導(dǎo)語：數(shù)字化加工集成管理發(fā)展及展望一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：數(shù)字化加工是數(shù)控加工發(fā)展的必然趨勢(shì)，數(shù)字化加工集成管理能有效打破加工過程信息孤島，實(shí)現(xiàn)信息共享和重用，從而降低信息化成本，提高產(chǎn)品研發(fā)效率。在對(duì)企業(yè)數(shù)字化加工集成管理現(xiàn)狀總結(jié)的基礎(chǔ)上，對(duì)全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造、數(shù)字化加工業(yè)務(wù)流程管理、數(shù)字化加工系統(tǒng)集成等數(shù)字化加工集成管理未來的發(fā)展方向進(jìn)行了分析和展望。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化加工；集成管理；業(yè)務(wù)流程

數(shù)控技術(shù)的發(fā)展使制造業(yè)得到了革命性的改革，使制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)入了嶄新的階段，數(shù)控技術(shù)其以高效率、高精度的技術(shù)特性解決了普通機(jī)床無法解決的工藝結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的機(jī)加工問題，使企業(yè)的制造水平不斷提高，取得了優(yōu)異的經(jīng)濟(jì)效益[1]。然而，面對(duì)越來越復(fù)雜的零件數(shù)控加工需求，單純的人工數(shù)控編程遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足需求，計(jì)算機(jī)輔助制造（ComputerAidedManufacturing）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，數(shù)控加工也由單一的車間編程加工進(jìn)入包含產(chǎn)品造型至成品檢測(cè)在內(nèi)的數(shù)字化加工階段。機(jī)械產(chǎn)品數(shù)字化加工是一項(xiàng)復(fù)雜的過程，需要分布異地的多個(gè)廠所單位部門參與、涉及多個(gè)專業(yè)學(xué)科領(lǐng)域而且協(xié)同過程業(yè)務(wù)活動(dòng)交互頻繁、產(chǎn)品研發(fā)制造任務(wù)繁重而且周期短，其工藝設(shè)計(jì)及管控的水平直接影響著最終的產(chǎn)品加工質(zhì)量及效率。企業(yè)迫切需要整合產(chǎn)品研發(fā)制造信息，對(duì)信息進(jìn)行集中管理，打破加工過程信息孤島，實(shí)現(xiàn)共享和重用，從而降低信息化成本，提高產(chǎn)品研發(fā)效率。因此，有必要對(duì)數(shù)字化加工集成管理問題進(jìn)行探討。

