数字化核心技术浅析
张琼宇
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一、引言
20世纪中叶以来，微电子、自动化、计算机、通讯、网络、信息等科学技术的迅猛发展，掀起了以信息技术为核心的新浪潮。与此同时，数字作为计算机技术的基础，其概念近年来得到了广泛的应用．出现了诸如数字城市、数字化生存等以数字为前缀的新概念和新思想．这些为数字及数字技术的拓展和应用开辟了新的广阔空间。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“]，将数字化技术用于支持产品全生命周期的制造活动和企业的全局优化运作就是数字制造技术。目前制造业面临三大突出问题的挑战，即网络化、知识化和服务化，以及由此而带来的复杂化，进而导致对制造系统中的组织结构和功能的非线性、时变性、突发性和不平衡性难以用传统的运行模式和控制策略来驾驭。制造信息的表征．存储、处理、传递和加工的探刻变化，使制造业由传统的能量驱动型逐步转向为信息驱动型“数字化已逐渐成为制造业中产品全生命周期不可缺少的驱动因素，数字制造也就成为一种用以适应日益复杂的产品结构、日趋个性化、多样化的消费需求和日益形成的庞大制造网络而提出的全新制造模式，井很自然地成为未来制造业发展的重要特征。
二、数字化设计与制造的内涵与发展
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。它们之间的关系见图l 所示。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，这些关键技术之间具体关系见图2所示
三、数字化设计与制造的核心技术
数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。其核心技术主要有：
CAD,CAE,CAM,CAPP
计算机辅助设计CAD 技术（Computer Aided Design）
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。
3.1.1 发展历程
20世纪60年代至70年代是CAD技术的开创时期，在当时，计算机图形显示设各和计算机图形学理论为这项工作的最初研究奠定了良好的基础。1962年美国麻省理工学院林肯实验室的Ivan Sutherlalld开发了SKETCHPAD，并发表了题为“人机通信的图形系统”的博士论文，从此确立了交互式计算机图形学的研究地位，CAD 技术也正是伴随着交互式计算机图形学而得以发展。初期cAD技术的含义与功能仅仅是由计算机代替繁琐的手工绘图，且以二维绘图为主，仅有的几种三维CAD 软件也只有线框造型功能。在20世纪70年代至80年代，由于国际航天和汽车工业的蓬勃发展，遇到大量的自由曲面造型问题，因此自由曲面造型和实体造型技术获得了快速的发展，美国的Coons和法国的Bezier先后提出了新的曲面算法。此时，研发了一批CAD／CAM软件系统应用于工业。1977年法国达索飞机公司开发出具有代表性的三维曲面造型系统CATIA，为CAD带米了一次新的技术革命。随之为了解决CAE问题，开发出采用基本体素和布尔运算来构造三维模型的实体造型软件。1979年诞生了世界第一个完全摹于实体造型技术的软件I．DEAS。
20世纪80至90年代，微机系统的普及，参数化技术和特征造型技术的发艘，使得CAD技术又产生了一次飞跃。如1982年美国Autodesk公司展示了全球第一个基于PC的CAD软件．AutoCAD，．oj此同时，有很多人提出基于特征、全数据相关、尺寸驱动设计修改的参数化设计方案，1985年美同成立了PTC公司，研制了参数化设计软件．Pr0／Engineer，率先提出并实现了尺寸驱动零件设计修改的设计思想。90年代中期，SolidWbrks公司发布了SolidWorks软件；Latergl发布了SolidEdge软件，成为微机系统的参数化特征造型的后起之秀。90年代至今，计算机软硬件技术的急剧变化，尤其是计算能力的大幅度提高，对CAD技术产生了巨大的影响，慕于特征和基于历史的三维参数化设计系统的快速推出；相关联的并行设计软件得到空前发展。提供对复杂产品全生命周期的解决方案，包括制造企业所用的三维CAD、CAM、PDM、CAE和数字化制造等模块。
图在设计中的应用
3.1.2 进展情况
(1)从二维绘图到三维设计
早期的CAD只支持二维绘图，进入90年代以来，三维绘图得以快速发展，并且在工程设计中得到了很好的应用。应该看到，二维绘图是基础，而利用三维CAD系统进行直接设计乃是当前和今后设计的新理念和发展方向。如在现有的软件支持下，直接以三维概念开始设计，整个设计过程可以完全在三维模型上讨论，它包括从接受产品的功能定义开始到完成产品的材料信息、结构形状和技术要求等。
(2)造型功能增强
①在产品造型技术方面，綦于特征造型技术、幕于历史的造型和参数化造型技术已在当今的CAD系统中得到了普遍的应用，但对于复杂的曲面设计的有效性仍存在许多问题川。
②当前的大部分CAD系统主要以详细设计为主，还不能支持概念设计和早期设计。这就要求未来的CAD系统应该向伞设计过程扩展，全面支持概念设计和详细设计。
③对于CAD系统水说，有效地实现大型复杂产品CAD模型的快速绘制和装配一直是一个亟待解决的问题。现有的办法是采用模型的轻量级加载或采用了装配体的压缩。
④除了机械CAD之外，几何造型技术还可以扩展到更多的新的应用领域，如生物医学、农业工程、地理信息、人体造型与服装设计等。
（3）CAD产品数据的交换与共享
近年来，一种高层的异地、分布式、具有协作性的产品设计开发方式正在兴起，并得到快速发展产品数据交换与共享则是这一方式顺利进行的重要保证。因此，研究人员已经在此方面做了很多努力，来探索更有效的数据交换方法，目前已有几种解决方案，但都各有优缺点，尚需继续研究。
(4)网络化协同设计
网络化协同设计是当前国内外的研究热点，互联网为CAD提供了一个纵横的设计人员实时、异地交流的新的设计方向。目前，各着名的CAD公司已经开发了基于网络的CAD产品模块。例如：UG的图文浏览器Visview、网上数据管理ISNetwork：CATIA的CATWEB。但就此项技术来说，在国内外均处于起步阶段，许多技问题有待于迸一步研究解决。
3.1.3 CAD设计的优点
（1）零件设计更加方便
使用三维CAD系统，可以装配环境中设计新零件，也可以利用相邻零件的位置及形状来设计新零件，既方便又快捷，避免了单独设计零件导致装配的失败。资源查找器中的零件回放还可以把零件造型的过程通过动画演示出来，使人一目了然（2）装配零件更加直观
