数字化成形与制造（双语）
Digital forming and fabrication
课程编号：[此处键入]由研究生部输入
总学时：32 （讲课20，实验0，自学4，研讨4，调研 4）
学分：2
教学目的：
学生通过本课程的学习，学生应了解CAE仿真分析、数控柔性工装、数字化测量和CAM 数控成形技术的数字化生产制造技术；数字化成形制造的共性基础问题，包括：多场和多尺度耦合、高度非线性和高梯度、构形的动态过程、局部精细建模和大规模计算、计算的可靠性等；成形制造过程数字化的典型特征原型及建模，主要包括：材料成形过程中的宏/微观、性能/组织等多场特征原型，固态塑性成形、液态及半固态成形、焊接过程的特征计算建模，典型制造过程(塑性成形、液态及半固态成形)模型的大规模数值计算方法等；基于网络的成形制造数字化平台，包括：基于网络实现成形制造数字化的基础问题研究，计算信息的数据管理与网络通讯技术，基于网络的大规模平行计算实现(分布式和超级计算机)等。
本课程是针对机械制造及自动化专业研究生开设的专业课程，通过本课程的学习，使得学生了解数字化成形制造技术的基本知识，并具备一定在该研究方向从事科研工作的能力。
课程内容、教学方式、教学要求及学时分配：
课程内容：
第一章先进制造技术概述
第一节制造的概念
第二节 21世纪制造技术的发展
第三节制造业面临的竞争和挑战
第二章计算机辅助制造CAM
第一节 CAM 概述
第二节 CAM系统
第三节数控技术
第四节柔性制造系统
第五节生产过程仿真
第三章快速成形技术
第一节概述
第二节常用快速成形工艺
第三节快速成形的应用
第四节模具快速成形技术
第四章快速成形过程及其前处理
第一节快速成形的过程
第二节三维模型的构造
第三节三维模型的近似处理
第四节快速成形机采用的其它文件格式
第五节模型成形方向的选择
第六节三维模型的切片处理
第五章工程数据处理技术
第一节数表程序化
第二节数表公式化
第三节线图程序化
第四节工程中的曲线与曲面
第六章数据交换格式、协议与技术
第一节数据交换格式与协议综述
第二节 XML技术
第三节 3XSL技术
第四节 VRML技术
第五节 WAP技术
教学方式：
课堂讲授：现代数字化成形技术（包括快速成形、模拟仿真技术等）、数字化制造技术（包括工艺过程设计自动化以及虚拟制造技术）、制造系统综合自动化技术（分布式数控系统、柔性制造系统、计算机集成制造系统以及智能制造系统）的特点。结合一定量的作业加强学生对概念和方法的理解。各章节及其中主要术语应给出英文翻译。由课程组每周安排一次答疑。
教学要求：学生必须按时上课，完成适量的课后作业，帮助学生掌握重点、培养自学的能力。每次作业批改后，在课堂进行作业讲评，指出共性问题。重要内容可在课堂做少量练习，并做适当的讨论和讲解。
适用专业：机械制造及自动化
先修课程：机械原理、机械制造技术、CAD/CAM、数控技术等。
教材：数字化设计制造应用技术基础，刘溪涓, 刘镝时，机械工业出版社，2009
参考书：数字化设计制造技术基础，杨海成，西北工业大学出版社，2007
考核方式：考试和平时成绩想结合。
考试权重：课中考试30 %；课末考试70 %
《数控加工工艺及设备》教案
内容
欢迎阅读
备注
欢迎阅读 《数控加工工艺及设备》教案
内容
第一章数控加工工艺及设备基础
备注
第一节机床数控技术与数控加工设备概述
一、机床中有关数控的基本概念
1．数字控制（数控）及数控技术 一般意义的数字控制是指用数字化信息对过程进行的控制，是相对模拟控制 而言的。机床中的数字控制是专指用数字化信号对机床的工作过程进行的可编程 自动控制，简称为数控（NC）。这种用数字化信息进行自动控制的技术就叫数控 技术。 2．数控系统 是实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统，是数控技术的载 体，它能自动阅读输入载体上事先给定的程序，并将其译码，从而使机床运动并 加工零件。 在其发展过程中有硬件数控系统和计算机数控系统两类。 早期的数控系统主要由数控装置、主轴驱动及进给驱动装置等部分组成，数 字信息由数字逻辑电路来处理，数控系统的所有功能都由硬件实现，故又称为硬 件数控系统（NC 系统）。 3．计算机数控系统 是以计算机为核心的数控系统，由装有数控系统程序的专用计算机、输入输 出设备、可编程逻辑控制器（PLC）、存储器、主轴驱动及进给驱动装置等部分 组成，习惯上又称为 CNC 系统。CNC 系统已基本取代硬件数控系统（NC 系统）。 4．开放式 CNC 系统 国际电子与电气工程师协会提出的开放式 CNC 系统的定义是：一个开放式 CNC 系统应保证使开发的应用软件能在不同厂商提供的不同的软硬件平台上运 行，且能与其它应用软件系统协调工作。 根据这一定义，开放式 CNC 系统至少包括以下五个特征： （1）对使用者是开放的：应可以采用先进的图形交互方式支持下的简易编 程方法，使得数控机床的操作更加容易； （2）对机床制造商是开放的：应允许机床制造商在开放式 CNC 系统软件的 基础上开发专用的功能模块及用户操作界面； （3）对硬件的选择是开放的：即一个开放式 CNC 系统应能在不同的硬件平 台上运行； （4）对主轴及进给驱动系统是开放的：即能控制不同厂商提供的主轴及进 给驱动系统；
