数字化控制与制造技术精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇数字化控制与制造技术，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：数控机床；自动化；设计；制造

长期以来，世界诸多国家都非常重视机械制造产业，甚至将其作为国家经济发展水平与工业化水平的重要衡量指标。步入新时代以来，精密化已成为机电产品的发展趋向，尤其是数控技术的诞生与广泛应用，为设备的自动化作业与运行提供了至关重要的技术支撑，也为加工的柔性与高效率提供了关键性条件，促使机电制造业从传统的人工作业转向了智能化、自动化与集成化的现代作业。所以，本文针对数控机床自动化设计与制造的研究，具有一定的理论意义与经济价值。

1数控机床与数控机床自动化的基本概述

数控机床的概念。数控机床的全称为数字控制机床，英文名为Computernumericalcontrolmachinetools，数控机床为简称，指的是装有程序控制系统的一种自动化机床。其中，动化程序控制系统可以对具有控制编码与其他符号指令规定程序予以逻辑性的处理，并能够通过代码化形式对其译码进行数字式的表示，并通过一系列信息载体进行数控装置的输入。究其原因，数控机床属于集信息、微电子、液压、机械等多领域原理与技术为一体的机电产品，所涵盖的内容十分丰富，即便是在机械制造设备体系的整个领域中，也属于自动化水平高、效率高、精度高的工作母机。[1]与大众机床相比，数控机床独具特色，不需要对夹具、模具进行更换与制造，也不需要对机床进行常态化的调整，故而数控机床在技工零件需要高频率更换的状态下更为适用，这样能够大大缩短生产准备周期，并节约工艺装备所需的大量成本费用。与此同时，数控机床的加工密度通常可达到0.05~0.1mm，且控制方式为数字信号模式，每当数控装置将一脉冲的信号输出之后，机床就会移动部件一脉冲的当量，尤其是在此过程中由机床传送给传动链的丝杆螺距和反向间隙的误差平均值可以通过数控装置予以曲补偿，故而数控机床与传统机床相比，其精度更高。在工业生产能力与社会经济发展水平的评估体系中，数控机床的发展程度以及数控机床在金属切削加工机床产量中的占比也是可供参考的重要评估指标。由此可见，数控机床对工业的健康可持续发展有着不可替代的价值与影响。数控机床的自动化内涵。在当前机床控制技术领域，数控车床自动化的应用范围十分广泛，但其更多的应用于盘类零件或轴类零件等诸多切削加工作业中，如轴类或者盘类零件的复杂回转内外圆柱和曲面、内外圆柱面、圆锥螺纹、任意锥角的内外圆锥面等，同时还需要完成镗孔、铰孔、扩孔、钻孔、切槽等一系列作业程序。从本质上讲，数控机床自动化主要是前期予以设定好的具体加工流程，然后自动实现快速的零件加工程序。[2]在实际操作过程中，数控机床自动化技术工作者会根据零部件的加工路线、技术、位移量、工艺参数、辅助功能、切削参数等方面的指令性代码予以高度整合，进而设计编制出有机统一的详细加工程序单，罗列到该程序单上的有关内容能够被进一步转移到相关控制介质层面，进而最终在特定数控装置内部进行录入，此时加工作业指导任务也就完成了。借助于数字化技术，数控机床自动化控制的应用规模占数控机床总量的25%左右，是应用范围最广、普及程度最高的技术类型之一。

2数控机床自动化设计与制造的优势

2.1减少机械制造所需成本。在以往的传统机械制造领域，诸多工业类企业惯于借助人工操作方式实施工业产品的加工、生产与机床的制造等，因受多方面客观因素的制约，导致人工操作的失误率较高，机械制造质量与效率偏低，同时庞大繁重的工作量又同时给广大工人带来了巨大的压力，促使其很容易发生疲劳状态下生产作业的现象，这对生产制造的整体工作成本产生了直接影响，促使生产成本费用大大增加，而企业经济效益也随之显著下降，市场竞争力也会弱化。然而，科学应用自动化技术，不仅可以有效弥补人工操作的多种不足之处，而且可以最大程度保证工业生产的质量与效率，且能够促使产品精度更优更高。2.2提升机械制造质量与效率。随着数控机床自动化技术的积极推广，工业领域中的机械制造自动化水平也随之迅速提升。同时，因产品生产能够通过预设程序对自动运作进行指导，使得生产实际效率在无形之中得到优化与提升。加之，自动化技术的广泛普及促使机械设计和制造技术得到大幅升级，进而在很大程度上规避了传统机械制造模式带来的消极影响，机械制造的质量和制造效率都得到明显升级。2.3增强机械制造的资源利用率。自动化技术作为机械加工和机械制造流程中的重要技术资源之一，本身就具有人工操作所无法比拟的独特优势，如对人力资源的节约、降低物力和财力资源的消耗等。与此同时，还能够通过多方面的自动化技术推广、资源调配与优化使用得以最大化实现，有效增强了机械制造的资源利用率。