在装配过程中，资源查找器中的装配路径查找器记录了零件之间的装配关系，若装配不正确
即予以显示，另外，零件还可以隐藏，在隐藏了外部零件的时候，可清楚地看到内部的装配结构。整个机器装配模型后完成还能进行运动演示，对于有一定运动行程要求的，可检验行程是否达到要求，及时对设计进行更改，避免了产品生产后才发现需要修改甚至报废。
（3）缩短了机械设计周期
采用三维CAD技术，机械设计时间缩短了近1／3，大幅度地提高了设计和生产效率。在用三维CAD系统进行新机械的开发设计时，只需对其中部分零件进行重新设计和制造，而大部分零部件的设计都将继承以往的信息，使机械设计的效率提高了3—5倍。同时，三维CAD系统具有高度变形设计能力，能够通过快速重构，得到一种全新的机械产品。2．4提高机械产品的技术含量和质量由于机械产品与信息技术相融合，同时采用CAD CIMS组织生产，机械产品设计有了新发展。三维CAD技术采用先进的设计方法，如优化、有限元受力分析、产品的虚拟设计、运动方针和优化设计等，保证了产品的设计质量。同时，大型企业数控加工手段完善，再采用CAD／CAPP／CAM进行机械零件加工，一致性很好，保证了产品的质量。
计算机辅助工程CAE技术（Computer Aided Engineering）
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。
3.2.1 CAE的发展历程
CAE软件是迅速发展中的计算力学、计算数学、相关的工程科学、工程管理学与现代计算机科学和技术相结合而形成的一种综合性、知识密集型的信息产品。CAE的理论基础起源20世纪:40年代，数学家Courant第一次尝试用定义在三角形区域上的分片连续函数的最小位能原理来求解扭转问题以来，一些应用数学家、物理学家和工程师也由于种种原因涉足有限元的概念，直到1960年以后，随着电子计算机的广泛应用和发展，有限元技术依靠数值计算方法，迅速展起来。
而实用的CAE软件诞生于上世纪70年代初期，70-80年代是CAE技术蓬勃发展的时期，其功能和算法也得到了进一步扩充和完善，到上世纪民80年代中期，逐步形成了商品化的通用和专用CAE软件，到80年代后期国际上已经有了功能相对比较完善的NASTRAN,ANSYS,ABAQUS,DYN-3D,ASKA,MODULEF,FASTRAN等十多种名的CAE 软件，而国内也拥有了JIFEX,FEM,FEPS等CAE软件。上世纪90年代是CAE技术的成熟壮大时期。而最近15年CAE的发展，不仅是扩充了软件的功能、性能，更重要的是扩充了用户界面，前后处理能力，对数据管理和图形部分，进行了重大的改造，新增的软件成分大都采用了面向对象的软件技术和C++语言。
3.2.2 CAE系统的主要功能
CAE系统是包括产品设计、工程分析、数据管理、试验、仿真和制造在内的计算机辅助设计和生产的综合系统。通常，为了在计算机中分析和模拟一个产品，首先必须建立产品模型，有了产品模型以后，我们可以运用CAE的分析方法（有限元法或模态分析法），来分析产品在工作环境中的受力变形、振动及运动的情况，以便评定产品是否满足设计要求。CAE系统可以采用参数优化方法进行方案优选，使方案设计考虑的因素更为精细、全面和合理。CAE系统也可以对运动的机构进行动态分析，并可画出机构运动的动画，以便检查机构的运动轨迹，校核运动件的干涉情况，还可计算出各构件的运动速度、速度和受力的大小。CAE系统还可以对金属切削加工、铸造、焊接、成型、试验、装配和物料流动等各种工艺过程进行仿真，除了对产品加工质量进行预测之外还可以深入研究这些工艺过程的机理和规律。CAE技术的应用范围很广，发展也相当快，总之，当前CAE技术的功能主要体现在产品的建模、工程分析、模拟仿真和优化设计等几个方面。3.2.3 CAE技术在汽车产品开发中的应用
CAE的应用，极大地促进了汽车技术的进步和发展。如果说CAD是在帮助工程师创造更丰富、更优美、更实用的几何实体设计，那么CAE则是在保证产品设计的质量、寿命、性能、成本等方面发挥着重要作用。CAE技术在汽车产品开发中效果突出，其分析方法的准确性和精确性已得到普遍认可，几年前“要求对分析结果进行试验验证”的说法现在已经很少见，因为几乎所有的中国汽车企业都采用了CAE技术。
在汽车产品开发中，如果我们只依靠总设计师的“经验”和样车，那么确定诸如行驶性、操纵稳定性、振动、噪声和舒适性等这些整车参数必然不是科学先进和客观可靠的，而如果等到产品设计完成后，才发现这些性能达不到要求，则需要投入大量的人力和物力，而且会延误开发周期，坐失市场商机。而如果我们运用CAE仿真技术，对“原型车”和开发车系统进行仿真，可以在概念设计阶段就精确地预测和控制零部件乃至整车的性能和结构可靠性，从而在开发初期就能使未来产品性能和结构指标得到保证。其中VPG(Virtual Proving Ground)虚拟试验场软件，是专门针对整车分析而开发的CAE仿真环境，可以进行整车的防撞性、安全性和耐久性分析设置，以及可以仿真测试整车系统在道路条件下的疲劳寿命，并对仿真碰撞中的汽车驾乘人员保护进行评价。很显然，CAE技术的采用可以节约大量成本和时间，其技术经济意义是特别重大的。据有关统计数据表明应用-./技术后，开发期的费用占开发成本的比例，从80%-90%下降到8%-12%。例如福特汽车2000年计算机应用项目的成果是：新车型开发周期从36月降低
12-18个月；开发后期设计修改率减少50%；原型车制造和试验成本减少50%；投资收益提高50%。可以说在汽车发展历史上，没有什么技术能与CAE技术相比，产生如此巨大的回报。
图 CAE在汽车开发中的应用
3.2.4 发展趋势
随着计算机技术的快速发展，无论在性能、功能软、硬件技术等方面CAE技术也得到极大的发展，并呈现出如下发展趋势。
(1)CAE软件进一步向专业用方向发展。更多的CAE用户开始在通用软件平台上开发专业化应用软件，建立了企业级的CAE分析技术标准化软件，简化分析方法，提高-./应用效益，以此来建立和提升企业开发和研制的能力。
(2)CAE功能进一步扩充。将实现多结构耦合分析，多物理场耦合分析，多尺度耦合分析，以及结构，构件及其材料的一体化设计计算与模拟仿真等功能。
(3)基于互联网的集成化与支持协同工作的CAE系统的出现，将实现基于Internet 的CAD/CAE/CAM/CAPP/PDM/ERP的集成化、网络化和智能化。
(4)新一代的CAE系统将能够解算上千万阶方程组，CAE软件的三维实体建模，复杂的静态、动态物理场的虚拟现实技术将会有很大发展，能够实现对复杂工程、产品的实时和真三维仿真。
(5)基于Internet/Grid computing的面向对象的工程数据库管理系统及工程数据库将会出现在新一代的CAE软件中。
