数字化控制与制造技术精选(十四篇)

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14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

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[关键词]数字制造；离散化；数字化；建模

中图分类号：P231.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0359-02

1 数字制造的概念

1.1 数字制造的内涵与定义

数字制造被认为是一种可以减少生产时间、成本，而且可以照顾用户的个性化需求、提高产品质量、加快对市场的反应速度的技术。大的汽车和飞机生产商在探索利用先进的三维虚拟软件、虚拟现实技术以及产品生命周期管理系统（PLM）的数字制造，它不仅帮助制造过程的实施，也有利于在产品开发阶段了解产品是否能在可承受的成本内制造。数字制造是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的，其内涵是：（1）以CAD/CAM/CAE为主体的技术；（2）以MRP Ⅱ（Manufacturing Resources Planning，制造资源计划）、MIS（Management Information System，管理信息系统）、PDM（Product Data Management，产品数据管理）为主体的制造信息支持系统；（3）数字控制制造技术。数字制造技术是数字化技术和制造技术融合形成的，且以制造工程科学为理论基础的制造技术的重大革新，是先进制造技术的核心。数字制造的定义，指的是在虚拟现实、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的整个制造过程。也就是说，数字制造实际上就是在对制造过程进行数字化的描述而建立起的数字空间中完成产品的制造过程。

1.2 几种数字制造观

1.2.1 以控制为中心的数字制造观

数字制造的概念，首先来源于数字控制技术（NC或CNC）与数控机床，这是数字制造的重要的基础。随着数控技术的发展，先后出现了对多台机床用一台（或几台）计算机数控装置进行集中控制的直接数字控制（DNC） ，可以加工一组或几组结构形状和工艺特征相似的零件的柔性制造单元（FMC），以及将若干柔性制造单元或工作站连接起来实现更大规模的加工自动化就构成了柔性制造系统。以数字量实现加工过程的物料流、加工流和控制流的表征、存储与控制，这就形成了以控制为中心的数字制造观。

1.2.2 基于产品设计的数字制造观

正如数控技术与数控机床一样，CAD的产生和发展，为制造业产品的设计过程数字化和自动化打下了基础。将CAD的产品设计信息转换为产品的制造、工艺规则等信息，使加工机械按照预定的工序和工步的组合和排序，选择刀具、夹具、量具，确定切削用量，并计算每个工序的机动时间和辅助时间，这就是计算机辅助工艺规划（CAPP）。指出数字制造近年来还融入了CAPE（Computer Aided Production Engineering），这是一种新的计算机辅助工程环境，制造过程的环境信息可以被工程师应用到今后的制造系统及其子系统的设计和实施。

1.2.3 基于管理的数字制造观

从数字制造的概念出发，可以清楚地看到，数字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。在数字制造环境下，用户和企业在广域内形成了一个由数字织成的网，个人、企业、车间、设备、经销商和市场成为网上的一个个结点，由产品在设计、制造、销售过程中所赋予的数字信息成为主宰制造业的最活跃的驱动因素。

另一方面，数字制造包含了以控制为中心的数字制造、以设计为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。当前，网络制造是数字制造的全球化实现，虚拟制造是数字工厂和数字产品的一种具体体现，而电子商务制造是数字制造的一种动态联盟。

2 数字制造的本质和核心问题

数字制造的本质是制造信息的数字化，而数字化的核心则是离散化。其本质是如何将制造的连续物理现象、模糊的不确定现象、制造过程的物理量和伴随制造过程而出现和产生的几何量、企业环境、个人的知识、经验和能力离散化，进而实现数字化，即是将它们表示为计算机可以识别的模式。

离散化和数字化的过程，将涉及一系列理论基础问题，计算制造学是最核心的理论基础。这里，计算制造学就是建立各种制造计算模型，对产品进行数字化表征与传递、建模与仿真，这是计算制造学的关键技术，也是数字制造的基础和核心科学问题。

3 数字制造的建模方法

数字制造系统的建模对象涉及到广义的制造过程，包括制造环境、制造行为和制造信息。数字制造系统的目标，就是要在数字化的环境中完成产品的设计、仿真和加工。即接到定单后，首先进行概念设计和总体设计，然后是计算机模拟或快速原型过程，直至工艺规划过程、CAM（computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）和CAQ（Computer Aided Quality，计算机辅助质量管理）过程，最终形成产品。

下面重点介绍这一过程中的基于物理的建模与仿真这一环节。

建模与仿真可广泛用于产品开发过程，包括方案论证、设计、分析等各个阶段[9]。在这个过程中，常常需要把现有的对象融入虚拟环境中。例如，机器人是一种综合了机、电、液的复杂动态系统，通过计算机仿真可以模拟系统的整体状态、性能和行为。揭示机构的合理运动方案及有效的控制算法，从而避免或减少机器人设计划造以及运行过程中的问题。目前新产品的设计和制造规划越来越多地借助于计算机仿真来实现。

近年来，数字样机（Digital Mock-up）技术成为产品开发中的一个研究热点。数字样机就是把CAD基于物理的建模、仿真和产品全生命周期管理系统综合起来，形成一个虚拟产品开发环境，使产品开发人员能够在这种环境下策划产品、设计产品、预测产品的运行性能特征以及真实工况下可能具有的响应，从而减少设计迭代的次数，减少甚至取消制作物理原型样机，以改善设计，有效地缩短产品的开发周期。支持产品开发的建模与仿真是一个十分复杂的系统，需要许多单项技术的支持。但同时也存在许多共性问题如三维建模、约束运动学相动力学分析、计算算法相求解等。在建模仿真系统研究与开发中，可以采用基于商品化软件平台二次开发的策略，把研究集中在可制造性分析和产品物理性能建模等方面。在产品的设计过程中，数字样机可根据需要随时改变，以满足测试与评估的需要。数字样机为面向技术要求、制造性能、可维护性的设计提供了集成可视化、虚拟环境和虚拟原型技术的计算平台。

4 数字制造应用实例

4.1 需求分析

平面二次包络环面蜗杆副（简称平面二包蜗杆副）有着优良的传动性能，但这些优良性能必须以较高的制造精度、安装精度来保证。长期以来，平面二包蜗杆副都采用对偶范成法加工，这种加工方法由于工艺复杂，难以解决精度差的痼疾，且制造成本高、使用寿命短，这限制了平面二包蜗杆副的推广普及。在数字化时代，必须应用全新的数字制造模式来解决平面二包蜗杆副制造的瓶颈。在此模式下，只有在保证最优设计指标的基础上，采用先进的制造技术才有可能完成最优的实体型面加工。

4.2 数字制造方案

制造信息是贯穿制造全过程的精髓，制造信息的产生、处理、传递和应用是决定产品制造敏捷性、精确性、经济性的关键因素。在信息驱动型制造业中，制造信息的数字化是数字制造的前提条件。平面二包蜗杆副的制造信息数字化应包括两方面内容：①蜗杆副实体的三维数字化建模；②数字化制造工艺规划。数控加工是数字制造的最终目标。在传统生产模式下，平面二包蜗杆副必须使用专用机床加工，这是制造成本高的根本原因。在数字制造模式下，只要获得蜗杆副型面的精确数学模型，就可使用通用数控机床对不同模数、不同中心距的蜗杆副进行统一加工。具体的实施方案如下。

4.2.1 平面二包蜗杆副的数字化造型

平面二包蜗杆副蜗轮齿面形状复杂，用虚拟加工的造型方法虽然可以获得蜗轮齿面，但往往精度不高。NURBS方法具有表示与设计自由型曲线曲面的强大功能，是形状数学描述的主流方法之一。由于蜗杆副啮合型面理论接触线方程已获得严格数学推导，因而啮合型面的造型可以认为是已知数学模型的自由曲面造型。在进行蜗轮真实齿面的造型时，可基于经典的齿面啮合理论，针对真实齿面啮合分析的特点，由NURBS齿面上的拓扑离散数据点构造齿面曲线，再由齿面曲线构造插值曲面，实现参数化NURBS自由曲线曲面理论与经典啮合理论的有机结合，在此基础上建立面向几何又有严格数学支持的蜗轮齿面数学模型。