3数控机床自动化设计与制造路径

3.1数控机床的主体设计与加工主轴。数控机床的主轴回转精度的实际参数值的大小，对最终的加工精度有着直接影响，主轴的回转精度参数值高则加工精度高，主轴的回转精度参数值低则加工精度低。与此同时，主轴的回转速度和运行功率的参数，也是影响加工效率的重要因素和关键。[3]与传统机床制造不同，数控机床的主轴变速自动化水平以及定位的精准性等，都对数控机床的自动化水平高低有着决定性的影响（如图1所示）。究其原因，主轴箱主要负责机床的自动调速。截至目前，机械传动式的变速装置已经被取代，大范围推广与使用的是无级自动化调整，自动化加工程度大幅提升。导轨。数控机床中的导轨主要负责引导和控制加工任务，是保证加工运动精准性的核心与关键，更是促进车床精度加工实现的重要部件。目前，我国在数控机床领域中多采用金属型的滑动导轨，对于部分特定的数控机床，则采用新型的贴塑导轨。[4]与传统导轨相比，贴塑导轨优势十分突出，尤其具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，最为突出的就是性极好，且摩擦系数较小。3.2数控机床的伺服系统和数控装置与普通机床不同，数控机床配置了伺服系统和数控装置，同时机床检测装置也能对制造的全部过程进行测试与监督，而数控装置在整个运作系统中起着至关重要的调配作用，伺服系统则需要对数控机床进行配合完成作业。具体而言，数控装置的重要组成部件为计算机系统，其核心功能在于接受信息，再经对其他系统的精确调配和处理实现制造过程按照既定指挥有序执行，而数控装置则用以反馈信息并发出新的指令。伺服系统。传统的普通机床借助于伺服电机对机床进行驱动，进而完成作业加工，这一机构就是所谓的伺服机构。[5]但数控机床主要是借助于运算电路产生强烈的脉冲信号，并通过这些信号实现驱动电路控制的伺服系统。数控机床中的伺服系统能够将具体指令传送给元件、其他设备或指示电路，进而实现精准一位，其在生产与控制数控机床的过程中发挥着重要角色。

综上所述，数控机床能够有效促进产品的高效率生产，提升零件设备的精密度，并减小劳动强度，一定程度上为研发机电新产品节约了诸多人力与物力等，大幅增强了相关企业的竞争力。尤其是近些年来，我国在数控机床领域取得了一定成绩，不仅产量显著上升，而且质量明显改善，特别是在技术方面的重要突破，更是推动着我国数控机床行业进入快速发展轨道。然而，当前我国在数控机床方面的相关技术还有较大的创新与改进空间，自动化程度依然偏低，因而加大数控机床自动化设计与制造力度具有深远意义。

参考文献：

[1]张敬华.机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用分析[J].科技风，2019（09）：62.

[2]郑宏栗.浅析机械设计制造及其自动化中计算机技术的应用[J].科技风，2019（09）：66.

[3]赵小慧.现代机械设计的创新设计理论与方法[J].内燃机与配件，2019（06）：170-171.

[4]林晓慧.计算机辅助技术与机械设计制造的结合[J].科技风，2019（08）：81，90.

[5]王煜，叶赛，范文涛.基于粒度结构分析的数控机床制造信息资源自动化检测方法[J].制造业自动化，2019（12）.

[6]沈烈初.数控机床与工具：装备工业的母机、智能制造的基础[J].制造技术与机床，2018（10）.

[7]韦建军，李派霞.经济型数控机床安全防护门自动化改造的研究与实践[J].装备制造技术，2018（08）.