(6)用户界面将实现多媒体、智能化、网络化的统一。随着计算机图形技术正在迅猛发展，多媒体技术一定会使来CAE软件的用户界面具有更强的直观、直感和直觉性，给用户带来耳目一新的感觉。
计算机辅助制造CAM 技术（ Computer Aided Manufacturing）
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。
3.3.1 CAM的发展过程
CAM技术发展至今，无论在软、硬件平台、系统结构、功能特点上都发生了变化。当今流行的CAM系统在功能上也存在着巨大的差异。就其具有决定意义的基本处理方式与目标对象上看，主要有两个主要发展阶段，或者说是两代产品。（1）第一代CAM：APT。20 世纪60 年代在专业系统上开发的编程机及部分编程软件如FANUC、Siemens 编程机，系统结构为专机形式，基本处理方式是人工或辅助式直接计算数控刀路，编程目标与对象也都直接是数控刀路。特点是功能差，操作困难，专机专用。
（2）第二代CAM：曲面CAM系统。系统结构一般是CAD/CAM混合系统，较好地利用了CAD 模型，以几何信息作为最终的结果，自动生成加工刀路，自动化、智能化程度得到了大幅度提高，具有代表性的是美国的UG、加拿大的Cimatron、美国的MarsterCAM、法国的CATIA、北京北航的CAXA等。其基本特点是面向局部曲面的加工方式，表现为编程的难易程度与零件的复杂程度直接相关，而与产品的工艺特征、工艺复杂程度等没有直接相关关系。虽然第二代CAM系统以CAD 模型为编程的目标对象，自动生成刀路轨迹，使系统的自动化、智能化水平得到了大幅度提高，系统的操作也更符合工程化概念。但是，也正基于第二代CAM系统以CAD 模型的局部几何特征为目标对象的基本处理形式，使CAM系统的智能化、自动化水平要更进一步发展受到了限制。只有突破当今的固有模式，发展新一代的CAM 系统：即面向模型、面向工艺特征的CAM系统，才能够将CAM的自动化、智能化水平提高到一个新的高度。
3.3.2 CAM的发展现状
CAM作为应用性、实践性极强的专业技术，直接面向数控生产实际。生产实际的需求是所有技术发展与创新的原动力。分析总结当今CAM的应用现状及与生产实际要求间的差距、CAM应用在生产组织与管理上的问题、新工艺新技术对CAM 的特殊需要等，有助于更好地了解今后CAM的发展趋势。
因为实际应用的实践性强，专业化分工明确，就总体而言，CAM的专业化水平高于CAD。纵观当今占主导地位的CAM系统，无论其界面好坏、功能强弱，都存在着共同的缺陷：CAD/CAM混合化的系统结构体系。CAD 功能与CAM功能交叉使用，不是面向整体模型的编程形式，工艺特征需由人工提取，或需进一步CAD 处理产生。该结构体系的形成是历史的产物。多年前，集成系统特别是网络化集成的观念还没有成为系统开发的主体思想，模型的建立与编程在同一地点由同一个操作者完成。由此会造成如下的问题：
(1)不适应当今集成化的要求。现代生产企业要求网络集成系统的模块分布、功能侧重必须与企业的组织形式、生产布局相匹配。系统混合化不等于集成化，更不利于网络集成化的实现。
(2)不适合现代企业专业化分工的要求。混合化系统无法实现设计与加工在管理上的分工，增加了生产管理与分工的难度，也极大地阻碍了智能化、自动化水平的提高。另外，混合化系统要求操作者在CAD 与CAM两个方面都要有深厚的背景与经验，才能很好地完成工作，增加了学习掌握与使用系统的难度。一般需1～3 年的实践才能成为称职的CAM操作人员，对企业人才的管理造成了极大的负面影响。
(3)没有给CAPP 的发展留下空间与可能。众所周知，CAPP 是CAD/CAM一体化集成的桥梁，CAD/CAPP/CAM混合化体系决定了永远不可能实现CAM的智能化与自动化。
因为生产工艺的标准化程度低，受到生产设备、刀具、管理等因素的影响，至今也还没有一个成熟的、以创成法或派生法为推理机制的商品化的CAPP 系统。但随着企业CAD、CAM等技术的成功应用，工艺库、知识库的完善，将来CAPP 也会有相应的发展。逐步实现CAD- CAPP- CAM按科学意义上的一体化集成。而混合化的系统从结构上为今后的发展留下了不可弥补的隐患。
3.3.3 国内流行的软件
(1)PICAD：PICAD系统及系列软件是中科院凯思软件集团及北京凯思博宏应用工程公司开发的具有自主知识产权的CAD软件。该软件具有智能化、参数化和较强的开放性，对特征点和特征坐标可自动捕捉及动态导航系统提供交互环境下的开放的二次开发工具，用户可以增加功能或开发专业应用软件。
(2)CAXA：CAXA电子图板是高效、方便、智能化的通用中文设计绘图软件，辅助设计人员进行零件图、装配图、工艺图表、平面包装的设计，适合二维绘图的场合，可使设计人员甩掉图板，满足相关行业的设计要求。CAXA—ME是一套数控编程和三维加工软件，具有强大的造型功能，可以快速建立复杂的三维模型，它为数控加工行业提供了从造型、设计到加工代码生成、加工仿真、代码校验等一体化的解决方案。其中的注塑模设计(CAxAIMD)是一套中文注塑模专业CAD软件，可使设计人员不必翻找设计手册即可轻松设计模具。
(3)金银花系统(Lonicera)、高华CAD、GS—CAD98、开目CAD等软件，其中的金银花系统的目标是向国外三维CAD软件发出强有力的挑战。
总起来说，以上各种软件各有优点和不足之处。
计算机辅助工艺设计CAPP 技术（Computer Aided ProcessPlanning）
CAPP 是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（图形）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。CAPP 从根本上改变了依赖于个人经验，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放出来，极大地提高了工作效率。CAPP 的支撑技术是信息建模技术、工艺设计自动化和产品数据交换标准。
3.4.1 CAPP技术研究现状分析
从20世纪80年代以来，国内外在CAPP技术的研究与系统的开发上已投入大量的资金与力量，在智能化决策及与其它应用系统的集成化方面提出了许多技术方案，并已开发出为数众多的CAPP系统。主要技术研究成果集中在零件信息描述、工程知识处理、工艺决策专家系统、CAD／CAPP／CAM集成等方面。在所开发的CAPP系统中，有些系统已得到实际应用，少数已商品化。但总的来看，在商品化软件出现以前，CAPP的研究开发方向存在与实际应用严重脱节的偏差。主要是应用范围划得过窄、决策技术目标定得过高、工艺信息及文件管理没有考虑、软件的工程化／商品化重视不够，导致大多数软件实用水平很差，或者很难扩大应用范围，同CAD、CAM、MIS、PDM等相关计算机辅助技术相比，在应用范围和水平上差距相当大。从1995年前后，CAPP的实用化问题引起研究者和企业技术工作者的重视，以实现工艺设计的计算机化为目标或强调CAPP应用中计算机的辅助作用的实用化CAPP系统成为新的主题。许多企业应用了基于Office 或CAD等通用软件开发工艺卡片填写系统。在这些系统中，很多只是基于简单模