在完成啮合型面造型之后，整个型面可以用统一的参数方程加以描述。利用这个参数方程可以计算齿面上任意点处的型值，并以此构成啮合型面关系数据库，这就为数控加工提供了数据基础。

4.2.2 平面二包蜗杆副数字化工艺规划

平面二包蜗杆副在数控加工环境下的工艺过程包括毛坯的选择、各表面最终加工方法的确定、制订工艺路线、工序设计等步骤。针对平面二包蜗杆副这种目标明确的产品，使用基于成组技术（GT）的派生式工艺生成系统。

接下来是对平面二包蜗杆副的数控加工，采用数控车床、磨床加工蜗杆，蜗轮齿面直接采用多坐标联动数控机床直接控制球头铣刀加工出近似蜗轮齿面。在平面二包蜗杆副的误差检测阶段可采用全数字检测：用三坐标测量仪扫描蜗杆副实际齿面，将测量数据输入计算机；然后，基于测量数据进行蜗杆副实体的计算机重构；最后，将重构型面与计算机仿真理论型面进行比较，可获得实际加工误差。

5 结语

制造信息的数字化是数字制造的本质和前提。本文以在传统模式下设计、加工复杂，难以适应市场快速多变要求的平面二包蜗杆副为例，将平面二包蜗杆副的制造信息数字化――包括建立其实体啮合型面关系数据库和基于成组技术（GT）派生数字化工艺规划。采用数字制造技术可以提高对市场反应的速度，满足个性化的需求。

参考文献

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关键词 材料成型及控制工程专业；卓越工程师；数字化设计与制造技术；教学体系

中图分类号 G642.0

文献标识码 A

文章编号 1005-4634（2012）05-0073-04

随着计算机技术的飞速发展，数字化设计与制造技术开始在模具制造业中发挥着越来越重要的作用，并且已经成功应用到模具设计、分析、仿真、模拟以及制造的全过程，数字化已经成为模具制造行业发展的必然趋势。因此众多模具企业需要大量的数字化设计制造高技能人才。长江三角洲地区是我国模具行业最集中和发达的地区之一，对模具高级工程人才的需求更加旺盛，培养符合企业需求的大批具有创新精神的模具卓越高级工程师，既是学校自身发展的需要，也是高校的职责所在。

目前，国内各院校成型专业技能人才的培养与企业要求不能达到“零对接”。这主要表现在：课程体系与企业需要的数字化设计制造能力要求脱节；课程内容陈旧，实践环节薄弱。其结果导致学生工程实践能力和设计创新能力不强。

为了适应设计制造领域快速发展的形势和满足社会对数字化设计与制造技术人才的需求，按照国家“卓越工程师培养计划”的基本要求，南京工程学院材料成型及控制工程专业正在探索和研究新的培养模式，改革传统的课程设置，对现有零散、重复交叉的数字化设计与制造课程进行整合、补充和优化，改革传统的课程体系和教学方法，构建卓越计划背景下数字化设计制造技术教学体系，对培养学生的创新能力和数字化设计制造技术工程的应用能力具有重要的意义。

1 材料成型及控制工程专业卓越工程师总体培养目标

在对众多模具企业进行广泛调研的基础上，参照其他高等院校本专业的培养计划，结合南京工程学院的实际情况，制订了新的成型专业卓越工程师培养目标。新确定的培养目标是使学生掌握金属塑性成形和高分子塑料成型以及现代模具设计与制造的基础理论和工艺技术，具有应用三维数字化技术进行产品的模具设计、成型过程模拟分析、数控自动编程等基本技能，具备一定的材料性能及产品质量检测分析的能力，擅长模具设计制造与材料成型生产的技术管理，能够在模具领域从事设计制造、技术开发及生产经营管理的卓越模具工程师。

卓越计划培养目标下数字化设计制造技术教学不能只满足于学生会使用造型软件工具，还要使学生掌握必要的软件开发原理、计算机与专业结合的切入点等必要的理论基础，即在教学内容灌输上不但要做到“知其然”而且要“知其所以然”；数字化设计制造技术教学重点在于培养学生的综合应用三维数字化设计能力，完成产品的三维模具设计、成型过程CAE分析、模具型腔模拟加工等，使学生对材料成型CAD/CAPP/CAE/CAM一体化有一个系统的训练，并结合在企业的一年生产实践，进一步强化和巩固课堂理论知识。

2 卓越计划背景下数字化设计制造教学体系构建

在卓越计划总体培养目标的指导下，结合本专业现有的软硬件教学条件，建立实用性、可操作性强的数字化设计与制造能力教学培养体系（如图1）。所构建的教学体系决不是简单地增加几门软件使用操作课程，也不是在原来的课程体系中再增加一系列独立的、自成体系的数字化设计技术类课程，而是必须明确在卓越计划背景下以三维数字化设计制造能力为培养目标，以CAD/CAPP/CAE/CAM一体化为理论教学主体，并与专业课程有一定的联系，创新实践环节上以模具数字化设计实训、课外创新活动为基础，同时辅以Pro/E、UG等三维应用软件资格培训、模具卓越工程师培训等。通过改革传统的教学体系和教学手段与方法，使得学生既拥有数字化设计制造技术的应用能力，又具有较强的创新意识和创新能力。

在理论教学中注重文理渗透，拓宽基础。夯实学生计算机应用能力，注重分析研究模具专业技术的新发展，并以数字化技术为主线指导教学内容，将有关的现代科学技术融于课程教学中，改革教学内容、教学方法和手段，给予学生基本的创新理论与方法，启迪学生的创新意识与思维，发掘学生的创新潜力。

3 卓越计划背景下数字化设计与制造技术课程体系配置

数字化设计与制造技术课程涉及成型专业领域的模具CAD设计方法、成型工艺计算机辅助自动决策（CAPP）、成型过程模拟、最新成型加工方法等。随着理论与信息化技术的快速发展和社会需求的不断变化，数字化设计与制造技术课程体系应当精选和改造传统课程，充实、反映当前科技成果的最新内容（如图2所示）。

模具工程基础课程主要为后续课程打下一个基础，如《CAPP概论》、《CAD/CAM技术》课程中会涉及到实用CAPP系统、模具CAD系统的开发，就需要学生掌握VB语言等计算机语言基础。

数字化设计系列课程培养学生现代模具设计理论与方法，应用数字化技术进行产品（实物模型）的三维CAD造型、三维模具型腔的设计、工艺分析、成型过程模拟等，使数字化设计技术贯穿设计全过程。

模具设计与制造相辅相承，先进的设计必须有先进的制造技术来实现，数字化制造技术是先进制造技术的核心。为此，在课程设置中，突出数字化制造技术，设置数字化制造系列课程，培养学生应用数字化制造技术与方法解决产品的制造问题。

专业素质拓展系列课程通过模具工程师理论基础、模具设计选材与失效分析、压铸工艺与模具设计等专业素质拓展课程的学习，进一步拓宽材料成型领域模具设计专业知识。

4 数字化设计与制造创新实践教学

创新实践教学是数字化设计与制造技术培养中极为重要的组成部分，只有通过实践才能更好地培养学生创新意识以及利用数字化技术进行创新设计的能力。创新实践教学主要包括数字化设计与制造系列课程实验、模具数字化设计制造实训、基于校企联合的综合型实践教学以及课外科技活动等。

4.1数字化设计与制造系列课程实验

数字化设计与制造系列课程实验以工程为背景，密切联系工程和围绕工程进行；针对传统的实验内容都被孤立地分散在各门专业课中、互不发生联系的状况，对实验内容进行筛选和整合，实现专业课程实验课的综合化。以逆向工程课程为例，本课程实验要求选取的实验对象与后续模具数字化设计制造实训选取的实验对象一致，以便实现CAD/CAPP/CAE/CAM一体化。

