需要用数控方式精确加工，在实际装配过程中这些零件自己就能利用自定位特征定位，或应用激光跟踪仪和光学目标定位。 基于飞机产品数模和数字量尺寸协调，无型架定位数字化装配技术采用模块化、自动化的可重新配置的工装系统，大大简化了或减少了传统的复杂型架，缩短了工装设计与制造的时间，降低了工装成本，并提高了装配质量。 4 数字化装配工艺设计技术 数字化装配工艺设计技术是根据企业结构和制造流程在软件环境中构建企业的制造体系结构，包括产品、工艺和资源3个主要部分，完全可描述什么人、在什么地方、用什么工具、用什么方法、制造什么产品，当然也包含成本和时间。其中产品部分又分为EBOM、PBOM和MBOM三个分支，工艺又分为根据工艺分离面设计的工艺Process Plan和根据生产工位设计的工艺Production Plan，资源分为结构化的资源，包括工厂，车间、工段、工位、设备、工装、工具和人。资源又分为资源规划Resource Plan(又称制造概念)。其中成本包含在产品里，时间包含在工艺里，设备利用率包含在资源规划里。 利用设计部门发放的产品三维数模和EBOM，在三维可视环境下进行产品的装配工艺规划及工艺设计。将三维数模数据(属性)导入产品节点，并将三维数模数图形的路径关联到每个零件上，在编制工艺的任何时候都可预览零件和组件的三维图形，直观地反映装配状态。 在产品工艺分离面划分的基础上，对每个工艺大部件进行初步装配流程设

模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析

唐山学院 通信原理课程设计 题目模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析系 (部) 班级 姓名 学号 指导教师 2017 年 6 月 26 日至2017 年7月 8 日共 2 周

通信原理课程设计任务书 一、设计题目、内容及要求 设计题目：模拟信号数字化传输系统的设计与仿真分析 内容及要求： 1.了解Matlab/Simulink的运行环境及应用领域； 2.逐步熟悉模拟信号数字化传输系统的仿真过程，由简到难； 3.系统仿真及波形分析 (1) 模拟信号抽样过程原理与仿真分析； (2) 模拟信号量化过程原理与仿真分析； (3) PCM编译码系统设计与仿真分析； (4) DPCM编译码系统设计与仿真分析。 (5) 在高斯信道下对PCM系统的性能进行仿真分析。（可选） 二、设计原始资料 通信原理；软件Matlab；计算机一台 三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等） 设计说明书1份，不少于2000字，应包含模拟信号数字化传输系统原理、相关系统设计、相关软件Matlab/Simulink介绍、系统仿真及波形分析。 四、进程安排 第1-2天课设理论讲解及仿真软件介绍、学生练习使用软件 第3-4天相关系统设计 第5-6天系统仿真及波形分析 第7-8天整理、撰写说明书 第9-10天进行测试或答辩 五、主要参考资料 [1]樊昌信、曹丽娜.通信原理.北京:国防工业出版社，2006 [2]刘学勇.详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真.北京:电子工业出版社，2011 [3]邵玉斌.MATLAB/Simulik通信系统建模与仿真实例分析.北京:清华大学出版社，2008 [4]张水英，徐伟强.通信原理及MATLAB/Simulink仿真.北京:人民邮电出版社，2012 [5]邵佳，董辰辉. MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真实例精讲.北京:电子工业出版社，2009 指导教师（签名）：教研室主任（签名）：

数字化设计与制造

数字化设计与制造 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

数字化设计与制造 一、背景 在计算机技术出现之前，机械产品的设计与加工的方式一直都是图纸设计和手工加工的方式，这种传统的产品设计与制造方式，这使得产品在质量上完全依赖于产品设计人员与加工人员的专业技术水平，而数量上则完全依赖于产品加工人员的熟练程度，而随着工业社会的不断发展，人们对机械产品的质量提出了更高要求，同时数量上的需求也不断增长。为了适应社会对机械产品在质量与数量上的需求，同时也为了能进一步降低机械产品的生产成本，人们在努力寻求一种全新的机械产品设计与加工方式，而二十世纪四五十年代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，让人们看到了变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，人们逐步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量基本摆脱了对于设计与加工人员的依赖，从而大大提升了产品的质量，降低了产品的生产成本，同时也使得产品更加适合批量化生产。 二、概念 数字化设计：就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基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、支持产品相关数据管理、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述而在数字空间中完成产品的制造过程。 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断融合、发展和应用的结果，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。