数字化成形与制造（双语） Digital forming and fabrication 课程编号：[此处键入]由研究生部输入 总学时：32 （讲课20，实验0，自学4，研讨4，调研 4） 学分：2 教学目的： 学生通过本课程的学习，学生应了解CAE仿真分析、数控柔性工装、数字化测量和CAM 数控成形技术的数字化生产制造技术；数字化成形制造的共性基础问题，包括：多场和多尺度耦合、高度非线性和高梯度、构形的动态过程、局部精细建模和大规模计算、计算的可靠性等；成形制造过程数字化的典型特征原型及建模，主要包括：材料成形过程中的宏/微观、性能/组织等多场特征原型，固态塑性成形、液态及半固态成形、焊接过程的特征计算建模，典型制造过程(塑性成形、液态及半固态成形)模型的大规模数值计算方法等；基于网络的成形制造数字化平台，包括：基于网络实现成形制造数字化的基础问题研究，计算信息的数据管理与网络通讯技术，基于网络的大规模平行计算实现(分布式和超级计算机)等。 本课程是针对机械制造及自动化专业研究生开设的专业课程，通过本课程的学习，使得学生了解数字化成形制造技术的基本知识，并具备一定在该研究方向从事科研工作的能力。 课程内容、教学方式、教学要求及学时分配： 课程内容： 第一章先进制造技术概述 第一节制造的概念 第二节 21世纪制造技术的发展 第三节制造业面临的竞争和挑战 第二章计算机辅助制造CAM 第一节 CAM 概述 第二节 CAM系统 第三节数控技术 第四节柔性制造系统 第五节生产过程仿真 第三章快速成形技术 第一节概述 第二节常用快速成形工艺 第三节快速成形的应用 第四节模具快速成形技术 第四章快速成形过程及其前处理 第一节快速成形的过程 第二节三维模型的构造 第三节三维模型的近似处理 第四节快速成形机采用的其它文件格式 第五节模型成形方向的选择 第六节三维模型的切片处理
数字化成型与制造考试复习 1.选择性激光烧结： 以激光器为能量源，通过红外激光束使塑料、蜡、陶瓷和金属(或复合物)的粉末材料均匀地烧结在加工平面上。激光束在计算机的控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按分层面的二维数据扫描。激光束扫描之处，粉末烧结成一定厚度的实体片层，未扫描的地方仍然保持松散的粉末状。根据物体截层厚度而升降工作台，铺粉滚筒再次将粉末铺平后，开始新一层的扫描。如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余粉末，经打磨、烘干等处理后获得零件。 2.计算机辅助工程分析： 计算机辅助工程（CAE, Computer Aided Engneering）主要是指利用数值模拟分析技术对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，模拟其未来的工作状态和运行行为，及早发现设计缺损，验证工程产品功能和性能的可用性与可靠性，实现产品的优化。 CAE技术：仿真技术有限元分析技术优化设计技术边界元分析技术可靠性设计 3.快速成型制造技术： 快速成型技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，诞生于20世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近20年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。 4.虚拟现实技术： 虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成 一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互 式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使 用户沉浸到该环境中。 5.3D打印技术： 3D打印，属于增材制造（AM）范畴，是 快速成形技术应用当前市场发展的一种体现。 它是一种以数字模型文件为基础，把粉末或液 体等形态的可融合材料通过逐层固化的方式 来构造实体的技术。生产速度快，不受结构复 杂度所限，个性化制造是它的特点。特点是缩 短制造时间，降低生产成本，制造更为复杂的 部件，个性化需求需求制造，清洁环保。 6.增强现实技术： 增强现实（Augmented Reality，简称AR）， 是一种实时地计算摄影机影像的位置及角度 并加上相应图像的技术，这种技术的目标是在 屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。 7. CAD发展的趋势，要求中英文回答： 标准化standardization 并行化 parallelization 可视化visualization 微机化 computerization 集成化integrated 智能化 intelligent 网络化networked CAD系统的智能化：1.与人工智能结合2.形成 CAD专家系统 实体造型与仿真：1.静态与动态实体造型2.真 实地描述三维物体的几何信息 CAD系统的集成化：1.CAD+CAM=CAD/CAM 2.CAD/CAM+CAPP+CAT+PDM=CAE 8. 计算机辅助制造的主要内容： （1）基本概念： 广义：指利用计算机辅助完成从原材料到 产品的全过程，其中包括直接和间接制造过程。 狭义：指制造过程中某个环节应用计算机， 在CAD/CAM中，通常是指计算机辅助机械加 工，即数控加工。它的输入信息是零件的工艺 路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运 动轨迹（刀位文件）和数控程序。 （2）目的：提高成产效率，提高制造自动化 和柔性化的程度。 （3）基本组成：（1）控制系统，对加工过程 进行操纵与控制的计算机系统及控制部件（2） 机械系统，各类进行机械加工的设备和工具（3） 传感器系统，各类测量设备和工具、以及信号 传递系统（4）动作系统，设备伺服系统及工 件传送系统。 （4）研究内容：数控技术、物料流控制及存 储、机器人技术、柔性制造技术。 （5）CAM的应用：递阶控制结构中的设备、 工作站、单元、车间等层次。 9.CAPP的分类： 派生型CAPP系统：利用零件相似性检索 现有工艺的一种软件系统。