發布時間:2023-09-15 10:16:35
序言:作為思想的載體和知識的探索者,寫作是一種獨特的藝術,我們為您準備了不同風格的5篇數字化控制與制造技術,期待它們能激發您的靈感。
關鍵詞:數控機床;自動化;設計;制造
長期以來,世界諸多國家都非常重視機械制造產業,甚至將其作為國家經濟發展水平與工業化水平的重要衡量指標。步入新時代以來,精密化已成為機電產品的發展趨向,尤其是數控技術的誕生與廣泛應用,為設備的自動化作業與運行提供了至關重要的技術支撐,也為加工的柔性與高效率提供了關鍵性條件,促使機電制造業從傳統的人工作業轉向了智能化、自動化與集成化的現代作業。所以,本文針對數控機床自動化設計與制造的研究,具有一定的理論意義與經濟價值。
1數控機床與數控機床自動化的基本概述
數控機床的概念。數控機床的全稱為數字控制機床,英文名為Computernumericalcontrolmachinetools,數控機床為簡稱,指的是裝有程序控制系統的一種自動化機床。其中,動化程序控制系統可以對具有控制編碼與其他符號指令規定程序予以邏輯性的處理,并能夠通過代碼化形式對其譯碼進行數字式的表示,并通過一系列信息載體進行數控裝置的輸入。究其原因,數控機床屬于集信息、微電子、液壓、機械等多領域原理與技術為一體的機電產品,所涵蓋的內容十分豐富,即便是在機械制造設備體系的整個領域中,也屬于自動化水平高、效率高、精度高的工作母機。[1]與大眾機床相比,數控機床獨具特色,不需要對夾具、模具進行更換與制造,也不需要對機床進行常態化的調整,故而數控機床在技工零件需要高頻率更換的狀態下更為適用,這樣能夠大大縮短生產準備周期,并節約工藝裝備所需的大量成本費用。與此同時,數控機床的加工密度通??蛇_到0.05~0.1mm,且控制方式為數字信號模式,每當數控裝置將一脈沖的信號輸出之后,機床就會移動部件一脈沖的當量,尤其是在此過程中由機床傳送給傳動鏈的絲桿螺距和反向間隙的誤差平均值可以通過數控裝置予以曲補償,故而數控機床與傳統機床相比,其精度更高。在工業生產能力與社會經濟發展水平的評估體系中,數控機床的發展程度以及數控機床在金屬切削加工機床產量中的占比也是可供參考的重要評估指標。由此可見,數控機床對工業的健康可持續發展有著不可替代的價值與影響。數控機床的自動化內涵。在當前機床控制技術領域,數控車床自動化的應用范圍十分廣泛,但其更多的應用于盤類零件或軸類零件等諸多切削加工作業中,如軸類或者盤類零件的復雜回轉內外圓柱和曲面、內外圓柱面、圓錐螺紋、任意錐角的內外圓錐面等,同時還需要完成鏜孔、鉸孔、擴孔、鉆孔、切槽等一系列作業程序。從本質上講,數控機床自動化主要是前期予以設定好的具體加工流程,然后自動實現快速的零件加工程序。[2]在實際操作過程中,數控機床自動化技術工作者會根據零部件的加工路線、技術、位移量、工藝參數、輔助功能、切削參數等方面的指令性代碼予以高度整合,進而設計編制出有機統一的詳細加工程序單,羅列到該程序單上的有關內容能夠被進一步轉移到相關控制介質層面,進而最終在特定數控裝置內部進行錄入,此時加工作業指導任務也就完成了。借助于數字化技術,數控機床自動化控制的應用規模占數控機床總量的25%左右,是應用范圍最廣、普及程度最高的技術類型之一。
2數控機床自動化設計與制造的優勢
2.1減少機械制造所需成本。在以往的傳統機械制造領域,諸多工業類企業慣于借助人工操作方式實施工業產品的加工、生產與機床的制造等,因受多方面客觀因素的制約,導致人工操作的失誤率較高,機械制造質量與效率偏低,同時龐大繁重的工作量又同時給廣大工人帶來了巨大的壓力,促使其很容易發生疲勞狀態下生產作業的現象,這對生產制造的整體工作成本產生了直接影響,促使生產成本費用大大增加,而企業經濟效益也隨之顯著下降,市場競爭力也會弱化。然而,科學應用自動化技術,不僅可以有效彌補人工操作的多種不足之處,而且可以最大程度保證工業生產的質量與效率,且能夠促使產品精度更優更高。2.2提升機械制造質量與效率。隨著數控機床自動化技術的積極推廣,工業領域中的機械制造自動化水平也隨之迅速提升。