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关键词：安全自动化 机械制造 控制系统

中图分类号：C35 文献标识码： A

1、引言

机械的安全性能一般就是指在机械安全使用说明书规定下，在正常的使用条件下执行其功能时不产生伤害工人身体健康的性能保证。但事实上任何一台机械都有存在风险，在操作不适当的时候，更会直接导致危险，而这些危险都会进一步导致安全事故的发生、对操作人员造成伤害。一般来说，事故的发生原因主要有两个方面：操作人员人的不规范操作和机器的不安全状态两个因素有关。当发生一起机械安全事故的时候，人们关注的.追究的是入的不规范操作行为。而对机械本身的不安全状态考虑甚少。

2、安全控制系统与安全现场总线系统的基本内涵

2.1安全控制系统

安全控制系统是指在机械运行、停止时以及操作期间对生产装置提供安全保护。这种安全系统在工厂装置本身出现危险或人为原因而导致危险时，能够立即做出反应并输出正确信号，使装置安全停车，以防止危险的发生、事故的扩散或者降低事故的危害性。它包括了现场的安全信号，逻辑控制单元和输出控制单元三个主要的方面。

安全控制系统与控制系统属于两个完全不同的概念。控制系统是一个动态的系统，它时刻监控系统中的运行相关的参数，并根据系统逻辑进行相应的输出控制，保证机械的正常运行。安全控制系统是一个静态的系统，其监控系统中的安全相关的参数。在系统正常运行期间，安全控制系统不作出任何响应。但是当系统出现异常、或安全相关信号被触发，安全控制系统立刻夺去系统的控制权，根据其内部逻辑，对输出设备进行安全控制，从而保证了整个系统的安全。

安全控制系统中的逻辑控制元器件是决定整个安全控制系统安全等级、设计成本、运行质量的重要因素之一。在安全自动化领域，常用的安全逻辑控制元器件包括有安全继电器模块、安全可编程控制系统和安全总线系统。针对不同的应用场合，这些安全逻辑元器件可以配置成合适的安全解决方案。

2.2安全现场总线系统

现场总线控制系统技术是20世纪80年代中期在国际上发展起来的一种崭新的工业控制技术。现场总线控制系统的出现引起了传统的PLC和DCS控制系统基本结构的革命性变化。现场总线控制系统技术极大地简化了传统控制系统繁琐且技术含量较低的布线工作量，使其系统检测和控制单元的分布更趋合理，更重要的是从原来的面向设备选择控制和通信方式转变成为基于网络来选择设备。

通俗的讲，现场总线是用在现场的总线技术。传统控制系统的接线方式是一种并联接线方式，由PLC控制各个电器元件，对应每一个元件有一个I/O口，两者之间需要用两个线进行连接，作为控制和/或电源。当PLC所控制的电器元件数量达到数十个甚至数百个时，整个系统的接线就显得十分复杂，容易搞错，施工和维护都十分不便。为此，人们考虑怎么样把那么多的导线合并到一起，用一根导线来连接所有设备，所有的数据和信号都在这个线上流通，同时设备之间的控制和通信可任意设置。因而这根线自然地被称为总线，就如计算机内部的总线概念一样。由于控制对象都在工矿现场，不同于计算机通常用于室内，所以这种总线被称为现场的总线，简称现场总线。

在机械制造领域，对于采用现场总线的安全控制系统，必须具有失效安全功能。当现场设备，如传感器、电缆、控制器或触发器在发生障碍、错误、失效的情况下，应该具有导致减轻以致避免损失的功能，以确保人员和机器的安全，这个要求就是失效――安全原则。

失效――安全狭义概念是指：当设备发生故障时，能自动导向安全一方的技术；广义概念是指：当设备发生故障时，不仅能自动导向安全一方，而且具有维护安全的手段

3、机械制造控制系统安全自动化技术的应用

3.1安全自动化控制系统在钢铁制造业中的应用

钢铁制造是典型的机械制造业，并且具有一定的危险性，在其生产过程中，钢板的开卷、剪裁以及冷轧生产线，如果操作不当，很容易对生产工人造成伤害，在钢铁的冷轧生产线上，其生产原料是热轧带钢，而热轧带钢生产过程中，需要经过轧制与冷却工艺的加工，这会在其表面形成一层氧化铁层，为了保证生产工人的安全，必要在实施冷轧之前，将其表面的氧化铁膜予以清除，清除的过程中可以应用酸洗的方法来进行，使后续的生产工艺在干净的金属表面来进行，这样才能保证机器的正常运转，在该环节中，制造工艺是相对比较复杂的，对该过程中的安全性能具有较高的要求，并且很多步骤都需要技术人员及生产工人进行现场的装载、清洗、调试、检测等，在钢卷的轧制、测厚、小车移动、乳酸喷射、再卷、开卷等过程中，如果机械设备出现故障，或者是人为操作不当，很容易对相关的工作人员产生辐射、拖拽、灼伤、缠绕、冲击、碰撞、切割等伤害。

