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浅谈数字化设计与制造技术的应用
作者：张敬凯
来源：《工业设计》2016年第06期
摘 要：数字化设计与制造技术是先进的技术，目前，国内外对此技术的应用十分广泛，本文就数字化设计与制造技术的发展与应用进行了介绍，并对数字化设计与制造技术的发展趋势进行了分析。
关键词：数字化设计与制造技术；发展及应用；发展趋势
数字化制造技术是指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。 1数字化设计与制造技术的发展及应用
目前在工业技术先进国家，数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段。特别是近30年来，数字化制造技术发展日益加快，在发达国家的大型企业中，已开始实现无图纸生产，全面使用CAD/CAM，实现100%数字化设计。 1.1数字化设计与制造技术的发展大致分为三个阶段 1.1.1数字制造装备化
1952年美国麻省理工学院成功研制了世界上第一台数控铣床，数控机床的出现开辟了制造装备的新纪元。随着微型计算机的产生和发展，计算机数控的广泛应用，数控机床得到广泛应用和提高。
1.1.2海量信息处理能力和加工精细化
20世纪90年代，数字装备的一个重要的发展是对海量信息处理能力的提高。在数字仿形技术的基础上，利用H794/937、EI、核磁共振等数字测量设备实现零件几何形状的数字化然后通过数据预处理、表面建模、实体建模、后置处理等过程生成STL文件（或数控代码），驱动快速成型机（或数控机床）加工出新零件。 1.1.3虚拟制造阶段
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作为现代制造装备“灵魂”的数控系统已由NC、CNC时代进入了PC—NC和NET—NC时代。其主要目标都是开发具有智能化和柔性化的新一代开放式数控系统，将各种新工艺、新技术、新方法集成于控制系统的基础平台，开发先进制造装备的支撑环境。 1.2数字化设计与制造技术的应用 1.2.1 CAD---计算机辅助设计
CAD早期是英文Computer Aided Drawing （计算机辅助绘图）的缩写，随着计算机软、硬件技术的发展，人们逐渐认识到其功能，并改为 Computer Aided Design。 AutoCAD、Solidwofks 、Pro/Engineer、UG、CATIA等都是常用的设计软件。
AutoCAD可以方便地绘制二维图形或帮助三维图形建模，操作相对简单，在航空航天、造船、建筑、机械、电子、化工、美工、轻纺等很多领域得到了广泛应用；SolidWorks是基于Windows系统下的原创的三维设计软件。SolidWorks具有全相关的钣金设计能力。钣金件的设计即可以先设计立体的产品也可以先按平面展开图进行设计；Pro/E软件是美国参数技术公司（PTC）旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。以参数化著称，是参数化技术的最早应用者。Pro/E作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。主要适合于中小企业快速建立较为简单的数模；UG（Unigraphics）是集CAD/CAE/CAM为一体的3D机械设计平台，广泛应用于航空、航天、汽车、造船等领域。U主要适合于大型的汽车、飞机厂建立复杂的数模，数控；CATIA是法国达索公司的三维立体设计软件。它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。CATIA主要应用于汽车、航空航天、船舶制造等方面的设计。 1.2.2 CAE---计算机辅助工程分析
CAE （Computer Aided Engineering）通常指有限元分析和机构的运动学及动力学分析。 ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它可对结构的静、动力强度以及温度场、流场、电磁场等技术参数进行分析计算。 在国内ANSYS第一个通过了中国压力容器标准化技术委员会认证并在国务院十七个部委推广使用。
1.2.3 CAM---计算机辅助制造
CAM（Computer Aided Manufacture）是计算机辅助制造的缩写，能根据CAD模型自动生成零件加工的数控代码，对加工过程进行动态模拟、同时完成在实现加工时的干涉和碰撞检查。
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1.2.4 CAPP---计算机辅助工艺规划
世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1966年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AutoPros，并于1973年正式推出商品化AutoPros系统。美国是60年代末开始研究CAPP的，并于1976年由CAM-I公司推出颇具影响力的CAP-I's Automated Process Planning系统。
国内典型的CAPP系统：同济CAPP，ICAPP，开目CAPP，InteCAPP等。 1.2.5 PDM---产品数据库管理
PDM（产品数据管理）是从管理CAD/CAM系统的高度上诞生的先进的计算机管理系统软件。它管理的是产品整个生命周期内的全部数据。 1.2.6 RE---逆向工程技术
对实物作快速测量，并反求为可被3D软件接受的数据模型，快速创建数字化模型（CAD）。进而对样品进而作修改和详细设计，达到快速开发新产品的目的。属于数字化测量领域。
1.2.7 RP---快速成型
快速成型（Rapid Prototyping）技术是90年代发展起来的，被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破，其对制造业的影响可与数控技术的出现相媲美。RP系统综合了机械工程、CAD、数控技术，激光技术及材料科学技术，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能试验，有效地缩短了产品的研发周期。 2数字化设计与制造技术的发展趋势
随着计算机技术、信息技术、网络技术以及管理技术的快速发展，对制造企业和新产品开发带来了巨大的挑战，也提供了新的机遇。在网络化和信息时代，产品数字化设计与制造技术呈现出以下发展趋势：
（1）利用基于网络的CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM/PLM集成技术，实现产品全数字化设计、制造与管理。（网络协调化）
（2） CAD/CAPP/CAE/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理结合，形成企业信息化的总体构架。
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