同時,因產品生產能夠通過預設程序對自動運作進行指導,使得生產實際效率在無形之中得到優化與提升。加之,自動化技術的廣泛普及促使機械設計和制造技術得到大幅升級,進而在很大程度上規避了傳統機械制造模式帶來的消極影響,機械制造的質量和制造效率都得到明顯升級。2.3增強機械制造的資源利用率。自動化技術作為機械加工和機械制造流程中的重要技術資源之一,本身就具有人工操作所無法比擬的獨特優勢,如對人力資源的節約、降低物力和財力資源的消耗等。與此同時,還能夠通過多方面的自動化技術推廣、資源調配與優化使用得以最大化實現,有效增強了機械制造的資源利用率。
3數控機床自動化設計與制造路徑
3.1數控機床的主體設計與加工主軸。數控機床的主軸回轉精度的實際參數值的大小,對最終的加工精度有著直接影響,主軸的回轉精度參數值高則加工精度高,主軸的回轉精度參數值低則加工精度低。與此同時,主軸的回轉速度和運行功率的參數,也是影響加工效率的重要因素和關鍵。[3]與傳統機床制造不同,數控機床的主軸變速自動化水平以及定位的精準性等,都對數控機床的自動化水平高低有著決定性的影響(如圖1所示)。究其原因,主軸箱主要負責機床的自動調速。截至目前,機械傳動式的變速裝置已經被取代,大范圍推廣與使用的是無級自動化調整,自動化加工程度大幅提升。導軌。數控機床中的導軌主要負責引導和控制加工任務,是保證加工運動精準性的核心與關鍵,更是促進車床精度加工實現的重要部件。目前,我國在數控機床領域中多采用金屬型的滑動導軌,對于部分特定的數控機床,則采用新型的貼塑導軌。[4]與傳統導軌相比,貼塑導軌優勢十分突出,尤其具有良好的耐腐蝕性和耐磨性,最為突出的就是性極好,且摩擦系數較小。3.2數控機床的伺服系統和數控裝置與普通機床不同,數控機床配置了伺服系統和數控裝置,同時機床檢測裝置也能對制造的全部過程進行測試與監督,而數控裝置在整個運作系統中起著至關重要的調配作用,伺服系統則需要對數控機床進行配合完成作業。具體而言,數控裝置的重要組成部件為計算機系統,其核心功能在于接受信息,再經對其他系統的精確調配和處理實現制造過程按照既定指揮有序執行,而數控裝置則用以反饋信息并發出新的指令。伺服系統。傳統的普通機床借助于伺服電機對機床進行驅動,進而完成作業加工,這一機構就是所謂的伺服機構。[5]但數控機床主要是借助于運算電路產生強烈的脈沖信號,并通過這些信號實現驅動電路控制的伺服系統。數控機床中的伺服系統能夠將具體指令傳送給元件、其他設備或指示電路,進而實現精準一位,其在生產與控制數控機床的過程中發揮著重要角色。
綜上所述,數控機床能夠有效促進產品的高效率生產,提升零件設備的精密度,并減小勞動強度,一定程度上為研發機電新產品節約了諸多人力與物力等,大幅增強了相關企業的競爭力。尤其是近些年來,我國在數控機床領域取得了一定成績,不僅產量顯著上升,而且質量明顯改善,特別是在技術方面的重要突破,更是推動著我國數控機床行業進入快速發展軌道。然而,當前我國在數控機床方面的相關技術還有較大的創新與改進空間,自動化程度依然偏低,因而加大數控機床自動化設計與制造力度具有深遠意義。
參考文獻:
[1]張敬華.機械設計制造及其自動化中計算機技術的應用分析[J].科技風,2019(09):62.
[2]鄭宏栗.淺析機械設計制造及其自動化中計算機技術的應用[J].科技風,2019(09):66.
[3]趙小慧.現代機械設計的創新設計理論與方法[J].內燃機與配件,2019(06):170-171.
[4]林曉慧.計算機輔助技術與機械設計制造的結合[J].科技風,2019(08):81,90.
[5]王煜,葉賽,范文濤.基于粒度結構分析的數控機床制造信息資源自動化檢測方法[J].制造業自動化,2019(12).
[6]沈烈初.數控機床與工具:裝備工業的母機、智能制造的基礎[J].制造技術與機床,2018(10).
[7]韋建軍,李派霞.經濟型數控機床安全防護門自動化改造的研究與實踐[J].裝備制造技術,2018(08).
