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数字化制造

研究生专业课程考试答题册

学号 2010260942

姓名王小波

考试课程数字化设计制造技术概要

考试日期 2011年7月

西北工业大学研究生院

数字化设计与制造技术应用浅谈

王小波

(西北工业大学, 陕西西安710072)

摘要从飞机制造业对于数字化设计与制造技术的需求出发，阐述了数字化设计与制造技术的内涵及主要内容，对数字化设计与制造技术体系中的数字化造型技术、数字化装配技术、数字化仿真技术、数字化制造技术以及数字化产品开发的PDM技术做了简要分析说明，并对CAD、CAE、CAM、CAPP和PDM之间的关系做了简要分析。

关键词飞机制造业；数字化设计；数字化制造；技术体系；

A brief elucidation about the application of the

technology of digitizing design and manufacturing

Wang Xiaobo

(School of Mechatronics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072,

China)

Abstract It sets out the requirement of the aircraft industry for the technology of digitizing design and manufacturing, expounds the connotation and the main content of the technology of digitizing design and manufacturing, and makes a brief analysis about the technology of digitizing modeling, the technology of digitizing assembly, the technology of digitizing simulation, the technology of digitizing manufacturing and the PDM technology of digitizing product exploitation which belong to the system of the technology of digitizing design and manufacturing, in the end, it makes a brief analysis about the relationship of CAD, CAE, CAM, CAPP and PDM. Key words Aircraft industry；Digitizing design；Digitizing manufacturing；Technology system；

1引言

当今，世界各国飞机制造业都面临着激烈、尖锐的市场竞争。如何缩短飞机制造周期，提高制造质量，降低生产成本，增强对市场的应变能力已成为航空界普遍关注和研究的重大课题。

飞机作为一种机械产品，与一般的机械产品有很大的差别，它具有曲面多、结构形状复杂、零件数量多、尺寸大、尺寸配合关系多、协调关系复杂、制造精度要求高等特点。这对飞机设计和制造提出了很高的要求，要求飞机设计方案在满足产品性能要求的同时，考虑到产品的可制造性和可装配性，并不断地降低产品的制造复杂性和装配复杂性，从而缩短飞机研制周期，降低生产成本。然而，目前产品开发模式不能在产品的设计阶段就对其生命周期全过程中的各种因素考虑周全，以至于在产品设计甚至制造出来后才发现存在的问题，造成设计阶段的更改、错误和返工现象，因而延长了产品开发的周期，增加了成本。

于是，人们开始寻求与探索新的理论、方法和工具，建立面向产品全生命周期的数字化设计与制造技术应运而生。通过数字化设计与制造技术的应用，使设计者在设计阶段就考虑产品可制造性、可装配性、可使用性与可回用性等产品开发的后续工作，为产品的制造、工程分析、装配等各阶段提供强有力的支持，有利的减少了设计、制造、装配等阶段由于沟通不足而造成的设计更改、错误和返工，同时该技术也为缩短研制周期，降低生产成本提供了保障。因此，数字化设计与制造技术不仅是制造业发展中的一个重要里程碑，而且是产品设计、制造技术的一次历史性飞跃。

2数字化设计与制造技术的内涵及主要内容

2.1数字化设计与制造的内涵

数字化设计与制造技术是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发

全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造不仅贯穿企业生产的全过程，而且涉及企业的设备布局、物流物料、生产计划、成本分析等方面多个方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高企业的产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标和企业间的协作，大大提高企业的竞争能力。如图1所示，数字化支持企业的产品开发全过程。

图1数字化支持企业的产品开发全过程

对于数字化设计与制造技术分开详细说明，它们的内涵如下：

数字化设计是以实现新产品设计为目标，以计算机软硬件技术为基础，以数字化信息为辅助手段，支持产品建模、分析、修改、优化以及生成设计文档的相关技术的有机集合。因此，任何以计算机图形学为理论基础、支持产品设计的计算机硬件系统都属于产品数字化设计技术的范畴。

数字化制造技术以产品制造过程的规划、管理、控制为对象，以计算机作为直接或间接工具，以控制生产设备，实现产品制造和生产的技术的有机集合。

2.2数字化设计与制造的主要内容

为了更清晰的理解数字化开发技术的功用及价值，以及数字化设计与制造技术本身所包含的主要内容，在这里给出产品开发的主要环节及过程，梳理出典型的产品开发周期，如图2所示：

图2产品开发周期与数字化开发技术之间的关系

上图不仅清楚地描述了典型的产品开发过程，还描述了数字化设计与数字化制造在产品开发中的地位与作用。还进一步说明了数字化设计与制造主要涵盖的内容。

1)数字化设计主要内容有：用于进行产品的概念化设计、产品的几何造型、创建虚拟模型、虚拟装配、进行优化设计等，最终实现最佳的产品设计效果。

2)数字化制造的主要内容有：用于高效、科学地编制零件的制造工艺的成

组技术；采用数字化信息控制刀具和机床的相对运动，进而实现零件加工的数控编程及数控技术等。

3数字化设计与制造的关键技术体系

3.1数字化造型技术

产品造型又叫产品建模，是建模领域中极其重要的组成部分。产品造型的步骤就是将人们头脑中的构想或者设想的产品模型转换成用图形、符号或算法表示的形式。

在产品的造型过程中应该注意一下原则：产品造型应该反映产品的模型空间；产品模型空间覆盖的信息域要尽量大，处理过程中设计意图丢失要最小，设计人员工作量要最小等。即要求计算机对产品建模能够表示产品的全部信息，产品模型类似于传统设计过程中的图样，只不过是由计算机模型化了。

