信息技术在制造学科中的应用

信息技术在制造学科中的应用

1信息技术在制造学科的发展历程

信息技术用于制造领域是从20世纪40年代后期，美国的飞机制造企业试图用计算机控制机床来解决具有复杂型面的直升机旋翼零件的加工开始；1952年MIT 推出第一台三坐标数控铣床样机，美国一些机床厂从 1954 年起陆续推出了一批大型专用数控机床，用于加工飞机蒙皮壁板和异型梁架，提高了加工质量和生产率，开信息技术成功用于制造业之先河。

为了解决烦琐的数控机床加工程序的编制和校核难题，同一时期，MIT 开发出第一代基于英语的自动编程工具系统（APT ）。20世纪70年代起，数控编程逐渐融入CAM(计算机辅助制造) 中，目前的CAM 商品软件中，一般都具有用户通过人机交互进行自动编程和校核的能力。

20世纪50年代后期，诞生了计算机同时控制加工运动、自动换刀和自动换工位的加工中心。60 年代推出第一代5轴数控加工中心，随着计算机的小型化，专用数控装置逐步转向 CNC ，以及用同一台后台计算机控制多台NC 或CNC 的 DNC 系统。在工艺规划领域提出了基于成组工艺的10 位工件分类编码方法。同一时期又诞生了可编程的自动作业装置:工业机器人，并在此后几十年中在制造业得到广泛应用，显著提高了制造业中的弧焊、点焊、喷漆、涂胶、搬运、码垛、装配等作业的质量和效率。 2先进制造技术发展中的关键技术

先进制造技术的发展离不开信息技术的应用，先进制造技术中信息技术的应用有以下几个方面：

2.1并行工程(CE)

并行工程(CE)是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程) 进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。在传统的串行开发过程中，设计中的问题或不足，要分别在加工、装配或售后服务中才能被发现，然后再修改设计，改进加工、装配或售后服务(包括维修服务) 。而并行工程就是将设计、工艺和制造结合在一起，利用计算机互联网并行作业，大大缩短生产周期。

2.2快速成型技术(RPM)

快速成型技术(RPM)是集CAD/CAM技术、激光加工技术、数控技术和新材料等技术领域的最新成果于一体的零件原型制造技术。它不同于传统的用材料去除方式制造零件的方法，而是用材料一层一层积累的方式构造零件模型。它利用所要制造零件的三维CAD 模型数据直接生成产品原型，并且可以方便地修改CAD 模型后重新制造产品原型。由于该技术不像传统的零件制造方法需要制作木模、塑料模和陶瓷模等，可以把零件原型的制造时间减少为几天、几小时，大大缩短了产品开发周期，减少了开发成本。随着计算机技术的决速发展和三维CAD 软件应用的不断推广，越来越多的产品基于三维CAD 设计开发，使得快速成型技术的广泛应用成为可能。快速成形技术已广泛应用于宇航、航空、汽车、通讯、医疗、电子、家电、玩具、军事装备、工业造型(雕刻) 、建筑模型、机械行业等领域。

2.3虚拟制造技术(VMT)

虚拟制造技术(VMT)以计算机支持的建模、仿真技术为前提，对设计、加工制造、装配等全过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时并行模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测出产品的性能、产品的制造技术、产品的可制造性与可装配性，从而更有效地、更经济地灵活组织生产，使工厂和车间的设计布局更合理、有效，以达到产品开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最高化。虚拟

制造技术填补了CAD/ CAM技术与生产全过程、企业管理之间的技术缺口，把产品的工艺设计、作业计划、生产调度、制造过程、库存管理、成本核算、零部件采购等企业生产经营活动在产品投入之前就在计算机上加以显示和评价，使设计人员和工程技术人员在产品真实制造之前，通过计算机虚拟产品来预见可能发生的问题和后果。虚拟制造系统的关键是建模，即将现实环境下的物理系统映射为计算机环境下的虚拟系统。虚拟制造系统生产的产品是虚拟产品，但具有真实产品所具有的一切特征。

2.4智能制造(IM)

智能制造(IM)是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为：智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“智能设备”和“自治控制”来构造新一代的智能制造系统模式。

智能制造系统具有自律能力、自组织能力、自学习与自我优化能力、自修复能力，因而适应性极强，而且由于采用VR 技术，人机界面更加友好。因此，智能制造技术的研究开发对于提高生产效率与产品品质、降低成本，提高制造业市场应变能力、国家经济实力和国民生活水准，具有重要意义。