4.2模具数字化设计与制造实训

模具数字化设计与制造实训是以典型模具零件为工作任务进行模块化教学，主要流程为：用三维扫描仪（RE）对零件进行扫描获取零件的三维坐标信息，在此基础上完成对零件的三维CAD造型，并由零件的三维模型得到成型模具的三维型腔；根据模具结构对成型过程进行CAE模拟，模拟结果分析无问题后在计算机上使用软件进行模具型腔的模拟加工，生成相应的加工数控代码。利用数控机床所提供的通用标准接口将现代技术制造中心的多台数控机床通过计算机网络联接起来，组建成一个局域网；将该局域网与CAD/CAE/CAM试验中心的局域网连接起来，使设计信息、工艺信息、加工信息及后置处理数据能及时地传递到制造单元，学生在CAD/CAE/CAM试验中心进行数控编程和仿真的数据也可直接传送到机床上，这样就构成了网络化制造环境，减少了中间环节，增加了可靠性，并提高了工作效率，如表1所示。

4.3基于校企联合的综合型实践教学

为了从根本上解决工程人才培养中工程教育不足和校企脱节的严重现象，“卓越计划”建立了高校与企业优势互补、联合培养人才的新模式，将学生在校期间的学习分为校内学习（三年）和企业学习（一年）两个阶段。企业学习阶段主要安排学生到企业完成的教学环节有：认识实习、生产实习、毕业实习、毕业设计等。毕业设计要求结合企业实际项目进行。企业学习阶段重点强调学生数字化设计与制造能力的培养、训练和形成，以及工程创新意识的培养。

4.4课外科技活动

在模具卓越人才的培养过程中，理论学习是基础，思维是关键，实践是根本，三者必须紧密结合。在理论教学、实践教学、课外培训等环节中，不仅要注重创新理论和方法的培养，还应注重创新思维和创新能力的培养，开展丰富多彩的创新活动。通过开展学术讲座、课外科技活动等创新活动，可以极大地调动学生学习和实践的积极性。可选择的校内科技活动项目包括：大学生科技创新、模具创新设计大赛、AutoCAD创意设计大赛、数控技能大赛等。可选择的校外竞赛项目包括：挑战杯全国大学生科技作品设计大赛、中国大学生创意创业大赛、3D数字化创新设计大赛等。

5 教学体系实施的保障

5.1校企联手打造高素质的“双师型”师资队伍

师资队伍建设是实现培养目标和提高教学质量的关键因素。积极组织“卓越工程师培养计划”的专任教师到企业参加实践或参加项目研制开发，进而提高教师的工程实践能力。企业实习指导教师以生产一线的高级工程师为主；企业授课教师必须是在模具相关的企业工作三年以上，并具有一定的模具数字化设计与制造能力；企业毕业设计指导教师必须要求是具有较深的工程实践背景的企业高级工程师或中高层领导，且能全面、系统地掌握相应的工程实践环节。

5.2建立适应卓越人才培养需要的校内外实训基地

建立稳定的、满足教学需要的校内外实践教学基地，是培养学生数字化设计与制造能力的重要保证。南京工程学院购进了数控加工中心、线切割、电火花等一批先进设备，还引进了符合专业发展方向和相应行业背景的企业，在学校营造必要的工程教学环境，将工程专业要素融入到平常理论学习和实践教学当中。

近年来南京工程学院先后与企业共建了“江苏省模具工程技术研究中心”、南汽模具装备有限公司国家级“工程实践教育中心”、“江苏小节距工业链条工程技术研究中心”、“铸锻技术工程技术研究中心”等。同时，学院还与昆山模具工业城、无锡模具厂、永儒塑胶有限公司等企业建立了稳定的校外实习基地，营造了学生的实践教学环境。

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关键词：冲压模具；数字化技术；设计应用

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.009

0 前言

目前我国以航空制造业和汽车工业为主的机械类制造业发展迅速，促使我国冲压模具以年20%的速度持m增长。冲压模具本质上属于技术密集型产品，冲压生产中的冲压产品的智联、生产效率等与模具设计具有较大的关联，大力发展模具的数字化设计与制造技术的分析与研究，将数字化技术广泛应用在模具工业中，促使现代机械制造业得到快速发展。

1 冲压模具设计和制造中的数字化关键技术

在冲压模具的使用上，要将数字化技术应用在模具制造的全过程，实现自动化制造和精确化制造，促使冲压模具的高效开发。模具制造的数字化技术主要是将计算机技术应用在模具制造的过程中，实现每一制造环节的精确控制，从而满足冲压生产的要求。数字化关键技术具体包括以下几种：

（1）冲压成形CAE技术。冲压成形CAE技术本质上是利用计算机技术制造计算机软件，并将计算机通用软件应用在模具自动化质量控制过程中，促使该技术能够满足模具制造的精确度要求，也显著提高冲压模具的使用周期。如AutoForm/PAM-STAMP软件应用在模具制造过程中，通过计算机分析、模拟机械用材的流动、厚度的变化以及材料的破坏、起皱等，以此来对模具产品零件的成形、工艺设计进行准确的预见和建议，实现模具的形变。

（2）模块化的快速设计系统。对于冲压模具的制造与设计，要重视结果设计，能够将技术系统应用于模具制造上，提高模具设计的质量。如随着现代计算机技术的发展，冲压CAD/CAM的一体化技术应用在模具设计上，可以有效避免单一软件使用的弊端。

CAD通用软件主要是应用在交互绘图和造型层次的设计上，一般是以模具设计人员的设计经验为主来进行模具绘图和造型设计，这种软件设计方法不能够及时发现模具设计中的不足之处，一定情况下会延误模具设计周期，影响模具的设计质量。因此在数字化关键技术的使用上，可以将模具设计的技术结合起来，弥补单一技术应用中的不足之处。

2 冲压模具设计和制造中的数字化技术的优点

（1）数字化装配技术的优点。冲压模具的装配方法一般分为4种，包括互换装配法、分组装配法、修配装配法以及调整装配发等具体内容，在模具设计上，可以将这四种装配法按照先后顺序应用在设计环节中，有利于进行精加工，减少装配过程中模具标准件的损毁。

（2）计算机仿真技术的优点。在传统的冲压模具设计上，高度钢材在循环加载条件的作用下，会产生较强的包辛格效应，而计算机仿真技术的应用极大程度上改变了冲压设计现状，通过计算机仿真模拟将设计参数设计在固定范围内，进行冲压设计，提高了模具设计的精确度。

（3）数字化参数的程编优点。参数化程编应用在冲压模具的加工制造上，在数字化技术的作用下，逐渐从单纯的型面加工扩展到结构面加工，由中低速加工变化为高速加工，从小切深变为高进给，有效改善工件加工质量，减少加工打磨面；减少试模的工作量，提高模具制造的精度；刀具使用上以小型加工模具为主，注重细节制造，以此既满足模具的设计精确度要求，也有效降低使用费用。

3 冲压模具设计和制造中的数字化技术的应用

3.1 软件技术在模具产品设计同步工程中的应用

在模具产品的同步开发中，要想满足冲压模具的建设要求，就要将冲压工艺贯穿于冲压模具的同步开发过程中。在冲压模具的开发设计上，要求设计人员全员参与，从冲压模具的生产工艺、产品的冲压技术再到模具的具体开发，都要依据冲压成形的物理规律进行模具设计，借助计算机数字化技术真实的反映模具与板料的的关系，并将计算机软件应用在模具变形设计的全过程中。