数字化产品模型是基于计算机技术，在现代设计方法的指导下，支持先进制造系统，能够较好的定义和表达产品全生命周期各阶段产品数据内容，它们之间相互关系及活动过程的数字化信息模型。数字化产品造型是产品建立数字化模型的过程。

提及数字化建模就不得不提及CAD/CAM。CAD/CAM的几何建模是把真实世界中的三维物体的几何形状用合适的数据结构来描述，供计算机识别和处理的信息数据模型。

计算机辅助设计CAD作为信息化、数字化的源头，它包含的内容很多，如概念设计、优化设计、有限元分析、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。这里对于参数化造型给出大致说明；

采用传统造型方法建立的几何模型具有确定的形状和大小。模型建立后，

零件的形状和尺寸的编辑、修改过程繁琐，难以满足产品变异设计和系列化开发的需求，鉴于这种情况的出现，在长期的探索中引进了参数化造型。

参数化造型使用约束来定义和修改几何模型。约束反映了设计是要考了吧的因素，包括尺寸约束、拓扑约束及工程约束等。参数化设计中的参数与约束之间具有一定的关系。当输入一组新的参数数值，而保持各参数之间的原有的约束关系时，就可以获得一个新的几何模型。

在参数化造型中引进了一种变量设计系统，这种系统不仅考虑了尺寸约束及拓扑约束，还考虑了工程约束。具体的变量化系统表现形式如下图所示：

图3变量化设计系统

3.2数字化装配技术

一般地，产品是由多个零部件装配而成的。为评价产品性能，需要在零件数字化模型的基础上，定义零部件之间的配合关系，在计算机中建立产品的完整几何模型及约束关系，这就是数字化装配。

传统的数字化设计软件是一种面向零件的造型技术，而不是面向装配。用户需要先设计零件，再以零件模型为基础进行装配，也称为自下而上的设计模式。自下而上的设计优点是：零部件设计相对独立，设计人员可以专注于某个零件的设计。但是，在这种模式下，只有在装配时才能检验零件之间的配合是否合理、产品设计是否满足预期目标。

对于结构简单、无需过多考虑零部件之间的配合关系或只有很少设计人员参与的产品而言，采用自下而上设计模式还能满足开发需求。但是，当产品装配结构复杂、设计人员众多且地狱非常分散时，上述模式就存在很多缺点。在产品设计过程中，设计人员将需要花费相当多的时间跟踪零件设计及装配状况、更改参数及工艺、修订产品设计、测试并反馈信息等，以确保零件之间的设计相互匹配。

为克服上述缺点，人们提出了自上而下的产品设计模式，即先建立装配体，再在装配体中进行零件的造型和编辑。这种模式的优点在于：可以参考一个零部件的几何尺寸来生成或修改其他相关的零部件，从而确保零件之间存在准确的尺寸和装配关系；当被参考零件的尺寸发生改变时，相关联的零件尺寸会自动发生改变，从而保证零件之间的配合关系不发生改变。

3.3数字化仿真技术

仿真是通过对系统模型的试验，研究已存在的或设计中的系统性能的方法及其技术。仿真可以再现系统的状态、动态行为及性能特征，用于分析系统配置是否合理、性能是否满足要求，预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持的科学依据。因此上说，仿真技术的应用有着十分重大的意义。

随着计算数学的成熟和计算机技术的发展，人们越来越多的通过数学模型、应用计算机来进行仿真研究，进而形成计算机仿真技术。计算机仿真的实质是仿真过程的数字化，因而也成为数字化仿真。

