機械加工數(shù)字化制造的技術(shù)探析

劉方源 劉承前

摘 要：制造技術(shù)的發(fā)展集中體現(xiàn)了制造技術(shù)的信息化、科學化和服務化趨勢，數(shù)字化制造的本質(zhì)是支持信息化或知識化制造業(yè)的技術(shù)。在工業(yè)社會邁向信息社會時，以制造業(yè)為代表的第二產(chǎn)業(yè)有著不可替代的基礎重要性，但制造業(yè)和制造技術(shù)本身不再是一個領(lǐng)頭的工業(yè)和技術(shù)，有必要審視%世紀的制造業(yè)的需求及其技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機械加工;數(shù)字化制造;技術(shù)

廣義的數(shù)字化制造涵蓋了產(chǎn)品的生命周期的全過程，目前涉及數(shù)字化設計和數(shù)字模擬較多，而具體到車間數(shù)字化管理和數(shù)字化制造則相對顯得比較薄弱。企業(yè)主要由批產(chǎn)任務為主轉(zhuǎn)化為型號研制任務為主的經(jīng)營模式，直接決定了企業(yè)生產(chǎn)模式對生產(chǎn)組織管理、成本控制、質(zhì)量管控都帶來嚴峻挑戰(zhàn)。面對日益嚴峻的市場激烈競爭，只有按時交付高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品才能贏得市場的青睞。作為機械制造型的電子元器件為主的企業(yè)生產(chǎn)當前存在的關(guān)鍵瓶頸無疑是多品種、小批量、高難度的零件制造能力嚴重不足，后續(xù)裝配零件齊套率低、產(chǎn)品制造周期長、無法滿足市場要求。如何充分利用現(xiàn)有設備資源，提高機械加工零件生產(chǎn)效率成為當務之急，數(shù)字化制造正是解決當前問題的最好途徑。

1機械加工制造過程的特點及需求

機加車間作為產(chǎn)品制造過程計劃流、物流、質(zhì)量流和信息流的匯集中心，是企業(yè)實施制造過程的主體。推進優(yōu)化管理制造計劃、物流、質(zhì)量、工藝技術(shù)資料和制造資源的車間數(shù)字化制造建設，從而提升機械加工制造效率和生產(chǎn)管理水 平，增強制造企業(yè)綜合競爭能力，其需求具體體現(xiàn)在：

1.1生產(chǎn)計劃的管理與控制方面。由于零件產(chǎn)品多，客戶交貨要求及時，而生產(chǎn)過程計劃執(zhí)行擾動性大，受資源有限性約束大，因此生產(chǎn)計劃制定難度大，需要支持生產(chǎn)計劃的快速制定、實時下達和進度的動態(tài)監(jiān)控等。

1.2工藝技術(shù)文檔的管理與控制方面。機械加工技術(shù)文檔資料多，管理難度大，容易出現(xiàn)因工藝技術(shù)文檔影響生產(chǎn)，因此需要通過電子化手段對車間工藝技術(shù)文檔進行管理，實現(xiàn)技術(shù)文檔資料版本的嚴格控制及工人方便地查詢?yōu)g覽。車間制造資源的管理與控制方面，由于車間制造設備多、車間工人數(shù)量大，需要通過數(shù)字化的手段實現(xiàn)設備資源的有效利用和監(jiān)控，以及車間人力資源的優(yōu)化配置和管理。

2機械加工數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)

2.1制造過程的建模與仿真。制造過程的建模與仿真是在一臺計算機上用解析或數(shù)值的方法表達或建模制造過程，建模通常基于制造工藝本身的物理和化學知識，并為實驗所驗證。今天，仿真與建模已成為推進制造過程設計、優(yōu)化和控制的有效手段，并已有一些成功運用的例子，如：噴氣引擎部件的“高溫鍛制”，在開發(fā)和設計制造工藝時，仿真開始代替全規(guī)模的工藝實驗，使得花費的時間與成本大大降低，航空葉片零件的加工前仿真，使葉片零件的制造質(zhì)量和效率得以大大提高。仿真和建模最重要的工作是優(yōu)化工藝參數(shù)來確保用最高的質(zhì)量價格比制造符合設計要求的零件。在下一世紀的制造中，建模與仿真技術(shù)將不僅是一種支持技術(shù)，而且成為企業(yè)運行的一種新方法，使得虛擬生產(chǎn)成為現(xiàn)實。所有的生產(chǎn)決策都將基于建模與仿真工具而不是試制測試方法，建模與仿真工具將不再只是技術(shù)人員的領(lǐng)域，而成為企業(yè)中從產(chǎn)品實現(xiàn)到生產(chǎn)和商務過程各個環(huán)節(jié)的工具。