在冲压模具的设计上，可以应用非线性理论、有限元方法以及各项计算机软硬件，以此来对产品零件的成行进行精确的预算，全面提高冲压模具的技术机控制质量与效率。

3.2 模块结构化的快速设计应用

在数字化技术使用上，要预先消化模具的任务要求（冲压要求），结合现场模具生产经验，应用模具结构库，进行模具的初设计；其次再要进行模面设计，这一阶段调用标准机械件库，组装成一套完整的模具。在参数化模块设计上，要实现典型结构模板化和重复工作智能化，以此来提高冲压模具的制造水平。

典型结构模块化，主要是基于模块化的思想，对冲压模具的典型结构进行分类总结，应用数字化技术进行模具设计参数的控制，生成智能化模板，以此在模具设计过程中完成建模；重复工作智能化应用上，主要是将模具设计过程的重复工作利用智能化模板和二次开发工具来实现缩短设计周期的目的，以此来实现冲压模具的智能化、自动控制化进程。

3.3 信息系统的应用

在冲压模具设计上，要将数字化技术应用在制造业的每一环节中，如可以将数字化技术应用在机械自动化管理、绘图设计、参数分析、模具制造以及模具检测中，在这一过程中应用信息化系统，可以实现产品信息的共享，并将模具制造信息以计算机信息化的形式固定下来，从而为冲压模具的制造设计提供借鉴意见，降低模具设计人员的工作量。

4 结语

随着信息技术以及科学技术的发展，我国的冲压模具已经由传统的机械模具形式转变为机械自动化体系，将先进的数字化技术应用在模具制造上，极大提高了我国冲压模具的发展速度，也提高了冲压模具的精确度和使用周期，推进了我国冲压模具的行业的发展进程。

参考文献：

[1]潘宇祥.探讨数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J]. 工程技术：全文版，2016（07）：00258.

[2]肖乐.数字化技术在冲压模具设计与制造中的应用[J].工业c， 2016（06）：00201.

篇9

[关键词]汽车质量管理；数字化；制造技术

中图分类号：TV388 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）06-0148-01

数字化制造技术可以实现设计、生产和管理等一系列的模拟，对产品生产的各个环节进行数字化的监督和控制，并对其中出现的问题进行反馈，这样可以全面的对产品进行控制，保证产品按照科学的管理流程进行生产，从而提升产品生产的质量。汽车作为机械化水平要求较高的行业，通过数字化的管理流程，可以将各个环节进行更加规范化的处理，提升汽车的整体生产质量。

一、数字化制造技术在汽车质量控制中的流程

在进行汽车质量控制和管理的过程中，采用数字化技术首先从设计部门取得产品设计和生产的各种资料，包括汽车各个结构之间的连接、尺寸和进行组装的过程等，然后自动化系统会对生产的环境进行考察，模拟实际生产环境，做出适当的反映，一旦出现问题及时的进行反馈，防止出现较多的问题。在基本的审核结束之后，数字化系统通过生产车间活动各种组装设备的数据以及相应的工作流程，并通^计算机模拟建立相应的流水线，对实际的生产过程进行模拟，制造出样品报表，得出制造结果。在这项工作结束之后，自动化系统会对产品的质量进行检测，在虚拟的环境下对产品的实际使用情况以及后续的维修保养情况进行分析，形成模拟环境，这样可以更好的对产品的质量进行控制。最后，在这些步骤结束之后，数字化系统还可以对产品的实际使用方式进行培训，并将整体的数据信息输入到分析系统中，对数据进行更加详细的分析，从而制定更加精细化数据分析报告，提升汽车生产制造的质量。

二、汽车质量管理中数字化制造技术的运用

数字化制造技术的出现，使得汽车各个部件的质量得到有效的保障，质量也得到了更好的控制，并且降低了设计和生产的成本，提升了汽车研发的效率，因此数字化制造技术在汽车制造中的应用是非常广泛的，具体包括：

（一）在汽车设计中的应用汽车产品进行设计的过程中各个零件之间需要进行匹配，如果采用传统的管理方式，耗费了大量的时间，而采用数字化技术可以对模具进行仿真处理，这样就可以对冲床进行各种动态分析，并对运动矢量进行控制，将设计的科学性进行验证。工艺部门根据BOM建立各零件的制造工艺和装配件的装配工艺，以及加工制造过程中应使用的工装、模具，然后通过说数字化的制造技术，对据BOM建立各零件的制造工艺和装配件的装配工艺进行检验，发现其中的问题及时进行改进，从而提升汽车在设计中整体质量，将现代化的管理和汽车设计结合起来，促进汽车制造业的进步。

（二）在汽车焊接生产中的应用

汽车生产过程中，焊接车身的工艺是整个汽车生产的关键部分，需要工艺准确，通过数字化技术也可以将这方面的生产过程进行模拟，对整个生产线进行仿真，将所有的焊点、焊枪、机械手进行编号，并输入到系统中，这样就可以在计算机技术下对整体的流水线进行模拟，在计算机环境下对数据进行观察，发现问题及时进行优化，不断的解决流水线中可能出现的问题，从而将整个生产线进行科学的管理，保证生产质量，不会在焊接中出现突发的情况，保证整体的工艺质量水平。

（三）在汽车涂装中的应用

涂装是工艺是汽车加工过程中重要的环节，涂装对前处理、电泳、喷涂、面漆等工序的参数控制要求非常高。在进行涂装的过程中借助数字化技术可以将涂装的整体生产速度进行提升及过程工艺参数有效控制。传统的涂装工艺容易出现在因温度、时间等不足导致油漆质量问题以及油漆喷涂不均等问题发生。因此采用数字化的手段进行模拟可以对喷涂进行更加科学化的处理，提升涂装过程的工艺质量，并且在进行喷涂过程中可以针对不同的车型采用多种喷涂技术进行模拟，提升喷涂技术的科学质量，增加实际的使用效果。

（四）在汽车总装中的应用

汽车总装在编排过程中按照先后顺序，由内到外，进行逐层覆盖性装配。在过程中，对于每个工段装配覆盖件，必须要考虑过程装配质量，如同系统的零部件在同一组装配，对于整车物料传统上会归类为内饰件等，通过数字化技术进行零部件系统细化分组与ERP、MES系统结合。在下单生产任务单后，系统自动根据BOM配备物料清单，将系统零部件安排在同一地点装配，在装配过程中避免错漏装发生，同时对每个零部件进行编号管理，确保整车与零部件追溯性。通过数字化技术的运营可以实现对总装过程质量问题实时监控，对每个工序质量问题实现分类统计及自动形成质量报表，为现场质量改进提供第一手数据。从而全面的将汽车总装的质量进行提升，使得整体的管理更加的优化，保证整车出厂质量。

三、汽车质量管理中数字化制造技术发展前景

目前数字化技术在汽车质量控制中使用逐渐得到普及，并且贯穿到从生产、制造到销售的各个方面，但是具体的使用中还是存在一些技术不成熟的情况，例如虽然在生产过程中仅仅是对零件组成配比进行分析，但是元件组合之后的一些数据对比不清晰。在进行汽车装配的过程中虽然模拟了车门，但是对于前车灯以及挡风板没有进行模拟。因此今后的发展中应该对这方面的问题进行改进，采用数据化技术对汽车生产的各个步骤进行全面的分析。企业在进行数字化发展的过程中也应该充分的重视技术革新的重要性，积极的引进新的技术设备，将其作为企业发展战略，制定适宜的中长期计划和短期计划，将理论和实践紧密的结合起来，由点到面的对技术进行提升，并积极的进行技术创新，从投入人力最多工序最复杂的区域发展，让节省成本起到立竿见影效果，为企业发展数字化树立强心剂。

结束语

汽车质量控制中的数字化制造技术在实际使用中取得较好的成果，提升了汽车各个环节的质量，由此可见数字化技术应用到汽车质量管理中是必然趋势，也是目前应对汽车市场激烈竞争的必然选择。因此企业加快数字化工厂建设，不断的提升自身的科技能力，这样才能在激烈的环境下更好的生存。

参考文献

[1] 刘润雪.汽车质量管理中数字化制造技术的运用分析[J].经营管理者，2015，（12）：228-.

