數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀new

1、數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀摘要摘要：數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造在先進(jìn)制造技術(shù)、醫(yī)療康復(fù)器械與生物工程等眾多相關(guān)領(lǐng)域中占有越來(lái)越重要的地位。從20世紀(jì)50年代數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)了單元制造技術(shù)、集成制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化制造技術(shù)的發(fā)展過(guò)程，數(shù)字化制造技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。本文在大量閱讀相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行了介紹綜述了國(guó)內(nèi)外數(shù)字化制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀論述了數(shù)字化制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心對(duì)數(shù)字化制造技術(shù)的

2、幾個(gè)核心技術(shù)進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹并分析數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、展望其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，最后概括總結(jié)了數(shù)字化制造經(jīng)歷的深刻變化與發(fā)展。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：數(shù)字化；國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀；制造技術(shù)；計(jì)算機(jī)輔助工業(yè)設(shè)計(jì)。正文：正文：1.數(shù)字化制造技術(shù)的概念所謂數(shù)字化制造，指的是在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真以

3、及型制造，進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品的整個(gè)制造過(guò)程。也就是說(shuō)，數(shù)字制造實(shí)際上就是在對(duì)制造過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化的描述中建立數(shù)字空間，并在其中完成產(chǎn)品制造的過(guò)程[1]。由于計(jì)算機(jī)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了以數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，以交互圖形系統(tǒng)為手段，以工程分析計(jì)算為主體的一體化計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)能夠在二維與三維的空間精確地描述物體，大大地提高了生產(chǎn)過(guò)程中描述產(chǎn)品的能力和效率。正如數(shù)控技術(shù)與數(shù)控機(jī)床一

4、樣，CAD的產(chǎn)生和發(fā)展，為制造業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程數(shù)字化和自動(dòng)化打下了基礎(chǔ)。將CAD的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的制造、工藝規(guī)則等信息，使加工機(jī)械按照預(yù)定的工序組合和排序，選擇刀具、夾具、量具，確定切削用量，并計(jì)算每個(gè)工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間，這就是計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃（CAPP）。將包括制造、檢測(cè)、裝配等方面的所有規(guī)劃，以及面向產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、工藝、管理、成本核算等所有信息的數(shù)字化，轉(zhuǎn)換為能被計(jì)算機(jī)所理解并被制造過(guò)程的全階段所共享，從而形成所謂

5、的CADCAMCAPP，這就是基于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)字制造觀。從數(shù)字制造的要領(lǐng)出發(fā)，可以清楚地看到，數(shù)字制造是計(jì)算機(jī)數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造技術(shù)不斷融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的必然。對(duì)制造設(shè)備而言，其控制參數(shù)均為數(shù)字信號(hào)。對(duì)制造企業(yè)而言，各種信工出新零件。伽馬刀、電鏡——視覺(jué)引導(dǎo)的機(jī)器人等數(shù)字醫(yī)療設(shè)備擴(kuò)展了基于視覺(jué)的數(shù)字測(cè)量?jī)x器的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了人體內(nèi)腔器官的數(shù)字化。數(shù)字裝備的另一個(gè)重要的發(fā)展是

6、加工對(duì)象的尺度變化，由毫米、微米到納米，陸續(xù)出現(xiàn)了顯微數(shù)字圖像處理設(shè)備、電子制造裝備等精密數(shù)字制造裝備。在技術(shù)方面，數(shù)字裝備與數(shù)字制造的研究已從單純的制造過(guò)程的幾何量(位移、多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)位移、運(yùn)動(dòng)形狀、微觀形狀等)的數(shù)字描述，發(fā)展到對(duì)制造過(guò)程的物理量(溫度、流量場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、熱變形、密度、物質(zhì)材料等)以及知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、信息等的數(shù)字描述。系統(tǒng)的形式化、數(shù)字化描述與處理成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，包括海量信息處理，微納識(shí)別和分辨率，物理過(guò)程仿真與分析(包括

7、有限元方法、三角劃分、復(fù)雜邊界物理方程求解等)、網(wǎng)格計(jì)算以及物理本質(zhì)的探索等。在20世紀(jì)90年代中期通過(guò)并聯(lián)機(jī)構(gòu)與數(shù)控技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了并聯(lián)機(jī)床又稱虛擬軸機(jī)床，其應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到虛擬軸坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、六維力傳感器等精密測(cè)量平臺(tái)設(shè)備。但從目前的技術(shù)發(fā)展來(lái)看，并聯(lián)機(jī)床還不能成為數(shù)控機(jī)床的主流產(chǎn)品。只在輕工、食品加工以及大型天文望遠(yuǎn)鏡方面等具有一定用武之地。在數(shù)字裝備的研究方面應(yīng)該擴(kuò)大范圍要大力發(fā)展以電子制造裝備、大型醫(yī)療裝備、精密科學(xué)儀器、精密數(shù)

8、控裝備等數(shù)字裝備為代表的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)所需裝備。（3）虛擬制造階段作為現(xiàn)代制造裝備“靈魂”的數(shù)控系統(tǒng)已由NC、CNC時(shí)代進(jìn)入了PC—NC和—NC時(shí)代[7]。其主要目標(biāo)都是開(kāi)發(fā)具有智能化和柔性化的新一代開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，將各種新工藝、新技術(shù)、新方法集成于控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)先進(jìn)制造裝備的支撐環(huán)境。數(shù)字化制造技術(shù)起源于美國(guó)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，現(xiàn)已進(jìn)入了基于產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)的虛擬制造階段，并形成了完備的應(yīng)用體系。波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上