現代數字化設計

(西華大學　四川　成都　610000)

一、數字化設計的內涵

機械數字化設計與制造主要包括用于企業計算機輔助設計CAD數字化仿真及其相應的文檔的設計建立。數字化設計的內涵是是支持企業的產品開發全過程、支持企業的產品創新設計、支持產品相關數據管理、支持企業產品開發流程與優化等。歸納起來就是產品建立模塊是基礎，優化設計是主體，機械數據化技術是工具，數據管理是核心。

由于通過CAM及其與CAD集成技術與機械工具的研究，在產品加工方面逐漸得到解決，具體是制造狀態與過程的數字化描述，非符號化制造知識的表述，制造信息的可靠性獲取與傳遞，制造信息的定量化，質量，分類與評價的確定以及生產過程的全面數字化控制等關鍵技術得到解決，促使機械數字化制造技術得到迅速發展。

二、數字化設計的發展史

1.在20世紀集成制造研究已是全球研究熱點，21世紀，集成化仍然制造技術發展的一個重要特征和主要發展趨勢。集成化將從企業內部的信息集成和功能集成發展到實現產品整個開發過程的集成，并正在向全球敏捷制造的反向發展。

2.敏捷化制造是相對于廣義制造系統而言的，制造環境和制造過程的敏捷性問題是敏捷制造的重要組成部分。敏捷化是制造環境和制造過程面向21世紀制造活動的必然趨勢。制造環境和制造過程的敏捷化包括機器、工藝的柔性等。

3.當前由于網絡技術特別是Internet的迅速發展，正在為企業的制造活動帶來新的變革，其影響的深度、廣度和發展的速度遠超過人們的預期。

4.虛擬化主要是指虛擬制造，虛擬制造是制造技術和計算機技術支持的系統建模技術和仿真技術為基礎，集現代制造工藝、計算機圖形學、并行工程、人工智能、虛擬現實技術和多媒體技術等多種高新技術為一體的多學科知識形成的一種綜合系統技術。在虛擬環境下模擬現實制造環境機器制造過程的一切活動和產品的制造全過程，并對產品制造及制造系統的行為進行預測和評價。它主要包括虛擬現實、虛擬產品開發、虛擬制造等。

5.智能化制造是先進制造技術發展的重要方向。所謂智能制造系統是一種由智能機器人和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中通過進行智能活動，比如分析、推理、判斷、構思和決策等。

6.綠色化環境、資源、人口是當今社會面臨的三大主要問題。綠色制造是一個綜合考慮影響和資源效率的現代制造模式，其目標是使得產品從設計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產品生命周期，對環境的影響最小，資源利用率高。

三、機械產品的數字化設計的過程及技術支持

(一)機械產品數字化設計的一般過程

機械產品的數字化設計形象直觀，干涉檢查、強度分析、動態模擬、優化設計、外觀及色彩設計等采用數字樣機實現，其設計錯誤少，設計周期短、成本低。

1.總體方案設計是根據希望達到的目的或應實現的功能，考慮已知約束，進行機械產品的全局設計，構思形成比較完善的設計方案。

2.建立參數化運動模型是指進行機械各部分的具體設計，首先確定各零件的形狀、結構、尺寸和公差等，并在計算機上進行參數化建模。

3.虛擬裝配是通過裝配模塊完成各零件的組裝，形成整機。裝配是運動仿真的前提保障，裝配關系的正確與否直接影響著運動仿真的結果，裝配前首先要確定運動的各構件以及各構件之間的運動副。確定好各構件及各構件之間的運動副之后，即可通過選擇構件和運動副組成機構，最后由各機構組成整機，并為仿真做準備。

4.設置運動機械系統運動所必需的各種條件，比如：運動的動力源，初始位置和狀態等。在復雜的機械系統中，要定義多重的動力驅動，并要定義不同的驅動之間的大小方向等關系，還要約束機構的最大最小運動極限，使系能在合理的范圍中運動。

5.分析運動機構是定義要分析的屬性。包括裝配分析，速度分析，靜態分析，運動分析等多種分析類型。通過對系統各種動態分析，可迅速得到相關的信息，以此設計和完善構件。

6.獲取分析結果是將分析的結果通過可視化的方法表現出來，主要包括運動回放，可分析干涉檢查，運動的包絡等，還可以測量系統中需要跟蹤的參數，并將其變化趨勢通過圖標的形式直觀的表達出來。

(二)機械產品數字化設計的主要技術

機械產品的數字化設計與制造技術集成了現代設計制造過程中的多項先進技術，包括三維建模、裝配分析、優化設計、系統集成、產品信息管理、虛擬設計與制造、多媒體與網絡通訊等，是一項多學科的綜合技術。其技術核心主要有:1.CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM分別是計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助工藝過程設計和計算機輔助制造的英文縮寫。它們是制造業信息化中數字化設計與制造技術的核心。是實現計算機輔助產品開發的主要工具。2.異地、協同設計。3.基于知識的設計，將產品設計過程中所需要的各類知識，資源和工具融到基于知識的設計系統之中，支持產品的設計過程，是實現產品創新開發的重要工具。4.虛擬設計、虛擬制造。5.綠色設計，是面向環保的設計，包括支持資源和能源的優化和利用，污染的防治和處理。

四、數字化設計的應用現狀及發展趨勢

目前，我國機械領域的數字化程度在具體行業中存在較大差距。如農機企業普遍采用傳統設計方法，在應用現代設計方法上遠遠落后于航天、汽車等其他行業，農機企業之間重復型設計多，企業信息資源利用率低。

同時，在同一行業的不同企業中，產品數字化也有一定程度差別。雖然有些企業具備一般制造業運用CAD技術的能力，且已達到一定的水平，但由于技術儲備、裝備水平以及新產品的研發能力等方面相對落后，三維CAD軟件在機械制造企業中的應用還不夠普遍。

結束語

設計與制造技術是關系到國家生存和繁榮的重要基礎，它的水平與制造業的發達程度突出反映了一個國家，一個地區的經濟實力與綜合國力，人民的生活水平和生活質量，國防能力與社會發展程度。該項技術因涉及到產品的研制，開發，生產，服務等多個方面，具有無所不在的獨特性和不可估量的影響。

進入21世紀，制造技術的發展將隨著市場的全球化，競爭的激烈化，需求的個性化，生產的人性化而體現出制造技術的信息化，科學化和服務化的趨勢。數字化以其柔性好，響應快，質量高，成本低，正在成為先進制造技術的核心。因此，必須從戰略的高度大力開展數字化設計與制造技術的研究開發和加速用數字化與制造技術改造傳統制造業，這必將對21世紀正在形成的“中國制造”世界制造中心乃至整個世界制造業產生不可估量的影響和巨大的促進作用。

【參考文獻】

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