先進制造技術(shù)

1、計算機輔助設(shè)計美國計劃 美國AMT計劃目標是：研究開發(fā)世界領(lǐng)先的先進制造技術(shù)，以滿足美國制造業(yè)對先進制造技術(shù)的需求，提高制造業(yè)的競爭力；通過教育與培訓計劃提高勞動力素質(zhì)；促進具有環(huán)境意識的制造等。 美國AMT計劃中的項目包括： (1)設(shè)計技術(shù) 制造準備階段所需的設(shè)計工具與技術(shù)； (2)制造技術(shù) 實際生產(chǎn)過程中所需的加工工藝和設(shè)備； (3)支持技術(shù) 為前兩類開發(fā)項目提供所需的基礎(chǔ)核心技術(shù)； (4)制造技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施 為有效地管理項目的開發(fā)，以及推動將這些項目應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中的方法與機制。 AMT計劃的集成創(chuàng)新重點領(lǐng)域有： (1)下一代智能制造單元與設(shè)備； (2)適用于快速而有效地設(shè)計新產(chǎn)品、工藝、

2、設(shè)備及企業(yè)集成化設(shè)計工具； (3)確保企業(yè)能廣泛了解和應(yīng)用先進制造技術(shù)而進行的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。相關(guān)背景 相關(guān)應(yīng)用 機械制造業(yè)是現(xiàn)代國民經(jīng)濟和綜合國力的重要支柱，其生產(chǎn)總值一般占一個國家國內(nèi)生產(chǎn)總值的20一55。在一個國家的企業(yè)生產(chǎn)力構(gòu)成中，機械制造技術(shù)的作用一般占60左右。世界上各個國家經(jīng)濟實力的競爭，主要是先進制造技術(shù)的競爭，其競爭能力最終體現(xiàn)在所生產(chǎn)產(chǎn)品的市場占有率上。 現(xiàn)如今，先進制造技術(shù)發(fā)展已經(jīng)成為一個龐大的技術(shù)群。在機械制造的整個過程中，無論是在產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)，還是在產(chǎn)品生產(chǎn)制造或是經(jīng)營管理中，都能充分利用先進制造技術(shù)。也正是先進制造技術(shù)的快速發(fā)展，促進了機械制造業(yè)產(chǎn)生了根本性的變化，

3、主要表現(xiàn)在以下幾個方面。 .計算機輔助設(shè)計。計算機輔助設(shè)計是以計算機為工具，幫助設(shè)計人員進行設(shè)計的適用技術(shù)的總稱。在設(shè)計過程中，人們可以進行創(chuàng)造性思維活動，完成設(shè)計方案構(gòu)思、工作原理擬定，并將設(shè)計思想和設(shè)計方法經(jīng)過綜合、分析，轉(zhuǎn)換成計算機可以處理的數(shù)學模型和解析這些模型的程序。在程序運行過程中，人們可以評價設(shè)計結(jié)果，控制設(shè)計過程，計算機則可以發(fā)揮其分析和存儲信息的能力，完成信息管理、繪圖、模擬、優(yōu)化和其他數(shù)值分析任務(wù)。計算機輔助設(shè)計包括的內(nèi)容很多，如概念設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、計算機仿真、計算機繪圖等。.計算機輔助設(shè)計 計算機輔助設(shè)計 利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作。簡稱C

4、AD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，計算機可以幫助設(shè)計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設(shè)計中通常要用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案;各種設(shè)計信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計算機的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索;設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計算機完成;利用計算機可以進行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。發(fā)展概況20世紀50年代在美國誕生第一臺計算機繪圖系統(tǒng)，開始出現(xiàn)具有簡單繪圖輸出功能的被動式的計算機輔助設(shè)計技術(shù)。60年代初期出現(xiàn)了CAD的曲面片技術(shù)，中期推出商品化的計算機繪圖設(shè)備。70年代，

