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浅谈数字化制造技术的应用价值
2013年9月30日    评论:    分享:

    来源:互联网 

    对数字化制造技术应用价值的讨论,我认为是非常重要的。这不仅仅是对提高效率、减低成本之类的常规评估,还必须看到数字化制造技术有两点革命性的突破:

    其一是填平了人的思维与工程表达之间鸿沟。用二维平面工程视图来描述产品的方法大约沿用了200多年。但是,人的思维是多维的,工程师们在创意新产品时,首先涌现的是多维的实体形象而不是一个个的平面视图。为了向制造它的人传递产品的信息,必须将这个活生生的实体变成为复杂的、但为工程界所共识的平面图形。

    这当中的浪费不仅仅是投影图的绘制,还包括了从实体形象向抽象的视图表达方式的转换的思维,在转换过程中出现的表达不清和错误。制造工程师在接到这种平面图形以后,又要用想象恢复它的立体形状,以编制工艺过程。这又是一番思维、脑力和时间的浪费。并且对平面图形的理解程度往往是能否设计出好的制造过程的关键,对图纸理解的错误又经常出现。工人拿到这种用平面图形描述的作业指导书以后,同样必须将它理解为三维的实体,浪费和错误更容易发生。

    2D产品定义的数据链存在着人力物力的巨大的浪费。制造业为这种平面图形的转换付出了巨大的代价。3D产品定义和直接使用3D数据传递,消除了人的思维的变换和由此造成的一切不清晰和失误,压低了几乎所有作业人员的学习曲线。数字化制造成为精益制造近期革命性的进展。

    第二是数字化制造对支撑创新和创造有重要作用。数字制造又一个最大的优势是,在计算机的虚拟世界中将产品和工艺设计中可能发生的错误和决策失误提前揭露和消灭。在实地制造之前验证是否实现了客户的需求和设计的意图。比起在现实的物质世界中验证效果,会大大地节省时间、资源和金钱。对加快创新产品的研制速度、推向市场的时间起着关键的作用。例如,欧洲的机床工业,目前向定制化机床发展,按照客户的要求将若干功能组合到一起,实现某种特定零件的全部加工。

    过去类似机床的设计制造,一直到装配出来的试切才能验证设计的成功,花费时间长,研制成本高。而利用数字制造,在虚拟环境先设计、运动模拟,工艺仿真、在虚拟环境中装配出机床,虚拟运行来验证是否能够达到客户的需求,还演示给客户看,既节省了资源和时间,又抓住了客户。这是数字化支持创新的典型案例之一。加速客户化产品的研制的周期是数字化制造的主要领域。

    同样在航空航天等复杂产品制造中,将模型置于虚拟环境中模拟,预先确认设计和工艺,将大大减少因反复带来的一切弊病,可以降低创新产品的风险和加快创新产品投放市场的步伐。所以,数字化制造对于客户化定制行业、敏捷制造会有更大的潜力。
 
    数字化制造技术未来的发展前景

    谈及关于数字化制造技术未来的发展前景,我认为需要给出一个比较具体的“蓝图”来。从数字制造的观点,描述未来前景用“蓝图”的比喻已经过时,但是在这里提出一个数字化制造的未来“模型”就太严肃也确实不容易建立。这里我借鉴美国人现在做的事和他们正在执行的一个计划来表达数字化制造的未来,可能有助于大家讨论。这里只谈两件事:

    ☆数字线digitalthread

    洛克希德?马丁公司在美国新一代战机F35制造中,成功的利用3DCAD数据直接输给计算机数控(CNC)机床进行零件加工,或输给复合材料编程系统(CPS)进行碳纤维布置的设计,最后成品都可以追溯到原始的计算机模型。从此,从设计开始到加工乃至最终装配,形成了不间断的数字数据的链路。洛克希德?马丁打造了术语“数字线(digitalthread)”来描述这种新的非常简捷的工作方式。数据线的概念被认为是当今航空和军工(A&D)制造领域最重要的进步而得到迅速的普及。

    为了建立数字线,需要形成一种以3D模型定义为基础,为整个企业所共享的、全面集成和协同制造的环境。在企业或供应链中,无论在何处的数据生产者和数据消费者,在制造过程的任何点上,都将连接到一个共同的数字的数据源上。数据标准将从设计阶段开始,延伸到制造、继而到最后装配。这种环境就是下面的基于模型的企业MBE。

    ☆基于模型的企业MBE

    美国“下一代制造技术计划TheNextGenerationManufacturingTechnologiesInitiative(NGMTI)”是美国军方和重要制造企业合作的发展制造技术的计划,旨在加速制造技术突破性发展,以加强国防工业的基础和改善美国制造企业在全球经济竞争中的地位。计划于2005年提出,将于2016年部分完成。NGMTI计划定义美国的下一代制造技术有6个目标,其中第一个就是“基于模型的企业”。

    NGMTI提出的“基于模型的制造企业Model-BasedEnterprise,MBE”是一种制造实体,它采用建模与仿真技术对其设计、制造、产品支持的全部技术的和业务的流程进行彻底的改进、无缝的集成以及战略的管理;利用产品和过程模型来定义、执行、控制和管理企业的全部过程;并采用科学的模拟与分析工具,在产品生命周期的每一步做出最佳决策,从根本上减少产品创新、开发、制造和支持的时间和成本。术语“基于模型的企业”已成为这种先进制造方法的具体体现。它的进展代表了数字化制造的未来。

标签:制造工业仿真
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