首先通过零件的成 组编码确定其所属的零件族，调用该族零件标 准工艺，经过编辑修改，最终获得零件工艺规 程。 创成型CAPP系统：根据零件模型和工艺 信息，应用决策逻辑，模拟工艺人员决策过程， 自动创成加工工艺规程，完成机床刀具选择和 工艺过程优化。 综合型CAPP系统：综合型CAPP采取 派生与创成相结合的方法生成工艺规程，即工 艺设计采用派生法，工序设计则采用创成决策 方法产生。 智能型CAPP系统：智能型CAPP系统， 也称CAPP专家系统，它是将人工智能技术应 用在CAPP系统中所形成的专家系统。 交互型CAPP系统：按照不同类型零件的 加工工艺设计需求，编制一个人机交互软件系 统。工艺人员在系统的提示引导下，回答工艺 设计过程中的问题，对工艺过程进行决策及输 入相应的内容，形成所需的工艺规程。 CAPP发展趋势：集成化工具化智能化 PDM是在企业范围内为设计与制造构筑 一个并行化产品协作环境的关键使能器。 PDM系统不仅仅是一个单一的数据管理 系统，而且是企业信息集成和应用集成的公共 平台，是支持并行工程、敏捷制造、协同设计 与制造的重要基础。 PDM的功能：①电子仓库及文档管理② 工作流和过程管理③产品结构与配置管理 ④零件分类与检所管理⑤工程变更管理 电子仓库：是指在PDM系统中实现产品 数据存储与管理的元数据库及其管理系统，它 是连接数据库与数据使用界面的一个逻辑单 元。 10.快速成型制造过程流程： 前处理（CAD建模生成STL文件，对其处理 生成CLI文件），成形（生成NC指令，层层 堆积）后处理（工件剥去支撑，表面处理） 概念：是基于材料堆积法的一种增材制造技术， 是继60年代NC技术之后制造领域的又一重 大突破，是先进制造技术的重要组成部分。 11.4D技术的发展前景、趋势和应用： 所谓的4D打印，准确地说是一种能够自动变 形的材料，只需特定条件（如温度、湿度、催 化剂等），不需要连接任何复杂的机电设备， 就能按照产品预期设计自动成型。 未来4D打印不但能够创造出有智慧、有 适应能力的新事物，还可以彻底改变传统的工 业打印甚至建筑行业。 趋势：4D打印更为智能，物料可自行“创 造”新物件，简化了打印过程，但对打印材料 有更高要求。 应用：4D打印“延续了3D打印，并添 加了变形维度”。，当处于不同环境下，比如 水中或者极端温度下，3D打印出来的部件的 性能可以随之改变。 3D打印，属于增材制造（AM）范畴，是 快速成形技术应用当前市场发展的一种体现。 它是一种以数字模型文件为基础，把粉末或 液体等形态的可融合材料通过逐层固化的方
数字化技术的模具设计与制造研究 近年来，计算机网络技术、科学技术快速发展，而模具数字化制造应用、发展融合了管理科学与制造技术，通过发展模具数字化制造技术，使传统制造业转换为智能型工业，利用高新技术，全面提高模具制造的智能化和自动化水平。鉴于此，本文主要分析基于数字化技术的模具设计与制造。 标签：数字化技术；模具设计；制造 一、数字化技术的涵义 数字化技术，即指充分借助多媒体、计算机等信息化媒介，全面结合现实生产要求，积极进行信息的取得、甄别与处理，并有效地设计产品的结构形式，模拟产品的使用性能，从而实现产品生产制作的过程中所涉及的信息技术的总称。在依托信息化技术生产产品的过程中，多媒体及计算机等信息化媒介发挥着极其重要的作用。计算机软件的使用能够增强产品设计的快捷性，并依靠计算机软件视图功能形象地模拟设计产品及模具，降低实物设计的耗材及时间浪费，有效节约产品和模具设计经费，全面提升产品的使用性能，有利于产品的研发。数字化技术在现代模具设计与制造中的应用，有助于提升企业对于新产品的研发能力，并增强产品在市场上的竞争力。 二、模具数字化设计 （一）模具工艺方案设计 （1）在模具工序方面进行优化。通过对模具设计工艺的优化，使模具工序的复杂性降低，促使集约化生产模式的实现，能够使模具设计和制造成本都有效降低。 （2）零件整体变形补偿技术。对于一些大尺寸平坦零件来说，在成形中进行拉伸延长，造成零件的整体刚性下降，尤其在零件的顶面极易出现坍塌情况下，为了确保零件的品质，可采用整体隆起变形补偿技术进行处理。对板料成形工艺采用CAE等软件进行分析，为模具重构提供准确分析数据，保证与原曲面模型的拓扑结构相同。该技术的应用能够使模具型面精度得到提高，并且减少研配工作量。 （3）逆向工程技术。该技术是对产品设计技术的再现过程。在产品改型设计、新产品研发、产品逆向追溯等领域内应用较多。该技术的主要优势在于降低产品开发周期和设计时间，提高产品更新换代速度；提高产品系列化及造型水平。 （二）结构设计 （1）创建三维实体。利用CAD技术，构建三维实体模型，改变传统利用
一、什么是数字化设计制造技术 术语性定义：在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、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整个制造全过程。 通俗地说：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。 二、数字化制造技术的未来发展方向 1.数字化设计与制造技术的发展 先进制造技术发展的总趋势可归纳为：精密化、柔性化、网络化、虚拟化、数字化、智能化、清洁化、集成化及管理创新等。而数字化设计与制造技术是先进制造技术的基础。随着计算机技术的不断提高，Internet网络技术的普及应用，以及用户的不同需求，CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM(C4P)等技术本身也在不断发展，集成技术也在向前推进，其发展趋势主要有以下几个方向。 一是利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM(C4P)集成技术，实现产品全数字化设计与制造。 