3信息技术之CAD/CAM

信息技术的发展影响制造科学中设计理论与设计方法，及产品的制造，CAD/CAM技术的发展代表设计理论与设计方法的水平。

CAD 是Computer Aided Design 的简称，也叫做计算机辅助设计，是指工程技术人员以计算机为工具，运用自身的知识和经验，对产品或工程进行方案构思、总体设计、工程分析、图形编辑和技术文档整理等设计活动的总称，是一门多学科综合应用的新技术。CAD 技术是一项产品建模技术，它是将产品的物理模型转化为产品的数据模型，并把建立的数据模型存储在计算机内，供后续的计算机辅助技术所共享，驱动产品生命周期的全过程。

CAM 是Computer Aided Manufacturing的简称，也叫做计算机辅助制造，是利用计算机来进行生产设备管理、控制和操作的过程。生产实际的需求是所有技术发展与创新的原动力，CAM 在实际应用中取得了明显的经济效益，并且在提高企业市场竞争能力方面发挥着重要作用。

3.1集成化

随着计算机技术的发展，集成化已成为CAD/CAM技术发展的一个最为显着的趋势。CAD/CAM系统已从简单、单一、相对独立的功能发展成为复杂、综合、紧密联系的功能集成系统。这里所说的集成是指CAD/CAPP/CAM/CAE的集成，它们的集成应是建立一种新的设计、生产、分析以及技术管理的一体化，并不是将孤立的CAD 、CAPP 、CAM 和CAE 等系统进行简单的连接，而是从概念设计开始就考虑到集成。国内外大量的经验表明，CAD 系统的效益往往不是从其本身， 而是通过CAM 和PPC 系统体现出来；反过来，CAM 系统假如没有CAD 系统的支持，花巨资引进的设备往往很难得到有效地利用；PPC 系统假如没有CAD/CAM的支持，既得不到完整、及时和准确的数据作为计划的依据，订出的计划也较难贯彻执行，所谓的生产计划和控制将得不到实际效益。因此，通过集成，最大限度地实现了企业信息共享，建立新的企业运行方式，提高了生产效率。

3.2网络化

21世纪，网络技术的飞速发展和广泛应用，改变了传统的设计模式，将产品设计及其相关过程集成并行地进行，人们可以突破地域的限制，在广域区间和全球范围内实现协同工作和资源共享。计算机网络已成为计算机发展进入新时代的标志。网络在全球化，制造业也将全球化，从获取需求信息，到产品分析设计、选购原辅材料和零部件、

进行加工制造，直至营销，整个生产过程也将全球化。网络技术使CAD/CAM系统实现异地、异构系统在企业间的集成成为现实。CAD/CAM 系统的网络化能使设计人员对产品方案在费用、流动时间和功能上并行处理的并行化产品设计应用系统；能提供产品、进程和整个企业性能仿真、建模和分析技术的拟实制造系统；能开发自动化系统，产生和优化工作计划和车间级控制，支持灵敏制造的制造计划和控制应用系统；对生产过程中物流， 能进行治理的物料治理应用系统等。随着Internet 的发展，基于网络化的CAD/CAM技术，需要在能够提供基于网络的完善的协同设计环境和提供网上多种CAD 应用服务等方面提高水平。

3.3智能化

智能化CAD/CAM设计是含有高度智能的人类创造性活动，是指将人工智能技术、专家系统应用于CAD/CAM系统中，深入研究人类认识和思维的模型，并用信息技术来表达和模拟这种模型，使其具有人类专家的经验和知识，具有学习、推理、联想和判断的功能及智能化的视觉、听觉、语言能力，从而解决以前那些必须由人类专家才能解决的设计、制造难题。智能化CAD/CAM技术涉及新的设计理论与方法(如并行设计理论、大规模定制设计理论、概念设计理论、创新设计理论等) 和设计型专家系统的基本理论与技术(如设计知识模型的表示与建模、知识利用中的各种搜索与推理方法、知识获取、工具系统的技术等) 等方面。智能化是一个具有巨大潜在意义的发展方向，它可以在更高层次的创造性思维活动基础上，给予技术人员有效的辅助。智能化是CAD/CAM技术发展的必然趋势，将对信息科学的发展产生深刻的影响。

3.4标准化

信息时代如同一百年前工业革命给社会带来的变化一样深刻。它改变和正在改变着人们的工作、生产和生活方式。信息技术的发展冲破了地域的局限，形成了全球市场，把竞争推向了空前激烈的阶段。信息技术对标准化工作产生了巨大影响，引起了标准化工作的重大变革。现代标准含有主要的信息量，标准的开发先于产品的开发，标准能为技术和产品的发展指出方向，能够体现当前世界前沿技术的发展。面对浩瀚的信息、广阔的市场，要使无数的用户和供应商之间的信息交换畅通无阻，制定CAD/CAM系统的信息交换标准十分重要。包括工程图样标准化、零件标准、产品定义数据模型标准以及商务报告标准等；其次是合作运行方法标准化， 包括知识产权共享标准、虚拟生产协议等。

【参考文献】

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