数字化设计及仿真应用

数字化设计及仿真应用 [摘要]制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAD/CAM软件环境平台，并应用CAD/CAM软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件系统来完成机械设计过程是加速设计效率、提高设计质量的一种重要手段。 本文首先介绍了数字化设计的概念和发展历史，然后展望了数字化设计的发展趋势，最后主要探讨了数字化设计和仿真分析技术的应用及效益。 [关键词]：机械产品；数字化设计；仿真分析

目录 1. 引言 (1) 2.数字化设计技术 (1) 2.1 数字化设计技术的特点 (1) 2.2 数字化设计技术发展历史 (2) 2.3 数字化设计技术发展趋势 (2) 3.数字化仿真技术 (2) 3.1 数字化建模技术 (2) 3.2 数字化仿真与虚拟现实技术 (3) 3.3 有限元分析技术 (3) 4.数字化设计及仿真的应用和效益 (4) 4.1 数字化设计及仿真的应用 (4) 4.2 数字技术带来的效益 (5) 4.2.1 产品设计的效益 (5) 4.2.1 工艺规划的效益 (5) 4.2.3 业务规划和生产效益 (6) 5.数字化设计及仿真的意义 (6) 5.1 数字化设计技术的意义 (7) 5.2 数字化仿真的意义 (7) 6. 结束语 (8)

1.引言 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。为此，制造企业的战略从20世纪50年代和60年代资源经济的“规模效益第一”，经过70年代和80年代“价格竞争第一”和“质量竞争第一”发展到90年代“市场响应速度第一”及面向21世纪知识经济的“技术创新第一”。与此同时，现代制造业随之出现了适应这种发展的新模式和新哲理，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，通过在产品全生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计算机辅助技术、系统及集成技术的重要组成部分，它是向网络化制造和虚拟化技术发展的基础，它使原有的传统制造业变成了智力型的工业，使企业主要通过资源要素如劳动力、设备、资金竞争逐渐变为以创新能力知本型为焦点的竞争。这正是知识经济时代最重要的特征。 2.数字化设计技术 随着信息技术和通信技术的发展，数字化时代正在到来．数字化技术是指利用计算机软硬件及网络、通信技术，对描述的对象进行数字定义、建模、存贮、处理、传递、分析、综合优化，从而达到精确描述和科学决策的过程和方法。数字化技术具有描述精度高、可编程、传递迅速、便于存贮、转换和集成等特点，因此数字化技术为各个领域的科技进步和创新提供了崭新的工具。 数字化技术与传统制造技术的结合称为数字化制造技术。30年来数字化制造的应用范围不断扩大，数字化制造技术已逐渐成为制造业信息化中的主流技术和核心技术．由于数字化技术是科学分析和科学决策的理论基础，提供了从定性到定量、从模糊到精确、从直觉到科学的工具，因而数字化技术推动了制造科学的发展和进步。 目前制造业的几个重要发展方向，如精密化、自动化、集成化、虚拟化、网络化、全球化，无一不与数字化技术的发展密切相关。因此，面对制造业全球化竞争的日益激烈，必须重视数字化制造技术在我国的形成和发展。 2.1 数字化设计技术的特点 20世纪有许多重大高新技术的应用，但没有一项技术的影响像信息技术和数字化技术那样深，那样广。由于数字化技术的可控性、可变性、离散性、可视性、集成性，产生了很多新的现代设计方法、工艺技术和管理模式。