板的计算机出卡片，仅取得了一定的应用效果，但也有不少是企业在工艺标准化、规范化的基础上花费大量人力、物力所开发出来的，且取得的很好的应用效果。许多企业应用了基于Office或CAD等通用软件开发工艺卡片填写系统。在这些系统中，很多只是基于简单模板的计算机出卡片，仅取得了一定的应用效果，但也有不少是企业在工艺标准化、规范化的基础上花费大量人力、物力所开发出来的，且取得的很好的应用效果。1997年以来，国内推出了几个商品化CAPP系统，其中许多是基于AutoCAD和其它一些图形系统的工艺卡片填写工具系统。这类系统片面强调工设计的“所见即所得”，完全以文档为核心，忽视企业信息化中产品工艺数据的重要性，存在难以保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成的致命问题。这类系统基本为文件形式进行管理，有些虽然宣称以数据库管理，事实上是基于文件封装概念的管理，产品工艺数据的准确性、一致性和工艺信息集成等问题仍无法解决。也有一些CAPP系统从信息系统开发角度，分析产品工艺文件中所涉及的数据／信息，建立结构化的数据模型，并以模型驱动进行工艺设计，并实现了模型驱动下的“所见即所得”工艺设计界面，为工艺信息的可靠、有效集成和CAPP的深入应用奠定了良好的基础。这类的CAPP系统采用结构化数据，工艺管理易于实现，能够保证产品工艺数据准确性、一致性和进行工艺信息集成，实现了工艺设计与工艺管理一体化、工艺信息的数字化和集成化，体现了企业信息化技术及现代先进制思想，是当前CAPP发展和应用的主流。企业对CAPP的应用越来越重视，目前很多企业都在不同程度上应用了CAPP技术，对CAPP提出了更多需求，将大大推动CAPP技术研究及工程化发展。
3.4.2 CAPP技术的发展趋势
（1）企业对CAPP技术的需求
企业对CAPP的技术需求可以分为以下几个方面：标准化需求工艺标准化是CAPP 深入应用的重要保证。工艺标准化利于提高企业工艺工作的科学化、规范化水平，有利于推广先进的工艺技术和实现多品种单件小批量生产的专业化、自动化，从而缩短产品开发周期，提高质量，降低产品成本。工艺标准化的基本内容包括各类工艺术语、工艺数据、典型工艺等不同层次进行规范化、标准化、典型化研究等。工艺标准化对企业实现制造信息化十分关键，是企业信息标准化的重要组成部分。企业希望通过CAPP技术的应用，总结归纳企业工艺规范，不断积累典型工艺、工艺知识、工艺参数和经验，不断优化和提高企业工艺技术水平。·工艺模式变革需求现有工艺工作是基于手工传统工作方式形成的工艺设计和管理的组织结构、业务流程和工作模式，面临企业制造信息化和PDM、ERP及OA的集工程的需要，工艺模式也应进行相应的变革，适应企业信息化工程需要，提高工艺工作效率和质量。工艺模式的研究包括工艺组织结构和功能、审批流程、工艺信息结构、工艺业务流程和信息流程等。
功能需求
企业中工艺工作一般分为两个部分：总体工艺管理和专业化工艺规划。企业需要CAPP系统能够全面覆盖这两个方面的工作，包括产品BOM管理、产品工艺性审查、工艺总方案设计、材料定额、工艺分工计划、工艺编制、工艺设计过程管理、工艺更改控制管理、工艺信息管理、各种各样工艺技术文件管理等，同时满足产品研发不同阶段工艺设计和管理需求。
（2）面向企业信息化工程的集成需求
工艺信息是企业信息集成一个关键环节、企业过程集成的重要组成部分。企业信息化工程对CAPP系统的应用提出了很高的要求：以信息集成、功能集成、过程
集成为目标，实现与PDM／ERP／CAD／CAM／MIS等系统的集成，系统具有较好的开放性等。系统实施采用工程化方法，按照“效益驱动原则”、“标准化原则”、“集成原则”、“改革原则”、“面向用户原则”等，提高工艺领域及企业管理的工作效率和质量。CAPP技术的发展必须符合企业及企业信息化工程的需要，当前CAPP系统及商品化软件在企业中得到了较好的推广和应用，但还很大程度上不能够满足企业当前及未来发展的要求。CAPP体系结构系统的体系结构反映了系统的研发理念和主导思想。随着CAPP本身和企业信息化技术的断深入发展、信息技术的不断提升，CAPP的体系结构应体现以下几个特点：·Client／Server(C ／S)模式与Browser／Server(B／S)模式相结合随着企业信息化工程的不断深入，企业对工艺管理越来越重视，更多地需要企业全局的工艺信息查询管理、网络化的工艺工作协同和过程控制、工艺资源的优化配置和利用等。目前，大多CAPP系统采用单机模式或C／S模式，不能实现跨平台的数据共享、信息集成和过程集成，现代CAPP必须解决这方面问题，采用B／S系统模式实现工艺信息、过程的管理与控制。另一方面，计算机技术在网络化工作、Web方面得到进一步发展，包括J2EE／EJB、ASP、．NET等方面，为现代CAPP采用B／S结构提供了条件。但对于工艺设计、工序图编辑等工作采用C／S结构更加合适，因此现代CAPP系统应是C／S模式与B／S模式有机结合，各取所长。广泛采用组件技术、面向对象技术、数据库和知识库技术的层次化结构企业工艺工作情况各种各样、应用环境千差万别、工艺技术标准各不相同，要求CAPP系统能够适应这种变化，快速定制形成企业实用化CAPP系统，现代CAPP应广泛采用组件技术、对象处理技术及数据库技术，实现数据层／对象层、对象操作层、事务处理层、功能层的严格分离，并且还实现应用服务器、数据库服务器、文件服务器的独立，实现CAPP系统的组件化，保证系统的开放性和可扩充性。
（3）基于三维CAD或／和PDM系统进行开发，实现信息、功能及过程的集成
信息集成是CAPP永久关注的焦点，基于二维CAD开发、信息模型驱动的CAPP 系统难以完全满足CAD／CAPP，CAM集成的需要，如三维产品模型不能用于工序图编辑，二维工序图信息不能为CAM进行数控编程使用；另外，三维的装配参装件图也提高了装配工艺的质量和实用性。因此，基于三维CAD开发和应用CAPP 是现代CAPP技术发展的一个重要方向。PDM系统是企业信息化工程的集成框架，这一认识得到了普遍的认同和实践。PDM在电子文档的管理、产品BOM的管理、工作流程管理等方面具有较为完善的机制和功能，同时作为企业信息化工程工作平台，要求相关应用系统包括CAD、CAPP、CAM等与PDM系统紧密集成。利用PDM 作为工作平台、利用PDM现有机制和功能，进行紧密集成开发，是现代CAPP的又一重要方向。
