發(fā)布時間：2023-09-06 17:05:09
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的數(shù)字化設計和制造技術樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞 材料成型及控制工程專業(yè)；卓越工程師；數(shù)字化設計與制造技術；教學體系
中圖分類號 G642.0
文獻標識碼 A
文章編號 1005-4634（2012）05-0073-04
隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數(shù)字化設計與制造技術開始在模具制造業(yè)中發(fā)揮著越來越重要的作用，并且已經(jīng)成功應用到模具設計、分析、仿真、模擬以及制造的全過程，數(shù)字化已經(jīng)成為模具制造行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。因此眾多模具企業(yè)需要大量的數(shù)字化設計制造高技能人才。長江三角洲地區(qū)是我國模具行業(yè)最集中和發(fā)達的地區(qū)之一，對模具高級工程人才的需求更加旺盛，培養(yǎng)符合企業(yè)需求的大批具有創(chuàng)新精神的模具卓越高級工程師，既是學校自身發(fā)展的需要，也是高校的職責所在。
目前，國內各院校成型專業(yè)技能人才的培養(yǎng)與企業(yè)要求不能達到“零對接”。這主要表現(xiàn)在：課程體系與企業(yè)需要的數(shù)字化設計制造能力要求脫節(jié)；課程內容陳舊，實踐環(huán)節(jié)薄弱。其結果導致學生工程實踐能力和設計創(chuàng)新能力不強。
為了適應設計制造領域快速發(fā)展的形勢和滿足社會對數(shù)字化設計與制造技術人才的需求，按照國家“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的基本要求，南京工程學院材料成型及控制工程專業(yè)正在探索和研究新的培養(yǎng)模式，改革傳統(tǒng)的課程設置，對現(xiàn)有零散、重復交叉的數(shù)字化設計與制造課程進行整合、補充和優(yōu)化，改革傳統(tǒng)的課程體系和教學方法，構建卓越計劃背景下數(shù)字化設計制造技術教學體系，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和數(shù)字化設計制造技術工程的應用能力具有重要的意義。
1 材料成型及控制工程專業(yè)卓越工程師總體培養(yǎng)目標
在對眾多模具企業(yè)進行廣泛調研的基礎上，參照其他高等院校本專業(yè)的培養(yǎng)計劃，結合南京工程學院的實際情況，制訂了新的成型專業(yè)卓越工程師培養(yǎng)目標。新確定的培養(yǎng)目標是使學生掌握金屬塑性成形和高分子塑料成型以及現(xiàn)代模具設計與制造的基礎理論和工藝技術，具有應用三維數(shù)字化技術進行產品的模具設計、成型過程模擬分析、數(shù)控自動編程等基本技能，具備一定的材料性能及產品質量檢測分析的能力，擅長模具設計制造與材料成型生產的技術管理，能夠在模具領域從事設計制造、技術開發(fā)及生產經(jīng)營管理的卓越模具工程師。
卓越計劃培養(yǎng)目標下數(shù)字化設計制造技術教學不能只滿足于學生會使用造型軟件工具，還要使學生掌握必要的軟件開發(fā)原理、計算機與專業(yè)結合的切入點等必要的理論基礎，即在教學內容灌輸上不但要做到“知其然”而且要“知其所以然”；數(shù)字化設計制造技術教學重點在于培養(yǎng)學生的綜合應用三維數(shù)字化設計能力，完成產品的三維模具設計、成型過程CAE分析、模具型腔模擬加工等，使學生對材料成型CAD/CAPP/CAE/CAM一體化有一個系統(tǒng)的訓練，并結合在企業(yè)的一年生產實踐，進一步強化和鞏固課堂理論知識。
2 卓越計劃背景下數(shù)字化設計制造教學體系構建
在卓越計劃總體培養(yǎng)目標的指導下，結合本專業(yè)現(xiàn)有的軟硬件教學條件，建立實用性、可操作性強的數(shù)字化設計與制造能力教學培養(yǎng)體系（如圖1）。所構建的教學體系決不是簡單地增加幾門軟件使用操作課程，也不是在原來的課程體系中再增加一系列獨立的、自成體系的數(shù)字化設計技術類課程，而是必須明確在卓越計劃背景下以三維數(shù)字化設計制造能力為培養(yǎng)目標，以CAD/CAPP/CAE/CAM一體化為理論教學主體，并與專業(yè)課程有一定的聯(lián)系，創(chuàng)新實踐環(huán)節(jié)上以模具數(shù)字化設計實訓、課外創(chuàng)新活動為基礎，同時輔以Pro/E、UG等三維應用軟件資格培訓、模具卓越工程師培訓等。通過改革傳統(tǒng)的教學體系和教學手段與方法，使得學生既擁有數(shù)字化設計制造技術的應用能力，又具有較強的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
在理論教學中注重文理滲透，拓寬基礎。夯實學生計算機應用能力，注重分析研究模具專業(yè)技術的新發(fā)展，并以數(shù)字化技術為主線指導教學內容，將有關的現(xiàn)代科學技術融于課程教學中，改革教學內容、教學方法和手段，給予學生基本的創(chuàng)新理論與方法，啟迪學生的創(chuàng)新意識與思維，發(fā)掘學生的創(chuàng)新潛力。
3 卓越計劃背景下數(shù)字化設計與制造技術課程體系配置
數(shù)字化設計與制造技術課程涉及成型專業(yè)領域的模具CAD設計方法、成型工藝計算機輔助自動決策（CAPP）、成型過程模擬、最新成型加工方法等。隨著理論與信息化技術的快速發(fā)展和社會需求的不斷變化，數(shù)字化設計與制造技術課程體系應當精選和改造傳統(tǒng)課程，充實、反映當前科技成果的最新內容（如圖2所示）。
模具工程基礎課程主要為后續(xù)課程打下一個基礎，如《CAPP概論》、《CAD/CAM技術》課程中會涉及到實用CAPP系統(tǒng)、模具CAD系統(tǒng)的開發(fā)，就需要學生掌握VB語言等計算機語言基礎。
數(shù)字化設計系列課程培養(yǎng)學生現(xiàn)代模具設計理論與方法，應用數(shù)字化技術進行產品（實物模型）的三維CAD造型、三維模具型腔的設計、工藝分析、成型過程模擬等，使數(shù)字化設計技術貫穿設計全過程。
模具設計與制造相輔相承，先進的設計必須有先進的制造技術來實現(xiàn)，數(shù)字化制造技術是先進制造技術的核心。為此，在課程設置中，突出數(shù)字化制造技術，設置數(shù)字化制造系列課程，培養(yǎng)學生應用數(shù)字化制造技術與方法解決產品的制造問題。
專業(yè)素質拓展系列課程通過模具工程師理論基礎、模具設計選材與失效分析、壓鑄工藝與模具設計等專業(yè)素質拓展課程的學習，進一步拓寬材料成型領域模具設計專業(yè)知識。
4 數(shù)字化設計與制造創(chuàng)新實踐教學
創(chuàng)新實踐教學是數(shù)字化設計與制造技術培養(yǎng)中極為重要的組成部分，只有通過實踐才能更好地培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識以及利用數(shù)字化技術進行創(chuàng)新設計的能力。創(chuàng)新實踐教學主要包括數(shù)字化設計與制造系列課程實驗、模具數(shù)字化設計制造實訓、基于校企聯(lián)合的綜合型實踐教學以及課外科技活動等。
4.1數(shù)字化設計與制造系列課程實驗
數(shù)字化設計與制造系列課程實驗以工程為背景，密切聯(lián)系工程和圍繞工程進行；針對傳統(tǒng)的實驗內容都被孤立地分散在各門專業(yè)課中、互不發(fā)生聯(lián)系的狀況，對實驗內容進行篩選和整合，實現(xiàn)專業(yè)課程實驗課的綜合化。以逆向工程課程為例，本課程實驗要求選取的實驗對象與后續(xù)模具數(shù)字化設計制造實訓選取的實驗對象一致，以便實現(xiàn)CAD/CAPP/CAE/CAM一體化。