涉及数字化仿真技术来说，对于CAE的解释是不可或缺的。

计算机辅助工程分析CAE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。

数字化仿真技术在零部件研制过程中的各个阶段具体应用归纳如下：

1)概念化设计阶段：对设计方案进行技术、经济分析以及可行性的研究，最终为用户提供科学依据，帮助用户选择合理的设计方案。

2)设计建模阶段：建立系统及零部件模型，通过对模型的分析，判断出产品外形、质地及物理特性是否满意。

3)设计分析阶段：分析产品及系统的强度、刚度、振动、噪声、可靠性等一系列性能指标，判断产品及系统是否达到满意要求。

4)设计优化阶段：通过仿真结果对系统结构及参数进行调整，实现系统特定性能或综合性能的优化。

5)制造阶段：对于刀具加工过程的走到轨迹以及零件之间的可装配性进行模拟仿真，及早发现加工、装配中可能存在的问题。

6)样机试验阶段：对系统动力学、运动学及运动性能进行仿真，模拟虚拟样机的试验，在安全的模式下对设计目标进行仿真，以确认设计目标的完善性。

7)系统运行阶段：进一步进行仿真模拟，对系统结构及参数进行进一步调整，实现性能的持续性改进及优化。

数字化仿真已成为现代产品开发中的重要支撑技术和手段，通过以上对于数字化仿真技术在具体零部件研制过程中的应用，总结出了数字化仿真具有的以下优点：

1)有利于提高产品质量：数字化仿真技术在产品未实际开发出来之前，就已经研究产品在各种工作环境下的表现了，以保证产品具有良好的综合性能。

2)有利于缩短产品开发周期：采用数字化仿真技术，可以在计算机上完成产品的概念设计、结构设计、加工、装配以及系统性能的仿真，提高了设计的一次成功率，从而缩短了设计周期。

3)有利于降低产品开发成本：数字化仿真都是以虚拟样机代替实际样机或模型进行试验的，在这种基础下，能够很显著地降低开发成本。

4)可以完成复杂产品的操作、使用训练：复杂产品或技术系统的操作控制，

必须进行系统的训练。以真实产品或系统进行训练，费用昂贵且风险极大。采用了数字化仿真技术，可以再现系统的实际工作过程，甚至可以有意识的设计出各种“故障”和“险情”，让受训人员进行处理和排除，从而在虚拟的环境中掌握系统的操作及控制，取得应有的效果。

数字化仿真就是在计算机上将描述实际系统的几何、数学模型转化为能被计算机求解的仿真模型，并编制相应的仿真程序进行求解，以获得系统性能参数的方法及过程。数字化仿真的基本步骤如下图所示：

图4数字化仿真的基本步骤

3.4数字化制造技术

涉及数字化制造技术，其中对于CAM的说明是必不可少的。计算机辅助制造CAM是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，完成复杂零件的数控加工包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控制等。CAM的支撑技术是数控编程、刀具轨迹生成、数控加工仿真技术。

数字化制造技术是以制造工程理论为基础，是信息技术和制造技术的有机融合与集成。数字化制造技术是对传统制造技术的扩展、创新和突破，主要体现在以下几个方面：

1)数字化制造是基于产品数字化设计的制造，以产品的数字化模型为基础，通过对产品结构的仿真分析，实现产品设计的最优化，进而实现产品制造、工艺管理、成本核算、控制、检测及装配的数字化。

2)数字化制造是以控制为中心的制造，它以数字化方法实现加工过程物

料、设备、人员及生产组织等信息的存储和控制。它在加工过程仿真的基础上，对企业生产组织、调度和控制决策等制造过程进行优化。

3)数字化制造是基于数字化管理的制造。要想真是实现数字化制造的潜在效益与效率，就必须对整个研制过程的各类信息进行集成管理，实现各个产品开发的核心过程的集成。因此，只有建立了功能完善的数字化管理系统，才能充分体现数字化制造系统的价值。

数字化制造的核心技术主要包括计算机辅助工艺规划(CAPP)，数控加工技术等；

3.4.1计算机辅助工艺规划（CAPP）

计算机辅助工艺规划CAPP是通过向计算机输入被加工零件的几何信息和工序内容等工艺文件的过程。CAPP从根本上改变了依赖与个人经验，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散出来，极大地提高了工作效率。CAPP的支撑计算是信息建模技术、工艺设计自动化和产品数据交换标准。

CAPP的类型，核心的分为两大类：派生型和创成型；

1)派生型CAPP是利用零件的相似性，即相似零件有相似工艺规程。存在工艺文件库中的标准工艺规程是具有典型样板工艺的工艺文件。首先通过零件的成组编码确定其所属的零件族，在根据新零件的具体要求，对零件族的典型工艺加以修改后确定新零件的具体工艺规划。派生型CAPP系统的流程图如下所示：

图5派生型CAPP系统的流程图

2)创成型CAPP，它不需要派生型中的样板工艺文件，新零件工艺规程的产生是模拟工艺设计人员的决策过程，在输入新零件的全面信息后，根据工艺数据库的信息，在没有人干预的条件下，运用某种决策逻辑与规则自动生成工艺文件，创成型CAPP的系统流程如下所示：

图6创成式CAPP系统的流程图

3.4.2数控加工技术

数控就是用数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。

数控加工是指根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序，并输入数控系统，进而控制数控机床中刀具与工件的相对运动，完成零件加工的过程。

数控机床加工零件的基本步骤如下图所示：

图7数控加工的基本过程

在具体的数控加工过程中，编制数控程序对于整个数控加工是有着深远意义的。对于数控程序的编制大致分为手动编程跟自动编程；

1)手动编制数控程序的一般过程如下图所示：

图8手动数控编程的基本步骤

要编制出高效合理的数控程序，对于编程人员提出了很高的要求，他们不仅要熟悉数控机床的结构、数控系统的指令及代码格式，还应掌握零件的加工工艺、装夹方法、刀具、切削用量等方面的知识。