建模與仿真方法的優(yōu)點是減少硬件原型，提高新產(chǎn)品的上市速度，有效優(yōu)化產(chǎn)品與生產(chǎn)，與試制測試方法相比降低了資源消耗與成本。建模與仿真方法的關(guān)鍵技術(shù)包括建立國家模型庫、改進建模與仿真工具界面，發(fā)展制造工程物理學模型、發(fā)展模型集成方法與標準、發(fā)展混合模型技術(shù)等，其中基本單元工藝和裝備的模型是研究的基礎。

比如在螺旋錐齒輪設計方面， 從動齒輪嚙合印痕的設計通過KIMOS設計軟件仿真建模，能夠較直觀反映出設計參數(shù)的變化對產(chǎn)品的影響，從而大幅提升了設計效率和成功率。

2.2網(wǎng)絡化敏捷設計與制造。利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應性。在這項技術(shù)上美國企業(yè)已經(jīng)開始應用并取得了明顯的效益。我國企業(yè)向國際接軌就必須在此領(lǐng)域開展研究，盡快掌握和趕上。網(wǎng)絡化敏捷設計與制造重點發(fā)展領(lǐng)域應包括：敏捷信息基礎結(jié)構(gòu)合作企業(yè)模型，中國企業(yè)信息基礎結(jié)構(gòu)及其標準，跨企業(yè)的敏捷設計與制造的信息基礎結(jié)構(gòu)及其集成方法，基于供應商的設計與制造，面向設計的合作支持技術(shù)，跨企業(yè)合作管理技術(shù)和使能技術(shù)敏捷產(chǎn)品設計技術(shù)，敏捷工藝設計技術(shù)，基于網(wǎng)絡的研究開發(fā)，敏捷生產(chǎn)技術(shù)。及時獲得各種信息和組織改變組織和管理的改變使之適應數(shù)字化開發(fā)方式。

2.3操作人員技能的培訓。編程人員必須隨時學習先進的編程軟件和先進的加工工藝來提高生產(chǎn)效率，不同的軟件編制出來的數(shù)控程序走刀軌跡各有差異，并利用程序仿真軟件尋求一種較為高效簡練的程序，比如公司OPEN MIND的HyperMill軟件粗加工便有很大的優(yōu)勢，通過模擬仿真該軟件在零件的加工時間上遠遠低于我公司目前的加工時間，主要是軟件程序刀具軌跡的優(yōu)劣所產(chǎn)生的差異。校車人員必須熟悉掌握自己操作的機床的各種對刀、回零、刀具補償?shù)裙ぷ鳎M行一定的軟件編程培訓，使其對軟件的調(diào)用、運用有一定的了解。擋車人員須注重對零件裝夾技巧、過程測量技能的提高。

2.4在線監(jiān)測手段的跟進。優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)離不開過程的實時監(jiān)控檢測，我公司當前的對刀方式均是校車時的接觸式對刀，不但校車效率低，而且精度低。生產(chǎn)現(xiàn)場批產(chǎn)加工質(zhì)量也是由操作人員主觀能動性控制，不合格品時有發(fā)生。采用數(shù)碼影像對刀儀線外提前對刀不但操作方便、精確度高、而且大大提高生產(chǎn)效率。批量生產(chǎn)時可以利用傳感器、激光掃描等技術(shù)采集刀具零件信息，隨時對刀具、零件尺寸進行在線測量，出現(xiàn)崩刀或者零件尺寸不合格現(xiàn)象及時報警停機。

結(jié)束語：

綜上所述，制造技術(shù)的發(fā)展集中體現(xiàn)了制造技術(shù)的信息化、科學化和服務化趨勢，數(shù)字化制造的本質(zhì)是支持信息化或知識化制造業(yè)的技術(shù)。在工業(yè)社會邁向信息社會時，以制造業(yè)為代表的第二產(chǎn)業(yè)有著不可替代的基礎重要性，但制造業(yè)和制造技術(shù)本身不再是一個領(lǐng)頭的工業(yè)和技術(shù)，有必要審視制造業(yè)的需求及其技術(shù)的發(fā)展趨勢。

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