3.4.3 CAPP的功能
传统意义上的CAPP仅完成工艺设计活动，并没有完整地涉及到企业工艺技术部门的所有工艺工作，尤其是大量、烦琐的工艺信息的动态管理工作。而在实际生产中，工艺设计只是工艺信息生成和处理全过程中的一部分工作，因而仅仅提高工艺设计局部高效率并不能带来整个企业工艺技术工作整体的高效率。为了满足企业对工艺设计及工艺管理工作的需求，现代CAPP系统必须具有以下几个方面的功能：
（1）综合工艺设计与管理功能：主要包括产品BOM管理、工艺分工路线、材料定额、工艺任务分工等方面；
（2）工艺设计功能：提供各种快速有效的工艺设计方式实现各种类型工艺规程、
工艺指令文件的编制、存储等，实现基于知识的跨平台的多工艺部门／人员的协同工艺设计；
（3）工艺管理功能：包括工艺信息管理(各种统计汇总报表、制造BOM等)、工艺文档(工艺规程、技术指令文件、相关图形文件、NC文件等)管理、业务过程(文件编制、审批发布过程、更改)管理、信息集成等方面；
（4）工艺知识管理功能：工艺知识是工艺设计的基础，对工艺知识的管理有利于企业工艺知识、经验的积累和工艺优化。包括工艺信息建模、典型工艺管理、工艺标准管理、工艺术语／切削参数、材料管理等。
（5）制造资源管理功能：包括机床、刀具、夹具、模具、物料库存等管理，实现动态管理，及时掌握制造资源状态，进行制造资源的优化配置。
（6）综合管理决策支持功能：提供企业管理人员进行管理决策的信息支持，包括工艺信息、工艺文件、技术准备进度、工艺装备、产品配置等方面全方位的信息查询、浏览等。
（7）系统管理功能：用户管理、应用环境配置、系统安全管理等方面。
图现代CAPP功能结构
可以看出，现代CAPP必然走向面向制造数据管理的企业工艺信息集成系统。
3.4.4 工艺设计方式
工艺设计方式总的可以分为交互式(Interactive)、修订式(Variant)和创成式(Generative)等
（1）交互式工艺设计模式，缺少智能决策功能，完全依靠工艺人员的知识和工作经验。以至目前工艺工作强度仍然很大，并且编出的工艺规程的规范性差，难以保证工艺规程的质量、工艺信息的完整性和一致性，不能充分利用企业积累的工艺经验与数据，不利于企业信息集成。
（2）检索修订式CAPP系统是利用相似工艺检索技术，不仅可以大大减少工艺工作强度和对有经验工艺人员的依赖，而且还可以提高产品工艺的继承性和重用性，从而能够在不同条件下解决工艺与工装的规范化与标准化。但是用传统方法编码体系的建立非常困难，总结归纳典型工艺费时费力，开发周期较长，且不够灵活。
（3）创成式CAPP系统智能化程度高，工艺规范化好，工艺设计效率高，但工艺知识的获取和维护需要耗费大量的人力物力和财力，成为系统开发与应用的瓶颈，而且应用规模窄，系统适应性差。由于工艺设计环境和任务的复杂性和多样性，难以实现通用的工艺决策全过程自动化；而交互式、检索修订式和创成式CAPP各有其特点和局限，片面地强调CAPP的智能化或自动化是不合适的。同时，计算机的工作模式有它的特点和局限性，比如它适合处理复杂重复繁琐的工作，而对抽象性综合性强的、难以描述的决策任务不能胜任，这些恰恰是工艺人员的特长，充分发挥工艺人员的技能技巧有着重要的实际意义。
（4）基于知识的综合智能化CAPP。基于知识的综合智能化工艺设计指的是充分发挥计算机和工艺人员的特点和特长，综合运用交互式、检索修订式以及智能决策方式等工艺设计模式，最大限度地提高工艺设计效率和质量、保证工艺信息的完整性和一致性、增强系统的集成性。所谓综合运用交互式、检索修订式以及智能决策方式等工艺设计模式不是简单地叠加，而是有机地融合、渗透，用户是工艺决策的主体，要充分发挥人的智能优势，在系统应用过程中不实现系统智能，有效地辅助工艺人员，更好地发挥CAPP系统的效率。其主要技术方法包括：计算机辅助工艺标准化、规范化、基于信息模型驱动的工艺设计技术、工艺资源及工程数据库关联设计技术、相似工艺／典型工艺的自动检索设计、参数化／模块化／单元化工艺设计技术、基于对象的推理及专家系统技术、工程知识处理技术、工艺知识及工艺资源的自动获取等方面。基于知识的协同设计是代CAPP的一个发展趋势，在知识有效管理和广泛共享的基础上，不同工艺部门、人员之进行协调工艺决策，使工艺经验和知识发挥更大作用，更好地进行工艺优化，减少技术部之间的往复的、低水平的协调，缩短了工艺准备周期。基于知识的综合智能化工艺设计研究将进一步引发针对行业、专业工程知识处理技术的研究及具有专业化特色的决策功能研究具有专业特色的工艺知识库、工艺资源库的建立和应用将具有很大的发展潜力。可以看到，当前基于知识的综合智能化工艺设计技术研究局限于对现有直接知识的处理和利用，缺乏相关知识和技术资料的管理和应用。工艺设计过程中需要企业及其行业相关技术成果、工艺试验、工艺案例、作业指导书、工艺标准以及材料／元器件信息、性能及热表处理、工具工装、工艺技术等相关知识，工艺人员在工艺规划及编制过程中，如能得到相关技术知识的快速响应支持，将会大大增强企业工艺创新能力，因此基于知识的工艺创新设计平台的研究开发将是现代CAPP的重要发展领域。
四、参考文献：
[1]程新平等.逆向工程技术在水泵叶轮测量和加工中的应用[J].CAD/CAM与制造业信息化．2005，(2)．
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2019年全国职业院校技能大赛高职组“模具数字化设计与制造工艺”赛项样卷（八） 1. 将姓名、参赛证号，代表队名称、代码及赛位代码准确填写在规定的密封区域内； 2. 仔细阅读赛题内容，在计算机上用电子文件按《竞赛规程》及本子项目附加的要求完 成竞赛内容； 3. 不要在文件资料上涂写、涂画，也不要删除赛卷； 4. 不允许在密封区域内填写无关的内容； 5. 在提交的文件中，不得泄露参赛队信息。 一、竞赛总体要求概述 （一）项目总体要求： 1、依据赛场提供的灯座不完整产品3D模型，产品部分结构图见附图1，将缺少部分设计一个塑料上盖，与提供的模型配合，组成一个完整的产品，该产品整体高度（不包含灯泡）不低于26.8mm，数据线插头处需在塑料零件上设计对应形状的通孔，满足实际使用需要，设计定位与固定结构，需要和现场提供模架及各机构位置相匹配，塑件尺寸公差等级为MT3，符合绿色生产要求。对设计的模型进行优化处理，并描述设计的方案； 2、应用注塑模CAE软件对模具设计方案进行分析，根据分析结果进行评价，生成分析报告； 3、根据优化的设计方案完成并细化模具3D结构设计和模具装配2D图、指定零件的2D图绘制； 4、编制产品与模具设计说明书； 5、利用ERP系统制定任务分配计划并输出任务分配计划表； 6、利用ERP系统制定模具BOM表并输出BOM表； 7、利用ERP系统完成零件工艺的编制并输出零件加工工艺卡； 8、根据现场机床刀具条件，完成型芯、型腔以及有关零件的加工制造； 9、根据检测结果（自检后输入系统）在ERP系统中录入检测报告信息并输出加工零件（型芯、型腔）检测报告；