2)自动编程如今已经发展为基于数字化开发软件的自动编程，这种编程软件的工作模式是先利用数字化设计软件的造型功能在计算机中构建零件的三维

几何模型，再利用数字化制造软件的数控编程功能，完成数控加工程序的编制，基于数字化开发软件的自动编程的基本过程如下图所述：

图9基于数字化开发软件的自动编程基本过程

随着人们对产品质量和开发速度要求的提高，手动编程已难以满足数控加工的要求，基于数字化开发软件的自动编程受到了广泛的重视和应用，已经成为产品数字化开发的重要手段。

3.5数字化产品开发的PDM技术

PDM技术即产品数据管理技术，它出现的主要目的是为了解决大量工程图

纸文档的管理问题，紧接着逐步扩大到产品的开发整个生命周期的产品数据管理问题。产品数据管理是一种工具，它提供一种结构化方法，有效地、有规则地存取、集成、管理、控制产品数据和数据交换。

PDM是用来管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。与产品相关的所有信息，包括零部件信息、结构配置、文件、CAD文档等；与产品相关的所有过程，包括过程的定义与监控。概括为一句话就是用于管理产品定义信息的所有系统。其核心在于能够使所有与项目相关的人在整个信息生命周期中都能够使用、分享与产品相关的异构数据。

CAD、CAE、CAM、CAPP和PDM，它们之间的关系如下图所示：

图10 CAD、CAE、CAM、CAPP和PDM各项技术之间的关系从图上不难看出，CAD是CAE、CAPP和CAM的基础，CAE 的任何形式的分析都需要CAD进行建模和装配；CAM则需要CAD的造型和设计；CAPP 则需要CAD提供一系列的技术文件等。在CAD中对于零件及部件所做的任何

修改，都会直接影响到CAE、CAPP和CAM。而CAE、CAPP和CAM则反作用与CAD，它们可以验证CAD结果的正确性，对CAD进行修正。

然而CAD、CAE、CAM、CAPP和PDM都是相对独立的单向技术，所产生的数据设计产品的不同方面，存在着信息如何在各部门之间传递、共享，如何保证数据的准确性、可靠性与安全性等问题。这种情况下PDM的介入，有着非凡的意义。PDM系统可以把与产品整个生命周期有关的这些信息统一管理起来，它支持分布、异构环境下不同平台，不同网络和不同数据库。CAD、CAPP、CAM系统都通过PDM交换信息，从而真正实现了CAD、CAPP、CAM的无缝集成。

PDM自身不产生数据，仅是管理CAD、CAE、CAM和CAPP所产生的数据，为CAD、CAE、CAM、CAPP提供了基础数据和设计平台。

4总结

本文从宏观的角度，对数字化设计与制造技术进行了简单阐述，对在数字化设计与制造中所涉及的一些关键技术体系进行了分析说明，由于自己在平时科研学习过程中，对数字化设计与制造技术更为具体的内容，例如工艺、装配、制造等的研究的相对较少，因此对于这门技术了解程度不足，通过此次论文的书写，作者对数字化设计与制造有了比较深刻的认识，同时作者也深刻认识到数字化设计与制造技术对于我国制造业的深远影响。

参考文献

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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集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

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5.5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3.5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

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.

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。

数字化设计制造技术基础

第一章 (4)数字化设计制造本质上是产品设计制造1.1数字化设计制造是现代产品研制的基本信息的数字化，它将产品的结构特征、材料手段。特征、制造特征和功能特征统一起来。 1.2先进制造技术的特征：(1)先进制造技术1.8典型的CAD模型标准交换格式，DXF、DWG、是制造技术的最新发展阶段；(2)先进制造技JGES、STEP。术贯穿了制造全过程以至产品的整个生命周 1.9典型的数字化设计制造应用工具系统：期；(3)先进制造技术注重技术与管理的结(1)CAD系统，AutoCAD、CATIA、UGS、Pro/E 合；(4)先进制造技术是面向工业应用的技(2)CAE系统，NASTRA、NANASYS 术。 (3)CAPP系统，CAPPFramework 1.3设计制造技术主要表现在全球化、网络(4)CAM系统，在CATIA、UGS和Pro/E等化、虚拟化、智能化和绿色化等几个方面。 CAD/CAM系统中，均包含有专门的CAM模块1.4任何一种产品的研制过程从大的方面可(5)DFx（designforx）系统，x可代表生以划分为设计与制造两部分。命周期中的各种因素，如制造、装配、检测 1.5可以将产品的制造过程的基本要素抽象等为产品（product）、工艺过程（process）、1.10产品数据管理（productdata 制造资源（resource），即PPR模型，实际的management，PDM）是一种帮助工程技术人员过程是三个要素相互耦合作用的结果。管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM 1.6串行设计与并行设计：系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和(1)串行设计的组织模式是递阶结构，各个阶信息，并由此支持和维护产品。段的活动是按时间顺序进行的，一个阶段的 1.11数字化设计制造的特点：(1)过程延伸；活动完成后，下一个阶段的活动才开始，各 (2)智能水平的提高；(3)集成水平的提高。个阶段依次排列，都有自己的输入和输出。 1.12数字化设计制造的性能要求：(1)稳定 (2)并行设计的工作模式是在产品设计的同性；(2)集成性(3)敏捷性；(4)制造工程信息时就考虑后续阶段的相关工作，包括加工工的主动共享能力；(5)数字仿真能力(6)支持艺、装配、检验等，在并行设计中产品开发异构分布式环境的能力；(7)扩展能力。过程各个阶段的工作是交叉进行的。第二章 1.7数字化设计制造基本概念： 2.1产品数字化模型是产品信息的载体，包 (1)数字化是利用数字技术对传统的技术内含了产品功能信息、性能信息、结构信息、容和体系进行改造的进程。零件几何信息、装配信息、工艺和加工信息 (2)数字化设计就是通过数字化的手段来改等。造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于 2.2信息的表现形式主要以几何信息和非几计算机技术、网络信息技术，支持产品开发何信息为主。与生产全过程的设计方法。数字化设计制造 2.3设计过程的零件模型为主模型，其他模的内涵是支持产品开发全过程、支持产品创型均以主模型为基础，在此基础上进行新模新设计、支持产品相关数据管理、支持产品型的构建。

