数字化设计及制造技术材料汇总数字化制造技术范文模板

数字化设计技术可以实现产品的虚拟设计和仿真，减少了传统设计过程中的试错和重复工作。通过数字化模型，设计师可以快速验证设计方案的可行性，并进行多次优化，从而减少了产品开发周期和成本，提高了产品的竞争力。以下是数字化设计及制造技术材料汇总，和数字化制造技术范文模板，可供大家参考。

数字化设计及制造技术材料1

一、数字化设计制造技术概述

数字化（Digital）是指信息（计算机）领域的数字（二进制）技术向人类生活各个领域全面推进的过程，是基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品模型，并在产品开发全程采用，达到减少或避免使用实物的一种产品开发技术。这种设计全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高机械产品开发能力，缩短产品研制周期，降低开发成本，实现最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源共同开发出新产品，大大提高企业的竞争能力。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、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术，其目的是通过建立数字化产品模型，利用数字模拟、仿真、干涉检查、CAE 等分析技术，改进和完善设计方案。数字化设计含盖了现代设计的最新技术，同时也是现代设计的前提。涉及的主要内容有：

1.CAE/CAPP/CAM/PDM CAD/CAE/CAPP/CAM 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。PDM 技术集成是管理与产品有关的信息、过程及人与组织，实现分布环境中的数据共享，为异构计算机环境提供了集成应用平台，从而支持CAD/CAPP/CAM/CAE 系统过程的实现。

2.异地、协同设计在因特网/ 企业内部网的环境中，进行产品定义与建模、产品分析与设计、产品数据管理及产品数据交换等，异地、协同设计系统在网络设计环境下为多人、异地实施产品协同开发提供支持工具。

3.基于知识的设计将产品设计过程中需要用到的各类知识、资源和工具融入基于知识的设计（或CAD）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。设计知识包括产品设计原理、设计经验、既有设计示例和设计手册“设计标准”设计规范等，设计资源包括材料、标准件、既有零部件和工艺装备等资源。

4.虚拟设计、虚拟制造综合利用建模、分析、仿真以及虚拟现实等技术和工具，在网络支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能、可装配性、可加工性等各方面可能存在的问题，实现产品设计、制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制等。

二、陶瓷机械设计领域的特点

1.当前行业发展中存在的主要问题

1.1技术、装备水平低。大多数陶机专业厂技术力量不足，产品设计多用传统的设计方法，CAD 等现代化设计方法应用还不普遍，工厂装备落后，数控机床和加工中心为数不多，计量、检测、控制手段较差，生产机械化程度低；

1.2产品质量差、档次低。陶机产品外观质量落后，有的性能不稳定，机电一体化产品很少，尚有许多空白，成套性差，产品附加值低，在国际市场上缺乏竞争力；

1.3产业组织结构不合理，生产专业化水平和企业管理水平低。我国陶机工业虽然己经形成一定体系，但专业化分工、集约化程度很低，标准化程度也不高，产品零件互换性差，难以满足高档瓷生产的要求。这种生产方式极大地限制了现代化科技的应用，日用陶瓷和建筑陶瓷机械始终没有赶上国际先进水平。

2.陶瓷机械设计领域的特点

2.1结构类型多、型号多。例如在真空练泥机设计中，有单轴、双轴和三轴真空练泥机等；泥浆泵设计有单、双缸，立式、卧式等；

2.2常用设备功能结构比较稳定，结构复杂程度较小。例如球蘑机、练泥机、滚压成型机等一般由机架、传动系统、执行机构等组成，不同型号的设备采用的部件类型和结构参数有区别，但产品功能基本相同。这种结构稳定性非常便于采用模块化变型设计技术和参数设计技术；

2.3常用陶瓷机械产品受企业投产规模、陶瓷原料性能的影响，研究开发周期长，采用ICAD 技术能缩短产品研究开发周期，节约成本。

数字化设计及制造技术材料2

数字化设计与制造技术已成为现代制造业的重要组成部分，它的出现改变了传统的制造方式和产品设计，极大地提高了生产效率和质量。数字化设计与制造技术包括多个方面，如CAD、CAM、CAE等，它们的协同作用实现了制造业的数字化化、网络化、智能化。

数字化设计技术是指利用计算机和相关软、硬件进行产品设计的方法和技术，它将产品设计过程转化为数字化过程。CAD（计算机辅助设计）是数字化设计技术的主要手段之一，它利用计算机软件来辅助人们完成产品的设计。与手工设计相比，CAD具有快速、精确、易修改等优点，大大提高了产品设计的效率和准确性。

数字化制造技术是指利用计算机和相关软、硬件进行产品加工的方法和技术，它将产品制造过程转化为数字化过程。CAM（计算机辅助制造）是数字化制造技术的主要手段之一，它通过对CAD模型的处理，生成数控程序，实现产品加工自动化。数字化制造技术的应用，不仅提高了生产效率，而且还能保证产品的精度和一致性。

数字化仿真技术是指利用计算机对产品在使用过程中所受到的各种载荷和环境因素进行模拟，验证产品设计的可靠性和优化设计方案的方法和技术。CAE（计算机辅助工程）是数字化仿真技术的主要手段之一，它能够对机械、电力、流体等各种领域的产品进行模拟仿真，辅助设计人员进行设计验证和优化，提高了产品设计的质量。

总之，数字化设计与制造技术是制造业数字化化的重要手段，它的应用将提高制造效率和质量，推动制造业向更高水平迈进。

数字化设计及制造技术材料3

1概述

飞机设计和制造是飞机研制的重要2个环节。飞机研制是创造新型的飞机，从设计方案的提出到投入使用，需要经历很长的时间，是一件很复杂的系统工程。一般情况下飞机研制分为拟定技术要求、飞机设计、飞机制造和飞机试飞定型等4个阶段。飞机数字化设计制造技术是数字化数据管理和传递系统为基础，在数字化设计技术的前提下，有效结合数字化工艺技术、装配技术、检测技术、机器人自动钻铆技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用的结果。

数字化设计制造技术在机械、汽车、医药行业应用比较早。航空领域在20世纪80年代诞生于西方航空发达国家。数字化设计制造技术从根本上改变了飞机制造方法。数字装配方法有效解决了传统制造方式的周期长、返工率高、质量低、精度低、风险大和成本高的问题，给飞机研制开辟了崭新的道路。

面对市场竞争，传统的飞机研制方式无法满足企业发展需求，为了能在竞争中处于有利位置，企业必须采用数字化设计制造一体化技术是势在必行。数字化设计制造一体化技术能够大幅降低制造成本，提高制造精度和质量，缩短制造周期，降低返工率。

2数字化设计制造一体化技术的组成

数字化设计制造一体化技术是多个高新技术高度集成的结果。数字化设计制造一体化技术包含数字化设计系统、数字化工艺系统、数字化工装系统、数字化检测系统、自动钻铆系统等子系统。

1）数字化设计系统。数字化设计系统能够在产品的数字化定义和建模的基础上，利用计算机实现模拟预装配，主要作用是对产品M行干涉检查、位置分析以及人际功效分析等工作。通过虚拟预装配可以进行结构协调设计、系统协调设计、检查零部件的安装和拆卸等工作，有效地减少因设计错误而引起的返工和更改。

2）数字化工艺技术。数字化工艺技术是在数字设计的基础上，对设计数据进行按数字装配要求分析，总结归类和工艺设计的过程。包括工艺路线分工、工艺流程设计、工艺装备选择、工艺控制点选取、容差分配和数字化预装配等等。也就是根据现有技术、设备选择最合适的产品实现的方案或工艺技术的过程。

3）数字化工装系统。飞机装配中广泛应用的数字化工装技术有特征定位技术、柔性定位技术和数字化定位技术等等。

特征定位技术是利用零部件的工艺特征或装配配合关系来确定零部件的位置关系，达到准确定位的目的。常用的方法有凸台定位、装配孔和工艺孔定位等。

柔性定位技术是指通过采用可变的工装支撑和定位要素来满足不同产品或类似产品的不同定位要求。柔性工装常用于壁板类部件、翼梁类部件、对接部件、舵面等部件的装配。

数字化定位技术是数字化测量技术在飞机装配中的应用。指通过同一组数字化测量点的位置来确定组、部件的不同站位不同状态下的准确定位。常用的数字化定位系统有激光跟踪仪、iGPS定位系统、照相测量等。

4）自动钻铆系统。自动钻铆系统，也叫机器人加工系统。通过数字化编程的程序控制机器人，用机器人的动作代替部件装配中的制孔、锪窝、送钉、加胶、铆接等工序。自动钻铆系统加工精度高、效率高、工作一致性好等特点。机器人效率是人工的6～10倍。机器人加工工作已拓宽到铆接、焊接、胶接和喷漆等工作。

