数字化制造技术的起源、现状及未来发展趋势.pdf

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(AutomaticallyProgrammedTools)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
动换刀方式实现连续加工，成为世界上第一台加工中心。
4.CAD（计算机辅助设计）软件的出现
1963年于美国出现了cad的商品化的计算机绘图设备，进行二维绘图。
70年代，发展出现了三维的cad表现造型系统，中期出现了实体造型。
5.FMS（柔性制造系统）系统的出现
1967年，美国实现了多台数控机床连接而成的可调加工系统，最初的FMS
（Flexiblemanufacturingsystem）
6.CAD/CAM（计算机辅助设计/计算机辅助制造）的融合
进入70年代，CAD、CAM开始走向共同发展的道路。由于CAD与CAM所
采用的数据结构不同，在CAD／CAM技术发展初期，主要工作是开发数据
接口，沟通CAD和CAM之间的信息流。不同的CAD、CAM系统都有自己的
数据格式规定，都要开发相应的接口，不利于CAD／CAM系统的发展。在
这种背景下，美国波音公司和GE公司于1980年制定了数据交换规范
IGES(1nitiaGraphicsExchangeSpecifications)，从而实现CAD/CAM
的融合。
7.CIMS（计算机集成制造系统）的出现和应用
80年代中期，出现CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）
计算机集成制造系统，波音公司成功应用于飞机设计，制造，管理，将
原需八年的定型生产缩短至三年。
8.CAD/CAM软件的空前繁荣
80年代末期至今，CAD/CAM一体化三维软件大量出现，如：CADAM，
CATIA，UG，I-DEAS，Pro／E，ACIS，MASTERCAM等，并应用到机
械、航空航天、汽车、造船等领域。

三、数字化制造技术的主要内容

1.CAD---计算机辅助设计
CAD在早期是英文ComputerAidedDrawing(计算机辅助绘图)的缩写，
随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐步的认识到单纯使用计算机绘
图还不能称之为计算机辅助设计。真正的设计是整个产品的设计，它包
括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造等，二维工程图设计只
是产品设计中的一小部分。于是CAD的缩写由ComputerAidedDrawing
改为ComputerAidedDesign，CAD也不再仅仅是辅助绘图，而是协助
创建、修改、分析和优化的设计技术。
2.CAE---计算机辅助工程分析
CAE(ComputerAidedEngineering)通常指有限元分析和机构的运动学
及动力学分析。有限元分析可完成力学分析(线性.非线性.静态.动态)；
场分析(热场、电场、磁场等)；频率响应和结构优化等。