数字化设计与先进制造技术篇1
【关键词】数字化工厂工艺规划仿真优化
中图分类号：S220文献标识码：a
1引言
围绕激烈的市场竞争，制造企业已经意识到他们正面临着巨大的时间、成本、质量、产品差异化等压力。如何快速适应市场的变化，实现从“以产定销”到“按订单生产”模式转变？数字化工厂提供了较为理想的解决方案。
2数字化工厂概述
数字化工厂是Bim(建筑信息模型)技术、现代数字制造技术与计算机仿真技术相结合的产物，同时具有其鲜明的特征。
2.1数字化工厂
2.1.1数字化工厂的概念
数字化工厂是以产品全生命周期的相关数据为基础，根据虚拟制造原理，在虚拟环境中，对整个生产过程进行仿真、优化和重组的新的生产组织方式。它是在设计建造阶段，建立全面、详实的信息，包括材料、工艺、设备运行管理等全生命周期的信息档案数据库，利用Bim(建筑信息模型)技术指导建筑物、构筑物及设备的科学使用和维护，为信息化、标准化管理提供数据基础平台，加上CaD、eep、mep等应用管理系统，实现工厂控制系统内部数字化信息的有效传递，既链接了生产过程的各个环节，又与企业经营管理相互联系，进而把整个企业数字化的资金信息、物流信息、生产装置状态信息、生产效率信息、生产能力信息、市场信息、采购信息以及企业所必须的控制目标都实时、准确、全面、系统地提供给决策者和管理者，帮助企业决策者和管理者提高决策的实时性和准确性以及管理者的效率，从而实现管理和控制数字化、一体化的目标。
2.1.2数字化工厂的优势
数字化工厂利用其工厂布局、工艺规划和仿真优化等功能手段，改变了传统工业生产的理念，给现代化工业带来了新的技术革命，其优势作用较为明显。
预规划和灵活性生产：利用数字化工厂技术，整个企业在设计之初就可以对工厂布局、产品生产水平与能力等进行预规划，帮助企业进行评估与检验。同时，数字化工厂技术的应用使得工厂设计不再是各部门单一地流水作业，各部门成为一个紧密联系的有机整体，有助于工厂建设过程中的灵活协调与并行处理。此外，在工厂生产过程中能够最大程度地关联产业链上的各节点，增强生产、物流、管理过程中的灵活性和自动化水平。
缩短产品上市时间、提高产品竞争力：数字化工厂能够根据市场需求的变化，快速、方便地对新产品进行虚拟化仿真设计，加快了新产品设计成形的进度。同时，通过对新产品的生产工艺、生产过程进行模拟仿真与优化，保证了新产品生产过程的顺利性与产品质量的可靠性，加快了产品的上市时间，在企业间的竞争中占得先机。
节约资源、降低成本、提高资金效益：通过数字化工厂技术方便地进行产品的虚拟设计与验证，最大程度地降低了物理原型的生产与更改，从而有效地减少资源浪费、降低产品开发成本。同时，充分利用现有的数据资料（客户需求、生产原料、设备状况等）进行生产仿真与预测，对生产过程进行预先判断与决策，从而提高生产收益与资金使用效益。
提升产品质量水平：利用数字化工厂技术，能够对产品设计、产品原料、生产过程等进行严格把关与统筹安排，降低设计与生产制造之间的不确定性，从而提高产品数据的统一性，方便地进行质量规划，提升质量水平。
2.2数字化工厂的差异性
“数字化工厂”贯穿整个工艺设计、规划、验证、直至车间生产工艺整个制造过程，在实施过程需要注意系统集成方面的问题，“数字化工厂”不是一个独立的系统，规划时，需要与设计部门的CaD/pDm系统进行数据交换，并对设计产品进行可制造性验证（工艺评审），同时，所有规划还需要考虑工厂资源情况。所以，“数字化工厂”与设计系统CaD/pDm和企业资源管理系统eRp的集成是必须的。同时，“数字化工厂”还有必要把企业已有的规划“知识”（如工时卡、焊接规范等）集成起来，整个集成的底部是pLm构架。