5、完整的CAD系統(tǒng)開始形成，后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器，推出了手動游標、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設(shè)備，促進了CAD技術(shù)的發(fā)展。80 年代，隨著強有力的超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲器件的出現(xiàn)，工程工作站問世，cad技術(shù)在中小型企業(yè)逐步普及。80 年代中期以來，CAD技術(shù)向標準化、集成化、智能化方向發(fā)展。一些標準的圖形接口軟件和圖形功能相繼推出，為CAD 技術(shù)的推廣、軟件的移植和數(shù)據(jù)共享起了重要的促進作用；系統(tǒng)構(gòu)造由過去的單一功能變成綜合功能，出現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計與輔助制造聯(lián)成一體的計算機集成制造系統(tǒng)；固化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多處理機和并行處理技術(shù)在CAD中的應(yīng)用，極大地提高

6、了cad系統(tǒng)的性能；人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)引入cad，出現(xiàn)了智能CAD技術(shù)，使CAD系統(tǒng)的問題求解能力大為增強，設(shè)計過程更趨自動化。現(xiàn)在，cad 已在建筑設(shè)計、電子和電氣、科學研究、機械設(shè)計 、軟件開發(fā)、機器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動化、土木筑、地質(zhì)、計算機藝術(shù)等各個領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用?；炯夹g(shù)基本技術(shù) 主要包括交互技術(shù)、圖形變換技術(shù)、曲面造型和實體造型技術(shù)等。交互技術(shù)在計算機輔助設(shè)計中，交互技術(shù)是必不可少的。交互式cad系統(tǒng)， 指用戶在使用計算機系統(tǒng)進行設(shè)計時，人和機器可以及時地交換信息。采用交互式系統(tǒng)，人們可以邊構(gòu)思 、邊打樣、邊修改，隨時可從圖形終端屏幕上看到每一步操作的顯示結(jié)果，非常直

7、觀。圖形變換圖形變換的主要功能是把用戶坐標系和圖形輸出設(shè)備的坐標系聯(lián)系起來；對圖形作平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、透視變換 ；通過矩陣運算來實現(xiàn)圖形變換。實體造型技術(shù)實體造型技術(shù)(Solid Modeling)是計算機視覺、計算機動畫、計算機虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域中建立3D實體模型的關(guān)鍵技術(shù)。實體造型技術(shù)是指描述幾何模型的形狀和屬性的信息并存于計算機內(nèi)，由計算機生成具有真實感的可視的三維圖形的技術(shù)。 通常以具有圖形功能的交互計算機系統(tǒng)為基礎(chǔ)，主要設(shè)備有：計算機主機，圖形顯示終端，圖形輸入板，繪圖儀，掃描儀，打印機，磁帶機，以及各類軟件。 工程工作站 工程工作站一般指具有超級小型機功能和三維圖形處理能力的一種單用戶

8、交互式計算機系統(tǒng)。它有較強的計算能力，用規(guī)范的圖形軟件，有高分辨率的顯示終端，可以聯(lián)在資源共享的局域網(wǎng)上工作，已形成最流行的cad系統(tǒng)。 個人計算機 個人計算機（pc）系統(tǒng)價格低廉，操作方便，使用靈活。80年代以后，pc機性能不斷翻新，硬件和軟件發(fā)展迅猛，加之圖形卡、高分辨率圖形顯示器的應(yīng)用，以及pc機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，由pc機構(gòu)成的cad 系統(tǒng)已大量涌現(xiàn)，而且呈上升趨勢。圖形輸入輸出設(shè)備 除了計算機主機和一般的外圍設(shè)備外，計算機輔助設(shè)計主要使用圖形輸入輸出設(shè)備。交互圖形系統(tǒng)對cad 尤為重要。圖形輸入設(shè)備的一般作用是把平面上點的坐標送入計算機。系統(tǒng)組成 常見設(shè)備：常見設(shè)備： 常見的輸入設(shè)備有鍵