10、根据现场提供的模具零件和模架，完成模具总装配。 （二）竞赛用时间与流程： 本项目竞赛总的时间为6小时，计算机设计和机床实操同时进行。 三人一组，完成产品设计、产品成型工艺方案的制定,模具设计与分析、成型零件的设计和CAM加工程序编制、撰写分析报告与设计说明书以及相关文件制作； 机床实操部分完成零件加工、模具装配。模具装配完成后由裁判工作人员进行制件成型试模，不记入竞赛时间。 （三）特别说明： 赛卷在竞赛平台自动下发、一场一题。竞赛结束后不得修改和删除，不允许参赛选手拷贝夹带离开赛场，也不允许参赛选手摘录有关内容。 二、竞赛项目任务书 (一)产品制件技术要求概要： 1、材料：PS； 2、材料收缩率：0.5%； 3、技术要求：表面光洁无毛刺、无缩痕；符合整个产品的功能要求。 4、原始数据：参阅产品给定部分的2D/3D图及模具装配图、模具零件图。 5、设计的产品制件高度不低于18mm。 (二)模具结构设计要求： 1、模腔数：试样模具一模一腔，企业生产模具按照年产量10万件设计型腔数量，合理布置； 2、成型零件收缩率：0.5%； 3、模具能够实现制件全自动脱模方式要求； 4、以满足塑件要求、保证质量和制件生产效率为前提条件，兼顾模具的制造工艺性及制造成本，充分考虑模具的使用寿命； 5、保证模具使用时的操作安全，确保模具修理、维护方便；
“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：
关于实施Delmia数字化制造工艺系统的建议
Suggestion to implement Delmia digital manufacturing process system
信息和数据摘自网络 All information and data collected from internet
Delmia系统介绍 Introduction of Delmia Delmia是达索公司数字化工厂解决方案中针对制造工艺环节的一个集成软件系统，主要解决制造 工艺、资源、物流等的设计规划及验证、维护和改善等问题。支持整个工艺过程的所有环节，包 括：生产计划制订、生产线平衡、生产效率、工时定额、数控离线编程、装配过程研究、质量控 制、人机功效、厂房布局、物流仿真、作业指导、工艺文件生成等。 Delmia is an integrated software system from Dassault company digital factory solutions for manufacturing process, which to improve, maintain and validate manufacturing process, resources and logistics. Applicable for the whole manufacturing process. Including process design and documents preparing, production line balancing, production efficiency, standard hours, CNC offline programming, assembling process research, quality control, man-machine efficacy, workshop layout, logistics simulation, operation guide, etc
产品设计和开发 产品生命周期管理和决策支持 制造工程
已在我公司应用 Already in use in our company
建议实施应用 Advise to implement
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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
2014年全国职业院校技能大赛 “三维建模数字化设计和制造”赛项规程 一、赛项名称 赛项编号：G-044 赛项名称：三维建模数字化设计和制造 英语翻译：3D Modeling of Digital Design and Manufacturing 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、数控技术使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、数控加工技术使用等方面的任务，展现参赛队选手先进技术和设备的使用水平和创新设计等方面的能力，以及跨专业团队协作、现场问题的分析和处理、安全及文明生产等方面的职业素养。引领全国职业院校机械制造类专业将新技术、新工艺、新方法使用于教学，加快校企合作和教学改革，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、竞赛内容和时间 （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)外形进行数控编程和加工，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“数据采集和再设计”和第二阶段“数控编程和加工”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：数据采集和再设计 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使用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 2．第二阶段：数控编程和加工 竞赛时间为3小时，竞赛队完成两项竞赛任务。 任务4：数控编程和加工。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）竞赛时间和比赛日程 1.竞赛时间 各竞赛队总的竞赛时间为6小时，分成“数据采集和再设计”（3小时）和“数控编程和加工”（3小时）两个竞赛时段。 2.竞赛日程