数字化设计与制造的现状和关键技术讲解学习

数字化设计与制造的现状和关键技术 一、数字化设计与制造的发展现状 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）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、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，数控技术是工具，数据管理是核心。 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。 作为制造业的一个分支，船舶行业要实现跨越式发展，必须以信息技术为基础。世界造船强国从CAX开始，逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展，形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期的数字化支持系统，实现船舶设计全数字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精细化、船舶制造装备自动化和智能化、船舶制造企业虚拟化、从而大幅度提高生产效率和降低成本。所谓数字化设计就是运用虚拟现实、可视化仿真等技术，在计算机里先设计一条“完整的数字的船”。不仅可以点击鼠标进入船体内部参观一番，还可以在虚拟的大海中看它的速度、强度、抗风浪能力。这样一来船舶设计的各个阶段和船、机、舾、涂等多个专业模块在同一数据库中进行设计。 船舶是巨大而复杂的系统，由数以万计的零部件和数以千计的配套设备构成，包括数十个功能各异的子系统，通过船体平台组合成一个有机的整体。造船周期一般在10个月以上，既要加工制造大量的零部件，又要进行繁杂的逐级装配，涉及物资、经营、设计、计划、成本、制造、质量、安全等各个方面。这样的一个复杂的系统需要非常强大的信息处理能力。我国船舶行业今年来虽有很大的发展，但与国际造船强国相比，无论在产量，还是在造船技术上差距甚大，信息化水平落后是直接原因。其中，集成化设计系统与生产进程联系不紧密、船舶零部

数字化设计及仿真应用

数字化设计及仿真应用 [摘要］制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAＤ／CAＭ软件环境平台，并应用C ＡD/ＣAＭ软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CＡＤ/CAM）软件系统来完成机械设计过程是加速设计效率、提高设计质量的一种重要手段。 本文首先介绍了数字化设计的概念和发展历史,然后展望了数字化设计的发展趋势,最后主要探讨了数字化设计和仿真分析技术的应用及效益。 [关键词]:机械产品;数字化设计；仿真分析 ? 目录 1．?引言 (1) 2.数字化设计技术1? 2.１数字化设计技术的特点 (1) 2.2 数字化设计技术发展历史......................................................... 错误!未定义书签。 ２.3 数字化设计技术发展趋势 (2) 3.数字化仿真技术2? 3.1 数字化建模技术2? 3.2 数字化仿真与虚拟现实技术 (3) 3.３有限元分析技术....................................................................... 错误!未定义书签。 4.数字化设计及仿真的应用和效益................................................................................. ４ ４．1 数字化设计及仿真的应用 (4) ４.2 数字技术带来的效益 (5) 4．２.1 产品设计的效益5? ４.2.１工艺规划的效益?错误!未定义书签。 4．2.3 业务规划和生产效益 (6) 5.?数字化设计及仿真的意义6? ５.１数字化设计技术的意义......................................................................................... ７ 5.2 数字化仿真的意义7? 6．结束语8?

数字化仿真技术

实验六数字化仿真技术 一、实验目的 1.掌握COSMOSWorks静态应力分析的方法和步骤 2.掌握COSMOSWorks优化设计的方法和步骤 二、实验内容 1.完成托架零件的静态应力分析 2.完成悬臂支撑架的形状优化 三、实验步骤 （一）零件的静态应力分析 托架由合金钢制作，在两个孔处固定，并承受有7Mpa 的力载荷，如图所示。 1.打开零件 打开零件“static.SLDPRT” 2.从 SolidWorks 材料库中指派合金钢材料： (1)单击菜单—>COSMOSWorks—>材料—>应用材料到所有，材质编辑器PropertyManager 出现。 (2)在材料下，执行如下操作： a.从下拉菜单中选择SolidWorks 材料。 b.单击钢后面的加号，然后选择合金钢。 c.合金钢的机械属性出现在物理属性框中。 (3)单击确定。 指派的材料名称显示在 FeatureManager 树中。 3.生成静态研究 (1)单击 COSMOSWorks 管理器标签。 (2)单击 COSMOSWorks 主工具栏上研究。