4.2模具數(shù)字化設計與制造實訓
模具數(shù)字化設計與制造實訓是以典型模具零件為工作任務進行模塊化教學，主要流程為：用三維掃描儀（RE）對零件進行掃描獲取零件的三維坐標信息，在此基礎上完成對零件的三維CAD造型，并由零件的三維模型得到成型模具的三維型腔；根據(jù)模具結構對成型過程進行CAE模擬，模擬結果分析無問題后在計算機上使用軟件進行模具型腔的模擬加工，生成相應的加工數(shù)控代碼。利用數(shù)控機床所提供的通用標準接口將現(xiàn)代技術制造中心的多臺數(shù)控機床通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)接起來，組建成一個局域網(wǎng)；將該局域網(wǎng)與CAD/CAE/CAM試驗中心的局域網(wǎng)連接起來，使設計信息、工藝信息、加工信息及后置處理數(shù)據(jù)能及時地傳遞到制造單元，學生在CAD/CAE/CAM試驗中心進行數(shù)控編程和仿真的數(shù)據(jù)也可直接傳送到機床上，這樣就構成了網(wǎng)絡化制造環(huán)境，減少了中間環(huán)節(jié)，增加了可靠性，并提高了工作效率，如表1所示。
4.3基于校企聯(lián)合的綜合型實踐教學
為了從根本上解決工程人才培養(yǎng)中工程教育不足和校企脫節(jié)的嚴重現(xiàn)象，“卓越計劃”建立了高校與企業(yè)優(yōu)勢互補、聯(lián)合培養(yǎng)人才的新模式，將學生在校期間的學習分為校內學習（三年）和企業(yè)學習（一年）兩個階段。企業(yè)學習階段主要安排學生到企業(yè)完成的教學環(huán)節(jié)有：認識實習、生產實習、畢業(yè)實習、畢業(yè)設計等。畢業(yè)設計要求結合企業(yè)實際項目進行。企業(yè)學習階段重點強調學生數(shù)字化設計與制造能力的培養(yǎng)、訓練和形成，以及工程創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。
4.4課外科技活動
在模具卓越人才的培養(yǎng)過程中，理論學習是基礎，思維是關鍵，實踐是根本，三者必須緊密結合。在理論教學、實踐教學、課外培訓等環(huán)節(jié)中，不僅要注重創(chuàng)新理論和方法的培養(yǎng)，還應注重創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，開展豐富多彩的創(chuàng)新活動。通過開展學術講座、課外科技活動等創(chuàng)新活動，可以極大地調動學生學習和實踐的積極性。可選擇的校內科技活動項目包括：大學生科技創(chuàng)新、模具創(chuàng)新設計大賽、AutoCAD創(chuàng)意設計大賽、數(shù)控技能大賽等?？蛇x擇的校外競賽項目包括：挑戰(zhàn)杯全國大學生科技作品設計大賽、中國大學生創(chuàng)意創(chuàng)業(yè)大賽、3D數(shù)字化創(chuàng)新設計大賽等。
5 教學體系實施的保障
5.1校企聯(lián)手打造高素質的“雙師型”師資隊伍
師資隊伍建設是實現(xiàn)培養(yǎng)目標和提高教學質量的關鍵因素。積極組織“卓越工程師培養(yǎng)計劃”的專任教師到企業(yè)參加實踐或參加項目研制開發(fā)，進而提高教師的工程實踐能力。企業(yè)實習指導教師以生產一線的高級工程師為主；企業(yè)授課教師必須是在模具相關的企業(yè)工作三年以上，并具有一定的模具數(shù)字化設計與制造能力；企業(yè)畢業(yè)設計指導教師必須要求是具有較深的工程實踐背景的企業(yè)高級工程師或中高層領導，且能全面、系統(tǒng)地掌握相應的工程實踐環(huán)節(jié)。
5.2建立適應卓越人才培養(yǎng)需要的校內外實訓基地
建立穩(wěn)定的、滿足教學需要的校內外實踐教學基地，是培養(yǎng)學生數(shù)字化設計與制造能力的重要保證。南京工程學院購進了數(shù)控加工中心、線切割、電火花等一批先進設備，還引進了符合專業(yè)發(fā)展方向和相應行業(yè)背景的企業(yè)，在學校營造必要的工程教學環(huán)境，將工程專業(yè)要素融入到平常理論學習和實踐教學當中。
近年來南京工程學院先后與企業(yè)共建了“江蘇省模具工程技術研究中心”、南汽模具裝備有限公司國家級“工程實踐教育中心”、“江蘇小節(jié)距工業(yè)鏈條工程技術研究中心”、“鑄鍛技術工程技術研究中心”等。同時，學院還與昆山模具工業(yè)城、無錫模具廠、永儒塑膠有限公司等企業(yè)建立了穩(wěn)定的校外實習基地，營造了學生的實踐教學環(huán)境。
關鍵詞：數(shù)字化工廠；關鍵技術；制造數(shù)字化
數(shù)字化工廠是以制造產品和提供服務的企業(yè)為核心，由核心企業(yè)以及一切相關聯(lián)的成員構成，使所有運營信息數(shù)字化的動態(tài)“組織”。通過數(shù)字化工廠信息系統(tǒng)有效地組織控制人流、物流、資金流和信息流，實現(xiàn)組織內部所有成員之間的高度協(xié)作和資源共享，為客戶提供滿意的產品和服務。而數(shù)字化工廠工作流管理系統(tǒng)作為數(shù)字化工廠信息系統(tǒng)的基礎，是協(xié)調數(shù)字化工廠成員內部、成員相互間的各項活動的具體執(zhí)行者。數(shù)字化工廠是指以產品全生命周期的相關數(shù)據(jù)為基礎，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。是現(xiàn)代數(shù)字制造技術與計算機仿真技術相結合的產物，同時具有其鮮明的特征。它的出現(xiàn)給基礎制造業(yè)注入了新的活力，主要作為溝通產品設計和產品制造之間的橋梁。
一、數(shù)字化工廠概述
數(shù)字化工廠（DF）以產品全生命周期的相關數(shù)據(jù)為基礎，在計算機虛擬環(huán)境中，對整個生產過程進行仿真、評估和優(yōu)化，并進一步擴展到整個產品生命周期的新型生產組織方式。在設計部分，CAD和PDM系統(tǒng)的應用已相當普及；在生產部分，ERP等相關的信息系統(tǒng)也獲得了相當?shù)钠占?，但在解決“如何制造工藝設計”這一關鍵環(huán)節(jié)上，大部分國內企業(yè)還沒有實現(xiàn)有效的計算機輔助治理機制，“數(shù)字化工廠”技術與系統(tǒng)作為新型的制造系統(tǒng)，緊承著虛擬樣機（VP）和虛擬制造（VM）的數(shù)字化輔助工程，提供了一個制造工藝信息平臺，能夠對整個制造過程進行設計規(guī)劃，模擬仿真和治理，并將制造信息及時地與相關部分、供應商共享，從而實現(xiàn)虛擬制造和并行工程，保障生產的順利進行?！皵?shù)字化工廠”規(guī)劃系統(tǒng)通過同一的數(shù)據(jù)平臺，通過具體的規(guī)劃設計和驗證預見所有的制造任務，在進步質量的同時減少設計時間，加速產品開發(fā)周期，消除浪費，減少為了完成某項任務所需的資源數(shù)目等，實現(xiàn)主機廠內部、生產線供給商、工裝夾具供給商等的并行工程。數(shù)字化工廠（DF）是企業(yè)數(shù)字化輔助工程新的發(fā)展階段，包括產品開發(fā)數(shù)字化、生產準備數(shù)字化、制造數(shù)字化、管理數(shù)字化、營銷數(shù)字化。除了要對產品開發(fā)過程進行建模與仿真外，還要根據(jù)產品的變化對生產系統(tǒng)的重組和運行進行仿真，使生產系統(tǒng)在投入運行前就了解系統(tǒng)的使用性能，分析其可靠性、經(jīng)濟性、質量、工期等，為生產過程優(yōu)化和網(wǎng)絡制造提供支持。
二、數(shù)字化工廠的關鍵技術