3国内飞机数字化设计制造一体化应用情况及存在的问题

我国航空工业主要沿袭前苏联的组织生产模式，飞机设计制造技术发展缓慢。飞机研制技术和组织管理方式落后，虽然在不断完善和该机，但与发达国家比差距较大，自动化水平不是很高，半自动和纯手工制造还在应用。目前在技术和管理方面都存在一定的问题。

数字化设计制造一体化体系建设需完善。数字化设计、工艺设计、工装设计、流程设计、数据管理和传输、数字化装配等方面均缺乏完整的、体系的标准规范。虽然已有了基础的标准，但实践过程中存在诸多问题。

在产品设计阶段缺乏设计制造一体化的考虑，缺乏数字化装配的工艺性考虑。在我们飞机装配中发现很多方面可以改变设计方式方法，应逐步加强面向装配的设计，加强“三化”设计。比如壁板设计、地板设计、翼肋设计完全可以按模块设计，便于柔性制造。

数据管理和数据传递平台需规范和完善。从设计到装配需要多个数据库、多个软件、多个接口的交换，数据管理和传递，硬件软件需进一步规范和完善。

数字化装配过程中补偿技术、检测技术需进一步提高。数字化装配是复杂的系统工程，装配过程受产品设计、工艺设计、工装设计与制造、零件制造、检验检测、工具使用等多个方面的影响，以上某个环节出现任何问题均影响部件制造的进度、节奏和质量。

4加快飞机数字化设计制造一体化应用的方法

数字化设计制造一体化技术是制造业发展的必然选择。面对困境和问题，我们需要采取以下措施，加强研究和应用实践。

1）建立产品全寿命工作模型，优化流程。目前发达国家高新企业几乎全部都采用全寿命周期的设计制造方法，其主要特点是充分考虑制造工艺性、售后维护的方便性，在方案论证阶段销售维护和制造问题先考虑并反复迭代。

国内航空产品研制周期长，质量低、成本高的主要原因是没有按照产品全寿命周期模型管理产品的研发，在设计阶段缺乏全寿命考虑，产品没有面向制造、面向用户、面向维护。

具体表现为：（1）缺乏完整的系统工程的研发理念，重功能性能，轻过程管理；白顶向下的设计分解和自底向上的逐级验证过程不清晰，不完整；设计指标逐级分解不全，设计验证迭代不够，验证不充分。（2）缺乏规范化、操作性强的流程；流程结构化差，粗放、层次不清、不够规范、不细化、操作性不强；没有整体流程，流程是串行的，运行缓慢，问题留到了后面，造成返工和拖延；流程的执行缺乏强制和纪律性。

2）加强面向制造的设计。传统的设计方式和传统的模拟量传递技术很难与数字化装配技术接轨，数字装配技术的前提是面向装配的数字化设计技术。具体为，加大产品的“三化”设计，加大产品的模块化、系列化和通用化，尽量加大通用件和共享零部件。比如壁板类零件、地板零件应采取模块化设计。另外，零件剖面选择取、设计分离面的选取应充分考虑数字化装配工艺，如，Z字形长桁剖面比L形长桁更便于机器人加工。

3）加强数字化装配技术的研究。数字化装配技术在国内刚刚起步，从标准的建立和技术的协调兼容没有明确的参考依据。我们知道需要数字化装配技术，但不是很明白需要什么样的数字化装配技术，因为产品类型不同、工艺分离面不同，所选取的装配方法不同。因此目前没有形成完整的技术树，对核心技术、关键技术识别不够。在产品零件到总装结束哪些分里面或哪些工位选取数字化装配更合适、效率更高等方面需研究和探索。

数字化设计及制造技术材料4

科学技术的发展带动了民用飞机产业的迅速发展。目前，飞机的制造过程实际就是利用先进的科学技术建立数学模型、进行设计仿真、设计定义产品，再根据设计模型进行数据定义，加工处理等，从而构建出真实的飞机实物产品。近来几年，数字化设计技术在民用飞机制造业中已得到广泛应用，根据飞机行业中日益加剧的行业竞争可以了解，若想民用飞机在设计制造中处于先导地位，就需要建立数字化的应用设计平台，建设满足适合飞机研制需求的数字化环境。该文中笔者介绍了民用飞机制造设计数字化的概念，采用先进的制造设计技术和数字化的管理理念，根据自身发展特点，制造有竞争的产品，提高了企业的竞争意识。

1 数字化设计与制造的定义

数字化设计与制造是在虚拟显示、计算机网络、快速原形、数据库和多媒体支撑技术的支持下，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和原形制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。其实际就是建立数字化的设计空间模型，从而完成产品的设计制造工作。在民用飞机行业的设计制造中，将计算机技术、制造设计技术、信息管理技术不断融合发展，建立数字化的环境是现代行业发展的必然趋势。

民航企业采用数字化设计技术提高发展竞争力，结合计算机技术，在网络信息的基础之上，利用数据库的广泛应用平台，实现了飞机的制造设计。在激烈的竞争环境下，在民用飞机行业的发展中力求搭建以科学技术为主体，以提高飞机设计、制造、管理、售后服务需求为目标的综合全面的数字化管理流程，建立数字化的设计制造体系，从而使民航企业在发展中实现真正意义上的数字化。

2 数字化技术在飞机制造中的问题分析

2.1 数字化设计与模拟仿真在应用中的问题

数字化设计与模拟仿真在飞机开发研究中需要从产品开发设计时就着手使用，同时要贯穿整个工作流程，如工艺规划、设计及工装设计等过程。但是目前发现许多运用时间的错误问题，在飞机的研制过程中出现了产品之间、工装产品间的协调作业，忽略了在设计初期采用数字化设计与仿真的重要性，从而诱导了该状况的发生。

同时，在数字化设计与仿真的应用中也存在参与人员的问题。对于数字化设计与模拟仿真的工作人员存在局限性，不应该只将工艺设计人员作为限定目标，要扩大人员应用范围，实现设计人员与现场作业工人的全面参与，提高数字化技术的实用效果。

目前，在民用飞机的研制技术中，国外一般采用产品设计、工装设计、工艺设计人员集中协调合作方式的工作流程，在改善工作方式的同时还节约了飞机研制时间。在国内飞机行业的发展中，要改善合作方式中的问题，从国外发展中汲取经验优点，为自身行业的快速完善发展奠定坚实的基础。另外，数字化设计与仿真技术本身也存在一定的缺陷。

目前，民用飞机使用的是索尼公司生产的DELMIA软件，它本身就存在技术上的缺陷，如，它无法真正实现重力仿真，在仿真中三维软件都是悬空存在的；在模拟仿真时，不能客观的反映钣金器件的柔韧性。所以，在采用DELMIA软件仿真后，仍要对存在的缺陷进行分析判断，减少设计中的误差错误。

在数字化设计与仿真技术的应用中缺乏统一的标准要求，只是根据工作人员的工作经验及产品的详细程度来判定仿真细节，结果参差不齐，影响了模拟验证的权威性。所以，要制定标准的规范体制，按照标准，从建模开始，统一执行。

2.2 数字化设计与仿真使用系统中的问题

数字化设计与仿真的使用系统面向的用户面比较广泛且个体之间差异较大，容易造成使用效果间的差异化。所以，在扩大数字化技术应用系统使用范围的同时，要合理设计系统界面，安排适当的工作培训，提高数字化设计制造系统的全面性、实用性。

2.3 缺少对现场生产数据的及时采集和反馈

现场数据的采集与反馈可以为工作的开展提供便利的条件，可以实现生产进程的实时监控，制定合理的生产计划，合理安排生产进度。但是，目前民用飞机的应用系统中缺乏该种功能，不能很好的实现作业完工进程的数据采集。

数字化的管理系统软件还没得到普及应用，一般民航企业都存在纸质的数据报表，缺乏对产品测量数据进行统一的采集分析。目前很多测量设备均可直接生产表格，将其输入应用系统，可以实现数据的永久保存、为今后有效的控制质量及安排生产具有一定的指导意义。

3 数字化设计与制造的特点分析

传统的设计研制方法主要包括概念设计、初步设计、生产设计三个阶段，并且各个阶段都需要设计绘制模型，工作人员按照制作的样机对飞机及内部配置进行准确详细的设计，主要表现为串行模式。然而在数字化的设计与制造环境下，模线的绘制以及实物样机均可由数字化的形式及样机取代，表现为并行模式的研制过程，促进了各学科之间的交错融合，将业务过程作为工作核心，实现了跨地域、多企业化的动态研制。利用连通的互联网信息使分散的制造商之间加强了技术的沟通交流，互相协调合作，交换相关产品的设计，实现民用飞机设计制造中数据、人员设备及时间等资源的共享。