(3)在 PropertyManager 的名称下面： a.键入“静态-1”。 b.在网格类型中选择“实体网格”。 (4)在类型下，单击静态。 (5)单击确定。 COSMOSWorks 将在 COSMOSWorks 管理器树中生成研究。注意，实体图标上的复选标记表示您已指派了材料。 4.固定两个孔： (1)单击 COSMOSWorks 载荷工具栏上的约束。约束 PropertyManager 出现。 (2)在类型下，选择“不可移动（无平移）”。 (3)在图形区域中，单击两个孔的面（如图显示）。 面<1> 和面<2> 会出现在约束的面、边线、顶点框内。 要更改约束符号的颜色，单击“符号设定”下的“编辑颜色”。颜色调色板打开。选择所需的颜色，然后单击确定。 (4)单击确定。 COSMOSWorks 固定两个孔的面，在 COSMOSWorks 管理器树中的载荷/约束文件夹内生成名称为“约束-1”的图标。 5.应用压力： (1)单击 COSMOSWorks 载荷工具栏上的约束。压力 PropertyManager 出现。 (2)在“压力类型”下，单击“垂直于所选面”。 (3)在图形区域中，选择圆柱体的前面（如图显示）。面<1> 出现在“压力的面”框 内。 (4)在“压力值”下，设定单位为“SI”，然后在“压力值”框内键入7e6。 如果您通过键入新值改变了单位，COSMOSWorks 会将值转换成新的单位。单击确定。

数字化设计与制造

一、什么是数字化设计制造技术 术语性定义：在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。 通俗地说：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。 二、数字化制造技术的未来发展方向 1.数字化设计与制造技术的发展 先进制造技术发展的总趋势可归纳为：精密化、柔性化、网络化、虚拟化、数字化、智能化、清洁化、集成化及管理创新等。而数字化设计与制造技术是先进制造技术的基础。随着计算机技术的不断提高，Internet网络技术的普及应用，以及用户的不同需求，CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM(C4P)等技术本身也在不断发展，集成技术也在向前推进，其发展趋势主要有以下几个方向。 一是利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM(C4P)集成技术，实现产品全数字化设计与制造。 在CAD/CAM应用过程中，利用产品数据管理PDM技术实现并行工程，可以极大地提高产品开发的效率和质量。企业通过PDM可以进行产品功能配置，利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计。在PDM环境下进行产品设计和制造，通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块的集成，实现产品无图纸设计和全数字化制造。 二是CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理相结合，形成制造企业信息化的总体构架。 CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术主要用于实现产品的设计、工艺和制造过程及其管理的数字化；企业资源计划ERP是以实现企业产、供、销、人、财、物的管理为目标；供应链管理SCM用于实现企业内部与上游企业之间的物流管理；客户关系管理CRM可以帮助企业建立、挖掘和改善与客户之间的关系。上述技术的集成，可以整合企业的管理，建立从企业的供应决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门，再到用户之间的信息集成，实现企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递，从而有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度，确保企业在竞争中取得优势。 三是虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化，将成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。

三维建模数字化设计与制造

附件4： 山西省第九届职业院校技能大赛（高职组） “三维建模数字化设计与制造”赛项规程 一、赛项名称 赛项名称：三维建模数字化设计与制造 赛项组别：高职组 赛项归属产业：加工制造类 二、竞赛目的 本项竞赛旨在考核机械制造、数控技术应用等机械类相关专业的学生，组队完成三维逆向扫描、逆向建模设计、机械创新设计、数控加工技术应用等方面的任务，展现参赛队选手先进技术与设备的应用水平和创新设计等方面的能力，以及跨专业团队协作、现场问题的分析与处理、安全及文明生产等方面的职业素养。引领全省职业院校机械制造类专业将新技术、新工艺、新方法应用于教学，加快校企合作与教学改革，提升人才培养适应我国制造业更新换代快速发展的需要。 三、竞赛内容与方式 （一）竞赛内容 竞赛内容将以任务书形式公布。 针对目前批量化生产的具有鲜明自由曲面的机电类产品（或零部件）进行反求、建模，并对产品(或产品局部)外形进行数控编程与加工，对无自由曲面的结构或零件根据机械制造类专业知识按要求进行