[2] 王燕萍.数字化制造技术在汽车质量管理中的应用[J].汽车工艺与材料，2012，（7）：12-16.

[3] 刘润雪，薛娅坤.汽车质量管理中数字化制造技术的运用分析[J].经营管理者，2015，12：228.

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关键词:新形势；工艺装备；数字化制造；技术分析

数字化制造技术的推出,是新形势下科学技术的发展对传统制造业的革命,同时,数字化制造技术的发达程度也是衡量国家和地区科技实力和综合国力的重要标准之一,它的发展与人们的生活质量和水平有密切的联系[1]。新形势下衡量一个国家的科技发展水平,不再仅仅以其拥有的发现发明专利为标准,更多的是以它的制造业和制作技术能够为世界提供多少有利于人类发展的产品为标准,在科学技术迅猛前进的今天,工装产业与数字化制造技术的结合提供了越来越多造福于人类的产品。

1工装数字化制造技术发展现状与趋势

1.1国内外工装数字化制造技术的发展现状

随着计算机技术的发展和普及,计算机在越来越多领域的运用得到了前所未有的重视,在制造业也不例外。制造业在信息技术与自身的制作技术相结合的环境下日益迈向了数字化的历程,工装数字化制造技术已经成为提高企业产品竞争力的重要技术手段,近三十年以来,数字化制造技术在加快发展的步伐,许多发达国家的工装产业实现了数字化设计和无图纸生产。同时,数字化制造技术也在纵深方向,在机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机等单元技术方面均有较为突破的发展。我国数字化制造技术的基础技术和数控技术都有很大的发展,基础技术的研发和应用使我国的制造业设计自动化水平产生了质的飞越,对数控技术的进一步研发促进了我国数字化制造技术的成熟。

1.2工装数字化制造技术的发展趋势

第三次科技革命催生了计算机的发明,凭借着自身的强大优势,计算机自诞生不就之后便被运用于控制机床加工。实现了由传统的依靠人工向依靠自动化控制机床的转变,为数字化制造技术的发展提供了可靠的条件[2]。无论是几十年以前还是科技发展越发成熟的今天,数控机床的拥有量以及年产量不可置疑的成为一个国家制造能力的重要标志。数字化制造技术是基于精密化、网络化、智能化的先进制造技术的基础和核心,随着计算机技术的不断成熟和网络技术的不断普及,工装数字化制造技术也将在更广阔的领域发挥造福于人类的重大作用。

2新形势下工装数字化制造技术的结构体系

2.1工装数据库

建立数据库是数字化设计中非常重要的基础性工作,是数字化设计和制作的必要内容,是也是数字化制造技术运行的动脉。工作数据库主要包括O型圆模具数据库、压型折弯零件及其模具数据库、加长镗杆钻杆数据库、配重汇总数据库等组成。O型圆模具数据库的主要任务命名工装名称、工装代号、制作标准和图号、对应产品信息以及进行模具设计、校对、审核等;压型折弯零件及其模具数据库汇总了工作室近几十年以来的压型折弯零件模具档案图纸,并将这些图纸制作成电子文档方便工装编制人员、设计人员以及管理人员搭建资源共享平台;加长镗杆钻杆数据库汇总了多套加长镗杆工装和加长钻杆工装,为后期的大规模生产提供必要的数据;配重汇总数据库主要收录了包括尺寸、重量、数量、等在内的多种配重。工装数据库是工装数字化制造的依据,它的建立对工装工艺设计、制造、监测具有不可忽视的作用。

2.2设计制造应用技术

应用系统可以将工装设计制造过程中各部分基于网络集成为一体化技术,使系统内设计、加工、监测等各项技术协调运行[3]。设计制作应用技术包括工装数字化设计、工装数字化工艺设计、工艺数模设计以及数字化工装制作。工装数字化设计是以三维设计为基础、采用并行工作方式的技术,它可以在设计的不同阶段将数模发送给工装设计数据库,并通过网络即时向有关部门反映问题;工装数字化工艺设计主要工作是制定工装制作工艺的总方案记忆各个协调方案,还需要设计出各个零件的制作工艺,将其刻录到工艺设计数据库之内;工艺数模设计是工装数字化制造过程的一个重要环节,也是工装制作过程的依据,它的主要任务是在工装数模基础上增加工艺余量和定位重构的数据库;数字化工装制作主要是依靠数字化加工设备来提高工作加工的精度,以便于缩短制作周期、提高制作速度和质量。

3结束语

数字化设计和制作技术是新形势下制作技术的变革,也是机械制造业发展的必然趋势。利用发展工装数字化制造技术是企业提高技术水平和业界竞争力的一个重要举措,同时也是提高我国现代化工装制作技术水平的必经途径,在国际舞台上,谁占据了工装数字化制造技术的制高点,谁就拥有更广阔的工装市场和发展前景。

参考文献：

[1]王江,文韬,李向新.基于CATIA的模拟仿真在飞机维修实训教学中的应用研究[J]. 长沙航空职业技术学院学报. 2014(02)

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[关键词] 数字化；车间；系统；军工；制造

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 17. 035

[中图分类号] F270.7；TP315 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）17- 0059- 03

数字化制造是传统的制造业依托高性能计算机、网络等高新技术，实现对产品需求分析、产品设计、零件加工制造、产品质量检验以及整个生命周期的数据信息管理、过程控制[1]。数字化车间可以有效降低生产成本、缩短产品研制周期，解决军工制造企业传统生产模式中的瓶颈问题。

1 对军工特色数字化车间的思考

1.1 数字化车间概述

数字化车间是指以制造资源、生产操作和产品为核心，将数字化的产品设计数据，在现有实际制造系统的数字化现实环境中，对生产过程进行计算机仿真优化的虚拟制造方式[3]。数字化车间将传统车间的生产系统、工艺设计系统、质量信息系统以及其他管理系统信息集成为DNC、ERP、MES系统，形成自动化制造体系， 实现产品的设计、工艺、管理、制造一体化，提高企业生产效率，缩短制造周期，降低生产成本，对企业有非常重要的意义。

1.2 军工生产企业打造数字化车间的必要性

（1）军工企业产品具有批量小、种类多、结构复杂、生产交付节点严格等特点[4]，产品依据车间制造能力进行路线划分、资源配置，产品零件分散到各个车间、工位，这对车间的零件调配、设备使用的灵活性提出了更高要求，车间信息不畅通，就会导致生产计划不能按时完成，生产质量也得不到保证，融入信息化技术可以实现产品、物料、工装、刀具等实时数据采集，相关人员通过终端系统可以掌握产品生产、工装、设备的使用情况。

（2）军工企业接收紧急任务。军工制造车间可能突然接收一些产品的紧急生产任务，在传统的制造模式下只能停止现有的生产任务，打乱了原有的生产计划安排。引入先进的制造信息平台，可以根据现在车间的生产情况及生产设备的占用情况进行分析，及时准确地评估插入任务对其他生产任务的影响，通过对生产工序进行拆分、合并、外协加工等排产调整，优化车间配置资源，在影响原有生产计划最小的情况下完成插入任务。

（3）军工企业产品要求质量具有可追溯性。军工产品零件质量要求具有可追溯性，传统操作方式是将数据人工记录，这种方式耗时且容易出错；引入条码扫描机、触摸屏、视频系统等信息采集方式后，将每件产品每道工序产生唯一条码，只需扫描条码，即可调出零件相关数据，为相关人员提供动态数据，实现零件可追溯性。

（4）军工企业制造资源利用率低。每个产品生产涉及现场操作人员、物料准备、设备准备、刀具准备等，传统制造模式由于信息不够畅通，使部分设备、工装闲置，而另外一些任务排满；通过信息化手段可提高车间现场资源利用率及资源优化配置，管理人员在最短的时间内通过大屏幕、PC终端等显示设备掌握生产现场的情况，以便做出准确的判断，采取有效措施，保证生产任务的顺利完成。