同时，类似于pDm系统和eRp系统，每个企业都有自己的流程和规范，考虑到很多人都在一个环境中协同工作（工艺工程师、设计工程师、零件和工具制造者、外包商、供应商以及生产工程师等），随时会创建大量的数据，所以，“数字化工厂”规划系统也存在客户化定制的要求，如操作界面、流程规范、输出等，主要是便于使用和存取等。
3数字化工厂的实现与应用
数字化工厂以突出的功能优点，在工业生产，尤其是制造业生产中具有广泛的应用，但其实现过程也涉及多种关键技术。
3.1数字化工厂的关键技术
数字化工厂涉及的关键技术主要有：数字化建模技术、虚拟现实技术、优化仿真技术、应用生产技术。
数字化建模技术：数字化工厂是建立在数字化模型基础上的虚拟仿真系统，输入数字化工厂的各种制造资源、工艺数据、CaD数据等要求建立离散化数学模型，才能在数字化工厂软件系统内进行各种数字仿真与分析。数字化模型的准确性关系到对实际系统真实反映的精度，对于后续的产品设计、工艺设计以及生产过程的模拟仿真具有较大的影响。因此，数字化建模技术作为数字化工厂的技术基础，其作用十分关键
虚拟现实技术：虚拟现实技术能够提供一种具有沉浸性、交互性和构想性的多维信息空间，方便实现人机交互，使用户能身临其境地感受开发的产品，具有很好地直观性，在数字化工厂中具有广泛的应用前景。虚拟技术的实现水平，很大程度上影响着数字化工厂系统的可操作性，同时也影响着用户对产品设计以及生产过程判断的正确性。
优化仿真技术：优化仿真技术是数字化工厂的价值所在，根据建立的数字化模型与仿真系统给出的仿真结果及其各种预测数据，分析虚拟生产过程中的可能存在的各种问题和潜在的优化方案等，进而优化生产过程、提高生产的可靠性与产品质量，最终提高企业的效益。由此可见，优化仿真技术水平对于能否最大限度地发挥企业效益、提升企业竞争力具有十分重要的作用，其优化技术的自动化、智能化水平尤为关键。
应用生产技术：数字化工厂通过建模仿真提供一整套较为完善的产品设计、工艺开发与生产流程，但是作为生产自动化的需要，数字化工厂系统要求能够提供各种可以直接应用于实际生产的设备控制程序以及各种是生产需要的工序、报表文件等。各种友好、优良的应用接口，能够加快数字化设计向实际生产应用的转化进程。
3.2常见数字化工厂软件
由于数字化工厂技术在工业生产过程中的优越性，各知名企业竞相开发各种数字化工厂软件，其中较为常见、应用最为广泛的数字化工厂软件主要有em-power和Demia等。
em-power是由美国的tecnomatix技术公司开发的数字化工厂软件，它在工业生产中应用十分广泛。该软件架构是建立在oracle数据库之上的三层结构，它为企业用户提供零件制造解决方案、装配规划、工厂及生产线设计和优化、产品质量和人员绩效等主要功能。这些主要的功能模块建立在统一的数据库em_Server中，实现整个生产制造过程的信息共享。2007年以来，西门子公司在收购了UGS（UGS于2004年收购了tecnomatix）的基础上，推出了功能更为强大的teamcenter8和tecnomatix9，提供工厂设计及优化、制造工艺管理、装配规划与验证、开发、仿真和调试自动的制造过程和质量管理等功能，在各大企业具有广泛应用。