局部的创新（或改良）设计。 整个竞赛过程，分为第一阶段“数据采集与再设计”和第二阶段“数控编程与加工”这两个可以分离、前后又相互关联的部分，分别为60%和40%的权重。 1、第一阶段：数据采集与再设计 该阶段竞赛时间为3小时，竞赛队完成三项竞赛任务。 任务1：样品三维数据采集。利用给定三维扫描设备和相应辅助用品，对指定的外观较为复杂的样品进行三维数据采集。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力； 任务2：三维建模。根据三维扫描所采集的数据，选择合适软件，对上述产品外观面进行三维数据建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力； 任务3：产品创新设计。利用给定样品和已经完成的任务2内容，根据机械制造知识，按给定要求对样品中无自由曲面部分的结构或零件或附属物进行创新设计。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 2、第二阶段：数控编程与加工 竞赛时间为3小时，竞赛队完成两项竞赛任务。 任务4：数控编程与加工。赛场提供第一阶段被测样品的标准三维数据模型,选手根据这组三维模型数据和赛场提供的机床、毛坯，选择合适软件对该产品进行数控编程和加工。主要考核选手选用刀具，以最佳路径和方法按时高质量完成指定数控加工任务。并考核选

数字化设计与制造

江南大学现代远程教育课程考试大作业 考试科目:《数字化设计与制造技术》 一、大作业题目（内容）： 一、快速成形有哪几种主要方法？(10分) 3DP技术，快速成形技术FDM熔融层积成型技术，快速成形技术SLA立体平版印刷技术，快速成形技术SLS选区激光烧结技术，快速成形技术UV紫外线成型技术 二、产品设计包括哪几个阶段和阶段的模型？(10分) 产品开发的阶段划分具体要看开发的什么产品,如果寻求共性的总结,产品开发一般应该分为六个阶段,第一阶段是项目前期,主要是做市场调研之类的；第二个阶段是项目概念建造（项目开始节点）；第三个阶段是尺寸结构（选择主题节点）；第四个阶段是具体设计（实施工装节点）；第五个阶段是产品调整（上线节点）；第六个阶段是工业化生产. 产品开发总体分自主开发和国产化两大类. 三、何谓物理样机？何谓数字样机？(10分) 物理样机就是根据设计要求制作出来样品去检测是否符合设计要求 数字样机就是产品的数字仿真，可用于测试产品的外形、装配和功能。随着相关概念、机械和电气设计数据的集成，数字样机也变得越来越完整了。完整的数字样机是整个最终产品的真实数字仿真，可用来以虚拟方式优化和验证产品，减少制造昂贵的物理样机的必要。 四、什么是CAPP？CAPP技术的发展分为哪几个阶段？(10分) CAPP[1] 是ComputerAidedProeessPlanning(计算机辅助工艺规划或设计)的英文缩写。由于长期以来采用手工方式进行的传统工艺过程设计不可避免地存在一些缺陷:对工艺设计人员要求高;工作量大,效率低下:难以保证数据的准确性;且信息不能共享等:同时,计算机技术的发展及其在机械制造业中的广泛应用,使得计算机辅助工艺设计(以即)应运而生,广度和深度也在不断发展中 五、工艺决策方法主要有几种？分别叙述其原理。(10分) 生产工艺决策的内容包括:产品的主要制造生产技术决策，产品的基本制造流程决策两方面。 1. 产品的主要制造生产技术决策。 制造技术的决策通常要考虑自然技术上的可行性和经济方面的效益型两方面的因素。对工艺设计人员，对每一项工艺都要作仔细的分析试验，确保工艺的可靠性。但是对企业决策人员只需考虑其中几种主要的工艺，这些工艺技术将决定产品能否加工，产品的关键功能是否能够较好地实现，产品的质量能否保证，制造成本的是否适宜，以及能否大幅度地提高产品的附加值。另外，在选择技术时，还要从经济角度考虑，即从技术所具备的功能角度，选择适当的技术，避免选择过剩功能的技术。 2. 产品的基本制造流程决策。 不同的产品特点，不同生产规模，不同的品种数量，不同的工艺方法都会影响制造流程的选择。生产流程的类型有单件生产、成批生产、大量生产、连续生