随着数字化科学技术的快速发展，各行业中实现了数字化与先进技术的融合交错。在民用飞机的发展制造过程中同样存在这种融合技术，它充分发挥了当前先进科学技术的优势，改善了企业的整体经济效益。

4 数字化设计技术在民用飞机设计制造中的发展构想

4.1 加深对数字化设计仿真技术的开发应用

在民用飞机的开发研究过程中引入数字化设计仿真技术。从产品的设计研制工作开始，利用并行的工作运行模式，使各部门设计人员相互合作，利用数字化的工作设计研究平台，提升产品的开发研制质量。同时要建立相互集成的软件系统平台。单一的DELMIA软件只能将可视化的设计信息表现为信息孤岛。如果在产品研制过程中，利用相互集成的系统不仅可以改观这一情况，还能够将DELMIA软件与PDM软件相互集成，通过直接的保存与调用，可实现数字资料的及时性和有效性；将DELMIA与CAPP相互集成，可以实现较强的文本处理功能，提高了系统的实用性。

4.2 建立数字化的组织管理体系

采用数字化的系统组织管理平台，利用新型的管理方式，设置专业的管理团队，全面有效的利用各部门间的资源投资；采用产业链条的结构形式利用数字化的信息平台技术实现各企业间的连通协作，实现全球范围内供应商的管理工作；在产品的设计研制过程中，要适时地对项目工作进行监督审查，改变传统的管理模式，实现制造商与使用商在项目实施初期的良好沟通，组成专业的项目管理小组，及时解决项目实施中的问题，为飞机的技术研制提供良好的技术支持，缩短工程周期，提高工作效率，利用低价的成本实现高额的经济效益。

4.3 提高系统的实用价值

民航企业面向的客户比较广泛且不同客户对工艺文件的格式与审签流程也不尽相同，根据这一情况，民航企业在产品设计开发时要采用灵活的应用系统软件，实现文件格式及审签工作的自定义化，从而满足广大客户的需求；在管理系统中实现物料资源的条码管理，降低资源的劳动力度，尽量避免人工操作带来的错误；同时要设置人性化的管理界面，实现人人可以上手操作，使系统的功能特点得到充分发挥。

4.4 根据工作性质，设置不同的数字化网页

全球范围的飞机设计与制造人员表现为一种分布式的协作关系，数字化的信息平台根据关系等级的不同，分别授予不同的操作权限，分属于不同的操作设计界面，实现相关的设计制造，对虚拟机进行数字化操控，实现飞机设计研发的改进。截止目前为止，我国在飞机设计与制造业的发展中均实现了自身的特色发展，例如，沈飞的钛合金结构及成飞的铝合金等。对于飞机制造发展的目标是在科学技术的发展基础上，建立一个虚拟化的数字化设计制造平台，使飞机制造商之间通过网络信息平台实现完美的相互协作、技术沟通交流等工作。同时，制造厂商也可以不受地理区域的限制，利用自身的权限主动访问虚拟飞机。同样作为合作伙伴的供应商也享有一定的权限，利用数字化信息平台，实现各企业的信息资源共享。利用数字化开放式的信息技术平台，可以有效及时的满足合作伙伴的资源需求，提升了工作进程及工作效率。

4.5 民用飞机适航要求下的数字化设计技术研制平台

民用飞机的研制开发要满足适航管理的要求，在保障安全的同时也要维护大众的整体利益。在信息技术及资源共享的技术环境下，改变传统的研制模式，建立数字化的设计研制平台，为民航企业在制造业的发展中获得了良好的竞争力。

同时，在利用数字化设计平台的发展中也要实现现有资源的充分利用，综合联系未来发展因素，实现清晰明了的数字化设计平台的层次结构。在基于WEB的发展环境要求下，结合WEB的特点，实现企业间的合作联系，建立一个系统的数字化研制平台，建立全面的数据资源结构，将数据按要求分类、分别管理、进行实时监控与审查全面提高信息资源的管理力度。综合考虑项目中的各个工作环节，确保数字化研制平台的全面参与。

4.6 以优质的服务质量赢得发展市场

在世界经济发展环境的影响下，各企业的发展都存在一定程度上的不确定性。为了稳定企业在发展中的坚固地位，力求建立全能的公司企业。在民航企业的发展中，辅助服务市场在民用飞机市场的发展中占有很大比重，拥有广阔的发展前景。所以，在民航企业发展中，要建立健全的服务体系和完善的服务流程结构，以此提高民航企业在发展中的竞争力。优质的服务质量是赢得市场发展的前提，所以，售前要做到优质的服务质量，售后要做到细致入微。做到专业迅速，及时处理解决服务问题，工作人员要尽自身最大限度降低产品给客户带来的损失。

5 数字化设计技术在民航企业制造业中发展的预期效果

目前，三维数字化设计技术已经开始应用在民用飞机设计制造业中。数字化的设计技术减轻了设计工程师的工作负担、提高了工作效率，利用仿真得到的真实模型，方便了工程师对后期工作的处理设计，提高了工作质量；利用数字化的样机结构，实现了零件结构及系统之间的协调设计，同时改变传统的设计制造模式，缩短了研制周期，降低了费用成本。数字化设计技术为民用飞机设计制造资源计划系统的实施提供了便利条件，为资源计划的实施提供了实时准确的动态数据。在激烈的社会经济竞争环境下，由于网络资源的扩展，供应链也逐渐形成了一种新的网链模式，利用数字化的设计技术提高了供应商之间的运作效率。从数字化的真实模型可以了解客户的需求，加强了客户与制造商的互动联系，根据用户需求，制造设计出符合客户要求的产品，提高客户的满意程度。

6 结语

在航空制造业的发展中竞争力的提高主要受时间、成本、质量及服务四个因素的影响，并且它们已成为航空航天领域各企业发展的追求目标。数字化的设计与制造技术为航空制造业的发展带来了革命性的机遇与挑战，在高规格的质量要求下缩短了研制周期、在低成本的基础上提高了产品质量，达到了客户的满意程度，加快了企业发展的进程。在利用数字化的设计技术的同时，还要综合采用系统的数字管理体系，对民航企业进行整体的技术变革，领导者要高瞻远瞩，建立专业的工作团队，从而全面提高企业在行业中的竞争力。

数字化设计及制造技术材料5

数字化设计与制造技术是一种将传统设计与制造过程中的各个环节数字化并整合起来的技术。它使用计算机、软件和先进的生产设备，使得产品的开发、设计和生产过程更加高效、精确和可靠。

首先，在数字化设计阶段，设计师可以使用各种专业的设计软件进行三维建模和实时模拟。相比传统的手绘或二维设计，数字化设计可以更加直观地展示产品的外观和功能，提高设计的准确性和效率。此外，设计软件还可以通过优化设计参数，实现产品的轻量化和结构强度的最佳化，提高产品的性能和质量。

其次，在数字化制造阶段，数字模型可以直接转化为可执行的指令，从而快速、高效地完成产品的制造过程。数字化制造技术可以实现多种加工方式的集成，例如数控机床、激光切割机、3D打印机等，灵活适应不同的生产需求。同时，数字化制造还能够实现无人化和自动化生产，大大提高了生产效率和产品质量，并减少了人力资源的浪费。

数字化设计与制造技术的应用范围非常广泛。在航空航天、汽车、电子设备、医疗器械等行业中，数字化设计与制造技术被广泛应用于产品设计、工艺规划和生产组织。在建筑领域，数字化设计与制造技术可以优化结构设计和施工流程，并提高建筑质量和工程效益。在艺术创作中，数字化设计与制造技术可以帮助艺术家实现创意的表达和数字化的制作。有了数字化设计与制造技术的支持，各行各业都能够更好地满足市场需求，提高竞争力。

总之，数字化设计与制造技术为传统的设计与制造过程带来了革命性的变化，通过数字化的手段实现了设计与制造环节的高度整合和优化。它提高了产品设计的效率和准确性，加快了制造过程，提高了产品的性能和质量。数字化设计与制造技术在各个行业中都有广泛的应用前景，将为未来的经济发展注入新的动力。

数字化设计及制造技术材料6

“个性化定制”离不开数字化设计技术，“柔性化生产”离不开数字化制造技术，“大规模定制”更是离不开数字化管理技术，通过信息化管理与服务的商业模式创新，才能让传统产业转型升级，形成新的经济发展动力。

01 数字化设计技术

数字化设计技术主要包括：计算机辅助产品开发与设计，如计算机辅助设计CAD、计算机辅助工程CAE、计算机辅助工艺设计CAPP、并行工程CE等。

01-1计算机辅助设计CAD

在家居行业里，设计、制造等多个环节都离不开CAD。早期的CAD技术只能进行一些分析、计算和文件编写工作，后来发展到辅助绘图和设计结果模拟，目前的CAD技术正朝着人工智能和知识工程方向发展，即ICAD。另外，设计和制造一体化技术即CAD/CAM技术以及CAD作为一个主要单元技术的CIMS技术都是CAD技术发展的重要方向。