Delmia是由法国的Dassault公司开发的数字化工厂解决方案，该解决方案是构建在Dassault公司的pLm结构的顶层，由其专用数据库（ppR-Hub）统一管理。Delmia的体系结构主要包括：面向制造过程设计的（Dpe）、面向物流过程分析的（QUeSt）、面向装配过程分析的（Dpm）、面向人机分析的（Human）、面向虚拟现实仿真的（envision）、面向机器人仿真的（Robotics）、面向虚拟数控加工方针的（VnC）、面向系统数据集成的（ppRnavigato）等。它主要由面向数字化工艺规划模块、数字化仿真平台工具集以及车间现场制造执行系统的集成模块等组成。
3.3数字化工厂的应用
数字化工厂是信息化技术发展过程中出现的一种新的企业组织形式，是促进企业现代化发展的新兴技术，目前主要应用在汽车制造、航空航天等大型制造企业。
3.3.1数字化工厂技术在汽车行业的应用。
目前，数字化工厂技术在国内外汽车制造业中得到了广泛应用。在国外，如通用汽车公司使用tecnmatixempower的解决方案，大大缩短了通用公司从新产品设计、制造到投放市场的时间，同时提升了其产品质量。奥迪公司使用em-plant进行物流规划仿真，如a3Sportback项目。通过物流规划仿真不仅使得整个生产物流供应链之间建立起了紧密有序的联系，同时也方便对物流方案进行先期评估和可行性分析。在国内，如一汽大众在车身主拼线工艺设计中采用数字化工厂技术，改善了车身焊接工艺，提高车身焊接质量。上海大众在发动机设计和产品总装领域采用数字化工厂技术，大幅提升了公司的制造技术和产品质量。目前，华晨金杯公司引进西门子的tecnomatix软件，对产品的总装工艺进行数字化改造。
3.3.2数字化工厂技术在飞机制造业的应用。
在飞机制造业，数字化工厂技术的先进性也得到了充分体现。如美国的洛克希德马丁公司在F35研制过程中，采用数字化工厂技术缩短了2/3的研制周期，降低了50%的研制成本，开创了航空数字化制造的先河。有如波音787飞机在研制过程中采用基于Delmia的数字化工厂技术，实现其产品的虚拟样机。空客a380飞机采用虚拟装配方案，实现整机的三维虚拟装配仿真和验证。不仅国外飞机制造企业在其产品的研制、生产过程中使用数字化工厂技术，国内的飞机制造企业也是如此。如上海飞机制造厂利用数字化工厂技术在三维环境中进行人工装配操作的数字化模拟，提高了人工操作的标准化。而西安航空动力控制公司则采用tecnomatix的数字化工厂软件对其异型件生产线进行仿真和优化，进行技术改造探索。
3.3.3数字化工厂在铸造行业的探索
共享铸钢团《数字化工厂示范工程》拟运用先进制造理念（如虚拟制造、智能制造、绿色制造、柔性制造等）和先进铸造技术、方法，结合共享集团在铸造行业内领先的制造、技术和管理经验，全面融合先进信息化技术，建设数字化模样生产线、数字化柔性造型生产线、智能化熔炼控制系统、智能体联合控制的铸件精整线、数字化在线检测等综合集成的数字化铸造工厂，在“多品种、小批量、快捷”铸造生产方面达到同行业领先水平，建成一座在铸造行业领先的“数字化、柔性化、绿色、高效”铸造工厂，集成并创造数字化铸造新模式。
4结束语
随着计算机技术、网络技术的飞速发展，数字化工厂技术不断与现代企业相结合，已成为提升企业竞争力的新动力。在当前企业发展的新形势下，数字化工厂技术出现了新的趋势。首先，现场总线技术在数字化工厂中的应用，提升数字化工厂的现场可操作性；其次，应用网络技术，拓展数字化工厂网络互联能力；最后，数字化工厂的智能化发展，实现虚拟仿真与企业真实生产的无缝链接，打造真正的智能数字化工厂。
作者简介
郭兆祥（1976-）男，硕士研究生，从事技术质量管理工作。
参考文献.
[1]李险峰.DeLmia让数字化工厂成为现实[J].CaD/Cam与制造业信息化，2006，(9)：48-50.