由此可见，采取有效的安全防护措施来保证机械设备及相关工作人员的安全，降低生产风险是非常必要的，在钢铁制造业的安全保护系统中，主要的工作内容是保证生产现场所有的安全功能，一旦发现系统中出现相应的故障，应该立即将相关的输出进行自动的切断，使得机械设备能够安全的停止，如，依据生产的需要，工作人员进入到机械工作区域进行调试、清洗、维修等工作时，为了保证工作人员的人身安全，应该对现场的安全隐患进行全面的分析，并在安全自动化控制系统中，进行相关的设置，保证在危险来临时，安全自动化控制系统能够对工作人员实施有效的保护。

3.2安全自动化控制系统在汽车制造业中的应用

相对于其他行业的机械制造业生产，汽车制造业中的总装、涂装、焊装、冲压等制造工艺具有一定的危险性，尤其是其中的冲压工艺，是所有汽车制造所有制造工艺中最危险系数最高的，在步骤的生产过程中，对其安全性能具有非常高的要求，所以在冲压车间中，也应用了比较多的安全自动化控制技术，在汽车制造的高速冲压生产过程中，生产工艺比较复杂，在正常的机械生产过程中，不仅要保证其工艺功能，保证各个生产线的生产安全是非常重要的，其中包括机械设备的运行安全与工作人员的人身安全不受损害。

对汽车制造业应用有效的安全自动化技术，保证生产安全，主要可以从以下几方面进行：

（1）双手控制设备，当工作人员在进行相关的具有安全隐患的操作时，为了防止出现危险，强行的使工作人员进行双手操作，并且要在操作的过程中工作人员要处于制定的安全操作范围中，系统才能响应其操作，这对于保证工作人员的人身安全具有非常重要的作用。

（2）紧急停止装置，该装置能够对无意之间进行的设备的重新启动予以阻止，在一些老旧设备中，由于不具备锁定功能，如果对启动按钮进行了误动作，将会直接导致设备的重新启动，非常的危险。

（3）防护安全门设备，工作人员在压机内工作时，具有一定的危险性，为了对工作人员实施有效的保护，应用可移动的防护门设备是一种非常好的保护手段，该设备的主要工作原理时，在相关机械设备的危险动作停止之前，限制工作人员进入到危险区域中，这对于工作人员的人身安全具有非常好的保护作用。

结束语

总之，基于安全自动化控制系统、技术在机械制造领域的科学重要性、优质内涵我们只有开展机械制造业控制系统安全自动化技术的深入研究，明晰安全总线系统要求，实施有效的安全实践策略，才能确保机械制造业生产经营的安全有序，并促进其实现可持续的全面发展。

参考文献

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数控机床较传统机床具有利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多座标联动，易加工杂曲面。对加工对象具有“易变、多变、善变”特点，换批调整方便，可实现杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化需求。

数控机床利用自身硬件和软件相组合，实现信息反馈、补偿、自动加减速等功能，可进一步提高机床加工精度、效率、自动化程度；是以电子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制造系统，如FMS、FTL、FA，甚至将来的CIMS能最大限度提高工业生产、劳动生产率。

数控机床运动精度动态

测试技术及装置研究

项目简介：该测试仪可对多系统进行测试。针对数控机床加工、检测、研制、开发了基于CAN现场总线以及CORBA网关的网络化加工管理系统，测试数据和图形可通过CORBA网关与Intranet或Internet相连，用户可直接在WEB网页上浏览到相应机床的运行状态。该测试仪对数控系统测试可以对购买数控系统的生产厂家提供可靠的参考。该测试仪也是将计算机技术与现场总线技术应用于工业测试领域的成功研发。该测试仪综合了前期开发经验，实现了测试仪独立化、小型化、网络化，并使用简洁、方便，该测试仪成本较低。

所处阶段：成熟应用阶段

意义：该现场测试仪如能推广到多机使用，具有较高经济价值及广阔市场前景，对提高我国机床加工精度也很有帮助，对普及高精度的数控装置也大有裨益。

CK6280A、CKA6480

数控机床研究开发

项目简介：该项目开发了应用于高温合金盘环零件加工的大功率、高强度、高刚性机床。完成了高强度、高刚性、高精度机床导轨、主轴箱、进给部分设计，高性能数控系统与机床匹配设计及强电设计。