01-2计算机辅助工程CAE

随着技术的发展，产品朝着高效、高速、高精度、低成本、高性能等方向发展，传统的产品力学强度的分析与计算，因计算精度低，而不再适用。采用CAE技术以及有限元分析法（FEM），可实现对质量、体积、惯性力矩、强度等的计算分析；对产品的运动精度，动、静态特征等的性能分析；对产品的应力、变形等的结构分析。即使在进行复杂的产品和工程分析时也无须做很多简化，并且计算速度快、精度高。

01-3计算机辅助工艺过程设计CAPP

CAPP工艺过程设计是连接产品设计与制造的桥梁，是整个制造系统中的重要环节，对产品质量和制造成本具有极为重要的影响。同时，企业为了增强市场竞争力和快速响应市场的变化而采用多种新技术的环境下，改革传统的工艺设计手段，摆脱对熟练工人的依赖，采用以计算机为工具的现代化工艺设计是企业水平上台阶的关键之一，也是企业发展的必由之路。

01-4并行工程CE

CE是指集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统工作模式。这种模式要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。采用CE技术可以大大缩短产品投放市场的时间、降低成本、提高质量、减少废品率、保证功能的实用性，从而增强企业的市场竞争力。

02 数字化制造技术

数字化制造技术主要包括：计算机辅助制造CAM、计算机辅助检测CAI、计算机集成制造系统CIMS、数控技术NC/CNC、直接数控技术DNC、柔性制造系统FMS、成组技术GT、准时化生产JIT、精益生产LP、敏捷制造AM、大规模制造MC、虚拟制造VM、绿色制造GM等。

02-1计算机辅助制造CAM

CAM是指利用计算机直接进行加工制造、生产过程控制的技术系统，其主体是由数控机床（NC/CNC/DNC）、机器人、自动物料储运系统（运输设备AGV+存储系统AS/RS）等设备而构成。其中，NC已经从识读器时代进入了计算机控制时代，可分为：计算机数控CNC，由独立的微型计算机来控制，又称加工中心；直接数控DNC，在某种意义上是车间级通讯网络的代名词，是实现CAD/CAPP/CAM一体化技术最关键的纽带。

02-2计算机集成制造系统CIMS

CIMS是多技术支持条件下的一种新的经营模式。一般包括4个功能子系统和2个支撑子系统：①产品设计与制造工艺子系统：CAD/CAPP/CAM阶段；②管理信息子系统；③制造自动化或柔性制造子系统；④质量保证子系统；⑤计算机网络子系统；⑥数据库子系统。CIMS通过计算机、网络、数据库等硬、软件，将企业的产品设计、加工制造、经营管理等方面的所有活动集成起来，有利于信息及时、准确地交换，从而降本增效，提高企业竞争能力。

02-3柔性制造系统FMS

FMS是由若干数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成，并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调整的自动化制造系统。可以简单地用以下公式表示：FMS=DNC+AGV+AS/RS+计算机控制室。

02-4成组技术GT

GT技术的优势是能从根本上解决生产由于品种多、产量小带来的矛盾。GT技术把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，如此变能桥面地把品种多转化为“少”，把生产量小装化为“大”，从而取得所期望的经济效益。

02-5准时化生产JIT

JIT的基本思想就是“只在需要的时候，按需要的量生产所需的产品”，其核心是最求一种无库存或库存达到最小的生产系统，本质是通过“彻底消除浪费”来达到“降低成本”的基本目标，从而实现“获取最大利润”的最终目标。看板管理就是JIT系列的具体方法之一。

02-6精益生产LP

LP是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求等方面的变革，使生产系统能很快适应用户需求不断变化，并能使生产过程中一切无用、多余的东西被精简，是JIT的进一步提炼。LP的特征主要表现在：对外以用户为“上帝”，对内以“人”为中心，在组织机构上以“精简”为手段，在工作方法上采用“团队工作”和“并行工程”，在供货方式上采用“JIT”，最终目标为“零缺陷”。

数字化设计及制造技术材料7

数字化制造:是指对制造过程进行数字化描述而在数字空间中完成产品的制造过程。数字化制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。

数字化设计与制造技术专业是教育部20xx年新增专业，是国家十四五规划和湖北省十四五规划中实现“产业数字化，数字产业化”中的重要支撑专业。数字化也是传统产业向智能制造转型升级的必由之路。

数字化设计:就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于计算机技术和网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。

数字化设计及制造技术材料8

近年来，随着国民经济的快速发展，我国机械制造业发展迅猛，我国的冲压模具企业逐渐实现数字化、智能化，且随着数字化技术的应用，我国机械冲压模具设计水平不断提高，但其与发到国家仍旧存在一定的差异，文章研究冲压模具设计和制造中的数字化技术应用，以此来改善传统的模具，促使我国冲压模具的高速发展。

0前言

目前我国以航空制造业和汽车工业为主的机械类制造业发展迅速，促使我国冲压模具以年20%的速度持续增长。冲压模具本质上属于技术密集型产品，冲压生产中的冲压产品的智联、生产效率等与模具设计具有较大的关联，大力发展模具的数字化设计与制造技术的分析与研究，将数字化技术广泛应用在模具工业中，促使现代机械制造业得到快速发展。

1冲压模具设计和制造中的数字化关键技术

在冲压模具的使用上，要将数字化技术应用在模具制造的全过程，实现自动化制造和精确化制造，促使冲压模具的高效开发。模具制造的数字化技术主要是将计算机技术应用在模具制造的过程中，实现每一制造环节的精确控制，从而满足冲压生产的要求。数字化关键技术具体包括以下几种：（1）冲压成形CAE技术。冲压成形CAE技术本质上是利用计算机技术制造计算机软件，并将计算机通用软件应用在模具自动化质量控制过程中，促使该技术能够满足模具制造的精确度要求，也显著提高冲压模具的使用周期。如AutoForm/PAM-STAMP软件应用在模具制造过程中，通过计算机分析、模拟机械用材的流动、厚度的变化以及材料的破坏、起皱等，以此来对模具产品零件的成形、工艺设计进行准确的预见和建议，实现模具的形变。（2）模块化的快速设计系统。对于冲压模具的制造与设计，要重视结果设计，能够将技术系统应用于模具制造上，提高模具设计的质量。如随着现代计算机技术的发展，冲压CAD/CAM的一体化技术应用在模具设计上，可以有效避免单一软件使用的弊端。CAD通用软件主要是应用在交互绘图和造型层次的设计上，一般是以模具设计人员的设计经验为主来进行模具绘图和造型设计，这种软件设计方法不能够及时发现模具设计中的不足之处，一定情况下会延误模具设计周期，影响模具的设计质量。因此在数字化关键技术的使用上，可以将模具设计的技术结合起来，弥补单一技术应用中的不足之处。

2冲压模具设计和制造中的数字化技术的优点

（1）数字化装配技术的优点。冲压模具的装配方法一般分为4种，包括互换装配法、分组装配法、修配装配法以及调整装配发等具体内容，在模具设计上，可以将这四种装配法按照先后顺序应用在设计环节中，有利于进行精加工，减少装配过程中模具标准件的损毁。（2）计算机仿真技术的优点。在传统的冲压模具设计上，高度钢材在循环加载条件的作用下，会产生较强的包辛格效应，而计算机仿真技术的应用极大程度上改变了冲压设计现状，通过计算机仿真模拟将设计参数设计在固定范围内，进行冲压设计，提高了模具设计的精确度。（3）数字化参数的程编优点。参数化程编应用在冲压模具的加工制造上，在数字化技术的作用下，逐渐从单纯的型面加工扩展到结构面加工，由中低速加工变化为高速加工，从小切深变为高进给，有效改善工件加工质量，减少加工打磨面；减少试模的工作量，提高模具制造的精度；刀具使用上以小型加工模具为主，注重细节制造，以此既满足模具的设计精确度要求，也有效降低使用费用。

3冲压模具设计和制造中的数字化技术的应用

3.1软件技术在模具产品设计同步工程中的应用

在模具产品的同步开发中，要想满足冲压模具的建设要求，就要将冲压工艺贯穿于冲压模具的同步开发过程中。在冲压模具的开发设计上，要求设计人员全员参与，从冲压模具的生产工艺、产品的冲压技术再到模具的具体开发，都要依据冲压成形的物理规律进行模具设计，借助计算机数字化技术真实的反映模具与板料的的关系，并将计算机软件应用在模具变形设计的全过程中。在冲压模具的设计上，可以应用非线性理论、有限元方法以及各项计算机软硬件，以此来对产品零件的成行进行精确的预算，全面提高冲压模具的技术机控制质量与效率。