關鍵詞:安全自動化 機械制造 控制系統
中圖分類號:C35 文獻標識碼: A
1、引言
機械的安全性能一般就是指在機械安全使用說明書規定下,在正常的使用條件下執行其功能時不產生傷害工人身體健康的性能保證。但事實上任何一臺機械都有存在風險,在操作不適當的時候,更會直接導致危險,而這些危險都會進一步導致安全事故的發生、對操作人員造成傷害。一般來說,事故的發生原因主要有兩個方面:操作人員人的不規范操作和機器的不安全狀態兩個因素有關。當發生一起機械安全事故的時候,人們關注的.追究的是入的不規范操作行為。而對機械本身的不安全狀態考慮甚少。
2、安全控制系統與安全現場總線系統的基本內涵
2.1安全控制系統
安全控制系統是指在機械運行、停止時以及操作期間對生產裝置提供安全保護。這種安全系統在工廠裝置本身出現危險或人為原因而導致危險時,能夠立即做出反應并輸出正確信號,使裝置安全停車,以防止危險的發生、事故的擴散或者降低事故的危害性。它包括了現場的安全信號,邏輯控制單元和輸出控制單元三個主要的方面。
安全控制系統與控制系統屬于兩個完全不同的概念??刂葡到y是一個動態的系統,它時刻監控系統中的運行相關的參數,并根據系統邏輯進行相應的輸出控制,保證機械的正常運行。安全控制系統是一個靜態的系統,其監控系統中的安全相關的參數。在系統正常運行期間,安全控制系統不作出任何響應。但是當系統出現異常、或安全相關信號被觸發,安全控制系統立刻奪去系統的控制權,根據其內部邏輯,對輸出設備進行安全控制,從而保證了整個系統的安全。
安全控制系統中的邏輯控制元器件是決定整個安全控制系統安全等級、設計成本、運行質量的重要因素之一。在安全自動化領域,常用的安全邏輯控制元器件包括有安全繼電器模塊、安全可編程控制系統和安全總線系統。針對不同的應用場合,這些安全邏輯元器件可以配置成合適的安全解決方案。
2.2安全現場總線系統
現場總線控制系統技術是20世紀80年代中期在國際上發展起來的一種嶄新的工業控制技術?,F場總線控制系統的出現引起了傳統的PLC和DCS控制系統基本結構的革命性變化?,F場總線控制系統技術極大地簡化了傳統控制系統繁瑣且技術含量較低的布線工作量,使其系統檢測和控制單元的分布更趨合理,更重要的是從原來的面向設備選擇控制和通信方式轉變成為基于網絡來選擇設備。
通俗的講,現場總線是用在現場的總線技術。傳統控制系統的接線方式是一種并聯接線方式,由PLC控制各個電器元件,對應每一個元件有一個I/O口,兩者之間需要用兩個線進行連接,作為控制和/或電源。當PLC所控制的電器元件數量達到數十個甚至數百個時,整個系統的接線就顯得十分復雜,容易搞錯,施工和維護都十分不便。為此,人們考慮怎么樣把那么多的導線合并到一起,用一根導線來連接所有設備,所有的數據和信號都在這個線上流通,同時設備之間的控制和通信可任意設置。因而這根線自然地被稱為總線,就如計算機內部的總線概念一樣。由于控制對象都在工礦現場,不同于計算機通常用于室內,所以這種總線被稱為現場的總線,簡稱現場總線。
在機械制造領域,對于采用現場總線的安全控制系統,必須具有失效安全功能。當現場設備,如傳感器、電纜、控制器或觸發器在發生障礙、錯誤、失效的情況下,應該具有導致減輕以致避免損失的功能,以確保人員和機器的安全,這個要求就是失效――安全原則。
失效――安全狹義概念是指:當設備發生故障時,能自動導向安全一方的技術;廣義概念是指:當設備發生故障時,不僅能自動導向安全一方,而且具有維護安全的手段
3、機械制造控制系統安全自動化技術的應用
3.1安全自動化控制系統在鋼鐵制造業中的應用
鋼鐵制造是典型的機械制造業,并且具有一定的危險性,在其生產過程中,鋼板的開卷、剪裁以及冷軋生產線,如果操作不當,很容易對生產工人造成傷害,在鋼鐵的冷軋生產線上,其生產原料是熱軋帶鋼,而熱軋帶鋼生產過程中,需要經過軋制與冷卻工藝的加工,這會在其表面形成一層氧化鐵層,為了保證生產工人的安全,必要在實施冷軋之前,將其表面的氧化鐵膜予以清除,清除的過程中可以應用酸洗的方法來進行,使后續的生產工藝在干凈的金屬表面來進行,這樣才能保證機器的正常運轉,在該環節中,制造工藝是相對比較復雜的,對該過程中的安全性能具有較高的要求,并且很多步驟都需要技術人員及生產工人進行現場的裝載、清洗、調試、檢測等,在鋼卷的軋制、測厚、小車移動、乳酸噴射、再卷、開卷等過程中,如果機械設備出現故障,或者是人為操作不當,很容易對相關的工作人員產生輻射、拖拽、灼傷、纏繞、沖擊、碰撞、切割等傷害。