该产品主要设计参数：床身最大回转直径：Ф800mm，马鞍内最大回转直径：Ф1020mm，最大切削力20000N，控制联动X、Z两坐标，定位精度X轴0.014mm、Z轴0.028mm，重复定位精度X轴0.006mm、Z轴0.011mm，系统最小设定单位0.001mm，零件程序存储容量1.5MB。

所处阶段：成熟应用阶段

意义：该项目开发填补了国内同规格数控车床的空白，已广泛应用机发动机零件等特殊材料、精密加工领域。

数控机床多媒体教学软件

项目简介：该软件建立了虚拟三维数控机床及其控制面板，采用标准数控代码进行编程。使用该软件，学生就像在操作一台真正的数控机床―手动操作、对刀、编程及进行数控加工，在直观的动画环境下，轻松地学习数控机床的操作、编程与加工。该软件将研究人员多年开发、应用数控机床的经验与现代计算机软件技术融为一体，使用简洁，画面逼真，真正实现了“Windows平台下三维仿真数控模拟加工”。

所处阶段：中期阶段

意义：该软件可以安装在机房的计算机上，学生每人一台进行实验；教师也可以使用该软件辅以多媒体投影仪进行课堂教学，取得良好的教学效果。

数控机床多轴联动集成控制系统

项目简介：针对专用数控机床数控加工多轴联动集成控制系统进行了技术攻关研究，包括控制系统的硬件技术、软件技术、集成控制技术、空间包络自动编程等多项核心技术。研制了以Windows为软件开发平台，以具有高性能伺服运动的DSP控制器为控制核心、以通用工业PC机为管理核心的多功能集成数控系统。

所处阶段：初期阶段

意义：该类集成数控系统是与通用数控系统不同技术类型的新一类数控系统，在多种专用及特种数控机床上将弥补通用数控系统的不足，满足了螺杆数控加工行业的发展需求，取得了巨大的经济效益和社会效益。

高速数控机床大功率

电主轴单元技术

项目简介：该项目研制了数控机床用大功率、高速陶瓷轴承电主轴单元样机；研究了数控机床电主轴单元的设计方法、制造工艺及精密装配技术；完善和提高电主轴用高精度氮化硅陶瓷球轴承的制造技术；研究了高速电主轴单元的技术、内冷却技术；研究了电主轴动静态性能及其电主轴动平衡技术；研制了基于PMAC－PC的零件圆度误差测量系统；设计了精密加工系统，实现了对圆及非圆零件的精密加工。

所处阶段：成熟应用阶段

意义：该成果为高速高效机床主轴系统及自动化生产线提供关键性基础部件；为主机厂提高国产化率、降低成本、增强市场竞争力做出了贡献；对我国高档数控机床的研制开发工作以及机械制造技术进步和理论发展都具有十分重要意义。

大型镗铣数控机床及关键技术开发

项目简介：该项目通过采用液压补偿机构，液压缸由比例电磁阀控制，根据滑枕悬伸长短动态调整平衡力，解决了滑枕悬伸下垂这一难题，使滑枕移动直线度控制在全行程内0.02mm；产品传动部件采用滚珠丝杠副，移动部件采用矩形滑动钢导轨，导轨正面贴塑，并配有滚动卸荷机构，侧面采用线性滚动体导向，导轨为滚动滑动复合导轨，实现了较高的定位精度；采用交流伺服电机驱动，传动部件采用双蜗轮蜗杆消隙传动，精密定心轴承定位和支撑，回转圆导轨采用聚四氟乙烯导轨板，为滚动滑动复合导轨；自动万能铣头由液压缸实现牙盘的脱开与啮合来完成A/C轴的自动定位，A/C轴具有角度记忆功能。

所处阶段：中期阶段

意义：该产品总体技术指标达到了国际先进水平，将为企业带来明显经济效益。

产品数据管理系统及其在数控机床制造行业应用

项目简介：该项目主要是关于产品数据管理及其在数控机床制造行业的应用，在锻压数控加工设备的制造中，采用产品数据管理技术，不仅可以实现设计流程管理，图档管理，而且可以加强设计数据库的保密与安全性，同时为企业信息化提供集成平台，项目所应用的产品集聚了我国数控设备制造企业产品数据管理的特点和应用特色技术，尤其是在与三维设计数据的集成应用方面突破国内传统产品数据管理仅基于二维图纸数据的应用局限。