数字化设计与先进制造技术篇2
1引言
随着全球经济一体化的进程加快以及信息技术的迅猛发展，现代制造业环境发生了重大的变化。与此同时，现代制造业随之出现了适应这种发展的新模式和新哲理，其核心在于：在制造企业中全面推行数字设计与制造技术，通过在产品全生命周期中的各个环节普及与深化计算机辅助技术，系统及集成技术的应用，促进传统机械产业在各方面的技术革新，使企业的设计、制造、管理技术水平全面提升，在全球市场竞争环境中生存发展并不断地扩大其竞争优势。
2？数字化设计的概念
“数字化”是指信息（计算机）领域的数字（二进制）技术向人类生活各个领域全面推进的过程。“数字化设计与制造技术”是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造不仅贯穿企业生产的全过程，而且涉及企业的设备布置、物流物料、生产计划、成本分析等多个方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高农业机械产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源共同开发出新产品，大大提高企业的竞争能力。
3？机械产品领域的数字化设计
3.1机械产品数字化设计的一般过程
机械产品的数字化设计形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外观及色彩设计等采用数字样机实现，设计错误少，设计周期短、成本低。
（1）总体方案设计是根据希望达到的目的或应实现的功能，考虑已知约束，进行机械产品的全局设计，构思形成比较完善的设计方案。
（2）建立参数化运动模型是指进行机械各部分的具体设计，首先确定各零件的形状、结构、尺寸和公差等，并在计算机上进行参数化建模。
（3）虚拟装配是通过装配模块完成各零件的组装，形成整机。装配是运动仿真的前提保障，装配关系的正确与否直接影响着运动仿真的结果，装配前首先要确定运动的各构件以及各构件之间的运动副。确定好各构件及各构件之间的运动副之后，即可通过选择构件和运动副组成机构，最后由各机构组成整机，并为仿真做准备。
3.2机械产品数字化设计的主要技术
机械产品的数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术。其核心技术主要有：
（1）CaD/Cae/Capp/Cam/pDm。CaD/Cae/Capp/Cam分别是计算机辅助设计、计算机辅助工程、计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助制造的英文缩写，它们是制造业信息化中数字化设计与制造技术的核心，是实现计算机辅助产品开发的主要工具。pDm技术集成是管理与产品有关的信息、过程及人与组织，实现分布环境中的数据共享，为异构计算机环境提供了集成应用平台，从而支持CaD/Capp/Cam/Cae系统过程的实现？。
（2）异地、协同设计。在因特网和企业内部网的环境中，进行产品定义与建模、产品分析与设计、产品数据管理及产品数据交换等，异地、协同设计系统在网络设计环境下为多人、异地实施产品协同开发提供支持工具。
（3）基于知识的设计。将产品设计过程中需要用到的各类知识、资源和工具融到基于知识的设计系统之中，支持产品的设计过程，是实现产品创新开发的重要工具。
（4）虚拟设计、虚拟制造。综合利用建模、分析、仿真以及虚拟现实等技术和工具，在网络支持下，采用群组协同工作，实现产品设计、制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制等。
（5）绿色设计。是面向环保的设计，包括支持资源和能源的优化利用、污染的防止和处理、资源的回收再利用和废弃物处理等诸多环节的设计。
4机械产品数字化设计的应用现状及发展趋势
