现代数字化设计

　　

(西华大学　四川　成都　610000)

一、数字化设计的内涵

机械数字化设计与制造主要包括用于企业计算机辅助设计CAD数字化仿真及其相应的文档的设计建立。数字化设计的内涵是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与优化等。归纳起来就是产品建立模块是基础，优化设计是主体，机械数据化技术是工具，数据管理是核心。

由于通过CAM及其与CAD集成技术与机械工具的研究，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，制造信息的可靠性获取与传递，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解决，促使机械数字化制造技术得到迅速发展。

二、数字化设计的发展史

1.在20世纪集成制造研究已是全球研究热点，21世纪，集成化仍然制造技术发展的一个重要特征和主要发展趋势。集成化将从企业内部的信息集成和功能集成发展到实现产品整个开发过程的集成，并正在向全球敏捷制造的反向发展。

2.敏捷化制造是相对于广义制造系统而言的，制造环境和制造过程的敏捷性问题是敏捷制造的重要组成部分。敏捷化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势。制造环境和制造过程的敏捷化包括机器、工艺的柔性等。

3.当前由于网络技术特别是Internet的迅速发展，正在为企业的制造活动带来新的变革，其影响的深度、广度和发展的速度远超过人们的预期。

4.虚拟化主要是指虚拟制造，虚拟制造是制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、虚拟现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体的多学科知识形成的一种综合系统技术。在虚拟环境下模拟现实制造环境机器制造过程的一切活动和产品的制造全过程，并对产品制造及制造系统的行为进行预测和评价。它主要包括虚拟现实、虚拟产品开发、虚拟制造等。

5.智能化制造是先进制造技术发展的重要方向。所谓智能制造系统是一种由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中通过进行智能活动，比如分析、推理、判断、构思和决策等。

6.绿色化环境、资源、人口是当今社会面临的三大主要问题。绿色制造是一个综合考虑影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期，对环境的影响最小，资源利用率高。

三、机械产品的数字化设计的过程及技术支持

(一)机械产品数字化设计的一般过程

机械产品的数字化设计形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外观及色彩设计等采用数字样机实现，其设计错误少，设计周期短、成本低。

1.总体方案设计是根据希望达到的目的或应实现的功能，考虑已知约束，进行机械产品的全局设计，构思形成比较完善的设计方案。

2.建立参数化运动模型是指进行机械各部分的具体设计，首先确定各零件的形状、结构、尺寸和公差等，并在计算机上进行参数化建模。

3.虚拟装配是通过装配模块完成各零件的组装，形成整机。装配是运动仿真的前提保障，装配关系的正确与否直接影响着运动仿真的结果，装配前首先要确定运动的各构件以及各构件之间的运动副。确定好各构件及各构件之间的运动副之后，即可通过选择构件和运动副组成机构，最后由各机构组成整机，并为仿真做准备。

4.设置运动机械系统运动所必需的各种条件，比如：运动的动力源，初始位置和状态等。在复杂的机械系统中，要定义多重的动力驱动，并要定义不同的驱动之间的大小方向等关系，还要约束机构的最大最小运动极限，使系能在合理的范围中运动。

5.分析运动机构是定义要分析的属性。包括装配分析，速度分析，静态分析，运动分析等多种分析类型。通过对系统各种动态分析，可迅速得到相关的信息，以此设计和完善构件。

6.获取分析结果是将分析的结果通过可视化的方法表现出来，主要包括运动回放，可分析干涉检查，运动的包络等，还可以测量系统中需要跟踪的参数，并将其变化趋势通过图标的形式直观的表达出来。

(二)机械产品数字化设计的主要技术

机械产品的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、多媒体与网络通讯等，是一项多学科的综合技术。其技术核心主要有:1.CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM分别是计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助制造的英文缩写。它们是制造业信息化中数字化设计与制造技术的核心。是实现计算机辅助产品开发的主要工具。2.异地、协同设计。3.基于知识的设计，将产品设计过程中所需要的各类知识，资源和工具融到基于知识的设计系统之中，支持产品的设计过程，是实现产品创新开发的重要工具。4.虚拟设计、虚拟制造。5.绿色设计，是面向环保的设计，包括支持资源和能源的优化和利用，污染的防治和处理。

四、数字化设计的应用现状及发展趋势

目前，我国机械领域的数字化程度在具体行业中存在较大差距。如农机企业普遍采用传统设计方法，在应用现代设计方法上远远落后于航天、汽车等其他行业，农机企业之间重复型设计多，企业信息资源利用率低。

同时，在同一行业的不同企业中，产品数字化也有一定程度差别。虽然有些企业具备一般制造业运用CAD技术的能力，且已达到一定的水平，但由于技术储备、装备水平以及新产品的研发能力等方面相对落后，三维CAD软件在机械制造企业中的应用还不够普遍。

结束语

设计与制造技术是关系到国家生存和繁荣的重要基础，它的水平与制造业的发达程度突出反映了一个国家，一个地区的经济实力与综合国力，人民的生活水平和生活质量，国防能力与社会发展程度。该项技术因涉及到产品的研制，开发，生产，服务等多个方面，具有无所不在的独特性和不可估量的影响。

进入21世纪，制造技术的发展将随着市场的全球化，竞争的激烈化，需求的个性化，生产的人性化而体现出制造技术的信息化，科学化和服务化的趋势。数字化以其柔性好，响应快，质量高，成本低，正在成为先进制造技术的核心。因此，必须从战略的高度大力开展数字化设计与制造技术的研究开发和加速用数字化与制造技术改造传统制造业，这必将对21世纪正在形成的“中国制造”世界制造中心乃至整个世界制造业产生不可估量的影响和巨大的促进作用。

【参考文献】

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