所处阶段：中期阶段

意义：项目的实施对我国制造业信息化工程，制造业信息化自主软件的发展，数控机床制造行业的信息化应用均具有十分重要意义和技术供鉴价值。

基于嵌入式技术的数控机床群控系统

项目简介：该项目开发了基于嵌入式技术的数控机床群控系统。本系统以开放的以太网络为平台，采用嵌入式工控计算机技术为DNC终端枢纽，为企业搭建数控生产的信息化管理平台，实现了CAPP系统、刀具管理系统、生产管理系统、质量管理系统等资源的有效集成。该系统按中心总服务器和车间服务器两级进行配置，每台数控机床配备一台DNC智能终端，便于升级扩展；可实现数控机床联网的数控系统包括FANUC、三菱、HEIDENHEIN等。

所处阶段：成熟应用阶段

意义：该项目对机械加工车间的自动化及集成化生产管理方面有重要的理论意义和实用价值。

开放式结构数控系统研究开发与数控机床配套产业化应用

项目简介：该产品为首次独立开发完成的开放式、全功能数控系统。在软硬件的设计上应用标准化和模块化原则，将PC与运动控制卡相结合，使产品具有开放性，便于用户进行功能扩展和二次开发；采用图形化软功能键菜单，屏蔽与主菜单当前功能不相关的操作，使得机车面板操作按钮减少，界面简洁友好，易学易操作；将多媒体技术融合到数控系统的使用、操作、培训、维护和故障诊断中，借助于文本、声音、图像和动画，改善数控系统的可操作性和可维性，有效降低用户的难度，降低使用成本。

篇4

关键词：船舶建造；数字化；信息技术

中图分类号：U673 文献标识码：A

1.什么是船舶建造数字化

船舶建造数字化是以数据处理、图形图像、虚拟现实、数据库、网络通信、数字控制等数字化技术为基础，将数字化技术全面应用于船舶的产品开发、设计、制造、管理、经营和决策的全过程，使船舶产品的设计和生产向着自动化、精细化、柔性化、智能化的方向发展。通过数字化技术与现代管理思想和先进工程方法的融合，形成船舶制造业信息化的完整体系，实现对造船业的信息化改造，使得造船企业全面提升产品的研发、生产能力，降低生产成本，缩短设计、生产周期，提高产品质量。

2.船舶建造数字化技术的内涵

船舶建造数字化技术主要体现在如下3个方面：

2.1 CAX（计算机辅助技术）

CAX（计算机辅助技术）是CAD（计算机辅助设计）、CAE（计算机辅助工程）、CAM（计算机辅助制造）和CAPP（计算机辅助工艺计划）的统称。

（1）CAD（计算机辅助设计）指在计算机及可视化设备为基础的专业化计算机系统的支持下，帮助设计人员进行设计工作。可以在CAD系统的辅助下完成从合同设计开始的一系列设计工作，建立产品数字模型，进行工程计算和分析，生成和绘制工程图，生成物料清单等。

（2）CAE（计算机辅助工程）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。

（3）CAM（计算机辅助制造）是将计算机应用于生产制造的过程或系统，其核心是计算机数值控制（简称数控NC）。有狭义和广义两个概念。CAM的狭义概念指的是数控，包括数控机床、数控加工中心、数控生产流水线、数控火焰或等离子切割、激光束加工、自动绘图仪、焊机、机器人等；广义概念还包括制造活动中与物流有关的所有过程（加工、装配、检验、存贮、输送）的监视、控制和管理。

（4）CAPP（计算机辅助工艺计划）是通过计算机进行产品加工的工艺路线制定、工序设计、加工方法选择、工时定额计算，包括工装、夹具设计、刀具和切削用量选择等，生成必要的工艺卡和工艺文件等。CAPP是连接产品设计CAD信息和加工制造CAM信息之间工艺信息的桥梁，是生成各种加工制造，管理信息的重要环节。

2.2 企业业务技术过程与信息管理

通常包括PDM/PLM/ERP/MES/CIMS等。即产品数据管理PDM、产品生命周期管理PLM、企业资源计划ERP、制造执行系统MES、计算机集成制造系统CIMS等。它们通过信息技术与现代管理理念的融合，使人、资源、技术、管理等要素有机地结合起来，从而实现设计及生产过程管理的精细化和企业资源利用的优化。

2.3 数字化装备

软硬件相结合的数字化装备，如NC（数控设备）、FMS（柔性制造系统）、Robot（机器人）等通过数字控制形成的生产自动化装备。这些设备通过离散的数字信息控制设备或传动装置的运行，实现生产加工的自动化。