1數(shù)字化加工集成管理進(jìn)展

數(shù)字化加工，即在數(shù)字化技術(shù)和制造技術(shù)融合的背景下，在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、快速原型、數(shù)據(jù)庫和多媒體等支撐技術(shù)的支持下，根據(jù)用戶的需求，迅速收集資源信息，對(duì)產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進(jìn)行分析、規(guī)劃和重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和功能的仿真以及原型制造，進(jìn)而快速生產(chǎn)出達(dá)到用戶要求性能的產(chǎn)品整個(gè)制造全過程。某種程度來說，數(shù)字化加工是數(shù)控加工向上下游的延伸。產(chǎn)品數(shù)字化加工過程涉及CAD、CAE、CAM（前置處理）、后置處理、加工仿真、實(shí)際加工、成品檢測(cè)等多個(gè)系統(tǒng)及應(yīng)用程序的參與，在企業(yè)信息化的大背景下，集成多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字化加工過程的管理，是提高產(chǎn)品研發(fā)效率、保證制造數(shù)據(jù)唯一性的有效途徑。目前，UG、CATIA、solidworks、PRO/E等CAD軟件均可出色的完成產(chǎn)品三維數(shù)模的建立，并通過ANSYS、Abaqus、Hyperworks、Adams等CAE軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，修改三維數(shù)模后直接進(jìn)入CAM模塊進(jìn)行前置處理。前置處理，即由三維設(shè)計(jì)模型生成刀位文件（APT/CL），目前已經(jīng)非常成熟，當(dāng)前廣泛應(yīng)用的CAD/CAM軟件如UG，CATIA的CAM模塊已經(jīng)能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)的需求。后置處理，即將APT/CL文件轉(zhuǎn)化為機(jī)床可識(shí)別的數(shù)控代碼文件。目前，高檔數(shù)控機(jī)床所用那發(fā)科、西門子、海德漢、馬扎克等數(shù)控系統(tǒng)均為封閉式數(shù)控系統(tǒng)，無法識(shí)別CAM軟件生成的只含刀尖點(diǎn)位置和刀軸矢量的刀位文件，必須采用IMSPost等專用后置處理軟件針對(duì)機(jī)床特點(diǎn)開發(fā)專用后置處理器，將刀位文件后置處理成機(jī)床可識(shí)別的G/M數(shù)控代碼。由于機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的多樣性，導(dǎo)致了后置處理器開發(fā)的復(fù)雜性。后置處理器的開發(fā)是目前的數(shù)控工藝規(guī)劃中的重要環(huán)節(jié)，也是難點(diǎn)。隨著新型機(jī)床的不斷出現(xiàn)，后置處理器及后置處理算法也在不斷的革新?？傮w來說，后置處理器的開發(fā)雖然復(fù)雜，但技術(shù)條件相對(duì)成熟。四軸、五軸加工時(shí)，刀軸矢量隨時(shí)變化，數(shù)控加工工業(yè)設(shè)計(jì)不合理，很可能造成過切、欠切、碰撞等問題，因此在零件實(shí)際加工前，必須進(jìn)行數(shù)控加工仿真。在數(shù)控加工仿真方面，目前通用的做法是采用美國CGTECH公司開發(fā)的高級(jí)數(shù)控加工仿真軟件VERICUT進(jìn)行虛擬仿真，驗(yàn)證后置處理生成的NC程序的正確性，并對(duì)數(shù)控程序進(jìn)一步優(yōu)化。對(duì)于機(jī)床聯(lián)網(wǎng)控制，目前技術(shù)已經(jīng)非常成熟。雖然數(shù)字化加工的每一個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)都已經(jīng)有了比較成熟的技術(shù)及裝備基礎(chǔ)，但是對(duì)于整個(gè)過程的集成管控卻缺乏有效的手段?；谟?jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以提升生產(chǎn)效率、加強(qiáng)管理為目的，相關(guān)人員在數(shù)字化加工集成管理方面進(jìn)行了大量的研究。早期的研究主要集中在CAD/CAPP/CAM的集成，期望以CAPP作為CAD與CAM的橋梁，完成CAD與CAM的集成。然而，CAD/CAPP/CAM集成模式下的數(shù)控加工過程往往是：設(shè)計(jì)部門將三維設(shè)計(jì)模型投影轉(zhuǎn)化為二維工程圖紙下發(fā)工藝設(shè)計(jì)部門，工藝設(shè)計(jì)部門為保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確無誤，根據(jù)工程圖再次建模，形成工藝設(shè)計(jì)模型，再通過CAM軟件完成數(shù)控工藝的設(shè)計(jì)。這種模式下，制造信息來回轉(zhuǎn)換繁瑣且各部門間協(xié)作性、一致性差，在制造信息的轉(zhuǎn)換過程中，還可能會(huì)出現(xiàn)相關(guān)人員識(shí)圖、制圖不準(zhǔn)確導(dǎo)致偏離設(shè)計(jì)意圖的問題。但是由于其代替了手工制圖，極大地縮短了研發(fā)周期、提高了效率，不少中小型企業(yè)仍沿用至今。