通常研究的制造系統(tǒng)是非線性離散化系統(tǒng)，需要建立產品模型、資源模型制造設備、材料、能源、工夾具、生產人員和制造環(huán)境等、工藝模型工藝規(guī)則、制造路線等以及生產管理模型系統(tǒng)的限制和約束關系。數(shù)字化工廠是建立在模型基礎上的優(yōu)化仿真系統(tǒng)，所數(shù)字化建模技術是數(shù)字化工廠的基礎。隨著虛擬設計技術的發(fā)展，在計算機中進行產品零件的三維造型、裝配分析和數(shù)控加模擬技術以及以上程分析技術不斷發(fā)展和完善，這種技術進一步向制造過程領域發(fā)展。數(shù)字化建模的基礎上，對制造系統(tǒng)進行運動學、動力學、加工能力等各方面進行動態(tài)仿真優(yōu)化。隨著三維造型技術發(fā)展，三維實體造型技術已得到普遍的應用。具有沉浸性的虛擬現(xiàn)實技術，使用戶能身臨其境地感受產品的設計過程和制造過程，使仿真的旁觀者成為虛擬環(huán)境的組成部分。數(shù)字化工，軟件模塊之間以及和其他軟件模塊之間的信息交換和集成。虛擬環(huán)境的下具集、各種數(shù)據(jù)轉換工具、設備控制程序的生成器、各種報表的輸出工具等。
三、數(shù)字化工廠的解決方案
（一）產品研發(fā)的數(shù)字化和虛擬化
數(shù)字化工廠通過使用CAX等軟件，建立產品的邏輯、幾何、功能、性能和關聯(lián)等模型，實現(xiàn)基于模型的產品定義與關聯(lián)設計，在虛擬的數(shù)字世界中完成多學科優(yōu)化、協(xié)同設計、優(yōu)化分析、制造試驗仿真及模擬產品的制造和運營過程（包括虛擬工廠、生產線布局、物流等）。同時，通過PLM與ERP/MES等集成，實現(xiàn)三維模型、數(shù)字化工藝指令等信息向生產現(xiàn)場的推送，并與質量、采購、物流等部門進行共享。各部門依據(jù)這些共享信息即可開展相應的零部件生產、原材料采購、產品驗收和產品確認等工作。
（二）生產過程的精益化和標準化
數(shù)字化工廠是按照精益思想建設的，通過對生產過程進行優(yōu)化整合，并制定相應的標準化操作規(guī)程，確保車間生產節(jié)奏更加緊湊和有序。它使用ERP統(tǒng)一管理和下達生產指令，使用MES和數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對生產計劃調度、物料追蹤、數(shù)據(jù)采集、生產設備狀態(tài)監(jiān)控、工位操作、包裝發(fā)貨等生產運營全過程的管理，并將檢測結果與PLM中設計模型進行快速對比，形成從虛擬產品設計到實際生產制造的閉環(huán)產品質量控制，實現(xiàn)從原料進廠到產品出廠的生產過程自動化、裝備制造信息化和智能化、生產過程的高度透明化。
（三）車間生產的自動化和集成化
數(shù)字化工廠車間生產自動化是在統(tǒng)一通信、統(tǒng)一編程以及統(tǒng)一IT架構的基礎上，通過高運行可靠性和可用性的數(shù)據(jù)鏈路（物聯(lián)網(wǎng)及工業(yè)網(wǎng)等），把生產制造過程中眾多獨立的產品、工具與關聯(lián)的服務進行集成，支持自動化控制、制造執(zhí)行和企業(yè)資源管理等系統(tǒng)的完美整合。并將網(wǎng)絡與通信、傳感器與感知、自動檢測、人機交互與專家系統(tǒng)等智能化技術加入車間制造單元與生產線中，實現(xiàn)系統(tǒng)自優(yōu)化、自重構、自診斷，形成高度的柔性生產方式，達到信息技術和制造技術深度融合的目的，使得高度智能的快速生產成為可能。
四、結束語
綠色和人文是數(shù)字化工廠的重要特征，所以數(shù)字化工廠的建設不僅要求體現(xiàn)數(shù)字化、自動化和智能化元素，還要符合綠色人文的需求。它一方面用自動化設備來減輕人員的體力消耗和精神壓力，以及用持續(xù)的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃來延長員工的工作壽命和工作質量。
參考文獻：
【關鍵字】制造業(yè)數(shù)字化，第三次工業(yè)革命，江蘇
一、第三次工業(yè)革命的新技術解讀
第三次工業(yè)革命的一個重要概念是“制造業(yè)數(shù)字化”。但“制造業(yè)數(shù)字化”不是一個全新的概念，在現(xiàn)今的大批量生產方式下就存在制造業(yè)數(shù)字化。一般來說，設計部門應用支持產品設計和工藝設計的各種圖形庫、數(shù)據(jù)庫和CAD軟件在電腦中產生數(shù)字化產品的圖樣、設計文件和工藝文件，完成產品開發(fā)過程的信息化，這就是產品設計的數(shù)字化。這一方式在現(xiàn)今的制造業(yè)中已經(jīng)被廣泛使用。而第三次工業(yè)革命角度下的“制造業(yè)數(shù)字化”與傳統(tǒng)所說的“制造業(yè)數(shù)字化”在產品設計數(shù)字化這一塊是相同的，它們的區(qū)別在于與產品設計的數(shù)字化結合的制造過程所用生產工具不同。為了顯示區(qū)別，本文把傳統(tǒng)模式下的“制造業(yè)數(shù)字化”稱為“制造業(yè)自動化”，第三次工業(yè)革命下的“制造業(yè)數(shù)字化”稱為“制造業(yè)數(shù)字化”。
（一）“制造業(yè)自動化”的生產工具。在現(xiàn)今的生產模式下，與產品設計的數(shù)字化結合的是精密數(shù)控裝備。具體來說，是將數(shù)字化設計產生的數(shù)字化模型從電腦里導入數(shù)控機床中，機床可以根據(jù)數(shù)字模型把一個復雜的產品按照程序從毛坯加工到成品。這一過程稱之為制造過程的數(shù)字化。這樣的制造業(yè)數(shù)字化仍是傳統(tǒng)模式的制造業(yè)生產方式。即需要先加工零部件再進行組裝。生產成本的降低建立在標準化批量生產的基礎上。 先進制造業(yè)跨國公司通過零部件的標準化、產品模塊化以及在全球構建價值網(wǎng)絡從而降低成本，獲得競爭優(yōu)勢。
（二）“制造業(yè)數(shù)字化”的生產工具。在第三次工業(yè)革命的視角下，與產品設計數(shù)字化結合的是快速成型技術。它不需要模具，也不需要切削打磨等一系列過程。而是通過使用粉末狀原料，逐層疊加塑形進行制造。這樣就大大降低原料用量，大幅降低生產成本。而且這種添加劑型制作流程對規(guī)模要求不高，無需生產線。特別適合個性化定制、小批量制作。 這會大大降低中小型企業(yè)和個人創(chuàng)業(yè)者的進入門檻，生產組織結構可以變得更靈活，更能適應需求的變化。這就帶來了一場新的產業(yè)革命，生產將從大規(guī)模生產線方式再次轉化為“家庭作坊式”的生產，從集中生產轉為分散生產，從標準化制造轉向個性化制造。由此帶來的結果是，市場競爭結構發(fā)生改變。
二、“制造業(yè)數(shù)字化”對江蘇的影響
（一）江蘇要素成本的比較優(yōu)勢可能被削弱。
長久以來，江蘇的經(jīng)濟發(fā)展主要依靠參與國際分工，加入全球價值鏈，以人力資源與環(huán)境的低價提供獲得比較優(yōu)勢來吸引外資。但第三次工業(yè)革命的快速成型技術使得小規(guī)模的分散式生產成為制造業(yè)發(fā)展方向。大規(guī)模生產的比較優(yōu)勢弱化，要素成本的比較優(yōu)勢也就弱化了。
（二）外資回流可能使江蘇省經(jīng)濟發(fā)展喪失部分資本動力。
對外資的引進與利用是江蘇省經(jīng)濟發(fā)展的一個重要動力。但隨著第三次工業(yè)革命的到來，直接從事生產的勞動力會不斷下降，勞動力成本占總成本的比例會越來越小，傳統(tǒng)的以廉價勞動力取勝的制造業(yè)將發(fā)生根本性變化。與此同時，發(fā)達國家擁有新型制造裝備技術和生產能力，重新獲得了在技術密集型和資本密集型方面的比較優(yōu)勢。曾經(jīng)為尋找低成本要素而從發(fā)達國家轉出的制造業(yè)有可能重新回流，制造業(yè)重心向發(fā)達國家偏移，外資會流向發(fā)達國家，參與發(fā)達國家的“再工業(yè)化”。
（三）大型企業(yè)將面臨更大的市場轉型壓力。
第三次工業(yè)革命解決了個性化定制的技術問題。這要求生產者要貼近消費市場，也使得工廠生產轉向個體生產，即創(chuàng)意設計者能夠從網(wǎng)絡上獲取產品設計的程序和模板，并借助快速成型設備，將創(chuàng)意瞬間轉化為個性化產品，使得創(chuàng)新者瞬間轉變?yōu)橹圃煺?，制造業(yè)企業(yè)的主要業(yè)務將是研發(fā)、設計、IT、物流等，主要的環(huán)節(jié)不再是傳統(tǒng)的生產。生產者賣的既是服務，又是產品，分工生產轉向融合生產，制造業(yè)與服務業(yè)之間關系變得越來越密切，產業(yè)邊界漸趨模糊。大型企業(yè)一方面失去了規(guī)模優(yōu)勢，另一方面由于結構龐大，對市場反應的靈敏度也比不上小型新興企業(yè)，在未來的競爭中會處于不利地位。