3.船舶建造数字化技术的发展历程

3.1 单项技术的企业部门级应用阶段

该阶段主要是单项技术，如数值计算技术、CAD/CAE/CAM技术、数控技术以及各种部门级的管理信息系统，如财务、人事、OA、物资等管理系统在企业部门的局部范围内的应用。部门级数字化技术的应用作为一种技术手段对提高设计和生产效率、提高产品质量发挥着重要作用。

3.2 企业内综合应用集成阶段

这一阶段是由企业内的信息集成、过程集成到应用集成。通过信息集成保证了系统间信息的一致性，通过应用集成使企业内部的各种信息系统组成了一个有机的整体，大幅提高了数字化技术应用的整体效益，使得企业设计、生产、经营、管理的各种业务活动得以协调运行，大大提高了企业的生产能力。

3.3 企业间的应用集成阶段

由于互联网技术的快速发展，促使电子商务、供应链管理、协同设计、敏捷制造等一些基于互联网技术的新型管理思想和管理方法得以实施，使得船舶这种具有大量配套设施的高度复杂产品的制造能够实现跨地域的专业化企业间的协同运作，使产品能够快速地、柔性地应对用户的需求。

自20世纪60年代末将计算机用于船舶线型放样开始，我国船舶行业信息化已历经40多年，国内造船业经过不懈的努力，使得造船数字化技术已逐步渗透到造船业价值链的每一个环节，引进或自主开发了各种各样的信息系统，已广泛应用于船舶设计、建造和管理过程中。国内一些骨干造船企业和研究院所已开始引进虚拟仿真技术，开展船舶和海洋工程的产品虚拟设计和建造过程模拟等研究。

4.船舶建造数字化技术体系

制造业数字化技术是以现代设计制造的工程方法和先进制造理论为依据，以数字化技术为手段，面向产品全生命周期，理论方法与应用技术相结合的一个复杂的技术体系。

4.1 现代制造理论与数字化技术基础

主要有计算机集成制造、并行工程、精益生产、敏捷制造、大批量定制等现代制造理论，以及建模技术、仿真技术、优化技术、集成技术等数字化技术紧密结合，形成了其技术理论基础。

4.2 数字化基础环境

主要包括计算机系统及系统软件、数据库管理系统及相关技术、网络系统及相关技术、信息安全体系、信息标准化体系等。

4.3 数字化产品开发设计技术

主要包括产品需求分析、设计开发、生产制造等各个阶段中，为分析和解决产品设计和制造过程中的各种问题而提供的数字化的技术方法和应用工具，如单项应用技术CAD、CAE、CAM、VR等，过程管理和集成平台PDM、仿真及优化应用等。

4.4 数字化制造技术

主要有数字化生产计划与制造执行控制、数字化工艺过程、数字化装备、数字化制造单元、基于数字化的生产系统综合集成等。

4.5 数字化管理技术

主要包括现代企业管理模式、集成化管理与决策信息系统、企业资源计划与管理系统、企业生产项目管理系统、企业间协作的供应链管理与电子商务技术、企业质量管理的相关技术及企业管理系统的应用实施过程及方法等。

船舶建造数字化技术是制造业数字化技术针对船舶制造的特点和具体要求的实际应用。船舶建造数字化技术体系包括现代制造与数字化技术基础、船舶产品的数字化设计技术、数字化制造技术、数字化管理技术和一体化集成技术，此外，还有数字化基础支撑环境与相关技术等。

（1）船舶产品数字化设计技术以三维建模技术、数值计算技术、CAD、PDM、并行协同技术等数字化技术为基础，按照船舶设计不同阶段及不同专业的规范和技术要求，形成船舶各设计阶段的数字化技术。

（2）船舶产品数字化制造技术以MES、CAPP、NC、过程仿真等数字化技术为基础，根据现代造船模式的要求，形成制造执行层面的船舶数字化制造技术。

（3）船舶产品数字化管理技术则是将制造业先进的管理理念和方法与数字化技术相融合，按照船舶生产管理特点，形成船舶制造数字化管理技术。

（4）一体化集成技术则是进一步在设计、制造、管理等数字化技术应用的基础上，实现信息的集成和应用的集成，达到工程的并行和协同。

上述数字化技术的研究、开发和应用需具备相应的基础环境，需要解决一些相关的关键技术，如信息标准化、编码体系、产品数据库、企业资源数据库、集成平台、信息安全体系等。

5.船舶建造集成系统

船舶建造集成系统涵盖船舶建造企业的设计、制造、管理的主要业务过程：

（1）设计方面主要包含船、机、电、舾装、涂装等专业门类的设计CAD系统、船舶设计虚拟仿真系统，以及结合生产工艺要求的各个专业的生产设计系统。设计系统生成的设计数据通过PDM（船舶产品数据管理系统）存放并管理，以PDM作为平台，为船舶制造系统和管理系统提供有关产品信息的共享。