机械产品门类广，种类多，市场需求潜力巨大。目前，我国机械领域的数字化程度在具体行业中存在较大差距。如农机企业普遍采用传统设计方法，在应用现代设计方法上远远落后于航天、汽车等其他行业，农机企业之间重复型设计多，企业信息资源利用率低。
同时，在同一行业的不同企业中，产品的数字化也有一定程度差别。虽然有些企业具备一般制造业运用CaD技术的能力，且已达到一定的水平，但由于技术储备、装备水平以及新产品的研发能力等方面相对落后，三维CaD软件在机械制造企业中的应用还不够普遍。尽管有些领先的企业已经探讨“数字样机”、“并行工程”、“虚拟仿真”等前沿课题，但总体来说离大规模推广应用还有很大距离。再次，机械产品的整体技术水平、质量、生产规模、企业素质与发达国家相比差距也很大，特别是新产品品种不多，发展滞后，可靠性、使用寿命满足不了用户要求。
数字化设计与先进制造技术篇3
总体上看，航天生产制造信息化已取得了显著的成效，计算机辅助工艺规划、数控加工、设备管理、生产计划和质量管理等软件系统在航天制造企业中应用广泛，实现了生产任务、设备资源等重要信息的管理，提升了航天生产制造能力。但我们仍存在着设计制造过程没有打通、生产设备联网率低、基础信息采集困难、缺乏生产过程信息化的标准规范以及制造模式缺乏柔性等诸多问题。推进生产制造信息化，构建航天数字化制造体系，已经成为航天企业应对当前挑战和顺应未来发展的必然选择。
天津火箭公司坐落于天津经济技术开发区西区，西距天津市区约28公里，东距滨海新区中心约18公里，注册资金5000万元，占地1700余亩，建筑面积30000余平方米。天津火箭公司是航天科技集团和中国运载火箭技术研究院明确定位的运载火箭产业化发展平台，未来将发展成为滨海新区先进制造业的代表，成为国内一流、国际知名的大型航天制造企业。
天津火箭公司的主要产品——新一代运载火箭以五米直径芯级模块基本型为代表，综合性能达到国际一流水平，能够满足我国未来30至50年发展空间技术及和平利用空间的需要。天津火箭公司研制生产的运载火箭系列产品受军工行业性质所限，主导产品加工制造技术几乎全部为企业自主研发，企业将具备非常突出的技术研发能力。
作为打造航天数字化制造新体系的排头兵以及中国运载火箭技术研究院二次创业市场化转型的基地和窗口，天津火箭公司早在建设初期就提出了“新一代、新模式、新标准、新跨越”的目标。公司自成立以来，在思想创新、转变模式的同时，一直在用“两化融合”解读并践行着“新一代、新模式、新标准、新跨越”这“四新”目标。
新一代
“大火箭”又名“长征五号”运载火箭，是我国完全自主研制的“新一代”大推力运载火箭，也是我国目前最大的在制火箭。从2008年制造厂房开始建设，到2015年首飞，只有短短的7年时间。在这期间要完成产品总体设计、分系统设计、工艺研发、厂房建设、装备研制、产品制造、产品试验、发射基地建设等一系列复杂而系统的工作，如果基于传统的研制方式，这基本上是一项不可能完成的任务。
为了确保首飞节点的后墙不倒，大火箭在研制初期就引入了世界先进的全数字化设计、数字化制造的理念。采用三维数字化设计技术，变实物模装为数字化模装。利用异地协同数字化技术，将西安的发动机、上海的火箭助推、北京的芯级和总体等系统进行充分融合，大大降低了各系统间互不匹配问题的发生。首次建立产品研制ipt团队，在产品设计的同时，就充分利用三维模型进行仿真验证，使工艺研发、厂房建设、装备研制、发射基地建设等工作能够并行开展。正是数字化理念的引入，使得大火箭的研制费用和周期大大缩短，而且还对提高产品的设计可靠性起到了十分巨大的作用。据初步估算，三维数字化技术在大火箭上的应用，至少缩短50%的研制周期。因此，“新一代”大火箭不仅仅只是体现在它的外表，更是体现于它的内在。
新模式