由此可見,采取有效的安全防護措施來保證機械設備及相關工作人員的安全,降低生產風險是非常必要的,在鋼鐵制造業的安全保護系統中,主要的工作內容是保證生產現場所有的安全功能,一旦發現系統中出現相應的故障,應該立即將相關的輸出進行自動的切斷,使得機械設備能夠安全的停止,如,依據生產的需要,工作人員進入到機械工作區域進行調試、清洗、維修等工作時,為了保證工作人員的人身安全,應該對現場的安全隱患進行全面的分析,并在安全自動化控制系統中,進行相關的設置,保證在危險來臨時,安全自動化控制系統能夠對工作人員實施有效的保護。
3.2安全自動化控制系統在汽車制造業中的應用
相對于其他行業的機械制造業生產,汽車制造業中的總裝、涂裝、焊裝、沖壓等制造工藝具有一定的危險性,尤其是其中的沖壓工藝,是所有汽車制造所有制造工藝中最危險系數最高的,在步驟的生產過程中,對其安全性能具有非常高的要求,所以在沖壓車間中,也應用了比較多的安全自動化控制技術,在汽車制造的高速沖壓生產過程中,生產工藝比較復雜,在正常的機械生產過程中,不僅要保證其工藝功能,保證各個生產線的生產安全是非常重要的,其中包括機械設備的運行安全與工作人員的人身安全不受損害。
對汽車制造業應用有效的安全自動化技術,保證生產安全,主要可以從以下幾方面進行:
(1)雙手控制設備,當工作人員在進行相關的具有安全隱患的操作時,為了防止出現危險,強行的使工作人員進行雙手操作,并且要在操作的過程中工作人員要處于制定的安全操作范圍中,系統才能響應其操作,這對于保證工作人員的人身安全具有非常重要的作用。
(2)緊急停止裝置,該裝置能夠對無意之間進行的設備的重新啟動予以阻止,在一些老舊設備中,由于不具備鎖定功能,如果對啟動按鈕進行了誤動作,將會直接導致設備的重新啟動,非常的危險。
(3)防護安全門設備,工作人員在壓機內工作時,具有一定的危險性,為了對工作人員實施有效的保護,應用可移動的防護門設備是一種非常好的保護手段,該設備的主要工作原理時,在相關機械設備的危險動作停止之前,限制工作人員進入到危險區域中,這對于工作人員的人身安全具有非常好的保護作用。
結束語
總之,基于安全自動化控制系統、技術在機械制造領域的科學重要性、優質內涵我們只有開展機械制造業控制系統安全自動化技術的深入研究,明晰安全總線系統要求,實施有效的安全實踐策略,才能確保機械制造業生產經營的安全有序,并促進其實現可持續的全面發展。
參考文獻
數控機床較傳統機床具有利用二進制數學方式輸入,加工過程可任意編程,主軸及進給速度可按加工工藝需要變化,且能實現多座標聯動,易加工雜曲面。對加工對象具有“易變、多變、善變”特點,換批調整方便,可實現雜件多品種中小批柔性生產,適應社會對產品多樣化需求。
數控機床利用自身硬件和軟件相組合,實現信息反饋、補償、自動加減速等功能,可進一步提高機床加工精度、效率、自動化程度;是以電子控制為主的機電一體化機床,充分發揮了微電子、計算機技術特有的優點,易于實現信息化、智能化、網絡化,可較易地組成各種先進制造系統,如FMS、FTL、FA,甚至將來的CIMS能最大限度提高工業生產、勞動生產率。
數控機床運動精度動態
測試技術及裝置研究
項目簡介:該測試儀可對多系統進行測試。針對數控機床加工、檢測、研制、開發了基于CAN現場總線以及CORBA網關的網絡化加工管理系統,測試數據和圖形可通過CORBA網關與Intranet或Internet相連,用戶可直接在WEB網頁上瀏覽到相應機床的運行狀態。該測試儀對數控系統測試可以對購買數控系統的生產廠家提供可靠的參考。該測試儀也是將計算機技術與現場總線技術應用于工業測試領域的成功研發。該測試儀綜合了前期開發經驗,實現了測試儀獨立化、小型化、網絡化,并使用簡潔、方便,該測試儀成本較低。
所處階段:成熟應用階段
意義:該現場測試儀如能推廣到多機使用,具有較高經濟價值及廣闊市場前景,對提高我國機床加工精度也很有幫助,對普及高精度的數控裝置也大有裨益。
CK6280A、CKA6480
數控機床研究開發
項目簡介:該項目開發了應用于高溫合金盤環零件加工的大功率、高強度、高剛性機床。完成了高強度、高剛性、高精度機床導軌、主軸箱、進給部分設計,高性能數控系統與機床匹配設計及強電設計。