三、江蘇產業(yè)升級對策
（一）加強研發(fā)、大力推進“制造業(yè)的數(shù)字化”。
新工業(yè)革命的核心是“數(shù)字化”制造，因此擁有新型制造裝備技術和生產能力至關重要。3D打印機現(xiàn)在的應用范圍還不廣，并沒有進入產業(yè)化階段。這是因為3D打印機技術還沒有完全成熟，只能在某些產業(yè)的某些領域內應用，傳統(tǒng)的制造模式目前還是主流。但毫無疑問，3D打印機代表了未來制造業(yè)方向，江蘇一定要把握這個先機，集中精力突破制造業(yè)“數(shù)字化”的關鍵技術，如3D打印機技術、新材料技術，促使制造業(yè)從傳統(tǒng)的自動化走向數(shù)字化。
（二）加強信息平臺建設。
個性化制造的要求生產者擁有對消費者的快速響應能力，實現(xiàn)生產與消費的無縫對接。因此，在制造業(yè)與服務業(yè)的邊界變的模糊，兩種產業(yè)開始融合的未來社會中，信息將扮演越來越重要的作用。江蘇應該以現(xiàn)代信息技術為引領，建立供各類市場主體和獲取各種信息的技術平臺，實現(xiàn)信息交流的暢通，適應第三次工業(yè)革命對市場供給與需求對接的更高要求。
（三）積極開展人才儲備。
第三次工業(yè)革命不僅要求先進制造技術及與其配套的研發(fā)人員能夠站在技術創(chuàng)新的前沿，而且對生產現(xiàn)場的工人提出了由簡單勞動向技能型勞動和知識型勞動提升的要求。江蘇應該適應未來制造業(yè)對人才的新要求，加快開展有利于前沿技術突破的科研體制改革、有利于知識型員工培養(yǎng)的教育體制改革。積極打造人才高地，引進高層次人才，培育適應第三次工業(yè)革命需要的人力資本優(yōu)勢。
參考文獻：
關鍵詞：數(shù)字化；設計；農機；應用
1關于數(shù)字化設計技術
數(shù)字化設計是隨著計算機在各個行業(yè)應用和輔助下而誕生的一門新型技術，因此，數(shù)字化設計技術的核心和發(fā)展，其實是以計算機信息處理技術在數(shù)字領域的升級與應用為依托（如壓縮與編碼）。CAD（計算機輔助設計）就是最早應用在設計與制造行業(yè)中的數(shù)字化技術，而且涵蓋非常廣泛，有效推動了設計技術的應用與升級，也在很大程度上拓寬了數(shù)字化設計技術的應用領域。[1]數(shù)字化設計技術的關鍵是以打造呈現(xiàn)產品形態(tài)的信息平臺為基準，借此生成以計算機為核心的數(shù)字化模型，然后再將其滲透到產品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，從而實現(xiàn)不需要再借助實物模型就可以完成產品開發(fā)的目標。其核心優(yōu)勢主要體現(xiàn)在如下幾個方面。
1.1優(yōu)化設計的實用性與消解缺陷
不同的設計環(huán)節(jié)，會對產品生出不一樣的定義，具有很大的不確定性；而且各個類型的定義模塊在彼此轉化時，非常容易造成數(shù)據(jù)的流失。這就造成數(shù)字化設計會形成定義產品的單一模型，但這種單一性會隨著信息密集程度的改變而導致產品模型也隨之發(fā)生轉化，如全信息化模型和集成類產品模型的差別。對數(shù)字化設計而言，這其實是一種有效的技術輔助，從而讓設計更具針對性與有效性。但同時，因為數(shù)字化設計的概念還是過于抽象，所以會在制造環(huán)節(jié)存有不足之處,需要反復修改和測試。這會加大成本的耗損，并拉長了產品上市的時間。為此，需要在制造實物模型之前，先進行大量且有效的仿真分析與測試，不斷消解設計缺陷。
1.2優(yōu)化數(shù)字化設計合作
對于所有的設計工作者而言，一個產品項目的設計與開發(fā)，必須結合不同小組的特色與優(yōu)勢來進行科學化的分工協(xié)作。唯有這樣，才能實現(xiàn)技術優(yōu)勢的全面整合，共同搭建出更加完善和具有可行性的數(shù)字化制造模型，以此提高設計和開發(fā)的效率。
1.3減少對實物模型的依賴
數(shù)字化技術的應用，讓設計越來越脫離了對實物模型的依賴，并且可以通過仿真技術的不斷測試和分析，將設計中存在的缺陷盡可能地剔除，從而達到制作出與設計要求最匹配的實物模型。這將大大縮減產品的開發(fā)成本，提高設計的成功率與效率。
2數(shù)字化設計技術在農業(yè)機械設計中的應用
2.1行業(yè)競爭推動數(shù)字化技術的普及
隨著社會的進步與發(fā)展，農業(yè)機械設計越來越希望讓消費者具備更多的選擇性。因此應用創(chuàng)新和減少故障發(fā)生率，成為優(yōu)化農業(yè)機械產品設計的必經(jīng)之路。為了降低常見故障的發(fā)生，在設計時就必須采取相應的改進方法，并提前進行仿真推演與測試，一旦驗證了改進方法的有效性，就能將制造與生產環(huán)節(jié)的成本納入可控范圍，極大地增強了企業(yè)在同類農業(yè)機械產品中的競爭力。于是更多的農業(yè)機械制造企業(yè)為了贏得市場，就會加大在設計環(huán)節(jié)的創(chuàng)新投入來獲取消費者的認可。農業(yè)機械行業(yè)采用以數(shù)字化技術為支撐的決策模式，相繼開發(fā)出了知識型數(shù)據(jù)庫，進一步加大了整個行業(yè)對數(shù)字化設計技術的應用程度。
2.2在普及中優(yōu)化了虛擬化現(xiàn)實技術
數(shù)字化技術應用的普及和升級，加快了農業(yè)機械產品設計向虛擬化現(xiàn)實技術的轉化，并通過融入和吸收諸如多媒體與3D圖形新形態(tài)，讓設計者在進行產品設計時擁有了更為真實的多維體驗，也讓用戶能對產品的性能有了更具體的視覺感受，極大地優(yōu)化了產品性能和提高了上市成功的概率。特別對于農業(yè)機械這種相對復雜的產品，設計意圖與應用效果之間會存在很大的差距。虛擬化現(xiàn)實技術的出現(xiàn)，不僅有效解決了農業(yè)機械的設計與應用兩個環(huán)節(jié)無法實現(xiàn)無縫對接的難題,而且優(yōu)化了針對農業(yè)機械的設計周期長、內部結構復雜等問題的處理辦法，讓農業(yè)機械的產品性能通過模擬性應用來進行驗證，然后再根據(jù)驗證情況著手進行改進。在設計目標完成后，便可讓目標用戶來對產品結構和性能進行模擬應用評估，并從他們口中得到最有效的反饋建議，使產品在上市后就能獲得用戶的極大認可。目前農業(yè)機械設計，首先是借助CAD系統(tǒng)形成模型，再將其導入虛擬環(huán)境中，以此提高設計的可視化程度。其次是利用VR-CAD（虛擬現(xiàn)實-計算機輔助設計）系統(tǒng)幫助設計者在虛擬化的環(huán)境中進行設計。但我國在虛擬化技術層面的研究還處于相對滯后的階段，仍需對更為系統(tǒng)和完善的研究理論與應用方案進行深入探索。
2.3加強數(shù)字化設計的協(xié)同性
農業(yè)機械生產企業(yè)既要參與市場競爭，同時又要實現(xiàn)跨企業(yè)的協(xié)同合作，以滿足客戶越來越個性化的定制需求。因此協(xié)同化設計同樣成為農機企業(yè)生存與發(fā)展的重要經(jīng)營手段，并可能成為整個行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的重要方向。為了從浩瀚的技術信息與零件資源中找到有效的資訊，就必須對搜索技術加以優(yōu)化。比如某個服務器存儲了上百萬的零件信息，而且還在不斷成級數(shù)增加。農機企業(yè)在進行新產品設計時，就要對需要的零部件的參數(shù)和性能進行搜索，并且探討怎樣才能匹配到有效的供應商客戶端。隨著數(shù)字化設計技術在農業(yè)機械領域應用影響的不斷擴大，設計者、供應商與制造商之間，必須在設計端就要開展深入的協(xié)同合作，才能借助各自的資源與軟件技術優(yōu)勢，實現(xiàn)新型農業(yè)機械產品的不斷升級，并從設計和制造兩個環(huán)節(jié)不斷提升產品的國際競爭力和生產效率，并確保達到最佳的制造品質。