2017年全国职业院校技能大赛高职组“模具数字化设计与制造工艺”赛项赛题（八） 1.将姓名、参赛证号，代表队名称、代码及赛位代码准确填写在规定的密封区域内； 2.仔细阅读赛题内容，在计算机上用电子文件按《竞赛规程》及本子项目附加的要求完 成竞赛内容； 3.不要在文件资料上涂写、涂画，也不要删除赛卷； 4.不允许在密封区域内填写无关的内容； 5.在提交的文件中，不得泄露参赛队信息。 一、竞赛总体要求概述 （一）项目总体要求： 1、依据赛场提供的灯座不完整产品3D模型，产品部分结构图见附图1，将缺少部分设计一个塑料上盖，与提供的模型配合，组成一个完整的产品，该产品整体高度（不包含灯泡）不低于26.8mm，数据线插头处需在塑料零件上设计对应形状的通孔，满足实际使用需要，设计定位与固定结构，需要和现场提供模架及各机构位置相匹配，塑件尺寸公差等级为MT3，符合绿色生产要求。对设计的模型进行优化处理，并描述设计的方案； 2、应用注塑模CAE软件对模具设计方案进行分析，根据分析结果进行评价，生成分析报告； 3、根据优化的设计方案完成并细化模具3D结构设计和模具装配2D图、指定零件的2D图绘制； 4、编制产品与模具设计说明书； 5、利用ERP系统制定任务分配计划并输出任务分配计划表； 6、利用ERP系统制定模具BOM表并输出BOM表； 7、利用ERP系统完成零件工艺的编制并输出零件加工工艺卡； 8、根据现场机床刀具条件，完成型芯、型腔以及有关零件的加工制造； 9、根据检测结果（自检后输入系统）在ERP系统中录入检测报告信息并输出加工零件（型芯、型腔）检测报告；
10、根据现场提供的模具零件和模架，完成模具总装配。 （二）竞赛用时间与流程： 本项目竞赛总的时间为6小时，计算机设计和机床实操同时进行。 三人一组，完成产品设计、产品成型工艺方案的制定,模具设计与分析、成型零件的设计和CAM加工程序编制、撰写分析报告与设计说明书以及相关文件制作； 机床实操部分完成零件加工、模具装配。模具装配完成后由裁判工作人员进行制件成型试模，不记入竞赛时间。 （三）特别说明： 赛卷在竞赛平台自动下发、一场一题。竞赛结束后不得修改和删除，不允许参赛选手拷贝夹带离开赛场，也不允许参赛选手摘录有关内容。 二、竞赛项目任务书 (一)产品制件技术要求概要： 1、材料：PS； 2、材料收缩率：0.5%； 3、技术要求：表面光洁无毛刺、无缩痕；符合整个产品的功能要求。 4、原始数据：参阅产品给定部分的2D/3D图及模具装配图、模具零件图。 5、设计的产品制件高度不低于18mm。 (二)模具结构设计要求： 1、模腔数：试样模具一模一腔，企业生产模具按照年产量10万件设计型腔数量，合理布置； 2、成型零件收缩率：0.5%； 3、模具能够实现制件全自动脱模方式要求； 4、以满足塑件要求、保证质量和制件生产效率为前提条件，兼顾模具的制造工艺性及制造成本，充分考虑模具的使用寿命； 5、保证模具使用时的操作安全，确保模具修理、维护方便；
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。
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
２０１６年１１月第４４卷第２２期 机床与液压 ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ Ｎｏｖ畅２０１６Ｖｏｌ畅４４Ｎｏ畅２２ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ畅ｉｓｓｎ畅１００１－３８８１畅２０１６畅２２畅０１６ 收稿日期：２０１５－１１－０９ 作者简介：姚建辉（１９７２—），男，硕士，副教授，研究方向为计算机辅助设计与分析。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｏｚｅｐｅｉ＠１６３畅ｃｏｍ。 数字化制造工程系统在工艺评审中的应用 姚建辉１ ，高英敏１ ，高运芳１ ，马铁利 ２ （１畅邢台职业技术学院招生就业处，河北邢台０５４０３５； ２畅北京汽车股份有限公司生技中心，北京１０００３０） 摘要：数字化制造工程系统（ＤＭＥＳ）是基于研发ＰＤＭ系统建立的设计、制造一体化开发和管理的系统平台，以产品 数据、工艺数据、工厂数据和资源数据为基础，在数字化环境内，进行产品制造工艺规划、工艺仿真和工艺可行性评审。主要针对ＳＥ工艺评审业务活动，提出了工艺虚拟评审在ＤＭＥＳ中的应用方案，以实现系统对业务过程的有效支持。 关键词：数字化制造工程系统；虚拟评审；数字化 中图分类号： 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－３８８１（２０１６）２２－０４７－５ ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＤｉｇｉｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｉｎＰｒｏｃｅｓｓＥｖａｌｕａｔｉｏｎ ＹＡＯＪｉａｎｈｕｉ１ ，ＧＡＯＹｉｎｇｍｉｎ１ ，ＧＡＯＹｕｎｆａｎｇ１ ，ＭＡＴｉｅｌｉ ２ （１畅ＥｎｒｏｌｌｍｅｎｔａｎｄＥｍｐｌｏｙｍｅｎｔＧｕｉｄａｎｃｅ，ＸｉｎｇｔａｉＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，ＸｉｎｇｔａｉＨｅｂｅｉ０５４０３５，Ｃｈｉｎａ； ２畅ＭＥＣｅｎｔｅｒ，ＢＡＩＣＭｏｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎＬｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｇｉｔａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＤＭＥＳ）ｉｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍｐｌａｔｆｏｒｍｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｄｅ－ｓｉｇｎａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｆｕｎｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＰＤＭｓｙｓｔｅｍ．ＴｈｅｕｓｅｏｆＤＭＥＳｓｙｓｔｅｍｃａｎａｓｓｕｒｅｐｒｏｄｕｃｔｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｐｌａｎｎｉｎｇ，ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｔｈｅｄｉｇｉｔａｌｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｄａｔａ，ｐｒｏｃｅｓｓｄａｔａ，ｐｌａｎｔｄａｔａａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｄａｔａ．ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｏｆｐｒｏｃｅｓｓｄｕｍｍｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎＤＭＥＳａｉｍｉｎｇａｔＳＥｐｒｏｃｅｓｓｅｖａｌｕａｔｉｏｎｂｕｓｉ－ｎｅｓｓａｃｔｉｖｉｔｙｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｈｉｅｖｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｓｕｐｐｏｒｔｔｏｂｕｓｉｎｅｓｓｐｒｏｃｅｄｕｒｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｄｉｇｉｔａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ（ＤＭＥＳ）；Ｄｕｍｍｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；Ｎｕｍｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎ 当前大部分企业的工艺评审业务主要还是沿用传 统ＣＡＤ查看方式，工艺人员根据个人经验、参照以往项目情况进行工艺可行性评价，根据样机装配试验和生产工艺结合实际生产现场验证产品。这种模式造成工艺开发验证手段滞后，尤其是新设计零件和工装，往往无法建立虚拟现实情况验证，只能通过样车实物确认，导致产品投产时存在许多工艺缺陷；工艺评审的质量取决于工程师的个人经验，没有建立有效的共享知识平台，也无法使工艺规划规范化和标准化，不能有效地积累工艺经验和知识。因此部分企业通过引入并建立数字化制造工程系统（ＤＭＥＳ），旨在实现工艺评审由传统方式向数字化工作方式的转型，提高工艺验证质量；实现产品设计、工艺评审及工艺开发的同步工程，缩短项目开发周期，降低产品开发成本。 １ 数字化制造工程系统介绍 数字化制造工程系统（ＤｉｇｉｔａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉ－ｎｅｅｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ，ＤＭＥＳ）是根据企业的ＰＤＭ体系 （Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ）建立的设计、制造一体化开发和管理的系统平台，以产品数据、工艺数据、工厂数据和资源数据为依据，在数字化环境内，进行产品工艺可行性评审、制造工艺规划和工艺仿真。通过此系统，提高同步工程（ＳＥ）分析和工艺设计准确性；提高工艺文件编制效率；实现工艺经验积累、有效重用，最终实现设计面向制造。 １畅１ ＤＭＥＳ软件平台 该ＤＭＥＳ系统采用西门子Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ软件，它是基于企业现有的产品数据管理（ＰＤＭ）系统，通过扩展ＴｅａｍｃｅｎｔｅｒＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ（ＴＣＭ）模块，以其成熟的数据管理技术为基础，将产品数据管理功能扩展到工艺数据管理，将产品、过程、设备和资源的管理相互关联，从而保证数据的一致性、高效性和重用性。集成的数据结构保证了快速、准确而安全地存取制造信息，同时对制造工艺进行可视化分析和优化。数字制造解决方案的最终目标是确保用户能够对制造工艺进行创建、验证和管理。如图１所示。 万方数据
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。
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。
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
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。
数字化设计与制造技术的研究现状 摘要：数字化设计与制造在先进制造技术、医疗康复器械与生物工程等众多相关领域中占有越来越重要的地位。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；国内外研究现状；制造技术；计算机辅助工业设计。 正文：1.数字化制造技术的概念 所谓数字化制造，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中建立数字空间，并在其中完成产品制造的过程[1]。 由于计算机的发展以及计算机图形学与机械设计技术的结合，产生了以数据库为核心，以交互图形系统为手段，以工程分析计算为主体的一体化计算机辅助设计（ C A D ）系统。 C A D系统能够在二维与三维的空间精确地描述物体，大大地提高了生产过程中描述产品的能力和效率。正如数控技术与数控机床一样，C A D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C A D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（C A P P）。将包括制造、检测、装配等方面的所有规划，以及面向产品设计、制造、工艺、管理、成本核算等所有信息的数字化，转换为能被计算机所理解并被制造过程的全阶段所共享，从而形成所谓的C A D/C A M/C A P P，这就是基于产品设计的数字制造观。 从数字制造的要领出发，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。对制造设备而言，其控制参数均为数字信号。对制造企业而言，各种信息（包
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
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