3.2模块结构化的快速设计应用

在数字化技术使用上，要预先消化模具的任务要求（冲压要求），结合现场模具生产经验，应用模具结构库，进行模具的初设计；其次再要进行模面设计，这一阶段调用标准机械件库，组装成一套完整的模具。在参数化模块设计上，要实现典型结构模板化和重复工作智能化，以此来提高冲压模具的制造水平。典型结构模块化，主要是基于模块化的思想，对冲压模具的典型结构进行分类总结，应用数字化技术进行模具设计参数的控制，生成智能化模板，以此在模具设计过程中完成建模；重复工作智能化应用上，主要是将模具设计过程的重复工作利用智能化模板和二次开发工具来实现缩短设计周期的目的，以此来实现冲压模具的智能化、自动控制化进程。

3.3信息系统的应用

在冲压模具设计上，要将数字化技术应用在制造业的每一环节中，如可以将数字化技术应用在机械自动化管理、绘图设计、参数分析、模具制造以及模具检测中，在这一过程中应用信息化系统，可以实现产品信息的共享，并将模具制造信息以计算机信息化的形式固定下来，从而为冲压模具的制造设计提供借鉴意见，降低模具设计人员的工作量。

4结语

随着信息技术以及科学技术的发展，我国的冲压模具已经由传统的机械模具形式转变为机械自动化体系，将先进的数字化技术应用在模具制造上，极大提高了我国冲压模具的发展速度，也提高了冲压模具的精确度和使用周期，推进了我国冲压模具的行业的发展进程。

数字化设计及制造技术材料9

数字化设计与制造技术在制造业中得到广泛应用，改变了传统的制造方式，提高了生产效率和质量，具有重要的推动作用。数字化设计与制造技术的应用领域包括机械加工、电子制造、航空航天等多个行业。

在机械加工领域，数字化设计与制造技术的应用可以实现机械加工过程的数字化化和自动化。利用CAD软件，可以快速、精确地完成机械零部件的设计。而CAM软件则能对CAD模型进行处理，生成数控程序，实现加工自动化。数字化仿真技术则能够对机械零部件的应力、变形等因素进行仿真，提高产品设计的可靠性。

在电子制造领域，数字化设计与制造技术的应用主要是利用CAD软件进行电路设计和PCB（印刷电路板）设计，使电路设计过程数字化和自动化，提高生产效率和产品质量。CAM软件则能转化电路设计为PCB制造工艺，实现自动化生产。数字化仿真技术则能够对电路设计进行仿真分析，发现潜在问题，提高电路设计的可靠性和稳定性。

在航空航天领域，数字化设计与制造技术的应用主要是CAD/CAM/CAE的集成应用，实现飞机零部件设计、加工和验证的数字化一体化。数字化设计可以快速对飞机零部件进行设计，数字化制造可以实现加工自动化，数字化仿真可以对产品进行验证和优化，提高产品设计的可靠性和安全性。

以上是数字化设计与制造技术在制造业中的应用举例，数字化设计与制造技术的应用领域广泛，为制造业的发展提供了强有力的支持。

数字化设计及制造技术材料10

1 先进制造技术的含义

先进制造技术AMT（Advanced Manufactories Technology）是指以提高制造企业综合效益为目的，综合利用信息、能源、环保等高新技术以及现代系统管理技术，对传统制造过程中及产品的整个寿命周期中的使用、维护、回收、利用等有关环节进行研究并发行的所有适用技术的总称[1-2]。

相对传统制造技术，数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心。数字化先进制造是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。它是对制造过程进行数字化的描述，将制造信息采用数字化的表征、存储、处理、传递和加工，从而在数字空间中完成产品的制造过程[3-6]。

2 数字化是先进制造技术的基础

2.1 先进制造技术的基本特征

先进制造技术包括以下五个基本特征。

（1）先进性。制造工艺作为先进制造技术的基础，必须是经过优化的先进工艺。先进制造技术的基础必须是优质、高效、低耗、清洁工艺，它从传统制造工艺发展起来，并与新技术实现了局部或系统集成。

（2）通用性。先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收整个过程。

（3）系统性。随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术的驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。

（4）集成性。先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科。

（5）技术与管理的更紧密结合。对市场变化做出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求，使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化。

2.2 基于数字化的先进制造技术

数字化制造技术符合先进制造技术的上述五个基本特征。先进制造技术时代是数字化信息的时代，数字化技术是数字的生产、采集、存贮、变换、传递、处理及广泛利用的新兴科技领域。制造业从50年代数控机床的发明，标志着机械制造业向着数字化走出了第一步，随后制造信息化沿着三个方面推进，一是现场生产方面，如：NC/CNC/DNC/PLC/FMS/AC等；二是产品和工艺设计方面，如APT/CAD/CAM/CAE等；三是生产管理和集成方面，如MRP/PDM/ERP/CIMS等。可以说信息技术改变了当代制造业的面貌。

3 数字化是先进制造技术发展的核心

3.1 数字化先进制造的核心技术

数字化是先进制造技术的核心，它是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的。数字化先进制造主要包括以下几个核心技术[4，6]：

（1）制造过程的建模与仿真。制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程，建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。

（2）网络化敏捷设计与制造。利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应性。我国企业向国际接轨就必须在此领域开展研究，尽快掌握并赶上国外先进水平。

（3）虚拟产品开发。虚拟产品开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。

3.2 数字化对先进制造技术的实现

（1）数字制造的全球实现―网络制造。随着数字化技术、计算机网络技术及交通运输事业的迅速发展，这些企业可利用协同工作技术，在一定的时间、一定的空间内，利用计算机网络，小组成员共享通过数字网络在企业内部传递的知识与信息。

（2）数字制造的动态联盟―敏捷制造。为实现高增值、高产品质量及优质服务，只有借助于高性能计算机和高速网络，在数字化环境中，充分利用其他企业制造过程的信息流和数据库等有用的数字化资源，才能对变化市场做出快速的响应。对于某些产品一个企业不可能快速、经济地独立开发和制造其全部，必须根据任务，由一个公司的某些部门或不同公司按资源、技术和人员的最优配置。于是，一种以数字制造为平台的先进制造技术即数字制造的动态联盟―敏捷制造崭露头角。

（3）数字制造的计算机实现―虚拟制造。数字化表征与传递、建模与仿真是数字制造的核心科学问题。这种能实现制造形状与过程的数字化表征、非符号化制造知识的表征、制造信息的可靠获取及其传递的、由整个制造信息形成的数字空间，为计算机和计算机网络的应用提供了用武之地。

（4）数字制造的快速实现―快速原型制造。制造业面临两个重要的挑战：一是要大大减少开发时间，二是产品的个性化。虽然计算机辅助设计和制造（CAD和CAM）已在很大程度上改善了传统的产品设计和制造方法，但在计算机辅助设计和计算机辅助制造集成实践过程中仍有许多障碍。

虚拟制造技术在计算机上实现了产品实际的制造过程，对缩短产品开发的周期、减少开发费用、提高市场竞争能力做出了重大贡献。通过长期的探索与实践，催生了制造技术上的又一次新的变革―快速成型制造技术。

（5）数字制造的环保化实现―绿色设计与制造。制造业为人类的繁荣昌盛做出了巨大贡献的同时，每年产生了近55亿吨的无害废品和7亿吨的有害废品。因此，为了有效地保护环境，一定要在制造的各个阶段进行污染控制。有必要使用能在各个阶段评估环境被影响的后果的工具和方法学来支持设计和制造，一种具有意识的先进制造技术―绿色设计与制造ECD&M （EnvironmentallyConscious Design and Manufacturing ）。

4 数字化是先进制造技术发展的未来

目前，计算机和网络已成为制造业企业的基础环境和重要手段，目前世界500强企业无一例外地建立了内部网。制造业在知识经济到来时呈现明显的信息化趋势，可以说信息技术在促进当代制造业发展过程中的作用是第一位的，信息技术将在更深层次上渗透和改造传统制造业。

当前，数字化制造正在深入发展，其主要趋势呈以下四点：

（1）由二维向三维的转变―形成以MBD/MBI（Model Based Definition，MBD 基于模型的定义/Model-BasedInstructions，MBI基于模型的作业指导书）为核心的设计与制造。MBD是用集成的三维实体模型来完整的表达产品生命周期各阶段的产品定义技术标准，为设计人员服务，解决的是要制造什么的问题；MBI是以三维模型表达的车间工作规范和方法，为加工、装配、检测人员服务，解决的是怎么制造的问题。MBD/MBI技术将使工程技术人员从繁琐的二维图纸和表格文化中解放出来，可将更多精力转移到需求分析和产品创新研发上。