9、盤、光筆、觸摸屏、操縱桿、跟蹤球、鼠標器、圖形輸入板和數(shù)字化儀。 設(shè)備分類：設(shè)備分類： 圖形輸出設(shè)備分為軟拷貝和硬拷貝兩大類： 軟拷貝設(shè)備軟拷貝設(shè)備指各種圖形顯示設(shè)備，是人機交互必不可少的； 硬拷貝設(shè)備硬拷貝設(shè)備常用作圖形顯示的附屬設(shè)備，它把屏幕上的圖像復(fù)印出來，以便保存。 常用的圖形顯示有三種：有向束顯示、存儲管顯示和光柵掃描顯示。 有向束顯示有向束顯示應(yīng)用最早，為了使圖像清晰，電子束必須不斷重畫圖形，故又稱刷新顯示，它易于擦除和修改圖形，適于作交互圖形的手段。 存儲管顯示存儲管顯示保存圖像而不必刷新，故能顯示大量數(shù)據(jù)，且價格較低。 光柵掃描系統(tǒng)光柵掃描系統(tǒng)能提供彩色圖像，圖像信息可存放在所

10、謂幀緩沖存儲器里，圖像的分辨率較高。 折疊CAD軟件 除計算機本身的軟件如操作系統(tǒng)、編譯程序外，cad主要使用交互式圖形顯示軟件、cad應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)管理軟件3類軟件。 交互式圖形顯示軟件交互式圖形顯示軟件用于圖形顯示的開窗、剪輯、觀看，圖形的變換、修改，以及相應(yīng)的人機交互。 cad 應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件提供幾何造型、特征計算、繪圖等功能 ， 以完成面向各專業(yè)領(lǐng)域的各種專門設(shè)計。構(gòu)造應(yīng)用軟件的四個要素是：算法 、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、用戶界面和數(shù)據(jù)管理。 數(shù)據(jù)管理軟件數(shù)據(jù)管理軟件用于存儲 、檢索和處理大量數(shù)據(jù)，包括文字和圖形信息。為此，需要建立工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。它同一般的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)相比有如下特點：數(shù)據(jù)類型更加多

11、樣，設(shè)計過程中實體關(guān)系復(fù)雜，庫中數(shù)值和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)常發(fā)生變動，設(shè)計者的操作主要是一種實時性的交互處理。系統(tǒng)功能 現(xiàn)代CAD系統(tǒng)的功能包括: (1)設(shè)計組件重用(Reuse of design components) (2)簡易的設(shè)計修改和版本控制功能(Ease of design modification and versioning) (3)設(shè)計的標準組件的自動產(chǎn)生(Automatic generation of standard components of the design) (4)設(shè)計是否滿足要求和實際規(guī)則的檢驗(Validation/verification of designs a

12、gainst specifications and design rules) (5)無需建立物理原型的設(shè)計模擬(Simulation of designs without building a physical prototype) (6)裝配件(一堆零件或者其它裝配件)的自動設(shè)計 (7)工程文檔的輸出，例如制造圖紙，材料明細表(Bill of Materials) (8)設(shè)計到生產(chǎn)設(shè)備的直接輸出 (9)到快速原型或快速制造工業(yè)原型的機器的直接輸出CAD軟件介紹 AutoCADAutoCAD是國際上著名的二維和三維CAD設(shè)計軟件，是美國Autodesk公司首次于1982年生產(chǎn)的自動計算機輔助

13、設(shè)計軟件，用于二維繪圖、詳細繪制、設(shè)計文檔和基本三維設(shè)計?，F(xiàn)已經(jīng)成為國際上廣為流行的繪圖工具。.dwg文件格式成為二維繪圖的事實標準格式。 AutoCAD有著良好的用戶界面，它的多文檔設(shè)計環(huán)境，讓非計算機專業(yè)人員也能非?？斓膶W會使用。AutoCAD擁有廣泛的適應(yīng)性和良好的兼容性，可以在各種PC系統(tǒng)和工作站上運行，并支持分辨率由320200到20481024的各種圖形顯示設(shè)備40多種，以及數(shù)字儀和鼠標器30多種，繪圖儀和打印機數(shù)十種，這就為AutoCAD的普及創(chuàng)造了條件。浩辰浩辰CAD是著名的國產(chǎn)CAD設(shè)計軟件，由蘇州浩辰軟件股份有限公司開發(fā)，目前最新版本為浩辰CAD 2012。浩辰CAD完美兼