在CAD/CAM应用过程中，利用产品数据管理PDM技术实现并行工程，可以极大地提高产品开发的效率和质量。企业通过PDM可以进行产品功能配置，利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计。在PDM环境下进行产品设计和制造，通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块的集成，实现产品无图纸设计和全数字化制造。 二是CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理相结合，形成制造企业信息化的总体构架。 CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术主要用于实现产品的设计、工艺和制造过程及其管理的数字化；企业资源计划ERP是以实现企业产、供、销、人、财、物的管理为目标；供应链管理SCM用于实现企业内部与上游企业之间的物流管理；客户关系管理CRM可以帮助企业建立、挖掘和改善与客户之间的关系。上述技术的集成，可以整合企业的管理，建立从企业的供应决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门，再到用户之间的信息集成，实现企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递，从而有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度，确保企业在竞争中取得优势。 三是虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化，将成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。
飞机复合材料构件模具数字化设计与制造技术 单位：西北工业大学陕西省数字化制造工程技术研究中心中航工业西安飞机工业（集团）有限责任公司作者：元振毅王永军魏生民杨选宏杨绍昌发布时间：2013-7-3 16:23:12 复合材料的比强度高、比模量大、耐高温、抗腐蚀、抗疲劳等一系列优点已被世人所共识。航空航天追求性能第一的特点，使其成为先进复合材料技术试验和转化的战场，先进复合材料继铝、钢、钛之后，迅速发展成四大结构材料之一，其用量成为航空航天结构的先进性标志之一[1]。 目前，国外已经实现了复合材料构件的无图设计、制造，全面实现了复合材料的手工设计制造向数字化设计制造的转变；国内这方面还处于起步阶段，部分航空企业将CATIA、FiberSIM等设计软件以及数控下料机、自动铺带机、激光铺层定位仪、大型C扫描等数字化设备应用到了复合材料设计制造过程中，但对复合材料成型模具的数字化设计制造技术重视不够。与常规金属材料成型不同，复合材料构件的成型是材料与结构同时成型的过程，且通常要在模具中完成。制件固化成型后几乎不再作任何加工，其外形尺寸、力学性能以及内部要求等都应满足设计要求，这些都决定了成型模具在复合材料产品制造过程中起着举足轻重的作用。另外，飞机构件外形大多为曲面，蒙皮与长桁等结构的高精度连接配合需要其相应模具加工精度的保障。数字化设计与制造是保障模具加工精度和配合协调的关键。复合材料成型模具数字化设计制造是指将模具的外部形状信息、内部材料组织信息、制造信息、功能信息以及复合材料构件固化变形等因素统一起来，依靠模具数字化设计、数字化仿真分析、数字化制造、数字化检测等方法实现模具的设计与制造，使复合材料构件成型后不需要加工或只需少量加工即可满足设计要求[2]。 复合材料成型模具概述 同金属材料制造相比，复合材料的制造有很大的灵活性。目前树脂基复合材料的成型方法多达20余种。比较常见的有手工成型、缠绕成型、真空袋成型、热压罐成型、热膨胀模塑成型、拉挤成型、模压成型、树脂传递模塑成型（RTM）、喷涂成型等。不同的成型方法对模具的结构形式和模具材料有不同的要求。比较有代表性的模具结构有缠绕成型模具、金属框架式模具、RTM成型模具等。 对于缠绕成型来说，选择适当的芯模对提高复合材料构件成型质量至关重要。合理设计的芯模将使纤维的损伤减至最小且能减小构件尺寸的偏差和残余应力。芯模要求有足够的强度、刚度，且满足精度要求。重复使用的芯模还要保证制件固化后在保持构件和芯模完整性的条件下，芯模和制件能顺利分离[3];金属框架式模具主要用于复合材料热压罐成型，其对模具型板的尺寸精度、表面质量、型板厚度以及模具支撑结构等要求较高，既要满足刚度要求，又要满足其传热要求；RTM成型工艺对上下模具的配合精度、模具表面质量、注射口和排气孔位置、模具密封性以及构件脱模装置等要求较高。复合材料成型模具数字化设计 1 复合材料工艺数模设计
材料成形和加工的前沿技术 材料成形和加工一直是制造业的核心技术，随着科技的不断进步，前沿技术也在不断涌现。近年来，一些新的材料成形和加工 技术引起了人们的关注，本文将对其中的一些进行介绍。 一、增材制造技术 增材制造技术，又称三维打印技术，是近年来的一项热门技术。通过数字化制造技术和材料的逐层堆叠形成三维物体，这种技术 具有迅速生产可定制化产品、减少制造成本、降低材料浪费、提 高设计自由度等优点。 增材制造已经广泛应用于医学、航空、汽车、电子等领域，同 时也适用于各种材料，包括金属、陶瓷、塑料等。 二、高速成形技术 高速成形技术是一种新型的增材制造技术，可以在几分钟内生 产出金属、塑料或陶瓷零件。其主要原理是利用强大的激光或电