（5）军工企业技术文档管理难度大。车间技术文档、产品文档资料多，且很多为秘密材料，管理难度大，需要引进信息化技术进行管理，实现技术文档资料版本的严格控制及方便工人查询浏览。军工企业传统制造模式已经满足不了需求，亟需引进信息化手段、打造数字化车间来解决矛盾。

2 数字化车间构造

2.1 数字化车间的整体构架

数字化车间是一个庞大的具有信息化特点的制造系统，是基于传统制造业与信息化技术平台建立起来的，其整体框架如图1所示。

2.2 数字化车间的模块分析

数字化车间以MES生产执行系统为核心，充分利用ERP、PDM等平台，依据车间自身特点，搭建系统应用的软硬件平台，实现设计、工艺、制造一体化的数字化生产模式，数字化车间打造基于以下信息化平台。

2.2.1 数字化车间MES系统

数字化车间打造MES系统，改变了制造企业传统的单一信息采集方式，通过动态采集产品在制造过程中设备占用情况、生产进度、完成质量等数据，并对数据进行整合、分析，形成整体解决方案，确保将信息准确、及时地反馈给相关人员，为任务排产、决策提供依据。

2.2.2 数字化车间生产管理平台

生产管理系统如图2所示，生产计划下达到车间后，车间工位生产信息采集系统将工位资源数据反馈给ERP系统，通过物料计划计算后，生产计划员根据将生产任务下达给相关的工艺、设备管理、物料管理人员，相关人员根据任务的优先级进行准备，生产计划员根据生产计划进行派工，系统具有生产过程监视以及生产调度指挥功能。调度系统的高效运作，避免了车间资源的浪费，缩短了型号产品的研制生产周期。

2.2.3 制造资源管理平台

制造资源管理模块流程如图3所示。通过数据库建立资源库将可以管理制造资源如刀具、设备、工装等，工艺人员可以根据需要添加、删减资源库中的内容，也可以及时查找各种工序需要的机床、刀具、量具相关数据以及占用情况，计划员也可通过数据库核算产品制造消耗和占用资源的成本。

2.2.4 物料配管模块

产品生产过程中需要大量物料、工装等，由于车间制造现场空间、资源有限，需对现场物料、配套产品及使用工具等物件进行严格控制管理，建立物料配给管理机制，根据生产计划查询物料需求计划，并及时调整；通过网络终端查询库房库存情况，利用电子标签捡货系统指引快速取货，能够利用条码扫描终端自动记录物料信息，保证了库房物料信息的实时性与准确性。

3 结 论

通过对数字化车间的阐述及对军工企业特点的分析，论述了传统军工企业引进信息化技术打造数字化车间的必要性。数字化车间通过建立MES系统，提高了车间信息交流的畅通性和设备使用的灵活性。通过建立IPT协同设计系统，使得产品研制效率提高，缩短了产品研制周期。通过建立数字化生产管控系统，显现了管控系统对生产计划调整、任务监督、资源调配的便利性；建立物料配管模块，提高了物料、工装、产品管理管控工作的效率；建立质量管理模块，通过先进的检测、记录设备使产品质量可方便快捷追溯。

主要参考文献

[1]吕琳，胡海明.浅谈数字化制造技术[J].机电产品开发与创新， 2009（1）：87-88.

[2]洪建胜.数字化车间环境下的MES应用[J].中国制造业信息化：应用版，2007（9）：51.

[3]李铁钢.钣金件数字化制造数据集成技术[J].河南科技，2013（3）.

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数字印刷与印刷数字化

2.数字印刷与印刷数字化的区别

数字印刷就像胶版印刷、凸版印刷、柔性版印刷、丝网印刷和铅字印刷等传统印刷一样，是一种印刷方式。而印刷数字化是基于传统印刷或数字印刷工艺流程基础上，对印刷全过程的数字技术的应用；印刷数字化所得到的终端产品没有变化，仍是纸质等承印材料出版物或包装装饰用品等；而数字印刷的终端产品得到了扩展，既可以是纸、塑料、金属、陶瓷、玻璃或其他材质载体，也可能是磁、光、电等各类介质，还可以在纸介质、电子介质与网络三者间实现跨媒体转换。因此，印刷数字化与数字印刷既有区别又有联系，区别在于数字印刷的载体更广泛，印刷方式发生了新变化；联系就是数字印刷包含在印刷数字化流程技术之中，传统印刷工艺采用了数字化技术。比如印前领域采用数字化技术后，即可用于数字印刷，包括电子出版与网络出版，又能通向传统印刷制版，还可进入数字化资料数据库，以备进一步利用。

在内容表达方面，印刷数字化已经通过数字化生产流程、各种数字印刷设备、传统印刷设备的数字技术改造以及ERP系统，实现了全彩色、高精度和准实时的软硬拷贝内容表达。在功能表达方面，印刷数字化正在通过印刷过程的数字控制和多种数字成像，实现着多功能印刷，如电路印制、RFID智能标签、薄膜太阳能电池以及各种显示屏幕、电子功能组件等印刷电子的功能表达。

3.关键技术

①印刷数字化

印刷数字化是建立在数字化信息和自动化技术基础上的，包括整个印刷全过程的数字自动控制技术。相对印刷设备而言，是数字印刷机不可缺少的技术；是传统印刷机械技术改造、升级的技术基础。解决印刷设备JDF（CIP3/CIP4）接口，通过CTP制版技术、电子轴传动技术、墨量自动控制技术、自动换版、自动清洗、套准自动调节控制、色彩质量检测与控制技术和自动折、订。裁等数控技术实现整个印刷数字化工艺流程。比如，CTP甩掉胶片和晒版，为胶印全程印刷数字化创造条件，实现在机直接制版或自动上版，在数字化系统控制下自动完成印刷仝过程。

以CIP3为基础的数字化工作流程采用PPF格式在印前、印刷、印后加工过程中传递信息。以CIP4为基础的仝印刷数字化工作流程采用JDF格式实现从计划生产到整个印刷任务完成仝自动化的过程。JDF规范的国产印刷设备通信兼容性标准的应用研究是印刷数字化的系统工程，涵盖了整个印刷及设备器材生产的各个环节，既要考虑印前、印刷和印后加工设备的工艺能力和控制性能参数等的数字化，还要考虑不同设备、材料间匹配和协同工作的流程控制系统的体系结构和设备间的通信标准。

②数字印刷

前面已提到数字印刷的种类，这里主要以喷墨数字印刷技术来阐述，它也是市场上发展最快、最具方向性的数字印刷技术。

喷墨数字印刷是一种无接触、无印版的印刷。喷墨头是喷墨数字印刷机的核心技术之一，也是喷墨数字印刷系统的关键部件。喷墨头研发设计制造技术、喷墨控制技术和喷墨水、纸张及其自动输送、接收技术是喷墨数字印刷机的关键技术。

喷墨控制技术在我国已经有不少企业正在研发，并已有产品投入使用；纸张自动输送、接收技术对我国印刷设备制造企业也不是大问题，关键是喷墨头还没有涉足，直靠进口，而且国外的高精度喷墨头几乎不对中国开放，限制了我国高端喷墨数字印刷的发展，导致我国数字印刷技术与设备落后于国际水平。因此，喷墨头研发、设计、制造及其控制技术是我国发展喷墨数字印刷的关键。