14、容AutoCAD，在界面、功能、操作習慣、命令方式、文件格式、二次開發(fā)接口與之基本一致，并根據(jù)國內(nèi)用戶需求開發(fā)大量使用工具，具有更高的性價比，此外浩辰CAD還可以提供針對勘察設(shè)計行業(yè)和制造業(yè)的全面解決方案。2010年，浩辰獲得工信部資金支持，開發(fā)三維建筑協(xié)同設(shè)計軟件，2012年將推出集建筑、結(jié)構(gòu)、水暖電、日照、節(jié)能等專業(yè)軟件及協(xié)同設(shè)計和管理系統(tǒng)于一體的全套解決方案。中望中望CAD是另一種國產(chǎn)CAD設(shè)計軟件，由廣州中望龍騰軟件股份有限公司開發(fā)并在2001年推出了第一個版本，目前最新版本為中望CAD 2011。中望CAD兼容目前普遍使用的AutoCAD，在界面、功能、操作習慣、命令方式、文件格式上

15、與之基本一致，但具有更高的性價比和更貼心的本土化服務(wù)，深受用戶歡迎，被廣泛應(yīng)用于通信、建筑、煤炭、水利水電、電子、機械、模具等勘察設(shè)計和制造業(yè)領(lǐng)域。中望公司在2010年斥資千萬美元收購了美國著名的三維CAD/CAM設(shè)計軟件公司：VX，并在2010年8月份推出了中望3D2010版，從此中望公司開始涉及三維CAD設(shè)計軟件領(lǐng)域。MicroStation是國際上和AutoCAD齊名的二維和三維CAD設(shè)計軟件，第一個版本由Bentley兄弟在1986年開發(fā)完成。其專用格式是DGN，并兼容AutoCAD的DWG/DXF等格式。MicroStation是Bentley 工程軟件系統(tǒng)有限公司在建筑、土木工程、

16、交通運輸、加工工廠、離散制造業(yè)、政府部門、公用事業(yè)和電訊網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域解決方案的基礎(chǔ)平臺。MicroStation具有很強大的兼容性和擴展性，可以通過一系列第三方軟件實現(xiàn)諸多特殊效果。例如用TurnTool等第三方插件，即可直接用MicroStation發(fā)布在線三維展示案例。 在線CAD模型數(shù)據(jù)倉庫介紹CAD設(shè)計軟件會提供一些模型，但更多的模型需要從網(wǎng)上下載的，國內(nèi)一些論壇和平臺也會提供相關(guān)模型下載，不過內(nèi)容準確度和豐富性尚待完善。但如果企業(yè)有多種CAD系統(tǒng)并行的局面，那么就需要配置統(tǒng)一的、具備跨平臺能力的零部件數(shù)據(jù)資源庫，將標準件庫和外購件庫內(nèi)的模型數(shù)據(jù)以CAD原始數(shù)據(jù)格式導出到三維構(gòu)型系統(tǒng)當中

17、去，如主流的Autodesk Inventor，SolidWorks, CATIA, SolidEdge, Pro/E, AutoCAD, UG NX, Onespace等，更快的幫助設(shè)計人員完成設(shè)計工作，提升效率?；诨ヂ?lián)網(wǎng)的PLM零部件數(shù)據(jù)資源平臺PARTcommunity似以云之力構(gòu)建了龐大而豐富的三維模型，在國外，這種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)被稱為“零部件圖書館”或“數(shù)據(jù)資源倉庫”。在歐美和日本的PLM用戶中，PARTcommunity（簡稱PCOM）的知名度一點都不亞于今天我們所熟知的BLOG和SNS這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺。2010年年初PARTcommunity 2.0 （簡稱PCOM 2.0）正式在德國上線，其簡體中文PCOM 2.0站點正式落戶北京(linkable.partcommunity)，平臺由北京翎瑞鴻翔科技有限公司與德國卡迪納斯有限公司共同合作開發(fā)，其提供數(shù)百家國內(nèi)外廠商的產(chǎn)品模型供注冊用戶免費下載和使用，能