子束来熔化金属或塑料等材料，然后通过控制激光束或电子束来 形成复杂的三维结构。 高速成形技术的主要应用领域包括医疗器械、电子设备、航空 航天、汽车制造、模具制造等领域。其优点是精度高、速度快、 材料利用率高。 三、激光冷喷涂技术 激光冷喷涂技术是一种先进的涂装技术，利用激光加热粉末材料，再通过高速气流喷射到被涂物体表面，形成一层均匀的涂层。 与传统的喷涂技术相比，激光冷喷涂技术具有成本低、效率高、环保、涂装厚度可控等优点，广泛应用于军事、航空航天、建筑、能源等领域。 四、表面处理技术 表面处理技术是一种将材料表面进行处理，以提高其性能的技术。主要包括喷砂、抛光、电镀、硬化、涂层等多种方法。
其中，纳米涂层技术是一种新兴的表面处理技术。纳米涂层可以使被涂物体表面具有防腐、耐磨、耐高温、防紫外线等特性，广泛应用于汽车、航空航天、能源等领域。 总之，材料成形和加工技术的不断进步，为现代制造业提供了强大的技术支持。未来，我们可以期待这些技术的更广泛应用，以及更多新技术的不断涌现。
数字化设计与制造技术的发展与应用 随着科技的发展，数字化设计与制造技术已经逐渐成为了工业生产中不可或缺的一部分。数字化技术的应用将会推动工业制造的先进化和智能化，因此数字化技术的发展受到了全球范围内各个行业的瞩目。 数字化设计技术 数字化设计技术是在计算机程序的协助下进行的设计，主要利用计算机辅助设计（CAD）软件，将底图、三维模型和相关设计文件虚拟化并储存于电脑内存中，实现快速、便捷及准确的设计需求。相比于传统的手工设计过程，数字化设计技术不仅提高了工作效率和设计质量，而且可以实现复杂的设计要求，使得设计有了更多样化的选择，同时使用这种方式比较节省时间。 例如，珠宝和精密器械工业，都是需要高度精度的行业，通过数字化设计技术可以简化复杂、不同寻常的珠宝和精密器械的设计、制作、测试、修改和生产过程。数字化设计技术不仅节省了各项人力和时间成本，而且提高了产品精度和生产效率。 数字化制造技术 数字化制造技术（CAM）是建基于数字化设计模型的制造过程技术，依赖于计算机控制的加工设备，使生产过程快捷、精确定位、稳定，以及大型的连续生产，同时大量减少了废品和重复工
作的数量。CAM技术用于制造各种金属、陶瓷、塑料等原料的零部件和装配品，在包括汽车、飞机、电子、文印等工业领域内都有广泛应用。 数字化制造技术通常是通过计算机数控机床和数控刀具等设备实现。该技术能够减少加工精度误差和周期，提高产品精度和生产效率，在减少损耗的同时能够有效地提高工艺稳定性和成品输出质量。 数字化技术的应用优势 数字化技术主要是利用了计算机的优势，让 CAD 和 CAM 程序变得更加快速、智能化、全自动化和可编程化。这种技术的应用有几大优势： 一，数字化技术可以大幅减少人工作业量：传统的制造方式需要多个装配款准备，加强服装生产的精度，保证每个产品的一致性，并对产能能否及时的满足市场需求提出更高的要求；而在数字化技术的应用中，计算机辅助设计和生产使得工作效率大幅提升，同时也大大缩短了加工时间，节省了人力资源。 二，数字化技术可以提高产品质量：数字化技术通过计算机控制，消灭了人工制造过程中不可避免的操作失误和人为因素，自动化的生产能够确保每个产品的标准性，从而大幅提高产品的质量并降低损耗量。
数字化设计与制造的国内外发展现状及趋势 设计是产品生命周期中的第一个环节，也是最重要的环节。 工程研究与实践表明：整个产品生命周期约80％的费用是由产品设计阶段(从产定义到制造之前)的工作所决定的，而这一阶段本身所需费用则占不到总费用的3％。 人类的创造性活动在整个产品设计过程中最为活跃，其工作对后续工作具有决定性影响。设计方法学是在深入研究设计过程本质的基础上，以系统工程的观点研究设计的一般程、规律及设计中思维和工作方法的一门综合性学科。
数字化设计 CAD及CAE软件、绘图仪、打印机等 CAD模型、二维CAD电子图纸、BOM等 PDM的产品数字化管理 中国制造业产品创新数字化十大热点发布，AutoCAD降价位居其首 CAD习惯上指应用于几何建模和结构设计的计算机辅助设计技术，其功能一般有几何建模、特征建模、特性计算等，以及一般软件使用操作，数据存储、显示和输出等。CAD系统的发展和应用使传统的、依靠手工绘图的产品设计方法发生了深刻的变化，产生了巨大的社会经济效益。 三维模型展现了产品在三维空间中的真实形状，是设计过程中设计思想的直观反映。 三维模型的建立是基于计算机几何造型技术发展起来的，它是在设计方案确定以后，借助CAD系统提供的造型方法确定产品零部件的结构形状、数量和相互配置关系，并以一定的方式在计算机内部存储起来，同时把设计结果呈现给设计者进行修改判定。 计算机辅助工业设计 ◆计算机辅助工业设计（CAID）技术是工业设计理论与CAD技术的有机结合，它是与 工业设计的特点及工业设计师的设计思维和习惯相适应的一种计算机辅助设计技术。 ◆CAID技术以工业设计知识为核心，以计算机为辅助工具，运用工业设计的理念和方 法，实现形态、色彩、宜人性设计和美学原则的定量化描述，充分发挥计算机快速、高效的优点，以及设计人员的创造性思维、审美能力和综合分析能力。 数字化预装配是数字样机和虚拟设计的重要组成部分。预装配的内容包括产品的装配建模、装配零件之间的约束关系及间隙分析、装配规划、可装配性分析与评价等。 ✓现虚拟装配过程的协调和管理，以可视化的形式规划、展示和验证虚拟装配工艺过程，通过人机协同的装配工艺规划算法，生成装配顺序与路径，进行装配过程的仿真与协调，实现各级工作的有序进行； ✓实现数字样机的分析与优化，使设计人员能够对数字预装配的数字样机进行浏览、检查和运动模拟，分析并优化装配件的设计，实现结构分析、运动模拟和数字样机优化，包括空间结构优化、装配模拟优化以及数字样机的综合优化。