印刷数字化技术发展前景与状况

印刷数字化工作流程的技术水平和应用体现着国家印刷技术的发展状况，在某种程度上反映信息化与工业化的融合水平。它是在信息数字化系统和技术的基础上，对整个印刷工艺过程中的图文信息、生产控制信息、包括市场信息进行集合，纳入计算机控制管理，使数字化的所有信息完整、准确，最终完成整个印刷加工生产、甚至包括营销过程。全印刷数字化工作流程是管理系统和生产系统的交互连接，是贯穿印刷管理、生产控制全过程的巨大系统工程。它将印前处理、印刷、印后加工工艺过程中的多种控制信息，用数字化控制信息流整合成一个紧密的系统，排除其中许多人为因素的影响，达到生产与管理的有机结合，管理者可以随时监控产品在生产过程中的状况。数字化工作流程技术在设计、输入、文件处理、校样、输出或印刷、印后加工等各个环节的数据处理及交换中都发挥着重要作用，引领整个印刷领域的技术变革。这已经成为许多印刷企业、装备制造企业实现技术改造，优化工艺路线，提高生产效率，转型升级、获得最大客户群、可持续发展的新途径。近几年数字化工作流程发展很快，国外厂商不断推出数字化工作流程解决方案。与传统印刷工作流程相比，数字化工作流程不仅在工作效率、产品质量、生产成本等方面有优势，更重要的是印刷数字化工作流程是印前、印刷、印后加工，包括生产和客户管理发展的必然要求。

印刷数字化工作流程技术在我国的推广应用是以实现CTP输出和数字印刷为基础展开的，印刷数字化与数字印刷是建立在印前数字化基础上的。印前数字化推动了印刷业的进步，同时印刷业的每一次进步，又都离不开印前科技的发展。就像汉字激光照排技术的发展样，以CTP为基础的印前数字化工作系统已广泛应用，在实际生产中发挥着很大作用，印刷质量、生产效率都比传统工艺有了很大提高，印刷企业充分感受到这项新技术带来的效率、效益和高品质。CTP及其数字化工作流程涵盖从图文扫描输入、文件处理、数字打样、直接制版到上机印刷等各个环节之间数据的处理及交换过程。一套完整的CTP系统，不仅仅是一台制版机，最关键的是建立与之匹配的数字化工作流程。直接制版机、数字打样机或数字印刷机只不过是输出设备不同而已，都是由印前数字化工作流程来决定它如何工作。仅仅几年时间，CTP及其数字化工作流程改变了传统的制版工艺，印前领域的数字化技术已在取代或改变许多传统印前、甚至印刷工艺，实现了向纯数字化的转变。

数字印刷设备的发展也推动了印刷全数字化技术的发展。据统计，2010年数字印刷占全球印刷市场的总份额达4%，其中全球喷墨数字印刷产值约为280亿美元。预计到2015年，数字印刷份额将增加到14%，而全球喷墨数字印刷产值将达到465亿美元，3年将增长66.1%。从我国《印刷业十二五时期发展规划》了解到，以数字印刷、数字化工作流程、CTP和数字化管理系统为重点，在全行业推广数字化技术，到“十二五”期末，数字印刷产值占我国印刷总产值的比重将达到20%。

据近几年数字印刷机进口数据统计，数字印刷发展势头的确迅猛，2012年与2007年相比，数字印刷机进口额增长了98.95%，其中喷墨数字印刷机进口额增长了121.94%。但从我国印刷数字化技术实际发展状况来看不容乐观。数字印刷机除靠进口外，就是靠引进核心技术组装，如喷墨头、控制系统等。2012年进口热敏喷墨头就达到404267千克。我国印刷数字化技术的发展还处在起步阶段，主要问题还比较突出：

①规范化、数据化作业管理的基础薄弱，缺乏系统规划和技术标准的规范、协调。标准落后，甚至无标准；

②没有系统化地进行印刷数字化的技术改造，缺乏对核心技术、关键共性技术的攻关队伍和研发资金。处在单个企业孤军奋战，小打小闹、技术信息不能共享的状态；

③国产印前，印刷。印后软硬件设备相互匹配性差，大部分单机还不能完全实现数字控制，而且形成大大小小的“孤岛”，严重制约了印刷数字化技术发展；

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关键词：工业化；信息化；数字化车间；两化融合

中图分类号：TP278 文献标识码：A 文章编号：1001-828X（2012）12-0-01

作为制造类企业的核心环节――制造车间，则是企业能力提升的关键所在，在经历手工作坊、流水线规模生产等阶段后，以信息技术为依托，践行两化融合的数字化车间建设成为当前制造业车间的发展方向，以各种数字化技术的应用为手段，融合先进管理思想，提高生产效率、降低企业成本，切实提升车间管理水平。本文也从这个角度出发，通过探讨数字化车间的建设思路，提出数字化车间的建设模型及相关考虑因素，并对数字化车间的应用前景进行展望，力求为现代企业转型、两化融合的建设提供些许参考。

一、数字化车间的形成及意义

1.制造业车间应用管理的演化过程。当今社会不断高速发展，科学技术以及管理也随之得到进一步的发展，工业化以来加工制造行业在技术应用以及管理中得到了几次大的变革，我们从社会实际发展情况来看，在工业的发展过程当中，每一次有力的变革都会给工业水平带来较大幅度的提升，笔者经过分析将制造业车间应用管理的演化过程总结为四个阶段：第一阶段是手工作业、单一生产；第二阶段是工业技术引入、流水线规模生产；第三阶段是信息技术引入、信息化辅助生产；第四阶段是信息化与工业化结合，实行两化相互融合。

2.数字化车间的建设意义。每一次技术变革都会带来工业发展的长足进步，充分践行两化融合概念的数字化车间也不例外，通过数字化车间的建设，解决企业核心环节的两化融合问题，充分发挥信息技术、工业技术的优势，使两者相互促进和共同发展。一方面更好地发挥信息化平台优势，发挥信息技术的指导及决策分析作用，改进工业流程，指导并促进工业水平的发展；另一方面也要充分发挥各种工业技术对信息化的支撑和基础作用，做好数字化车间的建设，已逐步成为现代企业增强核心竞争力的关键。

二、比较实际的建设思路

1.建设思路的整体考虑

数字化车间的整体建设思路，应该从实际出发，以信息技术和工业技术的应用为手段，以改善工艺流程、提高生产效率为目标，建设符合企业实际，切实提高企业技术和管理水平的数字化车间。

1.1　数字化车间的建设范围。数字化车间的建设范围，应当以企业实际业务范围为主，业务涉及的加工制造、物流、管理和维修等环节均应纳入数字化车间的管理范围，即数字化车间应该是一个整体的解决方案，需涉及车间业务的方方面面，这样才能发挥各个环节的联动作用，提高整体水平。从数字化车间的整体建设范围及规划上，应当通盘考虑，应用到业务流程的每一个环节，使车间业务的点、线、面各个层次均纳入管理范围。

1.2　数字化车间的建设模型。数字化车间的建设，应当充分发挥信息技术、工业控制技术的优势，以建设高度自动化和高度智能化，尽可能降低人工参与的自动运转的制造车间为目标。通过智能设备、自动化技术、自动识别技术、AGV　等技术的应用，实现实体设备的自动控制和运转，通过信息技术的数据采集、信息传递、监控和广播等技术的应用，进而实现将整个车间建设成一台结构合理、动力充沛的自动运转的机器的数字化车间建设目标。

2.可用技术探讨

2.1　数字化车间的网络建设。数字化车间的网络建设是串联各项业务，使之互相协作的保障，根据目前技术的发展，需要配套建设的网络环境包括工业以太网网络和工业自动化网络，以用于支持工业现场设备、模块、系统等等之间的通讯和关联。

2.2　数字化车间的应用技术考虑。技术进步是推动企业发展变革的原动力，数字化车间的建设也是以科学技术的发展为依托，通过各种技术手段的应用而使科学技术为生产服务，将技术进步转化为实际的生产成果。通过前面对网络建设及硬件支持的分析，综合考虑数字化车间的建设模型，可以将建设数字化车间所需的基本技术手段总结如图4　所示。