該產品主要設計參數:床身最大回轉直徑:Ф800mm,馬鞍內最大回轉直徑:Ф1020mm,最大切削力20000N,控制聯動X、Z兩坐標,定位精度X軸0.014mm、Z軸0.028mm,重復定位精度X軸0.006mm、Z軸0.011mm,系統最小設定單位0.001mm,零件程序存儲容量1.5MB。
所處階段:成熟應用階段
意義:該項目開發填補了國內同規格數控車床的空白,已廣泛應用機發動機零件等特殊材料、精密加工領域。
數控機床多媒體教學軟件
項目簡介:該軟件建立了虛擬三維數控機床及其控制面板,采用標準數控代碼進行編程。使用該軟件,學生就像在操作一臺真正的數控機床―手動操作、對刀、編程及進行數控加工,在直觀的動畫環境下,輕松地學習數控機床的操作、編程與加工。該軟件將研究人員多年開發、應用數控機床的經驗與現代計算機軟件技術融為一體,使用簡潔,畫面逼真,真正實現了“Windows平臺下三維仿真數控模擬加工”。
所處階段:中期階段
意義:該軟件可以安裝在機房的計算機上,學生每人一臺進行實驗;教師也可以使用該軟件輔以多媒體投影儀進行課堂教學,取得良好的教學效果。
數控機床多軸聯動集成控制系統
項目簡介:針對專用數控機床數控加工多軸聯動集成控制系統進行了技術攻關研究,包括控制系統的硬件技術、軟件技術、集成控制技術、空間包絡自動編程等多項核心技術。研制了以Windows為軟件開發平臺,以具有高性能伺服運動的DSP控制器為控制核心、以通用工業PC機為管理核心的多功能集成數控系統。
所處階段:初期階段
意義:該類集成數控系統是與通用數控系統不同技術類型的新一類數控系統,在多種專用及特種數控機床上將彌補通用數控系統的不足,滿足了螺桿數控加工行業的發展需求,取得了巨大的經濟效益和社會效益。
高速數控機床大功率
電主軸單元技術
項目簡介:該項目研制了數控機床用大功率、高速陶瓷軸承電主軸單元樣機;研究了數控機床電主軸單元的設計方法、制造工藝及精密裝配技術;完善和提高電主軸用高精度氮化硅陶瓷球軸承的制造技術;研究了高速電主軸單元的技術、內冷卻技術;研究了電主軸動靜態性能及其電主軸動平衡技術;研制了基于PMAC-PC的零件圓度誤差測量系統;設計了精密加工系統,實現了對圓及非圓零件的精密加工。
所處階段:成熟應用階段
意義:該成果為高速高效機床主軸系統及自動化生產線提供關鍵性基礎部件;為主機廠提高國產化率、降低成本、增強市場競爭力做出了貢獻;對我國高檔數控機床的研制開發工作以及機械制造技術進步和理論發展都具有十分重要意義。
大型鏜銑數控機床及關鍵技術開發
項目簡介:該項目通過采用液壓補償機構,液壓缸由比例電磁閥控制,根據滑枕懸伸長短動態調整平衡力,解決了滑枕懸伸下垂這一難題,使滑枕移動直線度控制在全行程內0.02mm;產品傳動部件采用滾珠絲杠副,移動部件采用矩形滑動鋼導軌,導軌正面貼塑,并配有滾動卸荷機構,側面采用線性滾動體導向,導軌為滾動滑動復合導軌,實現了較高的定位精度;采用交流伺服電機驅動,傳動部件采用雙蝸輪蝸桿消隙傳動,精密定心軸承定位和支撐,回轉圓導軌采用聚四氟乙烯導軌板,為滾動滑動復合導軌;自動萬能銑頭由液壓缸實現牙盤的脫開與嚙合來完成A/C軸的自動定位,A/C軸具有角度記憶功能。
所處階段:中期階段
意義:該產品總體技術指標達到了國際先進水平,將為企業帶來明顯經濟效益。
產品數據管理系統及其在數控機床制造行業應用
項目簡介:該項目主要是關于產品數據管理及其在數控機床制造行業的應用,在鍛壓數控加工設備的制造中,采用產品數據管理技術,不僅可以實現設計流程管理,圖檔管理,而且可以加強設計數據庫的保密與安全性,同時為企業信息化提供集成平臺,項目所應用的產品集聚了我國數控設備制造企業產品數據管理的特點和應用特色技術,尤其是在與三維設計數據的集成應用方面突破國內傳統產品數據管理僅基于二維圖紙數據的應用局限。
所處階段:中期階段
意義:項目的實施對我國制造業信息化工程,制造業信息化自主軟件的發展,數控機床制造行業的信息化應用均具有十分重要意義和技術供鑒價值。
基于嵌入式技術的數控機床群控系統
項目簡介:該項目開發了基于嵌入式技術的數控機床群控系統。本系統以開放的以太網絡為平臺,采用嵌入式工控計算機技術為DNC終端樞紐,為企業搭建數控生產的信息化管理平臺,實現了CAPP系統、刀具管理系統、生產管理系統、質量管理系統等資源的有效集成。該系統按中心總服務器和車間服務器兩級進行配置,每臺數控機床配備一臺DNC智能終端,便于升級擴展;可實現數控機床聯網的數控系統包括FANUC、三菱、HEIDENHEIN等。