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。

数字化制造技术

数字化制造技术一、什么是数字化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、数字化制造技术的起源和发展 1.NC机床（数控机床）的出现 1952年，美国麻省理工学院首先实现了三坐标铣床的数控化，数控装置采用真空管电路。1955年，第一次进行了数控机床的批量制造。当时主要是针对直升飞机的旋翼等自由曲面的加工。 2.CAM处理系统APT（自动编程工具）出现 1955年美国麻省理工学院(MIT)伺服机构实验室公布了 APT(Automatically Programmed Tools)系统。其中的数控编程主要是发展自动编程技术。这种编程技术是由编程人员将加工部位和加工参数以一种限定格式的语言(自动编程语言)写成所谓源程序，然后由专门的软件转换成数控程序。 3.加工中心的的出现 1958年美国K&T公司研制出带ATC(自动刀具交换装置)的加工中心。同年，美国UT公司首次把铣钻等多种工序集中于一台数控铣床中，通过自

从数字化到智能制造

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目次 1 目的及意义 (1) 2 从数字化工厂到智能工厂再到智能制造 (1) 2.1 数字化工厂 (1) 2.2 智能工厂 (2) 2.3 智能制造 (2) 3 从数字数字化开发到智能制造的关键技术途径 (3) 3.1 从数字制造到智能制造的发展模式 (3) 3.2 从数字制造到智能制造的具体途径 (4) 4 典型行业智能制造发展技术路线图 (5)

1 目的及意义随着城市配电网的不断发展, 配电网的结构越来越复杂, 网络供电方式和手拉手供电方式成为城市配电网的主要供电方式。与此同时, 随着电力供需矛盾的缓和, 广大电力用户对电力供应的需求不断提高, 电力系统配电生产管理人员的工作量与日俱增, 配电网的重要性日益突出。原有的人工粗放型的管理方式和工作流程已不能适应新的要求, 亟待建立新型的技术管理模式。作为“中国制造2025”国家战略计划的重要组成部分，从数字制造到智能制造的转型升级，已成为各行各业以及高端装备制造业发展的必然趋势，也是促进我国从制造大国向制造强国转变的必然之路。近年来，我国在数字制造技术研究与应用方面取得了重要的进展与突破，数字制造技术得到广泛应用，并成为解决高、精、尖复杂装备制造难题的核心技术之一；智能制造技术研究与应用也初现端倪，部分制造企业集团积极采用智能制造技术提升产品的智能化水平，智能化生产线、智能化车间、智能化工厂不断涌现。但就我国从数字制造到智能制造的发展水平而言，与工业发达国家相比仍存在很大差距。德勤有限公司与中国机械工业联合会2015 年对上百家制造业企业智能制造与信息化情况开展调研，报告显示中国智能制造尚处于初级发展阶段，仅23% 的企业进入智能制造广泛应用阶段；除在汽车及零部件行业智能设备应用程度超过90% 外，其他行业尤其是机械加工制造行业的智能设备应用程度均较低（如图所示）。造成上述差距的根源，主要是缺乏从数字制造到智能制造发展的具体技术途径指引，导致我国智能制造应用推广进展缓慢。为此我们提出利用数字化技术、智能化技术, 通过图形与数据相结合, 实现配电网的生产运行管理与辅助决策管理, 实现配网调度、生产、运行、检修、管理的科学性和数字化, 进一步改善服务质量, 提高供电可靠性, 提高供电企业的综合经济效益。为了建成上述的一体化 2 从数字化工厂到智能工厂再到智能制造 2.1 数字化工厂对于数字化工厂，德国工程师协会的定义是：数字化工厂(DF)是由数字化模型、方法和工具构成的综合网络，包含仿真和3D/虚拟现实可视化，通过连续的没有中断的数据管理集成在一起。数字化工厂集成了产品、过程和工厂模型数据库，通过先进的可视化、仿真和文档管理，以提高产品的质量和生产过程所涉及的质量和动态性能。在国内，对于数字化工厂接受度最高的定义是：数字化工厂是在计算机虚拟环境中，对整个生产过程

