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数字化制造从最庞大最先起步

公布工夫:2018-01-02

       数字设想取制造(简称数字化制造)
       界说溯源
  

现在关于数字化制造的界说,各有差别的看法。重要界说包孕:

作为美国制造业立异中央的重要组成机构之一,美国国度数字设想取制造立异研究院DMDII,将“数字化设想取制造”界说为:一个制造产物正在全部生命周期以内,数据的会聚、剖析和运用。这个数据既包罗了产物自己的数据,也包孕了流程的数据,从而逾越了全部代价链条。

而美国国家标准研究院NIST,将“数字化制造”界说为,“正在全部产物生命周期,经由过程数字化手艺去进步产物、流程、企业的机能,同时收缩周期,降低成本”,重要涉及到手艺包孕3D建模,基于模子的工程,和产物生命周期管理。

广泛意义而言,数字化制造是由种种制造计划演变而去的,好比面向制造的设想(DFM)、计算机集成制造(CIM)、柔性制造、粗益制造、和对产物和流程设想协同要求更高的别的制造计划。

数字化制造——产业百条正解

“数字化制造”包罗了“数字化设想”取“数字化装配取制造”两个观点,而且将两者有机天融会在一起。它经由过程基于三维模子的产物界说,实现产物的多少、质料、工艺、装配等各个环节的数字化联通取集成,从而能够应用到产物生命周期的设想、仿真、装配和维修等齐阶段,以实现数字化的智能制造。

从制造业最为庞大的飞机制造业来看,数字化制造能够分为三个阶段去实现。

第一阶段:低级CAD软件正在飞机部件上的运用

第一个阶段就是从二十世纪的八十年代初到九零年。这个阶段,接纳了低级的三维数字化设想东西要领。特性就是把现有的产物、零件和结构件用CAD东西,停止建模、装配和剖析,构成低级的以多少为中央的部件及数字模子。

这个阶段处理的问题是零件的多少界说和简朴的装配和谐。该阶段所用计算机是大型计算机主机。因为图形处置惩罚的难度和盘算量异常大,而事先的计算机才能异常微弱。数百万美金的大型计算机,只能衔接三到五个三维设计的图形终端,去完成三维的零件建模和简朴的盘算剖析,做简朴的装配。而更大范围的装配,则没法正在计算机上完成。要害是计算机硬件、软件和低级CAD软件的才能缺乏。该阶段代表案例是达索公司设想的小型公务机,和波音公司正在747767757和曾经首飞鱼鹰的部件,皆做了大量的设想、工艺、制造的三维数字化考证。经由过程这些基于数字化的三维理论,构成了基于三维设计的尺度和成熟的研制要领。

第二阶段:齐三维数字化整机设想

波音从1991年最先决意用齐三维的数字化设想东西和要领,去完成新一代的双通道飞机(即波音777)的研制。波音777是世界上第一个接纳齐数字化的设想手腕完成的整机设想。

该项目标硬件接纳了8台大型计算机和3200UNIX三维CAD工作站,别的另有两万台PC机。大型计算机联网,3200台三维CAD工作站联网,然则两万台PC机绝大部分没有联网。数据通报重要靠软盘完成。接纳了800个互相不联系关系的设想剖析仿真工艺软件,并构成了14个差别的物料明细表(BOM表)。没有基于计算机的大型项目研制便没有大数据。可以说,大数据是从波音777的研制最先的。

此次获得的结果异常显着。取波音历史上的同类双通道、200座以上大型飞机767比拟,因为接纳了三维数字化设想的要领,波音777用了4年半就首飞的第一架飞机,比以传统研制要领造了24年的第400架波音747质量借要好。质量好、周期短,天然效益异常下,波音777最初成为一架异常赢利的飞机。

第三阶段:买通设想取制造

但是也有隐患隐蔽正在第二阶段。因为波音777设想正在数据管理上重要是接纳了传统的文件管理体系,因而形成了前后数据不一致。那带来了许多后续题目,最主要的题目有两个:

起首是几万台计算机的数据不一致题目。之前传统的研制要领都是蓝图、工艺卡片、各种表格和手艺文档。这些纸质的手艺文档关联性很差,完整不克不及够协同和互相转换。而靠人力去协同则黑白常难题,特别正在产物愈来愈庞大的状况下,天天几万人正在各自计算机上天生大量的事情数据,许多数据是没法联系关系的。

第二,正在三维模子上,没法表达零部件的工艺制造和检测数据。只管人们正在三维空间中设想了零件,装配后的组件、部件构成了构造数字样机,再经由大量的剖析、和谐、工艺检测,从而构成了完好的构造数字样机,但今后正在加工厂不克不及顺遂运用,模子中的信息不足以指点制造。以是人们不能不把用三维CAD天生的三维数字模子,重新制作成二维的工程图纸。而庞大的工程图纸,尤其是大部件的装配图,异常难以天生。而终究构成的纸介质图纸,拿到工场消费的时刻,庞大的装配图也异常难以明白。有时候以至会一个小中央看错了,而形成一连串的错上加错。因而波音公司事先的设法主意是,可否不消转换为二维图纸,而是连续用三维模子,间接指点工艺和制造。

实际上,波音777项目,重点针对上述两个要害题目,给出了解决方案。第一个解决方案就是正在1994年,波音启动了“飞机界说取构型/制造资源管理(DCAC/MRM)”项目,对波音PDM(产物数据管理)项目停止了严厉的界说。波音构造两期DCAC/MRM实行,投资凌驾10亿美金。

第二个解决方案,就是波音鞭策了三维产物的尺度。1996年波音结合了16家制造业公司,鞭策美国机械工程师协会(ASME)去竖立基于三维的制造尺度。经由过程七年的勤奋,终究竖立了ASM14.41的尺度,即MBD尺度(基于模子的界说)。该界说要求正在零件三维模子上表达、工艺数据、质料数据等,包罗它的外形、多少、工艺数据、制造质量和检测的数据。这样一来,三维模子便可以或许完好天表达某个零件的悉数数据,包孕经由过程装配和工艺检测到的各种数据,那便意味着传统的二维图纸能够舍弃了。第二个解决方案,正在波音787-9研制中得到了较好的表现,真正实现了基于数字化的设想、制造悉数买通。

可以说,全部制造业,由于波音787-9,而进入了数字化制造的第三个阶段。这个阶段就是之前三维模子的数字化设想制造。勾销了蓝图、勾销了工艺卡片、勾销了各种表格、勾销了纸质的手艺文档。这些质料的勾销,也便意味着产物的齐数字化。

能够用表格去阐明三个阶段的生长状况,和中国和外洋三个阶段的差别。

1:外洋出发点

2:海内出发点

能够用三句话去扼要阐明基于三维模子的数字化设想的三个阶段:

第一个阶段,是以CAD软件开辟零件、组件和部件级的三维模子。

第二个阶段,是以波音777为代表的数字化整机设想阶段。

第三个阶段,是787为代表的MBD基于模子的界说,实现数字化设想取数字化制造的买通。正在全部产物生命周期阶段,产物运维的效劳,也能够水到渠成天实现。

数字化制造的领域

完好的数字化制造,包孕了:数字化设想、数字化工艺、数字化加工取装配、数字化掌握、数字化生产管理、近程维修等手艺和六个发展阶段。如图1所示。

1 数字化制造的六个阶段

取那六个阶段相对应的,则分别是差别的支持手艺。如图2所示。

2 数字化制造的支持手艺

小结

数字化制造是智能制造的必经之路。正在产物和工艺开辟历程建立的模子和数据,能够间接正在全部产物生命周期的各个阶段运用,给用户和支撑保护职员供应络续背下流通报的三维模子和数据。数字化制造是实现智能制造的殊途同归,只要完成数字化制造,才气真正走向智能制造。
(作者:宁振波,中国航空工业集团信息技术中央首席照料,文章来源于常识自动化,版权属于本于原作者,如有侵权请取我们联络,我们将实时处置惩罚。

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