数字化设计与制造技术的研究现状 摘要：数字化设计与制造在先进制造技术、医疗康复器械与生物工程等众多相关领域中占有越来越重要的地位。从20世纪50年代数控机床的出现开始，经过了单元制造技术、集成制造技术和网络化制造技术的发展过程，数字化制造技术得到了迅猛的发展。本文在大量阅读相关文献的基础上，对数字化技术进行了介绍,综述了国内外数字化制造技术的研究现状,论述了数字化制造技术是先进制造技术的核心,对数字化制造技术的几个核心技术进行了较为详细的介绍,并分析数字化制造技术的发展现状、展望其未来发展趋势，最后概括总结了数字化制造经历的深刻变化与发展。 关键词：数字化；国内外研究现状；制造技术；计算机辅助工业设计。 正文：1.数字化制造技术的概念 所谓数字化制造，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中建立数字空间，并在其中完成产品制造的过程[1]。 由于计算机的发展以及计算机图形学与机械设计技术的结合，产生了以数据库为核心，以交互图形系统为手段，以工程分析计算为主体的一体化计算机辅助设计（ C A D ）系统。 C A D系统能够在二维与三维的空间精确地描述物体，大大地提高了生产过程中描述产品的能力和效率。正如数控技术与数控机床一样，C A D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C A D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（C A P P）。将包括制造、检测、装配等方面的所有规划，以及面向产品设计、制造、工艺、管理、成本核算等所有信息的数字化，转换为能被计算机所理解并被制造过程的全阶段所共享，从而形成所谓的C A D/C A M/C A P P，这就是基于产品设计的数字制造观。 从数字制造的要领出发，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。对制造设备而言，其控制参数均为数字信号。对制造企业而言，各种信息（包
数字化设计与制造的现状和关键技术一、数字化设计与制造的发展现状 数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计CAD、制造CAM、工艺设计CAPP、工程分析CAE、产品数据管理PDM等内容.其数字化设计的内涵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的控制与优化等,归纳起来就是产品建模是基础,优化设计是主体,数控技术是工具,数据管理是核心. 由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究,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了解决,促使数字制造技术得以迅速发展. 作为制造业的一个分支,船舶行业要实现跨越式发展,必须以信息技术为基础.世界造船强国从CAX开始,逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展,形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期的数字化支持系统,实现船舶设计全数字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精细化、船舶制造装备自动化和智能化、船舶制造企业虚拟化、从而大幅
度提高生产效率和降低成本.所谓数字化设计就是运用虚拟现实、可视化仿真等技术,在计算机里先设计一条“完整的数字的船”.不仅可以点击鼠标进入船体内部参观一番,还可以在虚拟的大海中看它的速度、强度、抗风浪能力.这样一来船舶设计的各个阶段和船、机、舾、涂等多个专业模块在同一数据库中进行设计. 船舶是巨大而复杂的系统,由数以万计的零部件和数以千计的配套设备构成,包括数十个功能各异的子系统,通过 船体平台组合成一个有机的整体.造船周期一般在10个月以上,既要加工制造大量的零部件,又要进行繁杂的逐级装配,涉及物资、经营、设计、计划、成本、制造、质量、安全等各个方面.这样的一个复杂的系统需要非常强大的信息处理能力.我国船舶行业今年来虽有很大的发展,但与国际造船 强国相比,无论在产量,还是在造船技术上差距甚大,信息化水平落后是直接原因.其中,集成化设计系统与生产进程联 系不紧密、船舶零部件标准化程度低、信息采集手段落后、物资/物流管理系统信息部同步、生产日程计划安排手段落后、成本管理工作缺乏系统性、数字化应用未有效的促进体制和管理创新等问题的存在,导致了我国船舶行业参与国际竞争的综合能力不高. 先进制造技术发展的总趋势可归纳为：精密化、柔性化、虚拟化、网络化、智能化、敏捷化、清洁化、集成化及管理
数字化设计与制造试题及答案 一、填空题 1.在全球化竞争时代，制造企业面临严峻挑战体现在时间产品质量成本服务水平和环保 2.从市场需求到最终产品主要经历两个过程：设计过程和制造过程。 3.设计过程包括分析和综合两个阶段。 4.数字化设计技术群包括：计算机图形学计算机辅助设计计算机辅助分析和逆向工程。 5.有限元方法是运用最广泛的数字化仿真技术。 6.数控加工是数字化制造中技术最成熟最、运用最广泛的技术。 7.实现数据交换的两种方式：点对点交换和星形交换。 8.计算机图形学主要是对矢量图形的处理。 9.笛卡尔坐标系分为：右手坐标系和左手坐标系。 10.常用坐标系的转换关系：建模坐标系-世界坐标系--观察坐标系--规格化坐标系--设备坐标系。 11.参数化造型的软件系统分为：尺寸驱动系统和变量设计系统。 12.仿真的对象是：系统。 13.CAPP的类型：派生型、创成型、智能型、综合型、交互型。 14.高速切削刀具的材料有;金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、涂层刀具和硬质合金刀具。 15.逆向工程的四种类型：实物逆向、软件逆向、影像逆向和局部逆向。 16.逆向工程基本步骤：分析、再设计、制造。 17.