数字化设计与制造技术

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、参照一般系统的性能，对数字化设计制造来说，其主要性能及能力要求有哪些？(10分) 答：1）、稳定性。是指在正常情况下，系统保持其很定状态的能力。 2）、集成性。是指系统内各子系统相互关联，能协同工作。 3）、敏捷性。是指系统对环境或输入条件变化及不确定性的适应能力，对内外各种变化能快速响应、快速重组的能力。单件、多品种、小批量是市场对现代产品研制的基本生产要求。 4）、制造工程信息的主动共享能力。数字化设计制造中零件设计、工艺设计和工装设计等过程的集成和并行协同要求能同步传递，这种信息共享方式称为“信息主动共享”。 5）、数字仿真能力。是指系统对产品制造中涉及的诸多问题进行虚拟仿真的能力。 6）、支持异构分布式环境的能力。无论从不同类型设备联网还是从数据管理考虑，或是从面向全生命周期的零件信息模型考虑，均需对系统的结构体系和数据结构进行合理的综合规划与设计，实现系统分布性与统一性的协调。 7）、扩展能力。系统的扩展是通过软件工具集的扩展来实现的。二、什么是参数化设计？请说明参数化设计在产品设计中的意义。(10分) 答：参数化设计一般是指设计对象的结构形状基本不变，而用一组参数来约定尺寸关系。参数与设计对象在控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动，因此参数的求较简单。意义：在产品设计中，设计实质上是一个约束满足问题，即由给定的功能、结构、材料及制造等方面的约束描述，经过反复迭代、不断修改从而求得满足设计要求的解的过程。除此之外，设计人员经常碰到这样的情况：1、许多零件的形状具有相似性，区别仅是尺寸的不同；2、在原有罕件的基础上做一些小的改动来产生新零件；3、设计经常需要修改。这些需求采用传统的造型方法是难以满足的，一般只重新建模。参数化方法是提供了设计修改的可能性。三、CAPP系统由哪些基本部分组成？(10分) 答：传统的CAPP系统通常包括三个基本组成部分，即产品设计信息输入、工艺决策、产品工艺信息输出。 1、产品设计信息输入：工艺规划所需要的最原始信息是产品设计信息。 2、工艺决策：指根据产品、零件设计信息，利用工艺知识和经验，参考具体的制造资源条件，确定产品的工艺过程。 3、产品工艺信息输出四、数字化制造体系下的制造计划系统有哪些？(10分) 答：主要有MRP计划系统、JIT（Just In Time）计划系统、TOC（Theory of Constraint）计划系统和APS （Advanced Planning System）计划系统四个主要流派，各处蕴含的原理和方法均有所不同。 1、MRP计划系统：物料需求计划系统是一种将库存管理和生产进度计划结合在一起的计算机辅助生产计划管理系统。 2、JIT计划系统：顾名思义，JIT计划系统的核心思想是在需要的时候才去生产所需要的品种和数量，不要多生产，也不要提前生产。 3、TOC计划系统：约束理论（TOC）的指导思想实质是寻求系统的关键约束点，集中精力优先解决主