数字化设计与制造技术课程论文

数字化制造技术的发展现状与发展趋势 学院：机械工程学院 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 日期： 2014年1月

摘要 从20世纪50年代数控机床的出现开始，经过了单元制造技术、集成制造技术和网络化制造技术的发展过程，数字化制造技术得到了迅猛的发展。本文在大量阅读相关文献的基础上，对数字化技术进行了介绍,综述了国内外数字化制造技术的研究现状,论述了数字化制造技术是先进制造技术的核心,对数字化制造技术的几个核心技术进行了较为详细的介绍,并分析数字化制造技术的发展现状、展望其未来发展趋势，最后概括总结了数字化制造经历的深刻变化与发展。 关键词：数字化数字化制造发展现状发展趋势

数字化技术指的是运用0和1两位数字编码，通过电子计算机、光缆、通信卫星等设备，来表达、传输和处理所有信息的技术。数字化技术一般包括数字编码、数字压缩、数字传输、数字调制与解调等技术。当今世界已经进入了数字化时代，数字化技术在生产、生活、经济、社会、科技、文化、教育和国防等各个领域不断扩大应用并取得显著成效。数字化技术与各种专业技术相融合形成了各种数字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化测量技术、数字化视听技术等。 数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术、以制造工程科学为理论基础的重大制造技术革新[1]，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。 数字化制造技术的发展现状 目前在工业技术先进国家，数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段[5]。特别是近30年来,数字化制造技术发展日益加快，在发达国家的大型企业中，已开始实现无图纸生产，全面使用CAD/CAM，实现100%数字化设计。数字化制造技术在数字化设计、数字化制造、数字化产品、信息传递与协作、数字化管理等方面都有不同程度的发展。

数字化设计与制造技术的关键技术

数字化设计与制造技术的关键技术数字化设计技术利用数字化的产品建模、仿真、多学科综合优化、虚拟样机以及信息集成与过程集成等技术和方法，完成产品的概念设计、工程与结构分析、结构性能优化、工艺设计与数控编程。数字化设计可以实现机械装备的优化设计、提高开发决策能力、加速产品开发过程、缩短研制周期、降低研制成本。 数字化设计的关键技术包括全寿命周期数字化建模、基于知识的创新设计、多学科综合优化、并行工程、虚拟样机、异地协同设计等。 数字化制造技术是一种快速工装准备、工艺过程集成和优化制造技术，它利用数控机床、加工中心、测量设备、运输小车、立体仓库、多级分布式控制计算机等数字化装备，根据产品的工程技术信息、车间层加工指令，通过计算机调度与控制，完成零件加工、装配、物料存储与输送、自动检测与监控等制造活动。数字化制造可以实现多品种、中小批量产品的柔性自动化制造，提高生产效率和产品质量、缩短生产周期、降低成本，以满足市场的快速响应需求。 数字化制造的关键技术包括快速工艺准备、复杂结构件高速切削加工、快速成形、柔性和可重构生产线以及制造执行系统等。 下面具体来介绍一项数字化制造的关键技术。 精密成形技术 精密成形技术有别于传统的毛坯粗糙成形技术，它通过成形工艺参数控制，使零件的成形达到高精度、高效率、低成本，可以大幅度提高产品性能、减轻机械装备构件重量、降低制造成本。精密成形技术包括精密铸造、精密体积塑性成形、板料成形以及激光快速成形等制造工艺技术，成形的零件具有精确的外形、较高的尺寸精度、形位精度和较低的表面粗糙度。 精密成形的关键技术包括：复杂薄壁耐压结构件精密铸造技术；轻质高强、高温材料精密成形技术；高性能复杂零件和高强度难变形材料的等温成形、超塑性成形、复合化成形技术；大尺寸铝合金构件、 复杂镁合金构件半固态成形技术；钛合金复杂零件的激光快速近净成形（激光熔覆成形及激光选区烧结）技术等。 国外精密成形技术发展很快。如精密铸造等近无余量成形技术在引入高能束加热、高纯净度熔炼、快速凝固以及计算机模拟、智能化工艺