所處階段:成熟應用階段
意義:該項目對機械加工車間的自動化及集成化生產管理方面有重要的理論意義和實用價值。
開放式結構數控系統研究開發與數控機床配套產業化應用
項目簡介:該產品為首次獨立開發完成的開放式、全功能數控系統。在軟硬件的設計上應用標準化和模塊化原則,將PC與運動控制卡相結合,使產品具有開放性,便于用戶進行功能擴展和二次開發;采用圖形化軟功能鍵菜單,屏蔽與主菜單當前功能不相關的操作,使得機車面板操作按鈕減少,界面簡潔友好,易學易操作;將多媒體技術融合到數控系統的使用、操作、培訓、維護和故障診斷中,借助于文本、聲音、圖像和動畫,改善數控系統的可操作性和可維性,有效降低用戶的難度,降低使用成本。
關鍵詞:船舶建造;數字化;信息技術
中圖分類號:U673 文獻標識碼:A
1.什么是船舶建造數字化
船舶建造數字化是以數據處理、圖形圖像、虛擬現實、數據庫、網絡通信、數字控制等數字化技術為基礎,將數字化技術全面應用于船舶的產品開發、設計、制造、管理、經營和決策的全過程,使船舶產品的設計和生產向著自動化、精細化、柔性化、智能化的方向發展。通過數字化技術與現代管理思想和先進工程方法的融合,形成船舶制造業信息化的完整體系,實現對造船業的信息化改造,使得造船企業全面提升產品的研發、生產能力,降低生產成本,縮短設計、生產周期,提高產品質量。
2.船舶建造數字化技術的內涵
船舶建造數字化技術主要體現在如下3個方面:
2.1 CAX(計算機輔助技術)
CAX(計算機輔助技術)是CAD(計算機輔助設計)、CAE(計算機輔助工程)、CAM(計算機輔助制造)和CAPP(計算機輔助工藝計劃)的統稱。
(1)CAD(計算機輔助設計)指在計算機及可視化設備為基礎的專業化計算機系統的支持下,幫助設計人員進行設計工作。可以在CAD系統的輔助下完成從合同設計開始的一系列設計工作,建立產品數字模型,進行工程計算和分析,生成和繪制工程圖,生成物料清單等。
(2)CAE(計算機輔助工程)是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。
(3)CAM(計算機輔助制造)是將計算機應用于生產制造的過程或系統,其核心是計算機數值控制(簡稱數控NC)。有狹義和廣義兩個概念。CAM的狹義概念指的是數控,包括數控機床、數控加工中心、數控生產流水線、數控火焰或等離子切割、激光束加工、自動繪圖儀、焊機、機器人等;廣義概念還包括制造活動中與物流有關的所有過程(加工、裝配、檢驗、存貯、輸送)的監視、控制和管理。
(4)CAPP(計算機輔助工藝計劃)是通過計算機進行產品加工的工藝路線制定、工序設計、加工方法選擇、工時定額計算,包括工裝、夾具設計、刀具和切削用量選擇等,生成必要的工藝卡和工藝文件等。CAPP是連接產品設計CAD信息和加工制造CAM信息之間工藝信息的橋梁,是生成各種加工制造,管理信息的重要環節。
2.2 企業業務技術過程與信息管理
通常包括PDM/PLM/ERP/MES/CIMS等。即產品數據管理PDM、產品生命周期管理PLM、企業資源計劃ERP、制造執行系統MES、計算機集成制造系統CIMS等。它們通過信息技術與現代管理理念的融合,使人、資源、技術、管理等要素有機地結合起來,從而實現設計及生產過程管理的精細化和企業資源利用的優化。
2.3 數字化裝備
軟硬件相結合的數字化裝備,如NC(數控設備)、FMS(柔性制造系統)、Robot(機器人)等通過數字控制形成的生產自動化裝備。這些設備通過離散的數字信息控制設備或傳動裝置的運行,實現生產加工的自動化。
3.船舶建造數字化技術的發展歷程
3.1 單項技術的企業部門級應用階段
該階段主要是單項技術,如數值計算技術、CAD/CAE/CAM技術、數控技術以及各種部門級的管理信息系統,如財務、人事、OA、物資等管理系統在企業部門的局部范圍內的應用。部門級數字化技術的應用作為一種技術手段對提高設計和生產效率、提高產品質量發揮著重要作用。
3.2 企業內綜合應用集成階段
這一階段是由企業內的信息集成、過程集成到應用集成。通過信息集成保證了系統間信息的一致性,通過應用集成使企業內部的各種信息系統組成了一個有機的整體,大幅提高了數字化技術應用的整體效益,使得企業設計、生產、經營、管理的各種業務活動得以協調運行,大大提高了企業的生產能力。
3.3 企業間的應用集成階段