（2）真正并行和协同的实现-数字化制造中的直观可视化工作环境以及建模和仿真技术，为并行和协同工作提供了友好的协同工作环境及有效的实验验证手段和评估优化工具。数字化制造是制造业信息化发展的新阶段，也是目前制造业的重要发展方向，如精密化、智能化、网络化、极端化等，无一不与数字化制造技术的发展密切相关。

（3）数字化装配与维修的应用―装配是产品生命周期中的重要环节。虚拟现实技术（VR， Virtual Reality）的发展为解决装配序列规划和装配性能仿真提供新的思路和方法，虚拟装配技术可在无物理样机的情况下对产品可装配性、可拆卸性、可维修性和装配过程中的装配精度、装配性能等进行分析、预测和验证，并支持面向生产现场的装配工艺过程的动态仿真、规划与优化。目前虚拟装配技术已从简单的几何装配正朝着考虑精度、物性、过程、环境等多方面因素的装配技术方向发展，这是推进虚拟装配技术实用化发展的重要一步。

（4）数字化车间与数字化工厂―数字化工厂是数字化制造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式。它在三维工艺过程、工艺装备、生产线布局和生产管理综合优化和集成的基础上，实现产品在工厂、车间和生产线上由设计到制造的数字化执行、管理和控制问题，是实现企业挖潜和增效的最有效形式。目前，生产线建模仿真技术和车间布局规划已日益受到重视，它为高效物流实施以及精益生产、可重构制造、单元化制造等先进制造模式提供科学分析工具，尤其对多品种、变批量和混线生产等复杂生产模式具有重要指导意义。

5 结束语

先进制造技术是改造传统制造业的有效手段，为了有效地在我国利用先进制造技术改造传统制造业，需要明确研究、开发和应用先进制造技术的重点。综观以上先进制造技术的现状和发展，可以看出数字制造实为先进制造技术的核心技术，是实施其他先进制造技术的平台。

数字化先进制造技术是席卷全球的数字化浪潮中的重要一环，其本质是支持数字化或信息化制造业的技术。充分运用当代数字化技术，大力发展数字化先进制造技术符合本世纪制造业的发展趋势。

数字化设计及制造技术材料11

中高速柴油机广泛应用于船舶动力推进和船舶电站、陆用电站等，具有结构复杂、尺寸大、零部件类型及数量多、配套行业面广的产品特点，产品生产具有批量小、配套方案多样化的特征，制造周期较长。如何在行业内广泛深入的应用数字技术，对于提高柴油机制造业的生产效率及产品质量具有重要的意义，也是未来中高速柴油机制造技术发展的方向。

1 国内中高速柴油机企业数字化制造技术现状

我国中高速柴油机企业数字化制造技术经过十几年的摸索，在柴油机零部件设计、工艺、工装、数控加工等方面取得了一定的效果，数字化应用水平逐步提高，大致如下。

1）基础环境：计算机应用基本普及，网络建设和计算机硬件配备与时代接轨，行业通用仿真分析软件、CAD/CAM/CAE/PDM等软件系统逐步普及，与软件开发公司合作开发了部分有企业特征的专用数字化系统，形成了初具模型的数字化工作方法和能力，为数字化技术推广应用提供了保障。

2）设计、工艺技术：普及了以二维CAD软件为基础的产品、工装设计，三维CAD/CAM设计份额持续增长；CAPP技术在工艺中得到了较普遍的应用；PDM开始在企业局部应用；MES数字化信息管理系统逐步构建。

3）企业管理：在人力资源、财务管理、生产计划、车间物流计划等方面均推广了各种信息数字化技术；实现了产品生产计划和物料定额计划数字化方案制定和管理；开展了EPR、OA等管理流程优化工作，管理效率明显提升，管理成本大幅降低，应用效果显著。

4）生产线：机械加工数控设备有较大增长，关键零件实现数控编程制造；检测设备仪器采用了三坐标、数显测量尺、电子窥镜、激光扫描等数字设备；仓储管理引入计算机管理系统。

2 我国中高速柴油机数字化制造面临的问题

国内中高速柴油机数字化制造技术应用与国外先进水平仍然差距显著，数字化制造在中高速柴油机制造业中的应用广度和深度函待提高。主要表现如下。

1）数字化制造技术缺少成熟模型。企业多注重柴油机产品设计技术，一般只在部分环节上辅以数字化技术手段，忽视数字化技术系统化应用。行业缺少可参考的完整成熟数字化方案，难以形成系统化数字制造技术体系。数字化制造技术应用产生的效益、效果只是比较传统作业手段有所长进，并未充分发挥数字化功效。

2）数字化技术“信息孤岛”问题十分严峻。单位与单位甚至单位内部不同部门，不同人员之间，数字化技术系统相互隔离、各自为政。各种相互有关联的数据资源无法有效的集成和共享、交流，大量不必要的重复建设经常发生。数据共享和交流平台建设缓慢，平台建设者和使用者缺乏深入沟通，纸介质技术资料继续是部门之间信息传递的唯一“合法”手序，数字化数据更新滞后难以实战。

3）企业内部数字化系统未摆脱传统串行模式，并行工程不易实施。企业设计、工艺、生产、检验数字化应用体系串行现象突出，缺乏能够引领团队协作的数字化顶层并行设计方案，使得制造数据衔接缺乏默契，生产准备周期长，信息交流存在各种障碍，由此造成实施柴油机制造并行工程困难。

4）数字化制造技术开发滞后。柴油机企业的数字化开发能力不强，数字技术标准建设滞后于数字技术的推广应用。数字化软件企业对柴油机行业又缺少符合时展要求的长周期系统化调研，数字化软件设计也常常只是简单模仿部分传统作业模式流程，数字化模式未能深入改变传统作业思路。

3 中高速规模柴油机企业数字化制造技术的发展趋势

柴油机的研制水平要与时展相得益彰，数字化技术必须在更广的范围和更深的层次上得到应用，通过数字技术增强柴油机企业的研发能力。我国中高速规模柴油机制造正处于与数字化制造技术相结合由引进技术向自行研发的重要时期，呈现出以下趋势。

1）建立基于单一数据源制造模式。实现CAD/CAPP/CAM/CAE等多种数字技术一体化，使产品制造向无纸化制造方向发展。产品设计、工艺工装设计、加工与装配数据实现共享和继承、重组，单一数据源为产品的优化设计、性能分析、生产制造、装配、质量检验及企业生产系统规划、调度、各级过程管理与控制提供一体化模型支持，可使生产全过程信息交流无障碍、从而使产品生产效率和质量得到更好的结果。

2）实现相互关联不同资源的整合。人力资源、知识库资源、制造资源、用户资源等各种相互关联资源将进一步得到整合，基于数字技术的虚拟体系使企业各级人员能够利用数字化工具协同工作，消除“信息孤岛”现象，进一步提升各种资源的利用效率。

3）建立数字化并行网络辅助制造体系。制造系统采用并行化网络制造环境组织业务流程，实现产品和工艺设计结果的早期验证，快速响应市场需求。

4）建立支持产品全生命周期的虚拟企业协同工作平台。实现数字化工厂和数字化车间，从产品设计，工艺方案、生产计划、零件制造、装配试验、仓储物流到用户服务的快速响应系统，建立基于实现共享和交流的集成工作平台标准体系。使产品从设计到交付全过程信息无缝链接传递及反馈。

4 数字化制造技术进一步发展的思路

面对国内中高速柴油机制造业的迫切需要，数字化制造技术还需要从以下几个方面着手推动进一步发展。

1）推动流程优化。研究和分析国内外先进制造、管理模式，总结和提炼适应我国柴油机设计和制造数字化模式。以自主研发为契机，推动中高速柴油机企业在设计、工艺、制造、管理等产品全生命周期数字化流程优化，落实并行工程全面实施。

2）重点研究数字化制造统一数据库及集成应用。着重研究CAD/CAPP/CAM/PDM/MES等各类单项数字化制造技术应用系统的集成，构建基于统一数据库体系的企业级集成平台，发挥集成应用效果。

3）开展柴油机企业之间、企业与院校、研究机构、软件公司等相互交流，共同为中高速柴油机行业摸索出一条具有行业特征的系统化数字制造技术模式。

4）加强人才队伍建设。制定数字化制造技术专业人员激励、培养、锻炼计划，对技术人员和管理人员规范化和高层次地数字化制造技术培训应广泛开展。

5 结束语

数字化制造技术是全局性、体系化的新技术，涉及产品研制的各个环节，中高速柴油机是关系我国国计民生，国防安全的重要产品，数字化制造技术的应用是国内中高速柴油机企业研制的必由之路，此项技术的深入发展和广泛应用必将使国内中高速柴油机研制水平跨上一个新的台阶。