3農業(yè)機械數(shù)字化設計技術的創(chuàng)新之處
農業(yè)機械本身屬于制造業(yè)的范疇，產品種類齊全且復雜，優(yōu)勢是國內外的市場需求體量非常巨大。近年來，我國企業(yè)將數(shù)字化技術應用于大型農業(yè)機械的研究與開發(fā)，其力度越來越大。通過引進更多的工程技術和仿真技術來對產品性能進行設計和檢測，希望能借此不斷優(yōu)化產品結構和性能。對今后的研發(fā)趨勢應多關注如下幾個重點。
3.1強化產品的創(chuàng)新思維
以往產品創(chuàng)新只是針對少數(shù)用戶，根據(jù)他們的需求對產品原有技術做一些優(yōu)化，在局部功能上改善和某些實用操作上升級，進而滿足他們的需求。而今后的農業(yè)機械設計將更加重視產品的原始創(chuàng)意設計，將以克服人們農藝作業(yè)上的困難和滿足人們對生產力提升的需求（含潛在的需求）為創(chuàng)新點，通過對某一需求市場的分析，并在得到評估和確認后進入到技術層面的匹配性論證，然后對具體產品設計中的各種難題逐一篩選與解除，進而切入到制造環(huán)節(jié)各種元件的經(jīng)濟技術指標的分析、供應商設備和配件的優(yōu)選和確認，以及更細化的加工流程的取舍和確認。
1引言
隨著全球經(jīng)濟一體化的進程加快以及信息技術的迅猛發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)環(huán)境發(fā)生了重大的變化。與此同時，現(xiàn)代制造業(yè)隨之出現(xiàn)了適應這種發(fā)展的新模式和新哲理，其核心在于：在制造企業(yè)中全面推行數(shù)字設計與制造技術，通過在產品全生命周期中的各個環(huán)節(jié)普及與深化計算機輔助技術，系統(tǒng)及集成技術的應用，促進傳統(tǒng)機械產業(yè)在各方面的技術革新，使企業(yè)的設計、制造、管理技術水平全面提升，在全球市場競爭環(huán)境中生存發(fā)展并不斷地擴大其競爭優(yōu)勢。
2？數(shù)字化設計的概念
“數(shù)字化”是指信息（計算機）領域的數(shù)字（二進制）技術向人類生活各個領域全面推進的過程?！皵?shù)字化設計與制造技術”是指利用計算機軟硬件及網(wǎng)絡環(huán)境，實現(xiàn)產品開發(fā)全過程的一種技術，即在網(wǎng)絡和計算機輔助下通過產品數(shù)據(jù)模型，全面模擬產品的設計、分析、裝配、制造等過程。數(shù)字化設計與制造不僅貫穿企業(yè)生產的全過程，而且涉及企業(yè)的設備布置、物流物料、生產計劃、成本分析等多個方面。數(shù)字化設計與制造技術的應用可以大大提高農業(yè)機械產品開發(fā)能力、縮短產品研制周期、降低開發(fā)成本、實現(xiàn)最佳設計目標和企業(yè)間的協(xié)作，使企業(yè)能在最短時間內組織全球范圍的設計制造資源共同開發(fā)出新產品，大大提高企業(yè)的競爭能力。
3？機械產品領域的數(shù)字化設計
3.1機械產品數(shù)字化設計的一般過程
機械產品的數(shù)字化設計形象直觀，干涉檢查、強度分析、動態(tài)模擬、優(yōu)化設計、外觀及色彩設計等采用數(shù)字樣機實現(xiàn)，設計錯誤少，設計周期短、成本低。
（1）總體方案設計是根據(jù)希望達到的目的或應實現(xiàn)的功能，考慮已知約束，進行機械產品的全局設計，構思形成比較完善的設計方案。
（2）建立參數(shù)化運動模型是指進行機械各部分的具體設計，首先確定各零件的形狀、結構、尺寸和公差等，并在計算機上進行參數(shù)化建模。
（3）虛擬裝配是通過裝配模塊完成各零件的組裝，形成整機。裝配是運動仿真的前提保障，裝配關系的正確與否直接影響著運動仿真的結果，裝配前首先要確定運動的各構件以及各構件之間的運動副。確定好各構件及各構件之間的運動副之后，即可通過選擇構件和運動副組成機構，最后由各機構組成整機，并為仿真做準備。
3.2機械產品數(shù)字化設計的主要技術
機械產品的數(shù)字化設計與制造技術集成了現(xiàn)代設計制造過程中的多項先進技術，包括三維建模、裝配分析、優(yōu)化設計、系統(tǒng)集成、產品信息管理、虛擬設計與制造、多媒體和網(wǎng)絡通訊等，是一項多學科的綜合技術。其核心技術主要有：
（1）CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM。CAD/CAE/CAPP/CAM分別是計算機輔助設計、計算機輔助工程、計算機輔助工藝過程設計和計算機輔助制造的英文縮寫，它們是制造業(yè)信息化中數(shù)字化設計與制造技術的核心，是實現(xiàn)計算機輔助產品開發(fā)的主要工具。PDM技術集成是管理與產品有關的信息、過程及人與組織，實現(xiàn)分布環(huán)境中的數(shù)據(jù)共享，為異構計算機環(huán)境提供了集成應用平臺，從而支持CAD/CAPP/CAM/CAE系統(tǒng)過程的實現(xiàn)？。
（2）異地、協(xié)同設計。在因特網(wǎng)和企業(yè)內部網(wǎng)的環(huán)境中，進行產品定義與建模、產品分析與設計、產品數(shù)據(jù)管理及產品數(shù)據(jù)交換等，異地、協(xié)同設計系統(tǒng)在網(wǎng)絡設計環(huán)境下為多人、異地實施產品協(xié)同開發(fā)提供支持工具。
（3）基于知識的設計。將產品設計過程中需要用到的各類知識、資源和工具融到基于知識的設計系統(tǒng)之中，支持產品的設計過程，是實現(xiàn)產品創(chuàng)新開發(fā)的重要工具。
（4）虛擬設計、虛擬制造。綜合利用建模、分析、仿真以及虛擬現(xiàn)實等技術和工具，在網(wǎng)絡支持下，采用群組協(xié)同工作，實現(xiàn)產品設計、制造的本質過程，包括產品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗，并進行過程管理與控制等。
（5）綠色設計。是面向環(huán)保的設計，包括支持資源和能源的優(yōu)化利用、污染的防止和處理、資源的回收再利用和廢棄物處理等諸多環(huán)節(jié)的設計。
4機械產品數(shù)字化設計的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
機械產品門類廣，種類多，市場需求潛力巨大。目前，我國機械領域的數(shù)字化程度在具體行業(yè)中存在較大差距。如農機企業(yè)普遍采用傳統(tǒng)設計方法，在應用現(xiàn)代設計方法上遠遠落后于航天、汽車等其他行業(yè)，農機企業(yè)之間重復型設計多，企業(yè)信息資源利用率低。
同時，在同一行業(yè)的不同企業(yè)中，產品的數(shù)字化也有一定程度差別。雖然有些企業(yè)具備一般制造業(yè)運用CAD技術的能力，且已達到一定的水平，但由于技術儲備、裝備水平以及新產品的研發(fā)能力等方面相對落后，三維CAD軟件在機械制造企業(yè)中的應用還不夠普遍。盡管有些領先的企業(yè)已經(jīng)探討“數(shù)字樣機”、“并行工程”、“虛擬仿真”等前沿課題，但總體來說離大規(guī)模推廣應用還有很大距離。再次，機械產品的整體技術水平、質量、生產規(guī)模、企業(yè)素質與發(fā)達國家相比差距也很大，特別是新產品品種不多，發(fā)展滯后，可靠性、使用壽命滿足不了用戶要求。
【關鍵詞】農業(yè)機械；數(shù)字化設計；制造；技術
1數(shù)字化技術的內涵和特點
對于數(shù)字化的設計技術來說，它有著多個方面的特點。首先，數(shù)字化的設計技術有著統(tǒng)一化的產品定義模型，因此在各個行業(yè)當中它的應用比較廣闊；其次，對于數(shù)字化設計技術來說，它可以開展并行設計。同一個項目可以有多個小組來進行聯(lián)合的操作，在這樣的情況下，不僅使得工作的效率得到提高，也能夠使得它的質量得到保障；最后，數(shù)字化設計技術對于實物模型的依賴程度比較低，特別是在開展計算機技術仿真處理的時候，和傳統(tǒng)的設計技術比起來，它的工作效率非常高，同時也能夠有效地降低設計成本[1]。