由于互聯網技術的快速發展,促使電子商務、供應鏈管理、協同設計、敏捷制造等一些基于互聯網技術的新型管理思想和管理方法得以實施,使得船舶這種具有大量配套設施的高度復雜產品的制造能夠實現跨地域的專業化企業間的協同運作,使產品能夠快速地、柔性地應對用戶的需求。
自20世紀60年代末將計算機用于船舶線型放樣開始,我國船舶行業信息化已歷經40多年,國內造船業經過不懈的努力,使得造船數字化技術已逐步滲透到造船業價值鏈的每一個環節,引進或自主開發了各種各樣的信息系統,已廣泛應用于船舶設計、建造和管理過程中。國內一些骨干造船企業和研究院所已開始引進虛擬仿真技術,開展船舶和海洋工程的產品虛擬設計和建造過程模擬等研究。
4.船舶建造數字化技術體系
制造業數字化技術是以現代設計制造的工程方法和先進制造理論為依據,以數字化技術為手段,面向產品全生命周期,理論方法與應用技術相結合的一個復雜的技術體系。
4.1 現代制造理論與數字化技術基礎
主要有計算機集成制造、并行工程、精益生產、敏捷制造、大批量定制等現代制造理論,以及建模技術、仿真技術、優化技術、集成技術等數字化技術緊密結合,形成了其技術理論基礎。
4.2 數字化基礎環境
主要包括計算機系統及系統軟件、數據庫管理系統及相關技術、網絡系統及相關技術、信息安全體系、信息標準化體系等。
4.3 數字化產品開發設計技術
主要包括產品需求分析、設計開發、生產制造等各個階段中,為分析和解決產品設計和制造過程中的各種問題而提供的數字化的技術方法和應用工具,如單項應用技術CAD、CAE、CAM、VR等,過程管理和集成平臺PDM、仿真及優化應用等。
4.4 數字化制造技術
主要有數字化生產計劃與制造執行控制、數字化工藝過程、數字化裝備、數字化制造單元、基于數字化的生產系統綜合集成等。
4.5 數字化管理技術
主要包括現代企業管理模式、集成化管理與決策信息系統、企業資源計劃與管理系統、企業生產項目管理系統、企業間協作的供應鏈管理與電子商務技術、企業質量管理的相關技術及企業管理系統的應用實施過程及方法等。
船舶建造數字化技術是制造業數字化技術針對船舶制造的特點和具體要求的實際應用。船舶建造數字化技術體系包括現代制造與數字化技術基礎、船舶產品的數字化設計技術、數字化制造技術、數字化管理技術和一體化集成技術,此外,還有數字化基礎支撐環境與相關技術等。
(1)船舶產品數字化設計技術以三維建模技術、數值計算技術、CAD、PDM、并行協同技術等數字化技術為基礎,按照船舶設計不同階段及不同專業的規范和技術要求,形成船舶各設計階段的數字化技術。
(2)船舶產品數字化制造技術以MES、CAPP、NC、過程仿真等數字化技術為基礎,根據現代造船模式的要求,形成制造執行層面的船舶數字化制造技術。
(3)船舶產品數字化管理技術則是將制造業先進的管理理念和方法與數字化技術相融合,按照船舶生產管理特點,形成船舶制造數字化管理技術。
(4)一體化集成技術則是進一步在設計、制造、管理等數字化技術應用的基礎上,實現信息的集成和應用的集成,達到工程的并行和協同。
上述數字化技術的研究、開發和應用需具備相應的基礎環境,需要解決一些相關的關鍵技術,如信息標準化、編碼體系、產品數據庫、企業資源數據庫、集成平臺、信息安全體系等。
5.船舶建造集成系統
船舶建造集成系統涵蓋船舶建造企業的設計、制造、管理的主要業務過程:
(1)設計方面主要包含船、機、電、舾裝、涂裝等專業門類的設計CAD系統、船舶設計虛擬仿真系統,以及結合生產工藝要求的各個專業的生產設計系統。設計系統生成的設計數據通過PDM(船舶產品數據管理系統)存放并管理,以PDM作為平臺,為船舶制造系統和管理系統提供有關產品信息的共享。
(2)船舶建造和管理系統通常包含工程計劃管理、物資與物流管理、成本管理、財務管理、質量管理、企業資源(設備與人力資源)管理,以及MES(制造執行系統)等。
(3)制造執行系統控制車間級的生產制造執行過程,如造船精度管理、資源日程計劃、作業安排與執行實績反饋等。制造和管理系統根據企業經管計劃和產品生產設計的要求制訂工程計劃、采購計劃、生產計劃和其他生產準備工作,通過制造執行系統貫徹實施生產作業過程。
結語
隨著信息技術的飛速發展,制造業的新思想、新方法、新技術層出不窮、日新月異,船舶建造業應該緊跟現代科技潮流,不斷創新,以實現船舶建造技術的跨越式發展。
參考文獻
[1]姜波.船舶制造企業項目成本管理問題及優化研究[J].現代商業,2009(26):178-178.