实物逆向工程的关键技术主要有：逆向对象的坐标数据测量、测量数据的处理及模型重构技术。 18.对三坐标测量机数据修正方法：等距偏移法、编程补偿法。 19.典型的快速原型制造工艺及设备：立体光固化（SL）、熔融沉积成形(FDM)、选择性激光烧结(SLS)、叠层实体制造(LOM)、三维印刷(3DP)。 20.尺寸驱动系统只考虑尺寸及拓扑约束，不考虑工程约束，变量设计系统不仅考虑尺寸及拓扑约束还考虑工程约束。 21.FMS是指柔性制造系统 二、简答题 1.CAD、CAE、CAM之间的关系？ 答：以计算机辅助设计和计算机辅助分析为基础的数字化设计和以计算机辅助制造为基础的数字化制造，是产品数字化开发的核心技术。 数字化设计与制造的特点有哪些？ 答：a.计算机和网络技术是数字化设计与制造的基础； b.计算机只是数字化设计与制造的重要辅助工具； c. 数字化设计与制造能有效地提高了产品质量、缩短产品开发周期、降低产品成本； d.数字化设计与制造技术只涵盖产品生命周期的某些环节。 2.窗口与视口的变换关系是怎样的？ 答：视口不变，窗口缩小或放大，视口显示的图形会相应的放大或缩小；窗口不
浅谈模具数字化设计与制造技术 陈平;杨本伟;尧军 【摘要】数字化设计与制造是计算机技术、制造技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。它使原有的传统制造业变成了智力型的工业，使企业主要通过资源要素（如劳动力、设备、资金）竞争逐渐变为以创新能力知本型的竞争。目前，世界科技已由20世纪的“机械化时代”迈入了21世纪的“智能化时代”，模具数字化设计与制造技术的发展应以提高自动化和智能化水平为主，积极创新和采用高新技术，逐步将CAD/CAE/CAM/IT和模具系统集成化一体，最终实现模 具的无纸化、数字化、自动化加工。 【期刊名称】《航空制造技术》 【年(卷),期】2015(000)009 【总页数】4页(P49-52) 【作者】陈平;杨本伟;尧军 【作者单位】普什模具有限公司;普什模具有限公司;普什模具有限公司 【正文语种】中文 自20世纪80年代改革开放以来，中国以其资源丰富、人才富集、基础建设完备、政策支持等优势迅速成为“世界工厂”，各类产品以“物美价廉”的优点畅销世界各地。在改革开放的浪潮中，作为各经济大国国民经济支柱产业的制造业，一直保
持着快速发展的趋势。模具，是以特定的结构形式通过一定方式使材料成形的一种生产工具或工业产品，它在航空、航天、汽车、轨道交通、新能源、食品、饮料、医疗器械等各行各业中都发挥着重要作用，因此模具工业素有“工业之母”的称号，其发展水平是制造水平的重要标志之一。中国制造业的快速发展带动模具产业的发展，模具产业的创新又支撑着制造业的新一轮快速发展，两者相互依存、相互促进。此外，由于市场和成本等因素，发达国家的模具产业也在逐步向以中国为代表的发展中国家转移。这些综合因素促成了我国模具工业的高速发展。根据我国模具工业协会经营管理委员会提供的数据来看，我国模具以平均15%的年增长率高速发展，高于国内GDP的平均增值一倍多，发展态势十分活跃。 随着人类文明迈入全新的21世纪，世界经济全球化态势日臻成熟，全球资源、资本、人才、市场逐步融合，众多国外知名企业和“世界500强”蜂拥进入国内市场，加上国内的制造企业，各厂商之间的竞争已进入了白热化状态，产品的更新换代速度日趋加快，这就导致厂家对模具的制造周期要求越来越短，精度要求越来越高。而以前传统模具企业技术上过度依赖钳工作业并以钳工为核心的生产管理模式，正逐渐被以数字化技术为核心的CAE分析、CAD精细模面设计、CAD三维结构 设计和CAM全数字化高速加工所替代，CAD/CAE/CAM一体化集成系统技术在 新兴模具企业得到越来越广泛的应用，推动着模具工业向着周期更快、品质更高、成本更低的方向发展。模具企业常用的模具开发制造流程如图1所示。 图1 模具设计与制造流程 模具数字化设计 自从20世纪50年代第一台数控机床诞生以来，制造业先后经历了加工中心、柔 性制造（FMS）系统、计算机集成制造（CIMS）系统的工业化转型升级。随着模具技术、数字化技术和网络技术发展的日益成熟，模具数字化设计与制造技术已经成为世界各制造大国研究的热点，它是由计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助
注塑模具数字化设计与智能制造技术研 究 摘要：数字化设计与智能制造技术，是管理科学、网络技术、制造技术、计 算机技术等多种先进技术的融合与应用结果，属于制造业向数字化与智能化发展 的必然趋势。本文首先分析了模具数字化设计与智能制造技术含义，接下来详细 阐述了模具智能加工岛、注塑模具智能制造、大数据分析与智能产线调试、模具 成型零件加工、模具装配、试模与修模等注塑模具数字化设计与智能制造技术， 希望通过本文的分析研究，给行业内人士以借鉴和启发，同时希望为我国注塑模 具数字化设计与智能制造技术的分析研究献言献策。 关键词：注塑模具；数字化设计；智能制造 前言：注塑模具数字化设计与智能制造技术已成为世界制造业发展的客观趋势，世界上主要工业发达国家正在大力推广和应用。发展模具数字化设计与智能 制造技术既符合我国模具制造业发展的内在要求，也是完成模具制造业由数字化 向智能化转型的必然选择。模具的数字化设计与智能制造技术是指：利用数字化 技术和智能产线完成模具设计，包括：模具的方案确立、三维模具设计、仿真、 模拟装配、模拟制造、模拟成形、模拟检测等，并通过机器人、数控机床等智能 产线程序化加工出模具的整个过程。智能制造是传统和新一代信息技术（大数据、物联网、云计算、人工智能等）在制造全生命周期的应用。智能制造的目标是实 现个性化（按需定制）、柔性化、高质量、低能耗的“制造”。模具数字化设计 及智能制造技术是模具设计及自动化加工高度融合的一种技术模式，它是集自动化、柔性化和智能化于一身，并不断引领模具加工制造业先进技术的发展。借助 工业化信息技术、机器人自动化技术与模具设计制造无缝整合的系统化平台，进 行模具设计、加工工艺设计、CAM程序设计、机器人程序调试、数控机床加工操作、模具装配及修模和试模等项目的分析、实践、实验、改进等过程。 1、模具数字化设计与智能制造技术概述