数字化信息化不仅仅是一项技术手段的进步，它们所带来的是一场深刻的技术与管理革命，更开创了一种新型的生产制造方式。大火箭也深谙此道，将数字化信息化发展与创新作为企业的核心竞争能力提升的重要推进力，推动企业生产管理模式的深度变革。
之于大火箭，新模式可以从两方面来理解，一是基于三维的数字化制造模式的创新；二是基于信息化精细、透明、高效管理模式的创新。围绕数字化制造与信息化管理两条主线，搭建起了数字化制造平台与信息化管理平台两大平台。
数字化制造平台，以三维产品数据管理（pDm）系统为核心，利用三维仿真、三维工艺设计、自动化控制、数字化检测等技术，建立了覆盖火箭制造全寿命周期的数字化制造体系。解决了三维设计数据向制的遣传递、工艺合理性验证、自动化高效加工、产品在线检测、多媒体制造现场指导等一系列数字化制造中的核心问题。其中，仅工艺规划与设计一项的周期就节省了近30%。
信息化管理平台，以企业制造资源管理（eRp）和制造执行（meS）系统为核心，以企业业务流程综合管理系统（Bpm）为引擎，建立了能够覆盖人力资源、财务管理、计划生产、物资流转、现场执行以及质量管理等一系列贴合企业实际且高度集成的业务管理系统。企业搭建信息化管理平台的目的就是以信息系统为带动，使企业经营管理的过程更为透明、顺畅，信息的反馈与指令下达过程更为快捷，从而促进企业管理模式向扁平化、精细化转型。
新标准
随着公司数字化研制模式的转变以及企业先进制造技术的应用，对公司制造水平、经营能力和人才队伍也提出了新的要求。新标准是对火箭制造工艺、质量管理、精密生产的更高要求，也是对公司人才队伍业务能力、综合素质的更高要求。
在公司“两化融合”建设的高标准要求和火箭制造工艺和质量新标准要求的共同推动下，提出建立“数字化（工艺仿真）一流程化，规范化一定量表达”的技术文件标准规范，最终建立“工艺流程一现场操作一过程记录一辅助（智能）评判”同步显示系统。公司开发实施了质量过程管理系统、无损检测信息系统和数字化精密测量系统等生产应用系统，为新标准的践行实施提供了技术支撑。
新跨越
随着it信息技术的高速发展，传统制造业在信息化的助力下也面临着空前的发展机遇，航天制造业利用信息化技术已经初步建立了数字化生产制造模式，实现了传统制造的跨越。大火箭在构建航天科技工业新体系的大背景下，由传统生产型制造向“制造超市”式的服务型制造轻型将是新跨越发展的主旋律。
数字化设计与先进制造技术篇4
1数字建构的特点
广义的数字建筑是一个宽泛的概念，只要设计、施工或管理和运行过程中运用了数字化工具，如autoCaD、智能管理系统等的建筑都纳入数字建筑的范畴。而本文探讨的“数字建构”主要指在建筑设计和建造的各个阶段和各个层面运用数字化的工具模拟实现建筑目标的状态和过程，其中以算法设计（algorithmicDesign）和参数化设计（parametricDesign）为典型的核心技术。数字建构是继现代主义运动后，又一次基于技术革新的设计革新。它体现了以下一些特点：“数字建构”是一种建筑设计方法和工具的变革，与当今时代最先进的信息技术紧密结合，展现了新技术强大的革新能力。不论是设计过程还是成果表达以及项目实施，都必需通过现代的计算机、网络技术才能实现，这是数字建构与以往建筑设计最大的区别。数字建构通过以计算机为代表的技术工具，大大提高了建筑设计的效率，其工具本身的能动性和自主性更加强大，可以帮助人类进行能动的分析和思考。技术工具在建筑设计中承担的角色和作用更加重要，已从以往的辅的“助手”角色上升为互动性的“伙伴”角色。利用计算机强大的储存和计算能力，数字建构实现了在多重、复杂、多变条件下，对多元组合进行无限的比较和优化，并达到史无前例的精确性[2]。计算机技术的不断进步使人类克服了人脑的生理局限性。虽然现代医学技术能够证明人脑的记忆能力是非常强大的，但是就普通人所具有的记忆力和计算能力与计算机相比较而言，是非常微不足道的。在传统的建筑设计过程中，建筑师只能依赖自己的直觉和经验，选择少数的几个或者数十个可能性较大的方案进行比较和优化。