2農業(yè)機械設計領域的特點
2.1結構類型多、型號多。在農業(yè)機械設計領域當中，農業(yè)機械的結構類型和型號比較多，例如，在對播種機進行設計的時候，需要根據(jù)所播種的農產品物種和農業(yè)的特點來進行劃分，常見的機械類型有條播機、穴播機和精密播種機等。如果從這些機械的作業(yè)寬度和配套的動力角度出發(fā)，又可以分為單體、2行、4行等播種機[2]。2.2功能結構穩(wěn)定，復雜程度低。對農業(yè)機械來說，它們的功能結構一般都比較穩(wěn)定，同時整體的復雜程度都不高。以播種機為例，在組成上，它一般都會有機架、地輪和傳動系統(tǒng)等。此外，不同型號的播種機，它們本身所使用的部件的類型和它們的結構參數(shù)也會有著一定的差異性，但是它們最終的產品功能都是相同的。2.3農業(yè)機械試驗受季節(jié)影響性大。對于農業(yè)的機械來說，它們在設計之后需要開展相關的試驗工作，但是在試驗工作開展的時候會受到季節(jié)性的影響，因此對于農業(yè)機械進行研發(fā)所需要的周期比較長。
3農業(yè)機械設計中數(shù)字化設計記住和制造技術的應用
3.1在農業(yè)機械設計中引入虛擬技術。虛擬技術是一種可以創(chuàng)建并且真實體現(xiàn)虛擬環(huán)境的一個計算機仿真系統(tǒng)，對于虛擬技術來說，它對多種技術進行了綜合，例如：網(wǎng)絡技術、計算機仿真技術和三維圖像技術等。隨著經(jīng)濟和社會的不斷發(fā)展，在市場競爭日益激烈的背景之下，用戶的需求會越來越趨向于個性化和特色化。在這樣的背景下，利用虛擬現(xiàn)實技術在農業(yè)機械的設計中發(fā)揮作用，可以使得產品的設計和后續(xù)的制造成本得到有效的降低，并且也使得產品在設計和研發(fā)的周期上得到剪短，在最大程度上滿足了用戶對高質量低成本產品的需求。在農業(yè)機械設計中引入虛擬技術已經(jīng)成為了一種大勢所趨，其主要在虛擬設計環(huán)節(jié)上發(fā)揮出作用。虛擬設計本身就是使用虛擬技術在產品的開發(fā)設計中進行運用和輔助，簡單來說，就是設計人員首先設計出一個虛擬的農業(yè)機械產品，然后利用系統(tǒng)和各種各樣的技術手段，對這一個虛擬所得到的農業(yè)機械產品進行各方面的研究、檢查和分析工作。通過這樣的方式可以幫助人們對產品是否滿足農業(yè)生產設計的需求來進行檢驗，同時也可以及時的發(fā)現(xiàn)產品中存在的問題和缺陷，開展各方面的修改工作。對于在機械設計中應用的虛擬設計系統(tǒng)來說，它主要有兩個部分，一個部分就是虛擬設計系統(tǒng)的主體，這個主體，它是由虛擬環(huán)境生存下來構成的。另外一個部分則是一個的設備，這個的設備是非常多樣化的有數(shù)據(jù)的傳輸裝置，也有信號的控制裝置，更有人機進行交互的各種各樣的工具等等。在這些部件和系統(tǒng)的幫助之下，可以大大節(jié)省機械設計的周期，提升效果。3.2實現(xiàn)產品的設計和制造協(xié)同。對于農業(yè)機械的設計和制造來說，它是一個聯(lián)動的過程，在傳統(tǒng)的設計方式當中，設計和制造環(huán)節(jié)的脫節(jié)現(xiàn)象比較嚴重，從而使得一些比較好的設計概念沒有辦法在現(xiàn)實中得到實現(xiàn)，并且最終發(fā)揮作用，推動農業(yè)生產的進行?；谶@樣的弊端，在未來的數(shù)字化設計技術的應用過程當中，會更多的對農業(yè)機械產品的設計和制造階段的協(xié)同化進行實現(xiàn)。在二者的協(xié)同之后可以使得機械設計能夠得到優(yōu)化，并且這樣的優(yōu)化是比較及時的有效的，使得需要花費的費用得到降低，縮短整個設計和制造的周期。對機械產品的設計和制造環(huán)節(jié)進行兼顧的協(xié)同化設計，是數(shù)字化技術的一種集成式應用，也是推動設計效果能夠得到最優(yōu)化直觀呈現(xiàn)的有效措施，將會成為未來農業(yè)機械設計制造的主要發(fā)展方向。3.3加強設計的創(chuàng)新。對于農業(yè)機械的設計和制造來說，創(chuàng)新是一個永遠都不變的真理，也是技術生存的根本，特別是在數(shù)字化設計技術當中，創(chuàng)新是非常關鍵的一個生命力所在。對于數(shù)字化設計技術來說，它在農業(yè)機械設計中的應用會伴隨著時間的流逝出現(xiàn)一定的變化和調整，并且在這變換和調整的過程中會出現(xiàn)一些新的問題，在這樣的情況下，這就要對本身的技術進行創(chuàng)新，從而才能夠使得農業(yè)機械設計的科學性和前沿性得到呈現(xiàn)[2]。此外，對于農業(yè)機械設計來說，它會朝著越來越高的標準進行發(fā)展，因此也需要數(shù)字化的設計技術對自身的標準進行不斷的提升。對新技術的應用，在整個應用的過程當中，要加強理念和技術的創(chuàng)新，同時以新的理念來實現(xiàn)技術的探究和改革，最終提升整體介紹發(fā)展的前景，也推動農業(yè)機械設計的水平得到有效的提高。
4結語
綜上所述，數(shù)字化的設計技術是未來機械設計的一個最主要應用技術，它在農業(yè)機械設計中的使用可以使得設計水平得到有效的提升。根據(jù)未來農業(yè)的發(fā)展需求以及數(shù)字化設計技術本身的發(fā)展需要，今后在開展農業(yè)機械設計的時候會加強虛擬技術、產品設計和制造協(xié)同和技術創(chuàng)新等方面的發(fā)展，從而使得數(shù)字化設計技術可以更好地在農業(yè)機械設計中進行應用。
作者:方更新 單位:福建漳浦縣赤湖鎮(zhèn)政
參考文獻
摘要：
隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，科學技術水平的日益提高，我國制造業(yè)發(fā)展水平也日益凸出，其中，飛機制造水平已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。飛機裝配型架作為飛機制造水平的關鍵指標，在整個飛機研制過程中起著相當重要的作用，其設計結構決定了工裝制造的周期與費用，進而影響著飛機研制的成本和周期，同時也對產品裝配的準確度與協(xié)調性起著決定性作用，最終影響飛機制造的整體質量。
關鍵詞：
飛機裝配；型架設計；模塊化設計
飛機裝配主要是通過將產品零件結合相關的設計要求和技術指標進行組裝，最終形成裝配件和整機的過程，其產品尺寸、零件數(shù)量及形狀復雜程度等影響著飛機的制造工作量，所以對機裝配技術的提高越來越得到飛機制造商的廣泛關注。由機零件制造和裝配精度都有很高的要求，制造和裝配過程中的難度很大，裝配型架作為飛機裝配必要的工藝裝備，在保證飛機質量穩(wěn)定性和可靠性等方面需要進行嚴格的要求，飛機制造質量與裝配型架的設計和制造過程息息相關，而且是把握產品質量的唯一尺度，直接影響著產品制造和裝配的精度，所以本文對飛機裝配型架模塊化設計相關技術的研究分析具有重要的現(xiàn)實意義[1][2]。
1傳統(tǒng)型架的設計方法
對于傳統(tǒng)型架的設計方法，通?？梢苑譃樵O計前期準備工作、方案設計、詳細設計和最終設計等四個階段。工裝設計人員還應結合以往的設計經(jīng)驗和具體要求對工裝的強度和剛度進行校核，在保證工裝功能的同時還要盡可能的節(jié)約材料，確保產品裝配的協(xié)調性。對于前期準備工作，主要包括熟悉產品圖紙等設計資料，了解工藝方案和裝配方案，考慮是否采用標準工裝和模線樣板作為協(xié)調依據(jù)，以保證產品的制造精度和互換協(xié)調性。在裝配型架結構方面通常采用剛性結構，每套型架只用于一個裝配對象，所以飛機制造過程中裝配型架的數(shù)量很多。型架上安裝有多個定位器，以保證產品裝配的精度和結構的穩(wěn)定性。通常而言，飛機的研制周期需要占飛機研制周期的一半以上，因而，裝配型架對縮短整個產品的研制周期具有重要意義[3]。在產品設計完成后，都希望飛機生產用工裝能夠快速投入使用，而對于型架的結構數(shù)據(jù)，又需要標準樣件和模線樣板協(xié)調。傳統(tǒng)的型架設計通常在產品設計完成后才進行，采用串行的設計制造方法，大大延長了整個工裝的研制周期。