数字化设计及制造技术材料12

1 数字制造的概念

1.1 数字制造的内涵与定义

数字制造被认为是一种可以减少生产时间、成本，而且可以照顾用户的个性化需求、提高产品质量、加快对市场的反应速度的技术。大的汽车和飞机生产商在探索利用先进的三维虚拟软件、虚拟现实技术以及产品生命周期管理系统（PLM）的数字制造，它不仅帮助制造过程的实施，也有利于在产品开发阶段了解产品是否能在可承受的成本内制造。数字制造是在计算机和网络技术与制造技术的不断融合、发展和广泛应用的基础上诞生的，其内涵是：（1）以CAD/CAM/CAE为主体的技术；（2）以MRP Ⅱ（Manufacturing Resources Planning，制造资源计划）、MIS（Management Information System，管理信息系统）、PDM（Product Data Management，产品数据管理）为主体的制造信息支持系统；（3）数字控制制造技术。数字制造技术是数字化技术和制造技术融合形成的，且以制造工程科学为理论基础的制造技术的重大革新，是先进制造技术的核心。数字制造的定义，指的是在虚拟现实、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的整个制造过程。也就是说，数字制造实际上就是在对制造过程进行数字化的描述而建立起的数字空间中完成产品的制造过程。

1.2 几种数字制造观

1.2.1 以控制为中心的数字制造观

数字制造的概念，首先来源于数字控制技术（NC或CNC）与数控机床，这是数字制造的重要的基础。随着数控技术的发展，先后出现了对多台机床用一台（或几台）计算机数控装置进行集中控制的直接数字控制（DNC），可以加工一组或几组结构形状和工艺特征相似的零件的柔性制造单元（FMC），以及将若干柔性制造单元或工作站连接起来实现更大规模的加工自动化就构成了柔性制造系统。以数字量实现加工过程的物料流、加工流和控制流的表征、存储与控制，这就形成了以控制为中心的数字制造观。

1.2.2 基于产品设计的数字制造观

正如数控技术与数控机床一样，CAD的产生和发展，为制造业产品的设计过程数字化和自动化打下了基础。将CAD的产品设计信息转换为产品的制造、工艺规则等信息，使加工机械按照预定的工序和工步的组合和排序，选择刀具、夹具、量具，确定切削用量，并计算每个工序的机动时间和辅助时间，这就是计算机辅助工艺规划（CAPP）。指出数字制造近年来还融入了CAPE（Computer Aided Production Engineering），这是一种新的计算机辅助工程环境，制造过程的环境信息可以被工程师应用到今后的制造系统及其子系统的设计和实施。

1.2.3 基于管理的数字制造观

从数字制造的概念出发，可以清楚地看到，数字制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。在数字制造环境下，用户和企业在广域内形成了一个由数字织成的网，个人、企业、车间、设备、经销商和市场成为网上的一个个结点，由产品在设计、制造、销售过程中所赋予的数字信息成为主宰制造业的最活跃的驱动因素。

另一方面，数字制造包含了以控制为中心的数字制造、以设计为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。当前，网络制造是数字制造的全球化实现，虚拟制造是数字工厂和数字产品的一种具体体现，而电子商务制造是数字制造的一种动态联盟。

2 数字制造的本质和核心问题

数字制造的本质是制造信息的数字化，而数字化的核心则是离散化。其本质是如何将制造的连续物理现象、模糊的不确定现象、制造过程的物理量和伴随制造过程而出现和产生的几何量、企业环境、个人的知识、经验和能力离散化，进而实现数字化，即是将它们表示为计算机可以识别的模式。

离散化和数字化的过程，将涉及一系列理论基础问题，计算制造学是最核心的理论基础。这里，计算制造学就是建立各种制造计算模型，对产品进行数字化表征与传递、建模与仿真，这是计算制造学的关键技术，也是数字制造的基础和核心科学问题。

3 数字制造的建模方法

数字制造系统的建模对象涉及到广义的制造过程，包括制造环境、制造行为和制造信息。数字制造系统的目标，就是要在数字化的环境中完成产品的设计、仿真和加工。即接到定单后，首先进行概念设计和总体设计，然后是计算机模拟或快速原型过程，直至工艺规划过程、CAM（computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造）和CAQ（Computer Aided Quality，计算机辅助质量管理）过程，最终形成产品。

下面重点介绍这一过程中的基于物理的建模与仿真这一环节。

建模与仿真可广泛用于产品开发过程，包括方案论证、设计、分析等各个阶段[9]。在这个过程中，常常需要把现有的对象融入虚拟环境中。例如，机器人是一种综合了机、电、液的复杂动态系统，通过计算机仿真可以模拟系统的整体状态、性能和行为。揭示机构的合理运动方案及有效的控制算法，从而避免或减少机器人设计划造以及运行过程中的问题。目前新产品的设计和制造规划越来越多地借助于计算机仿真来实现。

近年来，数字样机（Digital Mock-up）技术成为产品开发中的一个研究热点。数字样机就是把CAD基于物理的建模、仿真和产品全生命周期管理系统综合起来，形成一个虚拟产品开发环境，使产品开发人员能够在这种环境下策划产品、设计产品、预测产品的运行性能特征以及真实工况下可能具有的响应，从而减少设计迭代的次数，减少甚至取消制作物理原型样机，以改善设计，有效地缩短产品的开发周期。支持产品开发的建模与仿真是一个十分复杂的系统，需要许多单项技术的支持。但同时也存在许多共性问题如三维建模、约束运动学相动力学分析、计算算法相求解等。在建模仿真系统研究与开发中，可以采用基于商品化软件平台二次开发的策略，把研究集中在可制造性分析和产品物理性能建模等方面。在产品的设计过程中，数字样机可根据需要随时改变，以满足测试与评估的需要。数字样机为面向技术要求、制造性能、可维护性的设计提供了集成可视化、虚拟环境和虚拟原型技术的计算平台。

4 数字制造应用实例

4.1 需求分析

平面二次包络环面蜗杆副（简称平面二包蜗杆副）有着优良的传动性能，但这些优良性能必须以较高的制造精度、安装精度来保证。长期以来，平面二包蜗杆副都采用对偶范成法加工，这种加工方法由于工艺复杂，难以解决精度差的痼疾，且制造成本高、使用寿命短，这限制了平面二包蜗杆副的推广普及。在数字化时代，必须应用全新的数字制造模式来解决平面二包蜗杆副制造的瓶颈。在此模式下，只有在保证最优设计指标的基础上，采用先进的制造技术才有可能完成最优的实体型面加工。

4.2 数字制造方案

制造信息是贯穿制造全过程的精髓，制造信息的产生、处理、传递和应用是决定产品制造敏捷性、精确性、经济性的关键因素。在信息驱动型制造业中，制造信息的数字化是数字制造的前提条件。平面二包蜗杆副的制造信息数字化应包括两方面内容：①蜗杆副实体的三维数字化建模；②数字化制造工艺规划。数控加工是数字制造的最终目标。在传统生产模式下，平面二包蜗杆副必须使用专用机床加工，这是制造成本高的根本原因。在数字制造模式下，只要获得蜗杆副型面的精确数学模型，就可使用通用数控机床对不同模数、不同中心距的蜗杆副进行统一加工。具体的实施方案如下。

4.2.1 平面二包蜗杆副的数字化造型

平面二包蜗杆副蜗轮齿面形状复杂，用虚拟加工的造型方法虽然可以获得蜗轮齿面，但往往精度不高。NURBS方法具有表示与设计自由型曲线曲面的强大功能，是形状数学描述的主流方法之一。由于蜗杆副啮合型面理论接触线方程已获得严格数学推导，因而啮合型面的造型可以认为是已知数学模型的自由曲面造型。在进行蜗轮真实齿面的造型时，可基于经典的齿面啮合理论，针对真实齿面啮合分析的特点，由NURBS齿面上的拓扑离散数据点构造齿面曲线，再由齿面曲线构造插值曲面，实现参数化NURBS自由曲线曲面理论与经典啮合理论的有机结合，在此基础上建立面向几何又有严格数学支持的蜗轮齿面数学模型。

在完成啮合型面造型之后，整个型面可以用统一的参数方程加以描述。利用这个参数方程可以计算齿面上任意点处的型值，并以此构成啮合型面关系数据库，这就为数控加工提供了数据基础。

4.2.2 平面二包蜗杆副数字化工艺规划

平面二包蜗杆副在数控加工环境下的工艺过程包括毛坯的选择、各表面最终加工方法的确定、制订工艺路线、工序设计等步骤。针对平面二包蜗杆副这种目标明确的产品，使用基于成组技术（GT）的派生式工艺生成系统。