航空飯金工裝數字化設計制造技術
與其他加工制造方法相比,飯金件的數字化設計制造有自身的特點。飯金件并非一次成形,它的制造過程包括多個工序,因此飯金件的數字化定義不僅包括零件本身的定義,更包括工序件的定義和優化。為了保證制造精度,必須根據零件形狀、成形工藝、材料特性等進行成形過程中工藝數模的定義,作為工序間的制造依據和檢測依據。其次,飯金件成形是塑性變形過程,無法完全定量控制。再次,飯金成形過程中需控制的主要是成形力、溫度等工藝過程參數,而非坐標等幾何參數,控制難度更大。由于材料性能的不穩定性和隨機性,使工藝參數設計和成形過程精確控制十分困難。因此必須從成形工藝開始直至工裝模具試壓交付整個過程進行研究,形成飯金件數字化設計制造的解決方案,建立飯金的數字化設計制造體系。飯金數字化設計制造包括工藝數字化設計、數字化工藝數模(即制造模型)、工裝數字化設計、工裝模具數字化制造等內容,這些內容以產品數模庫、產品工藝數據庫、工藝數模庫、模具設計知識庫、標準件庫、成形分析/仿真庫等共享數據為支撐,通過數據接口與相關部門進行數據交換,由數據管理系統進行管理,進行系統集成,實現并行設計制造,從而提高飯金模具設計質量,縮短制造周期。飯金的數字化設計制造技術工藝設計和制造模型的定義是核心,應該進行以下方面的工作:建立企業共享數據庫。飯金件設計是典型的知識需求密集的過程。企業在以往的制造過程中積累了大量關于飯金材料性能數據、典型流程、工藝參數等經驗及試驗數據,這些數據轉化為共享知識,建立模具工藝知識數據庫,有助于提高飯金工藝設計的效率和成形質量。此外還有模具設計知識數據庫、模具數字化分析數據庫等。研究飯金件制造模型定義方法,建立毛坯和工藝模型的專用計算工具,為工裝設計、工藝參數設計、數控編程等提供數據源,以滿足零件精密成形的需要。圖1中,成形模具的外形制造依據為制造模型中的成形工藝模型而不是零件原始數模。成形工藝模型考慮了零件的回彈等因素,對型面和尺寸進行了合理的預修正。以制造模型為框肋零件橡皮囊液壓成形工藝過程的數據源,改變了反復試錯的制造方式,簡化了模具設計的工作,減少了人為不確定因素的影響,提高了模具設計的效率,同時可保證零件成形后的精度,提高零件制造的質量,實現零件的精密、快速和低成本的制造。圖1框類零件橡皮囊液爪成形過程飛機蒙皮柔性工裝是數字化制造的一個典型案例。圖2所示是一種柔性多點吸盤式夾持工裝系統,采用數字量傳遞的蒙皮制造技術,與工藝數字化和數控設備結合很容易實現蒙皮零件的數字化生產,使工裝制造周期大幅減少,生產效率顯著提高。模具外形調整在10分鐘之內可以完成,對于多品種小批量蒙皮零件的生產具有獨特優勢。國內北京航空制造工程研究所已經開展了這方面的工作5:。
國內航空公司的飯金工裝數字化設計制造
本站为第三方开放式学习交流平台,所有内容均为用户上传,仅供参考,不代表本站立场。若内容不实请联系在线客服删除,服务时间:8:00~21:00。