2數(shù)字化加工集成管理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)?；谌S模型定義（ModelBasedDefinition，MBD），是一種數(shù)字化產(chǎn)品定義技術(shù)，它是以全三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，用這種集成的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息，從而消除或者減少2D圖紙的使用，將設(shè)計(jì)信息和制造信息共同定義到產(chǎn)品模型中，實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)。它既能保證數(shù)據(jù)的唯一性，又能使三維實(shí)體模型作為生產(chǎn)制造過程中唯一依據(jù)，這對(duì)于工藝信息的集成管理是非常有益的。國外對(duì)此進(jìn)行了大量的研究，并應(yīng)用到了工業(yè)生產(chǎn)中。波音、空客等飛機(jī)制造企業(yè)通過將MBD技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)研發(fā)中，取得了巨大的成功。在波音787研制過程中，公司全面采用MBD技術(shù)，摒棄二維工程圖，建立了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化集成應(yīng)用體系，以產(chǎn)品三維數(shù)字模型作為產(chǎn)品研發(fā)全生命周期的唯一數(shù)據(jù)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、零件加工、裝配與檢測(cè)的高度信息集成、并行協(xié)同和融合，開創(chuàng)了飛機(jī)研發(fā)領(lǐng)域基于三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的嶄新模式，大幅度提高了產(chǎn)品研制能力，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，確?？蜋C(jī)的研制周期和質(zhì)量。國內(nèi)對(duì)基于MBD的數(shù)字化集成制造技術(shù)也進(jìn)行了探索，如中航工業(yè)集團(tuán)對(duì)于MBD技術(shù)在飛機(jī)制造領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了大量研究，并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。這些研究主要側(cè)重于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的搭建以及對(duì)企業(yè)現(xiàn)有技術(shù)裝備進(jìn)行升級(jí)，以適應(yīng)基于MBD的設(shè)計(jì)制造的需求。MBD技術(shù)為數(shù)字化加工集成管理提供了有效的解決方案，目前國外已經(jīng)取得了較好的成果，并轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)。但是國內(nèi)目前尚處于探索階段，且由于工業(yè)技術(shù)人員的習(xí)慣問題，尚未得到有效推廣，具體實(shí)用場(chǎng)景有限。但是由于MBD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步完善，技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以明顯體現(xiàn)后，它必將成為數(shù)控加工的重要發(fā)展方向。2.2數(shù)字化加工業(yè)務(wù)流程管理。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，零件的形狀越來越復(fù)雜，其數(shù)控加工難度也成倍增加，一個(gè)產(chǎn)品的研制往往需要多個(gè)廠所、單位、部門的參與，高效的業(yè)務(wù)管理模式，能夠有效的對(duì)產(chǎn)品數(shù)字化加工過程進(jìn)行有效的監(jiān)督管控，對(duì)于產(chǎn)品研發(fā)效率的提高有著重要意義。近年來，眾多研究人員針對(duì)設(shè)計(jì)、制造及裝配的業(yè)務(wù)管理模式進(jìn)行了研究，并應(yīng)用到了實(shí)際生產(chǎn)中。如針對(duì)紡織機(jī)械制造企業(yè)產(chǎn)品加工制造全生命周期的數(shù)據(jù)管理問題而建立的面向企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)決策層、業(yè)務(wù)管理層和業(yè)務(wù)執(zhí)行層的數(shù)字化智能化管理模型[2]，面向建材裝備制造企業(yè)、基于多層次視圖的項(xiàng)目進(jìn)度監(jiān)控、基于項(xiàng)目物料需求的物料流控制、基于項(xiàng)目裝箱單的制造過程管理模式[3]，面向飛機(jī)工藝過程的柔性化管理的基于過程驅(qū)動(dòng)的飛機(jī)制造工藝管理模式等[4]。