图4　数字化车间技术手段

3.数字化车间建设中需注意问题

任何事情的全面实施都需要进行全盘考虑，针对问题的多面性需要进行全盘考虑，在进行数字化车间的建设的过程也必当如此，这样面对数字车间的建设过程就能够更加清晰的给予认识，在建设的过程中就不会因为小问题而给整个项目带来损失，笔者针对整体过程中所出现问题进行总体分析，认为在此期间所需要格外注意的问题主要有四个方面：①在建设的过程当中需要注意安全生产问题；②需要从实际情况出发的分析问题，切不可盲目照搬和教条主义；③在项目建设中需要分析技术可行性问题；④发展创新问题。

三、数字化车间应用展望

为进一步推进经济体制改革，提升国民经济的工业化和信息化水平，通过数字化车间的建设，在基础的工业单元层面对信息化和工业化进行有机整合，实现两化融合的科学发展。可以说数字化车间的建设不仅是科技发展的必然产物，更是两化融合的发展要求。

从国家两化融合的发展规划可以看出，数字化车间是工业化和信息化发展的必然产物，是新时期工业化进程中科学技术推动生产力发展的良好切入点，数字化车间具有广阔的应用前景，不仅适用于制造行业，更可因地制宜的推广应用于国民经济的多个行业，为国民经济发展助力，提升国民经济的整体水平。

参考文献：

[1]侯闯.“十二五”MIE服务为先――记2010第五届中国制造业信息化新年趋势论坛暨2009MIE创新之星风云榜颁奖盛典[J].中国制造业信息化，2010（04）.

[2]杨海成，江彦，丁常彦，白云川.跨国精英关注中国“十一五”制造业信息化大势[J].中国制造业信息化，2006（02）.

[3]张艳，于巧稚.中国制造业信息化转型期的新思考――“十二五”MIE中国机会高端座谈会纪实[J].中国制造业信息化，2010（04）.

[4]黄迪生，张心耘，任海霞，刘炜，赵恒，李晓波，姜剑，杨维明，王可，彭旭，胡玉文，胡其登，张慧，张蕾，江彦，白云川，丁常彦，王征.创新设计正当时――三维CAD普及与深化应用研讨纪实[J].中国制造业信息化，2006（10）.

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关键词：无图制造 钣金零部件 数字化系统

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2012)08-0195-01

随着数字化无图制造技术的发展，数字化制造系统已经演变成钣金零部件加工和制造的关键性工具，钣金数字化制造的信息载体已经完全由“模拟量”转换成“数字量”。众所周知，“数字量”信息其做大的优势就是安全、精确、并行分布式处理、传递易行、容量大。钣金数字化制造系统的信息所表达出来的“数字化”，往往会引发信息处理上的一些变化，譬如：其所引发的技术革新和操作手段都有了巨大的变化和更新，因此，我们必须要在数字空间的实际运行模式中不断的完善和探索。

1、钣金数字化制造现状分析

激光切割制造技术的出现，完全替代了“剪切－冲”的工艺流程，它的特点就是灵活且具有较大的柔性，其缺点就是运作成本比较高。这种制造技术最常见于一些形状不规则的产品或器件上，随着小批量零部件的大量生产，激光切割制造技术越来越受到人们的重视。因为激光切割具有高柔性和高精度以及三维设计技术的不断完善和成熟，使用者可以完全从新设计和流程中取得收益，这样就可以大大降低生产成本，而且还能够有效地缩短工期。所以新的钣金工艺其实就是从设计开始的，及设计+激光切割+折弯+焊接/铆焊。多重折弯工艺在国内的箱体制造业已经比较普及。好处是省掉了传统的加强筋。在实际生产过程中我们发现激光具有切缝细，精度高的优秀特点。通常情况下，都是一次性进行切割，然后配合4次的折弯，从而实现4个工件。这种制造方式，完全超越了传统工艺的设计思路，所以为缩短工期奠定了基础。激光切割的不断普及，市场要求提高速切割，只有这样才能降低待机的时间，向厚板，高反射材料进行扩展，降低电耗成本等。例如雅马哈2010年所推出的by speed机型，其切割的速度可高达40m/min，加速度为3g，它能够切割20毫米厚的不锈钢，12毫米厚的铝合金，6毫米厚的紫铜等，而所耗电只有60kW左右。机器的有效利用率能够达到95%以上。

2、钣金数字化制造系统模式

2.1 数据源的整合与集成

钣金零部件的数字化制造数据大都是采用集中的管理与存储，这样就可以形成一个惟一的数据源。每一个系统都是经过产品的具体数据管理系统进行访问制造相应的模型、工装和工艺信息，从而改变了模拟量的传递模式，满足了所有信息在不同的用户之间与不同的应用系统之间的集成和共享。钣金零部件制造数字化数据库所有的知识组元可以随时更新而且还能够多次使用，钣金数据库知识系统的完善和建立，极大程度地满足了所有信息的数字自动化表述，同时，在每一个数字化的设计当中都可以重新使用所有者的制造技术，这就完全颠覆了传统意义上，单凭经验和多次的试验设计模式。集成系统协同设计就是把数据库、知识重用工具以及应用系统整合到一个相同的平台，该平台为工程设计的统一介质，使得整个数字化流程固定化，对所有数字化制造流程进行统一的控制和管理，从而进一步集成了各大子系统制造工艺，完成了其要素的设计。

2.2 数字量控制与传递

在传统钣金制造模式中模拟量主要是依靠传递实现的，所有零部件的生产流程中所有的环节都缺少一个整体的数字化定义，其所生产的成品难以确保精度和准度。数字化制造则是通过前提准备，将每一个使命的设计要素准确地进行了数字化的表述，凭借数字化的信息驱动生产材料加工的所有过程。通过对零部件模型的设计，就能得到所需产品的具体尺寸和形状，不过由于在零部件生产过程中出现很多的中间不确定状态，所以很难对设计信息向制造延伸。设计和制造模型属于相同对象的不同组成部分，其分别用于两个不同的生产阶段。确定了内容与工序之后，制造模型主要是结合工艺生产过程中的具体因素，对产品做出的一个详细描述，把以往制造模式中通过模拟量表达零件尺寸与形状的所有信息进行了数字化的定义，是工艺过程设计和工艺资源设计的依据。

3、钣金制造要素设计

3.1 知识建模

知识建模其实就是根据钣金零部件生产过程中所出现的知识，通过钣金零部件将其串联起来，把钣金制造和加工过程中所有知识作为一个整体系统，从横向和纵向两个方向进行归纳建模。纵向方面主要是从宏观到微观组元进行构建知识系统，同时依据不同知识组元易难程度进行分层建模，通常都是将该系统划分为型、域、属、族四个不同的层次。知识分类的最基本的单元就是型，它是根据知识具体求解对象的疑难程度进行分类，主要包含实例、基型和典型知识。横向方面，通过进一步地分析所有组元间的相互依赖关系，建立一个如同记忆网一样的模型，把钣金相关知识转化为由制造要素所组成的网络，建立一个完整、科学、便于管理的钣金知识库。

3.2 知识使用

基本类型的知识对形成问题解方案的作用方式分为表型和典型两种。知识可直接形成问题的解方案，基型知识则部分形成问题的解方案。钣金制造指令设计、成形模具设计等问题求解，根据知识的层次模型使用对应的属及基类知识，开发不同的推理方法，如：基于表型知识的推理、基于典型知识的推理、基于基型知识的推理等。以工艺流程设计为例，对于典型钣金零件，通过归纳总结典型方案，根据各种条件检索得到合理的工艺流程；对于非典型零件可以依次采用基于实例的设计或创成式方式来完成；知识检索采用基于编码的精确匹配方法。

4、结语

无图制造技术的发展，为钣金零部件的生产和加工提供了一个巨大的发展空间，其主要就是因为无图制造技术不但涵盖了最新信息和最前端技术，而且更重要的是它促进了生产技术的数字化智能化的发展。本文通过对钣金零件数字化制造系统模式的研讨和分析，提出了钣金数字化制造模式和解决思路，其中制造模型是面向制造过程对钣金零件信息的组织，采用集成管理的方法形成了钣金数字化制造的数据源。

参考文献