而数字建构下，建筑师只需在计算机方案的生成过程中，设定限制条件，即可剔除不符合条件的方案，建筑师最重要的作用是在众多的方案中做出合理的判断，选择最优方案，省却了不同方案生成过程中的时间和精力；还可以在施工前进行全过程的模拟建造，发现不合理的部分立即进行修正，避免实际建造中许多不可预知的浪费和危险。进入实际建造的过程时，一切都按照程序的指令有条不紊地高效推进，有效地减少了人工误差（当然机器的故障离不开人的监督和制定应急措施）（图1~3）。数字建构追求个性化与高效率、高精确率的结合。传统的手工制作虽可实现个性化制作，却不得不面对效率低下的制约；而以往批量生产则是以牺牲多元化为代价、大量制作统一标准的产品实现高效的目的。多元化只能是在有限的产品类型中进行组合而产生变化，这一定程度上限制了个性化、多元化的发展。数字建构依靠从设计到生产全过程的数字控制，可以在高效和节约的前提下，实现产品的多元化和个性化设计的完美结合（图4）。例如，在建筑设计创作过程中，传统设计需要大量制作模型进行方案对比。而现在可以采用参数化设计，依靠计算机技术，对某些影响形式的参数进行控制和调整，就可以在短时间内得到大量的阶段成果进行比较，从而节约了时间和人力。数字建构体现了可控性与不可预知性的结合。当前数字建构一个突出的特征就是将设计过程以程序逻辑的理性方式进行处理（常常是超出常人大脑的能力），将感性的形式转化成一种理性的计算过程。在数字建构的设计过程中，虽然设计条件的设定是由建筑师来决定的，但是由此而呈现的多元化形态有可能是建筑师无法预先想象的。它用计算机编码的精确手段模拟，替代建筑师大脑的模糊推理，但是最终的决策仍然离不开建筑师的艺术审美和功能技术的理性判断。这对于强调个性化设计的建筑师来说，提供了更加丰富的选择性。建筑师对设计过程的控制无需像传统设计那样深入到所有的细节（那样耗费的精力和时间太高了），而是对条件和程序的控制与调节，决策权却仍然掌握在建筑师的手中。
2数字建构的缘起与发展
数字建构当前受到许多建筑师和广大民众的欢迎和追捧，除了因其紧贴时代的技术步伐之外，更由于它在建筑造型上符合当代社会审美趣味的需求，为个性化和多元化提供了新的可能性和相应的技术保障。现代主义建筑所奉行的一元线性的机械推理造型路线，造成了单调乏味的国际式建筑风格，被建筑师们所诟病。后现代主义为突破现代主义的局限，回归传统风格，但其无病或过度夸张的做法，让普罗大众难以接受。但鉴于建筑作为一门实用科学，大多数当代建筑师在仍然坚持理性根基的同时，不断探索造型上的多元化策略。在推进建筑学的道路上，数字建构在平衡理性与多元化上为当代建筑师提供了新的可能性。使得一些表面看来非常复杂的形式通过理性的数字控制手段而获得表达，与那些随机的、即兴发挥的风格截然不同，为普罗大众提供了重新解读建筑的可能性，也从传统理性的现代主义找到了思想发展体系上的脉络。传统的平立剖表达方式以及人脑的思考局限等因素使多元复杂的建筑造型受到制约，而计算机技术使得原来技术上的障碍得以突破。通过虚拟三维建模技术，数控技术解决了现实制造和建造工艺上的精确性和复杂性问题，实现了从虚拟到现实的跨越，这是传统二维图纸表达所无法达到的。从历史发展的递进关系来看，数字建构应当是工业化建构的更高阶段的形式。因为数字建构必然依靠工业化的更高阶段——数控自动化工业的支持才能得以实现，从这层意义上来说，工业现代化仍然是建筑现代化的基础。西方工业革命后建筑技术和思潮的发展，充分体现了这种新的趋势。中国社会目前虽然经济发展迅速，但在建筑领域尚未完全实现工业现代化的建造过程，期待着引进先进技术而缩短与发达国家的差距，实际上面临着多重的困难。因其缺乏强大的工业现代化生产的支持，数字化生产和建造能力显得底气不足，步履蹒跚。
3数字建构对建筑创作的影响