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

舰船数字化制造系统的体系结构研究

舰船数字化制造系统的体系结构研究摘要: 数字化制造以其响应快、质量高、成本低和柔性好等特点，正成为推动21世纪制造业向前发展的主流。本文在分析舰船产品研制特点的基础上，根据海军装备研制的发展需求，提出了舰船数字化制造的体系结构，介绍了舰船数字化制造系统的共享数据平台及集团公司管理控制系统、数字化试验分析系统、数字化设计系统、数字化建造系统、配套设备数字化研制系统等综合集成应用系统结构。关键词: 船舶; 舰船工程; 数字化制造; 体系结构 1引言数字化技术是以计算机软硬件、周边设备、协议和网络为基础的信息离散化表述、定量、感知、传递、存储、处理、控制、联网的集成技术。数字化制造是先进制造技术的核心，代表智能制造、网络制造、虚拟制造等先进制造技术的主流发展方向。数字化制造以其响应快、质量高、成本低和柔性好等特点，正成为推动21世纪制造业向前发展的主流。舰船数字化制造是指在计算机技术、信息技术等支撑技术的支持下，在对舰船设计制造过程进行数字化的描述而建立起的数字空间中完成舰船产品的研制过程。其实质是基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品模型，并实现产品开发全过程的数字化。因此，它的基本特征表现为:设计制造全过程信息融合及过程集成管理、数字化建模仿真与优化、面向产品全生命周期。世界先进造船国家及海军强国广泛地开展了相关技术的研究应用工作。数字化造船作为我国船舶工业信息化建设的主要内容和重点发展方向，是船舶行业应对国际竞争，实现产业结构调整与优化升级的必然选择，是贯彻落实党的十六大报告提出的“以信息化带动工业化”的重要举措，也是我国船舶工业实现跨越式发展的必由之路。本文以中国船舶重工集团公司为例介绍了舰船数字化制造系统的体系结构。 2舰船研制的特点现代军用舰船具有研制阶段多，周期长，涉及专业种类复杂，参与机构人员众多，系统性强，配套要求高，研制费用昂贵等特征，舰船的研究、设计、建造与军事需求、科学技术、国民经济等诸多方面有密切的联系。这些基本特征为它的研究、设计、建造过程带来如下特点: (1)技术密集、高度集成:舰船是一个综合武器平台，所涉及的技术领域广，包括造船、兵器、电子、航天航空、机电、材料等方面的前沿技术和工业资源;集成了空基和陆基独立使用的许多武器、电子、机械系统; (2)总体牵头、多方协作:我国军用舰船研制实行的是总体设计部门牵头的体制。由总体设计部门按照战技任务书要求，完成初步设计、技术设计(含船体设计和系统配置)方案，由系统与设备研制牵头部门按照总体设计要求，进行系统设计、集成和调试，其中设备设计制造既有设计部门承担的，也有生产部门承担的，形成一个总体—系统—设备—配套层层负责的分工协作体系。建造过程中的施工设计、工程变更也由总体设计部门负责，总体建造厂负责船体建造、设备安装、交船验收; (3)过程复杂、周期较长:一艘舰船完整的发展过程一般可分为:①预研阶段，主要包括:总体概念研究(含需求论证、作战环境分析、目标方案图像提出、技术经济可行性分析、技术路线确定等)、基础技术研究、主要系统技术预先研究等;②型号研制阶段，主要包括:战技任务制订、总体设计与建造、系统研制与集成、系统与总体试验、批产等;③使用保障阶段，主要包括:维修保障、技术改进、现代化改装等; (4)管理严格、程式周密:军用舰艇的研究、设计、建造是在国防装备与科技发展

(完整)数字化设计与制造试题及答案,推荐文档

数字化设计与制造试题及答案一、填空题 1.在全球化竞争时代，制造企业面临严峻挑战体现在时间产品质量成本服务水平和环保 2.从市场需求到最终产品主要经历两个过程：设计过程和制造过程。 3.设计过程包括分析和综合两个阶段。 4.数字化设计技术群包括：计算机图形学计算机辅助设计计算机辅助分析和逆向工程。 5.有限元方法是运用最广泛的数字化仿真技术。 6.数控加工是数字化制造中技术最成熟最、运用最广泛的技术。 7.实现数据交换的两种方式：点对点交换和星形交换。 8.计算机图形学主要是对矢量图形的处理。 9.笛卡尔坐标系分为：右手坐标系和左手坐标系。 10.常用坐标系的转换关系：建模坐标系-世界坐标系--观察坐标系--规格化坐标系--设备坐标系。 11.参数化造型的软件系统分为：尺寸驱动系统和变量设计系统。 12.仿真的对象是：系统。 13.CAPP的类型：派生型、创成型、智能型、综合型、交互型。 14.高速切削刀具的材料有;金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和硬质合金刀具。 15.逆向工程的四种类型：实物逆向、软件逆向、影像逆向和局部逆向。 16.逆向工程基本步骤：分析、再设计、制造。 17.实物逆向工程的关键技术主要有：逆向对象的坐标数据测量、测量数据的处理及模型重构技术。 18.对三坐标测量机数据修正方法：等距偏移法、编程补偿法。 19.典型的快速原型制造工艺及设备：立体光固化（SL）、熔融沉积成形(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、叠层实体制造(LOM)、三维印刷(3DP)。 20.尺寸驱动系统只考虑尺寸及拓扑约束，不考虑工程约束，变量设计系统不仅考虑尺寸及拓扑约束还考虑工程约束。 21.FMS是指柔性制造系统二、简答题 1.CAD、CAE、CAM之间的关系？答：以计算机辅助设计和计算机辅助分析为基础的数字化设计和以计算机辅助制造为基础的数字化制造，是产品数字化开发的核心技术。数字化设计与制造的特点有哪些？答：a.计算机和网络技术是数字化设计与制造的基础； b.计算机只是数字化设计与制造的重要辅助工具； c. 数字化设计与制造能有效地提高了产品质量、缩短产品开发周期、降低产品成本； d.数字化设计与制造技术只涵盖产品生命周期的某些环节。 2.窗口与视口的变换关系是怎样的？答：视口不变，窗口缩小或放大，视口显示的图形会相应的放大或缩小；窗口不