2現(xiàn)代裝配型架設計的新技術
隨著科技的快速發(fā)展，市場競爭的日益激烈，各國在航空制造領域都取得了快速的發(fā)展，傳統(tǒng)的型架設計方法在成本、質量、周期、環(huán)保、服務等方面已經(jīng)無法滿足市場發(fā)展的要求，設計師通過不斷研究新的設計方法和工具來提高工裝技術水平，減少制造周期和成本，其中，并行設計方法使得產品設計的工藝性得到了很大提高，也大大縮短了工裝設計周期，智能設計系統(tǒng)和有限元分析使零件和組合件的設計達到了很高的精度，優(yōu)化了裝配型架的結構。
2.1飛機結構和工裝的并行設計方法
工裝和產品并行設計的一個基本思路是改變傳統(tǒng)的工裝結構，將其劃分為獨立于產品設計數(shù)據(jù)或只需要基本數(shù)據(jù)的標準結構和依賴于最終產品數(shù)據(jù)的專用結構兩部分[4]。裝配型架的標準結構部分主要有立柱、底座、輔助支撐等，標準結構尺寸相對較大，需用專用大型加工設備，制造周期長。專用部分主要有卡板、接頭定位件等，專用件一般尺寸較小，設計、制造周期短，不需要專門的大型專用設備。因此，在產品設計的初期就可以進行工裝標準結構件的設計與制造，當產品最終版本發(fā)放后，只需設計制造專用結構就可以進行型架裝配了。
2.2裝配型架的柔性設計方法
柔性裝配工裝是基于產品數(shù)字量尺寸協(xié)調體系的、可重組的模塊化、自動化裝配工裝系統(tǒng)。提高工藝裝備“柔性”的方式有三種，一是拼裝型架方式，用標準化、系列化的型架元件來拼裝型架，實現(xiàn)工裝快速設計與制造；二是可卸定位件方式，即型架骨架基本不變，而分布于骨架上的定位器做成可拆卸的，當產品對象發(fā)生變化時，只需要更換定位器；三是通過數(shù)字化技術、模塊化結構和自動控制技術，使工裝具有快速重構調整的能力，一臺工裝可以用于多個產品的裝配[5]。柔性工裝的快速重構功能使飛機工裝的設計制造等準備周期大大縮短，同時其“一架多用”的功能大幅減少工裝數(shù)量及占地面積，具有很好的經(jīng)濟效益。
2.3裝配型架的內定位裝配設計方法
所謂內定位裝配設計方法，指的是在剛性較好的骨架零件上預先制出坐標定位孔，裝配時在裝配型架中以骨架零件上的坐標定位孔按相應定位器進行定位的一種方法。裝配型架結構設計可以大量采用孔定位件。在剛性好的結構件上，直接利用結構孔定位或者事先在結構件上留取工藝孔。此外，型架的整體結構可以采用多支點可調支撐形式，以便將地基的不均勻變形對裝配型架精度的影響限制在局部范圍內。這是一種“以動制動”的制約方式，型架結構也變得輕巧，焊接框架的截面尺寸普遍減小。另外，采用多支點可調支撐給吊裝、搬運帶來很大的方便。
2.4裝配型架的數(shù)字化設計方法
裝配型架的數(shù)字化包括數(shù)字化設計、數(shù)字化制造和數(shù)字化檢測。型架的數(shù)字化設計是指在三維環(huán)境下，進行型架結構的零組件設計和數(shù)字化預裝配。數(shù)字化制造是應用數(shù)字化設計的工裝模型，采用數(shù)字化加工設備，對工裝的關鍵特征型面、互換協(xié)調交點等進行加工和裝配。數(shù)字化檢測則是采用數(shù)字化測量設備對型架進行檢驗測量[6]。裝配工裝采用數(shù)字化設計，是依據(jù)產品外形數(shù)模和結構模型，利用設計軟件在計算機上進行工裝三維模型的數(shù)字化定義，應用有限元軟件進行工裝剛度強度校核，應用仿真軟件對產品裝配過程進行模擬，從而避免工裝結構剛性不足或剛性過剩，消除工裝結構與產品的干涉以及裝配不協(xié)調問題。
2.5裝配型架的模塊化設計方法
型架的模塊化設計是基于工裝設計的各種數(shù)據(jù)庫的建立和完善，包括標準件庫，工藝數(shù)據(jù)庫，工裝典型結構庫，參數(shù)化模型等。模塊化設計對提高工裝設計效率是一條簡單而有效的途徑。此外，針對所使用的設計軟件開發(fā)輔助設計工具，將設計師從繁瑣的操作和重復勞動中解放出來，對提高設計效率也是非常有效的。在數(shù)據(jù)庫的開發(fā)過程中，應充分考慮目前工裝設計的主流平臺，使不同的系統(tǒng)能夠互相無縫連接。
參考文獻:
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[2]劉平,魏瑩,邱燕平.現(xiàn)代飛機裝配型架設計新技術[J].洪都科技,2007(3):17-21.
[3]鄒仁珍.飛機裝配型架設計約束求解技術研究與實現(xiàn)[D].南京:南京航空航天大學,2009.
[4]叢培源.數(shù)字化測量技術在型架裝配中的應用研究[D].杭州:浙江大學,2015.
[5]張云華.飛機壁板裝配柔性工裝設計與優(yōu)化技術研究[D].沈陽:沈陽航空航天大學,2014.
關鍵詞：軍工企業(yè);數(shù)字化;制造系統(tǒng);方案;MBD
中圖分類號：TJ08;TP18 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）02-0039-02
1 軍工企業(yè)制造系統(tǒng)信息化應用的現(xiàn)狀
本文從工藝技術、生產管理和生產車間三個層面對軍工企業(yè)制造系統(tǒng)的信息化應用現(xiàn)狀進行簡要的分析。
1.1 工藝技術及制造業(yè)務
在軍工產品的加工制造，特別是工藝技術對三維設計模型的承接方面，目前還是一個瓶頸，設計與工藝之間還存在數(shù)據(jù)斷層;當前絕大部分企業(yè)生產制造均是根據(jù)二維設計圖紙，利用CAPP、PDM等工具進行二維工藝設計，根據(jù)現(xiàn)場加工需要臨時建立模型進行加工仿真、裝配仿真，產品設計信息多次轉換、傳遞緩慢，導致生產準備時間長，且無法實現(xiàn)從設計到工藝、從工藝到制造的快速推進。
1.2 生產管理業(yè)務
軍工企業(yè)現(xiàn)有生產管理業(yè)務主要涉及生產計劃管理、現(xiàn)場管理、物資管理、質量管理等系統(tǒng)，部分優(yōu)秀企業(yè)已基本建立了精益生產協(xié)同管理體系，打通了從生產計劃到現(xiàn)場執(zhí)行、質量檢驗、產品交付這一主價值鏈，但是該系統(tǒng)在生產策劃、運營管控、生產準備、生產成本和生產現(xiàn)場管理方面存在不足，并且系統(tǒng)側重于部門職能的實現(xiàn)，流程化管控較弱。
1.3 生產車間
經(jīng)過近幾年的信息化建設，各軍工企業(yè)生產車間的信息化應用水平普遍有了較大提升，各類計算機和數(shù)控設備終端全部實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)工作，MES系統(tǒng)的應用使計劃下達、任務跟蹤、工時統(tǒng)計等生產管理業(yè)務實現(xiàn)了信息化，DNC/CAM/CAE系統(tǒng)的應用使數(shù)控機床的部分功能實現(xiàn)了數(shù)字化，但生產車間目前的應用水平和數(shù)字化分廠的標準還相距甚遠。
2 軍工企業(yè)數(shù)字化制造系統(tǒng)構想
2.1 總體目標
通過構建數(shù)字化制造系統(tǒng)，將我國軍工企業(yè)武器裝備的研制水平提升至我國制造業(yè)先進行列，同時大幅縮短產品的研制周期，降低研制成本。
2.2 框架組成
本文在綜合考慮武器裝備的研制特點、軍工企業(yè)的信息化應用現(xiàn)狀、數(shù)字化制造發(fā)展趨勢等因素的基礎上，提出了構建軍工企業(yè)的數(shù)字化制造系統(tǒng)，主要包括數(shù)字化工藝設計平臺、精益生產協(xié)同管理平臺和數(shù)字化制造單元三大部分，框架的組成示意圖如圖1所示。
3 軍工企業(yè)數(shù)字化制造系統(tǒng)的推進方案
3.1 實現(xiàn)數(shù)字化條件下的產品制造
主要實現(xiàn)六大功能，分別是：
①設計制造的緊密高效協(xié)同。
②數(shù)字化可制造性審查。
③基于全三維數(shù)字量傳遞。
④零件精確加工的數(shù)字化應用。