接下来是对平面二包蜗杆副的数控加工，采用数控车床、磨床加工蜗杆，蜗轮齿面直接采用多坐标联动数控机床直接控制球头铣刀加工出近似蜗轮齿面。在平面二包蜗杆副的误差检测阶段可采用全数字检测：用三坐标测量仪扫描蜗杆副实际齿面，将测量数据输入计算机；然后，基于测量数据进行蜗杆副实体的计算机重构；最后，将重构型面与计算机仿真理论型面进行比较，可获得实际加工误差。

5 结语

制造信息的数字化是数字制造的本质和前提。本文以在传统模式下设计、加工复杂，难以适应市场快速多变要求的平面二包蜗杆副为例，将平面二包蜗杆副的制造信息数字化――包括建立其实体啮合型面关系数据库和基于成组技术（GT）派生数字化工艺规划。采用数字制造技术可以提高对市场反应的速度，满足个性化的需求。

数字化设计及制造技术材料13

数字化设计与制造技术是现代制造业的重要组成部分，它的发展正从数字化向网络化、智能化和可持续发展的方向转变。未来，数字化设计与制造技术的发展方向主要包括以下几个方面：

1.网络化：数字化设计与制造技术将会通过数控加工机床、机器人等设备的互联互通，实现生产环节间的实时数据共享和精细化生产管理，进一步提高了生产效率和质量。

2.智能化：数字化设计与制造技术将会通过智能化制造设备、智能化管理系统和人工智能等技术的应用，实现数字化集成、信息化智能和可持续发展的目标。

3.可持续发展：数字化设计与制造技术将会通过以生态为导向的绿色制造、循环经济和低碳生产等理念，实现可持续发展的目标。

4.个性化制造：数字化设计与制造技术将会通过提高生产灵活性和可定制性，实现个性化制造与柔性生产，满足消费者不断变化的需求。

5.全周期管理：数字化设计与制造技术将会通过数字化技术在产品设计、生产制造、售后维修等全生命周期内的应用，实现一体化的生产管理和优化服务。

总之，数字化设计与制造技术的未来发展方向是网络化、智能化、可持续化、个性化和全周期管理。数字化设计与制造技术将会为制造业的不断发展提供强有力的支持，同时也提高了人类生产生活的质量和水平。

数字化设计及制造技术材料14

数字化技术正以前所未有的速度和深度影响着世界航空产业的发展，国内航空业也在积极响应这一趋势；试验机设计改装专业承担着我国特种试验机设计技术研究、试验机测试改装的设计/施工及机载专用试验系统研制等工作，它是我国航空产业试飞板块中重要一环，因此，数字化在航空领域的发展必将对其产生巨大影响。

试验机设计改装正在从初期的型号测试改装向特种试验机设计改装技术研究、试验机测试改装的设计/施工及机载专用试验系统研制3个方向发展；为了应对未来我国众多的试飞任务，试验机数字化改装技术显得尤为重要，它将为未来特种试验机设计研制和型号试飞任务提供高效、有力支撑。本文从技术角度提出了试验机数字化改装技术的关键要求，以及数字化改装技术建设的核心内容，以期为试验机数字化改装技术发展提供参考。

1 数字化改装技术要求

数字化改装技术的目标就是实现试验机改装数字化协同设计、制造，促进试验机研制、试飞进程，匹配国内外航空企业飞机研制的信息化、数字化新模式，提高试验机改装水平。综合国内外航空业的发展趋势以及试验机改装设计制造的自身发展需求等多方面因素，数字化改装技术应该具备以下几个方面的显著特点：

1）全三维设计。全三维设计是实现数字化协同设计制造的基础条件。全三维设计是以三维实体为最终设计结果和生产依据的设计模式，替代了原二维图样的全部功能。全三维设计技术可保证设计数据的唯一性及一致性，设计结果直观明了并可以有效提高设计、制造效率。

2）研制工作并行展开与传统产品开发过程并不相悖，它同样遵循产品开发的每一个必经阶段，而且是基于连续的信息转化实现的。研制工作并行开展就要求信息的转化伴随活动随时进行传递。

以型号新机试飞研制为例：第一，在项目的总体研制过程中，试验机设计、试验机改装设计、试验机制造等研制过程可以并行交叉进行；第二，在具体的设计阶段，试验机改装设计各系统和原机各系统的设计工作可以并行开展。设计过程中各系统之间的相互关联和相互影响不可避免，通过互相协调适应以及各系统间实时迭代设计，可使得设计工作最大限度的展开；第三，设计人员可以并行开展工作。基于相同的设计技术平台，同一系统的不同设计人员及不同系统的设计人员可以并行工作，使设计资源得到了有效的利用。试验机改装协同设计制造充分融入到试验机研制过程中，提高了试验机的研制效率。

3）跨地域协同设计制造。世界航空产业正在形成研制和市场的全球数字化协同模式，例如，我国部分主机厂就承担了欧洲空客及波音系列飞机相关部件甚至部分重要结构件的生产制造工作。这一案例充分说明了数字化协同技术已成为飞机研制活动中重要的技术手段之一，可以有力推动研制活动高效、精准开展。

外部的这种发展趋势也正在强有力的影响着我国的飞机研制产业，国内飞机研制体系正在突破传统的串行封闭式研发模式。例如，我国某型飞机研制工程项目中首先尝试采用异地协同设计、全国多地协同制造、国内外19家供应商的协同研制模式，实现了国内外不同地域的分包商和配套商的协同工作[ 1 ]。

2 数字化改装技术建设

综合分析国内外协同设计制造现状和发展趋势，结合试验机改装研制的特点及现阶段的具体情况，数字化改装技术建设应该分步进行。

第一步，进行数字化设计基础平台建设，加强数字化设计人才队伍培养，建立数字化改装技术规范。

通过第一步建设，可以实现数字化改装技术的初步目标：1）试飞机构内部实现大型试验机改装、特种试验机研制等大型项目的全三维数字化协同设计；2）具备试飞机构与主机厂所间试验机数模顺利传递的能力；3）培养出一支高素质的数字化设计队伍。

第二步，在国内航空领域条件成熟时实现行业内数字化协同改装设计制造。国内在跨地域数字化协同设计制造方面只是进行了试验性的尝试，目前还不具备行业内跨地域数字化协同设计制造的条件，但是我国航空业正在积极努力地向实现这个目标迈进。

在数字化设计基础平台建设及数字化改装技术规范方面建议如下：

1）数字化设计基础平台。在三维建模软件方面，CATIA作为世界航空领域三维设计的主流软件应该是最佳的选择。CATIA以设计对象的混合建模、变量/参数化混合建模以及几何/智能工程混合建模等先进的混合建模技术，支持从项目调研、构思、详细设计、分析、模拟、装配及维护在内的全部工业设计流程，是全球航空业界普遍使用的一个集成产品开发环境。CATIA在国内航空企业中已得到了广泛的应用。

在产品数据管理方面，ENOVIA VPM以其与CATIA在产品建模之间已紧密集成的优势成为首选数据管理软件系统，能够实现物料管理、任务流管理、事件管理、配置管理、人员组织和权限管理等，它能提供一个上下关联的设计环境，便于多专业同时开展设计工作，便于不同部门之间制定设计的优化方案，便于开展不同配置的并行设计[ 2 ]。

在协同平台方面，可以基于Windchill系统根据试验机设计和改装业务进行配置和二次开发，使之成为试验机协同研制平台。Windchill是PTC 公司的一个大型PLM软件，该软件提供了近10个功能模块，涵盖了企业级产品数据管理和协同工作平台应具备的所有功能。Windchill 还提供了功能强大的工作流引擎，能够方便地对航空企业的各种复杂工作流程进行自动化和规范化的管理和控制[3]。

对于改装数字化设计基础平台可以考虑以三维设计软件CATIA作为基本的设计工具软件，通过ENOVIA VPM系统实现对产品数据管理以及设计过程的管理，依靠基于Windchill系统进行二次开发的协同平台实现研制工作流程自动化和规范化的管理和控制。

数字化改装设计基础平台构架示意图如图1所示。

2）数字化改装技术规范。波音公司根据相关标准和规范制定了BDS-600系列规范，使参研人员在统一的规范下有序进行。我国航空企业正在建立统一的数字化设计制造规范，已经颁布和实施了关于数字化设计制造的初步标准和规范，可以看出我国航空业正在积极推进数字化设计制造规范化建设。因此，作为试验机研制的一个重要环节，数字化改装技术规范化势在必行。数字化改装技术规范应该依据我国航空业现有标准、规范的统一约定，结合试验机改装设计特点及相关要求进行制定，并随着行业标准的完善不断地修订，最后形成与全行业标准规范相统一的完善的数字化改装技术规范。

3 结论

数字化技术、信息化技术对飞机的研制及业务模式产生了深刻的影响，我国在航空领域积极推进数字化、信息化建设，试验机数字化改装技术将是试验机设计改装的发展目标之一，它将有力地推动试验机数字化研制进程。