（2）船舶建造和管理系统通常包含工程计划管理、物资与物流管理、成本管理、财务管理、质量管理、企业资源（设备与人力资源）管理，以及MES（制造执行系统）等。

（3）制造执行系统控制车间级的生产制造执行过程，如造船精度管理、资源日程计划、作业安排与执行实绩反馈等。制造和管理系统根据企业经管计划和产品生产设计的要求制订工程计划、采购计划、生产计划和其他生产准备工作，通过制造执行系统贯彻实施生产作业过程。

结语

随着信息技术的飞速发展，制造业的新思想、新方法、新技术层出不穷、日新月异，船舶建造业应该紧跟现代科技潮流，不断创新，以实现船舶建造技术的跨越式发展。

参考文献

[1]姜波.船舶制造企业项目成本管理问题及优化研究[J].现代商业，2009（26）：178-178.

篇5

航空饭金工装数字化设计制造技术

与其他加工制造方法相比,饭金件的数字化设计制造有自身的特点。饭金件并非一次成形,它的制造过程包括多个工序,因此饭金件的数字化定义不仅包括零件本身的定义,更包括工序件的定义和优化。为了保证制造精度,必须根据零件形状、成形工艺、材料特性等进行成形过程中工艺数模的定义,作为工序间的制造依据和检测依据。其次,饭金件成形是塑性变形过程,无法完全定量控制。再次,饭金成形过程中需控制的主要是成形力、温度等工艺过程参数,而非坐标等几何参数,控制难度更大。由于材料性能的不稳定性和随机性,使工艺参数设计和成形过程精确控制十分困难。因此必须从成形工艺开始直至工装模具试压交付整个过程进行研究,形成饭金件数字化设计制造的解决方案,建立饭金的数字化设计制造体系。饭金数字化设计制造包括工艺数字化设计、数字化工艺数模(即制造模型)、工装数字化设计、工装模具数字化制造等内容,这些内容以产品数模库、产品工艺数据库、工艺数模库、模具设计知识库、标准件库、成形分析/仿真库等共享数据为支撑,通过数据接口与相关部门进行数据交换,由数据管理系统进行管理,进行系统集成,实现并行设计制造,从而提高饭金模具设计质量,缩短制造周期。饭金的数字化设计制造技术工艺设计和制造模型的定义是核心,应该进行以下方面的工作:建立企业共享数据库。饭金件设计是典型的知识需求密集的过程。企业在以往的制造过程中积累了大量关于饭金材料性能数据、典型流程、工艺参数等经验及试验数据,这些数据转化为共享知识,建立模具工艺知识数据库,有助于提高饭金工艺设计的效率和成形质量。此外还有模具设计知识数据库、模具数字化分析数据库等。研究饭金件制造模型定义方法,建立毛坯和工艺模型的专用计算工具,为工装设计、工艺参数设计、数控编程等提供数据源,以满足零件精密成形的需要。图1中,成形模具的外形制造依据为制造模型中的成形工艺模型而不是零件原始数模。成形工艺模型考虑了零件的回弹等因素,对型面和尺寸进行了合理的预修正。以制造模型为框肋零件橡皮囊液压成形工艺过程的数据源,改变了反复试错的制造方式,简化了模具设计的工作,减少了人为不确定因素的影响,提高了模具设计的效率,同时可保证零件成形后的精度,提高零件制造的质量,实现零件的精密、快速和低成本的制造。图1框类零件橡皮囊液爪成形过程飞机蒙皮柔性工装是数字化制造的一个典型案例。图2所示是一种柔性多点吸盘式夹持工装系统,采用数字量传递的蒙皮制造技术,与工艺数字化和数控设备结合很容易实现蒙皮零件的数字化生产,使工装制造周期大幅减少,生产效率显著提高。模具外形调整在10分钟之内可以完成,对于多品种小批量蒙皮零件的生产具有独特优势。国内北京航空制造工程研究所已经开展了这方面的工作5:。

国内航空公司的饭金工装数字化设计制造