⑤裝配過程仿真。
⑥在線檢測技術的應用。
主要從建立基于MBD的數(shù)字化制造模式、完善PDM系統(tǒng)在武器裝備制造過程的應用和實現(xiàn)裝配過程數(shù)字化仿真三個層面進行推進。
3.1.1 建立基于MBD的數(shù)字化制造模式
武器裝備的研制過程主要經(jīng)歷產品設計、工藝設計、工裝設計、產品制造和檢驗檢測等五個環(huán)節(jié)。新一代武器裝備設計部分已采用了MBD（Model Based Definition，基于模型的定義）技術，為滿足新一代武器裝備及未來軍工產品的工藝承接和快速交付，以及對產品可靠性、安全性、可測試性、可維護性等使用要求，有必要建立基于MBD模型的數(shù)字化制造流程。
3.1.2 完善PDM系統(tǒng)在武器裝備制造過程的應用
近年來，依托新一代武器裝備的研制，PDM系統(tǒng)在軍工企業(yè)開始逐步進行應用，但我們的應用規(guī)模、應用水平等與歐美先進企業(yè)仍存在較大的差距，不能有效支持新一代武器裝備的研制生產。面對我國未來武器裝備研制對數(shù)字化技術的要求，借鑒PDM技術在國內外武器裝備產業(yè)成功應用經(jīng)驗和軍工企業(yè)制造系統(tǒng)的特點，完善軍工企業(yè)基于PDM的武器裝備制造系統(tǒng)平臺，重點實現(xiàn)產品工藝數(shù)字化設計方面的應用。
3.1.3 實現(xiàn)裝配過程數(shù)字化仿真
在裝配車間引入三維數(shù)字化仿真技術，它是在軟件虛擬裝配環(huán)境中，調入產品三維數(shù)模、資源三維數(shù)模和設計的裝配工藝過程，通過軟件模擬完成零件、組件、成品等數(shù)模上架、定位、裝夾、裝配（連接）、下架等工序的虛擬操作，實現(xiàn)產品裝配過程和拆卸過程的三維動態(tài)仿真，驗證工藝設計的準確度，以發(fā)現(xiàn)裝配過程工藝設計中的錯誤;仿真是一個反復迭代的過程，不斷地調整工藝設計，不斷地仿真，直到得到最優(yōu)的方案。
3.2 建立面向供應鏈的精益生產協(xié)同管理平臺
基于用戶訂單管理，融入精益生產的管理思想和理念，對“用戶訂單―生產計劃―物資采購―制造執(zhí)行―質量檢驗―產品交付―銷售回款”等生產核心價值鏈全過程進行有效管理，建立面向供應鏈的精益生產協(xié)同管理平臺。協(xié)同管理平臺主要涵蓋了生產計劃、生產準備、生產管控、成本管理和質量管理五個系統(tǒng)。
3.2.1 生產計劃管理系統(tǒng)
建立基于信息化的生產計劃管理系統(tǒng)：面向生產的計劃業(yè)務過程，采用PDCA循環(huán)的方法搭建基于信息化的生產計劃管控結構，通過制定生產計劃、執(zhí)行生產計劃、檢查計劃執(zhí)行和問題處理四個過程實現(xiàn)對生產整個計劃的管理和控制。從而一方面實現(xiàn)軍工企業(yè)生產計劃管理的統(tǒng)一和閉環(huán)，另一方面形成科學的計劃節(jié)拍，實現(xiàn)準時化生產。
3.2.2 生產準備管理系統(tǒng)
主要包括物資供應管理和工裝管理兩大業(yè)務。通過ERP系統(tǒng)的進一步完善，實現(xiàn)采購計劃編制、供應商選擇及評價、采購管理、合同簽訂、評審及執(zhí)行等物資業(yè)務全過程的信息化，消除信息流和物流之間的障礙，從而提高整個物資供應過程的效率，使物資供應環(huán)節(jié)更好地服務于生產。通過實施全面的工裝管理，使工裝申請、設計、更改、投產、狀態(tài)監(jiān)控、報廢等業(yè)務的實現(xiàn)全生命周期管理;建立軍工企業(yè)統(tǒng)一的工裝信息庫，基于三維模型實現(xiàn)產品設計、工裝設計以及工藝設計的并行進行，同時將三維工裝模型及其幾何、加工能力等參數(shù)信息關聯(lián)到數(shù)控編程過程中。
3.2.3 生產運營管控中心
借鑒平衡計分卡思想，覆蓋“計劃、工藝、制造、質量、財務”等各主要生產，以面向流程和問題管控為主動力，利用系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)可視化等信息化技術，建立由計劃部門主導、多部門參與的生產運營管控中心，實時監(jiān)控生產主價值鏈流程的運行狀況，推進企業(yè)制造能力建設，促進生產流程的優(yōu)化，從而達到提升企業(yè)“價值目標與客戶評價”的目的。
3.2.4 基于信息化的成本管理系統(tǒng)
利用ERP等軟件工具建立成本管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對產品標準成本的管理和實際成本的自動歸集，進行成本統(tǒng)計及分析，比較標準成本與實際成本揭示成本差異，建立成本預算、核算及過程控制的關聯(lián)。生產成本管理子系統(tǒng)與全面預算管理系統(tǒng)、人力資源系統(tǒng)集成，實現(xiàn)動力燃料、固定資產折舊和人工費用等信息的傳遞，同時實現(xiàn)對產成品或零組件實際成本的自動計算。
3.2.5 質量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)
建立面向產品追溯性的質量數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，進一步完善包括現(xiàn)場質量檢驗、不合格品流程審理、計量器具檢定、理化試驗委托、外場排故、質量體系審核、質量成本匯總和質量信息上報等功能模塊，實現(xiàn)對型號產品質量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，從而使生產質量管理工作更加規(guī)范化、程序化，提高其處理工作的速度和準確性，也便于動態(tài)查詢，提高決策水平。
3.3 建設數(shù)字化車間
3.3.1 建立基于信息化的車間計劃管理模式
①建立裝配需求拉動生產的計劃管理模式。改變當前計劃管理模式，建立總裝配套需求拉動車間生產組織的計劃管理模式。車間合格零件直接入庫總裝庫房，可使總裝廠對配套零件庫存及在制品情況準確掌握;總裝廠直接下發(fā)配套計劃，可使車間將有限的生產資源高效的利用。
②建立基于系統(tǒng)排產的作業(yè)計劃管理模式。利用ERP、APS等軟件實現(xiàn)系統(tǒng)的自動排產，將配套訂單計劃分解成工序級作業(yè)計劃，并通過生產準備服務體系的建立及各項制度的支撐，保證每道工序按節(jié)點完成，繼而保證每個訂單按節(jié)點完成，最終保證整個零件配套計劃及總裝生產計劃按時完成。
3.3.2 建立基于信息化的車間生產準備管理模式
①工藝技術準備。在PDM中實現(xiàn)電子簽署，即省去了各物理區(qū)域的來回奔走，提高了效率，又保證了工藝文件的可靠性;將協(xié)作工藝編制和工藝文件審核、審簽并行進行，優(yōu)化了簽署流程;與其他管理系統(tǒng)互聯(lián)，實現(xiàn)工藝文件的無紙化管理。
②生產物資的信息化管理。通過對刀量具、原材料、輔料等生產物資建立信息臺帳，進行數(shù)字化管理，對已有的物資能實現(xiàn)快速查找、數(shù)據(jù)共享，對未到位物資進行自動識別和預警，縮短生產物資準備時間。
③實現(xiàn)隨行文件電子化。通過實施產品隨行文件電子化管理，借助對外購/外協(xié)檢驗及生產現(xiàn)場檢驗的信息化管理，對產品生產全過程的質量信息進行有效采集和記錄，保證從物資器材到組件產品的質量信息清晰、明確。當產品出現(xiàn)質量問題時，可通過電子化隨行文件快速實現(xiàn)對產品的配套件、加工制造過程、加工人員等信息進行篩查。
3.3.3 完善車間數(shù)據(jù)收集、傳輸系統(tǒng)
完善DNC網(wǎng)絡技術，實現(xiàn)NC程序的有效管理與傳送，同時實現(xiàn)機床狀態(tài)在線監(jiān)控，保證車間管理層對底層設備狀態(tài)的有效掌握。建立生產現(xiàn)場數(shù)據(jù)等信息反饋終端及展示看板，實現(xiàn)生產現(xiàn)場顯性化管理，使生產管理、工程技術、生產保障、物資供應等部門以生產現(xiàn)場為中心，對生產活動做出快速響應，使問題產生即暴露、暴露即解決。