数字化车间

数字化车间数字化车间是数字化、网络化技术在生产车间的综合应用，它将数控设备与工艺设计系统、生产组织系统和其他管理系统的信息进行集成，形成综合信息流自动化的集成制造系统。从整体上改善生产的组织与管理，提高制造系统的柔性，提高数字化设备的效率。数字化车间的架构数字化车间可以分为车间生产控制和现场执行两部分，车间生产控制是数字化车间的核心，主要强调的是生产计划控制和执行。它主要完成车间的人员调配、劳动组织、生产调度、产量控制、质量控制、成本控制、工艺反馈与改进、质量分析、生产统计、定额核算、安全生产、现场管理等整个车间生产管理与执行控制任务。现场执行是数字化车间的基础，主要强调的是设备管理、现场数据采集和现场监控等真个车间设备状态和现场实时数据管理。由数字化生产设备、综合网络、数据综合管理系统建立起来的制造执行系统是数字化车间的实施核心，用以实现产品的工艺设计过程、生产管理、生产控制和资源计划管理。车间的实施核心，用以实现产品的工艺设计过程、生产管理、生产控制和资源计划管理。数字化车间建设中，数字化制造起着非常重要的作用，数字化制造提供从产品设计、工艺编制、车间计划到产品的整个加工过程的生产活动实现信息化管理。对生产活动进行初始化，及时引导、响应和报告车间的活动，对随时可能发生变化的生产状态和条件做出快速反应，重点削减不产生附加值的活动，从而有效的推动车间运行。数字化制造改善运行设备的回报，以及改善及时交货、库存周转、毛利和现金流通性。数字化车间可以缩短产品制造周期、提高数控综合应用效率，提高制造的快速响应能力，实现高动态性，高生产率，高质量和低成本的产品数字化制造。利用DNC技术提升车间网络化能力信息化时代制造环境的变化需要建立一种面向市场需求具有快速响应机制的网络化制造模式。数控机床成为现代加工车间普遍使用的设备，构建网络化数控车间生产现场的信息数据交换平台尤为重要。DNC(Distributed Numeric Control)作为一种实现数控车间信息集成和设备集成的管理系统，实现车间制造

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。

数字化设计制造技术基础

第一章 1.1数字化设计制造是现代产品研制的基本手段。 1.2先进制造技术的特征：(1)先进制造技术是制造技术的最新发展阶段；(2)先进制造技术贯穿了制造全过程以至产品的整个生命周期；(3)先进制造技术注重技术与管理的结合；(4)先进制造技术是面向工业应用的技术。 1.3设计制造技术主要表现在全球化、网络化、虚拟化、智能化和绿色化等几个方面。 1.4任何一种产品的研制过程从大的方面可以划分为设计与制造两部分。 1.5可以将产品的制造过程的基本要素抽象为产品（product）、工艺过程（process）、制造资源（resource），即PPR模型，实际的过程是三个要素相互耦合作用的结果。 1.6串行设计与并行设计： (1)串行设计的组织模式是递阶结构，各个阶段的活动是按时间顺序进行的，一个阶段的活动完成后，下一个阶段的活动才开始，各个阶段依次排列，都有自己的输入和输出。 (2)并行设计的工作模式是在产品设计的同时就考虑后续阶段的相关工作，包括加工工艺、装配、检验等，在并行设计中产品开发过程各个阶段的工作是交叉进行的。 1.7数字化设计制造基本概念： (1)数字化是利用数字技术对传统的技术内容和体系进行改造的进程。 (2)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、网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计制造的内涵是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，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数据管理是核心。 (3)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，也使制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。(4)数字化设计制造本质上是产品设计制造信息的数字化，它将产品的结构特征、材料特征、制造特征和功能特征统一起来。 1.8典型的CAD模型标准交换格式，DXF、DWG、JGES、STEP。 1.9典型的数字化设计制造应用工具系统： (1)CAD系统，AutoCAD、CATIA、UGS、Pro/E (2)CAE系统，NASTRAN、ANASYS (3)CAPP系统，CAPPFramework (4)CAM系统，在CATIA、UGS和Pro/E等CAD/CAM系统中，均包含有专门的CAM模块(5)DFx（design for x）系统，x可代表生命周期中的各种因素，如制造、装配、检测等 1.10产品数据管理（product data management，PDM）是一种帮助工程技术人员管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM 系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和信息，并由此支持和维护产品。 1.11数字化设计制造的特点：(1)过程延伸； (2)智能水平的提高；(3)集成水平的提高。 1.12数字化设计制造的性能要求：(1)稳定性；(2)集成性(3)敏捷性；(4)制造工程信息的主动共享能力；(5)数字仿真能力(6)支持异构分布式环境的能力；(7)扩展能力。第二章 2.1产品数字化模型是产品信息的载体，包含了产品功能信息、性能信息、结构信息、零件几何信息、装配信息、工艺和加工信息等。 2.2信息的表现形式主要以几何信息和非几何信息为主。 2.3设计过程的零件模型为主模型，其他模型均以主模型为基础，在此基础上进行新模型的构建。 2.4产品设计阶段的模型： (1)概念设计阶段模型：主要从功能需求分析出发，初步提出产品的设计方案，此时并不涉及产品的精确形状和几何参数设计。概念设计模型包括产品的方案构图、创新设计等。从数字化角度看，概念设计师在一定的设计规范下，以方案报告、草图等形式完成设计的。 (2)零件几何模型：几何模型是产品详细设计