基于结构仿真分析与三维激光扫描的钢结构数字化预拼装技术3篇 基于结构仿真分析与三维激光扫描的钢结构数字化预拼装技 术1 随着数字化技术的不断发展，建筑工程领域也逐渐引入了数字化技术。数字化预拼装技术就是其中一个重要的应用。本文将介绍基于结构仿真分析与三维激光扫描的钢结构数字化预拼装技术，并从技术原理、特点及应用等方面进行深入探讨。 一、技术原理 数字化预拼装技术是一种将已知结构信息通过计算机模拟、优化和仿真等方法实现设计方案评估和构造方案可行性预估的技术。该技术的基本原理是将设计图纸进行三维建模，并进行结构仿真分析，以确定预装配过程中可能遇到的问题，并在此基础上进行数字化预拼装。具体而言，钢结构数字化预拼装技术的实现，主要由以下几个步骤构成： 1.三维激光扫描 首先需要使用三维激光扫描技术，对钢结构进行扫描，将其转换为数字化的点云数据。通过这种方式，能够实现对整个结构物的快速、准确的数字化重建。 2.三维建模
将点云数据转换为三维图像，并进行三维建模。这一步的目的是为了能够更直观地对结构物进行操作，对其进行切割、加工等。 3.结构仿真分析 通过结构仿真分析软件对整个钢结构进行模拟分析，确定预计装配过程中可能遇到的问题及其产生的原因。 4.数字化预拼装 在进行数字化预拼装时，需要在三维建模的基础上，按照实际的拼装标准进行模拟，即：按照设计图纸上的标准进行模拟装配。这一步相当于是模拟预装配过程，检测装配场景中可能发生的问题。 二、技术特点 1.精度高 数字化预拼装技术具有高精度的特点。通过三维激光扫描和三维建模，能够完整地、真实地表现出钢结构的细节和特征。 2.高效节约 数字化预拼装技术可以在计算机上进行数字化预拼装，避免了
快速成形技术发展状况与趋势 快速成形技术，又称为三维打印、增材制造等，是近年来新兴的一种制造技术，它可以将数字化的设计文件转化为实体物体，而且速度快、成本低，能够满足个性化定制的需求。该技术的发展已经引起海内外制造业的广泛关注和研究，下面介绍快速成形技术的发展状况和趋势。 快速成形技术最早出现在20世纪80年代，最初被用于快速制作模型，其发展始于CAD 设计技术、计算机组成技术以及材料工程技术的发展。20世纪90年代以后，该技术经过不断的改良和完善，应用范围逐渐扩大，主要涉及到汽车、航空、医疗、建筑等领域。目前，全球主要的快速成形技术公司有美国Stratasys、德国EOS、瑞典Arcam和中国沃特玛等。 近年来，随着材料科技、智能制造和数字工厂的发展，快速成形技术呈现出以下几个趋势： 1. 多材料、多工艺：不同快速成形技术采用不同材料和工艺，未来发展方向是多材料、多工艺的结合。例如，增材制造可以利用多种材料打印出复杂的组件，立体光绘可以通过多重叠加实现更高的可塑性和更精细的表面质量。 2. 智能化、网络化：快速成形技术已经与计算机、互联网和智能化制造相结合，实现了数字化和智能化的设计与制造，未来将趋向于更加智能化和网络化，实现生产和流程的自动化。例如，智能打印机具有自我诊断和自动修复的功能，可以自主管理并调节打印参数，提高设备利用率和打印效率。 3. 个性化、定制化：快速成形技术具有快速、便捷、低成本的特点，可以实现个性化和定制化的生产，未来将趋向于更加个性化和高效化。例如，医疗领域可以利用该技术制作个性化的医疗器械、假体和植入物，满足患者的特殊需求；商品领域可以利用该技术实现全球化生产和本地化供应，提高响应速度和市场竞争力。 4. 生态可持续、绿色制造：快速成形技术采用增材制造和材料回收等技术，可以实现生态可持续和绿色制造，未来将趋向于更加环保和节能。例如，采用生物降解材料可以实现零污染和资源循环利用，采用能源节约技术可以减少能源消耗和碳排放。 总体来说，快速成形技术是一种具有广阔发展前景的技术，能够满足制造业的多样化需求，未来将会在多个领域得到应用和推广。
比赛场次赛位号 2016年全国机械行业职业院校技能大赛一高职模具数字化设计与制造技术技能大赛 冲压模具数字化设计与制造技术赛项 （教师组）
任 务 书二◦一六年十月十日
比赛场次赛位号 注意事项 1本届冲压模具数字化设计与制造技术比赛参赛选手需要进行产品冲压成形CAE 分析、模具CAD模具CAM编程、模具装调与成形、制件检测与质量分析（含机器人简单操作）。竞赛时间为连续360分钟（6小时），其中试模不能超过90分钟，选手必需分配好各自承担的任务，协同完成整个项目。 2. 参赛选手应在规定时间内完成。比赛时间到，比赛结束，选手应立即停止操作，根据裁判要求离开比赛场地，不得延误。 3. 赛场提供的冲压制件三维数据（.igs ）等比赛资料信息，在U盘的“冲压模具数字化设计与制造技术赛项”文件夹内。 4. 参赛队的任务书用比赛场次、赛位号标识，不得写上姓名或与身份有关的信息，也不得在任务书做任何标识，否则成绩无效。 5. 不准私自携带移动存储器材，不准携带手机等通讯工具，不准携带超过赛项规定的刀具夹具，违者取消竞赛资格。 一、竞赛任务概述 （一）产品冲压成形CAE分析 1. 根据冲压产品三维数模（提供产品三维数模如图1, igs格式），选手进行工艺 分析，包括工艺补充面设计、工序布局等。 2. 应用给定的CAE软件进行成形分析，撰写CAE分析报告。 （二）模具CAD 1. 根据比赛提供的条件，应用赛场提供的CAD软件进行拉深模3D结构设计。 2. 完成主要部件凸模、凹模和压边圈的二维零件图设计。 （三）模具加工工艺方案设计与CAM 完成凸模、凹模和压边圈加工工艺设计与CAM编程