產(chǎn)品數(shù)字化加工業(yè)務(wù)流程環(huán)環(huán)相扣，每個(gè)環(huán)節(jié)都對(duì)后續(xù)工作有著極大的影響。同時(shí)，高檔數(shù)控加工設(shè)備價(jià)格昂貴，是企業(yè)生存的命脈，因數(shù)控工藝錯(cuò)誤而導(dǎo)致機(jī)床損壞，不但影響加工精度，也會(huì)給企業(yè)帶來巨大的損失，如何有效的對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行管理，對(duì)于企業(yè)有著重要意義。采用數(shù)據(jù)和領(lǐng)導(dǎo)決策相結(jié)合的基于過程驅(qū)動(dòng)的方式可進(jìn)行業(yè)務(wù)的有效管理與推進(jìn)。其主要理念為：面向業(yè)務(wù)流程，對(duì)工藝子過程進(jìn)行封裝，對(duì)于業(yè)務(wù)的推進(jìn)采用“數(shù)據(jù)+領(lǐng)導(dǎo)決策”的模式。即對(duì)制造任務(wù)層級(jí)分解編碼落實(shí)到人，對(duì)每個(gè)子任務(wù)設(shè)置“資源+指令”的驅(qū)動(dòng)條件，從而對(duì)業(yè)務(wù)流程進(jìn)行分級(jí)多層的控制，隨時(shí)把握項(xiàng)目的進(jìn)度，同時(shí)，對(duì)于流程間的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移，需要下一環(huán)節(jié)所需的啟動(dòng)數(shù)據(jù)、授權(quán)指令、提醒指令同時(shí)滿足，才可以進(jìn)行，從而達(dá)到業(yè)務(wù)流程監(jiān)控的效果。2.3數(shù)字化加工系統(tǒng)集成。將數(shù)字化加工過程各環(huán)節(jié)所需的軟件、硬件系統(tǒng)進(jìn)行整合，統(tǒng)一集成管理，打通各系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)和信息通道，是數(shù)字化加工的另一個(gè)重要發(fā)展方向。目前，主要的解決策略有基于STEP/XML標(biāo)準(zhǔn)的CAD/CAE/CAM信息集成解決方案，即開發(fā)基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一接口，實(shí)現(xiàn)對(duì)XML文檔高效地訪問、操作。該策略有效解決了CAD/CAE/CAM之間的信息交換共享問題，但仍無法解決CAM至CNC之間的信息通道。近年來，隨著STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)的制定，數(shù)控加工領(lǐng)域掀起了基于STEP-NC的CAD/CAM/CNC閉環(huán)制造系統(tǒng)的熱潮，以STEP-NC為唯一數(shù)據(jù)源，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)至數(shù)控加工在線監(jiān)測(cè)的整個(gè)流程進(jìn)行集成管理，從而形成一個(gè)“CAD—CAM—CNC”的制造鏈?；赟TEP-NC的開放式數(shù)控加工是未來的必然趨勢(shì)，但在現(xiàn)階段，由于封閉式數(shù)控系統(tǒng)的限制，以G/M代碼為核心的數(shù)控加工仍是主流。此外，也有學(xué)者研究基于自定義加工特征的方法來構(gòu)建集成系統(tǒng)，但主要應(yīng)用于一些特征明確固定的場(chǎng)合，通用性不強(qiáng)。隨著軟件及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以COM/DCOM和WebService技術(shù)實(shí)現(xiàn)各軟件系統(tǒng)間的集成和數(shù)據(jù)交換是另一個(gè)研究方向。然而，產(chǎn)品數(shù)字化加工相關(guān)軟件對(duì)人機(jī)交互性要求均比較高，目前的集成技術(shù)尚不能有效滿足用戶需求。

3總結(jié)

隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等相關(guān)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在綠色制造、智能制造的背景和要求下，進(jìn)行數(shù)字化加工的集成管理可有效提高產(chǎn)品研發(fā)效率，提升企業(yè)信息化水平。未來，全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造、數(shù)字化加工業(yè)務(wù)流程管理、數(shù)字化加工系統(tǒng)集成將是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化加工集成管理的重要技術(shù)手段。

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作者:郭宗祥 單位:陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控工程學(xué)院