数字建构是促进当代建筑创新的有力工具。最突出的一点是它克服人脑的生理局限性。强大的记忆功能、高效的统计分析和高强度重复性劳动，“能想人之不能想”；其次，它克服传统建筑工艺的局限性，能够模拟制造复杂的造型，“能做人之不能做”（图5）。数字建构对于建筑创作的影响既是巨大的，也是革命性的，体现在以下几个方面：
首先，数字建构作为一种系统化的工具，极大地改变了建筑设计的过程。对于建筑师而言，虽然我们从传统的图板丁字尺已经过渡到了计算机辅助设计阶段，但是设计过程的生产方式仍停留在传统的孤立分散式的合作设计阶段。数字建构是一种整体的系统化的设计方法，将传统的分阶段分技术工种的分散设计操作，转化为即时同步的协同设计过程。
其次，给建筑师带来根本变化的是内在思考方式的变化：作为使用了上千年的建筑师图纸语言，从二维图纸转换成了计算机三维（甚至四维）模拟表达。数字建构的设计过程，不再是从二维到三维的想象过程，而是直接从三维着手进行空间动态式的设计和调整，二维图纸只是三维模型的输出表达结果而已。建筑师不再需要通过阅读二维图纸想象出三维的空间形态。建筑师、工程师乃至业主则可以随时观摩三维模型，甚至可以模拟不同时间、不同人群使用空间的场景，随时进行调整和修正。建筑师与业主之间的交流，可以直接模拟观看建成之后的效果，甚至可以利用3D技术实际体验空间的变化。
此外，数字建构作为一种智能化的技术，对建筑的建造逻辑产生了巨大的影响。当前许多运用数字建构技术设计的建筑大多因其独特的造型而为大家所认识和追捧，实际上数字建构解决的不单是外观造型的个性化问题，而且是对空间设计和建造的数字化和智能化控制与管理。数字化技术改变当代人的生活和工作方式，也挑战着传统审美观念，在复杂和多样化的造型之下，把直观的视觉形象与理性的算法逻辑、把设计与建造的过程有机地结合起来，逐渐形成了新的审美标准[3]。数字建构对于建筑的建造逻辑带来了新的变化，体现在对传统石材、木头、钢材和玻璃等材料的拓展运用，将原来静止受力状态所不可能实现的空间结构，通过动态多元的受力分析，使材料性能得到极致的发挥。此外，也改变了各种材料传统组合的构造节点和做法，形成了新的加工、组装和建造的模式。数字建构所具有的智能化和信息化特点，对于建筑内部环境的物理性能控制与调节起到积极的作用。根据室外环境的变化(朝向、温湿度、风速等)，以节能环保为原则，能动地调整护构件的形式和方位，形成符合可持续发展的最优的绿色建筑方案[4]。
数字化设计与先进制造技术篇5
[关键词：]飞机装配；数字化；技术
中图分类号：tp311文献标识码：a文章编号：
我国由于科技发展起步时间短，造成一些精密技术上实行效果差的现象。在飞机制造装配中，治理方式和方法存在着一定的不足。虽然我国已经采用先进的激光跟踪技术和计算机辅助经纬仪等设施，但是在安装过程中却很少用到更加先进的安装和设计技术，虽然部分程序上做到了简化处理，结构得到清减。但是与发达国家相比，仍然在飞机装配技术中存在着一定的差距不足。
目前我国虽然在各个环节上已经做到数字化信息传递，但是在部分领域上仍然处于孤岛现象，对于模拟量传递依然不能得到相应的有效解决。数字化技术未能得以广泛应用，导致装配人员在进行现场工作时，仍要进行手动翻阅查看设计图纸和工艺文件，大大增加了生产制造周期。同时由于工作的繁琐模式，早场质量不能得以保证，经常出现装配错误，为与飞机整体结构稳定性和安全性起到负面影响。
1、飞机数字化装配技术要点
（1）飞机装配标准工艺与专家数据库的建立。对机装配技术首先要进行的技术要点就是对机装配技术中各项对顶的分析，通过经验和工艺方法的总结，有效地将飞机装配工艺的标准制定出来，同时通过一定的技术方法将数字化标准实行在工艺当中，运用技术处理与专家数据库进行有效的连接，建立完善的系统体系。
（2）容差分配模型的建立。对机装配过程而言，容差分配模型的建立是较为关键的环节。通过对飞机设计规定容差到制造施工工艺容差分配以及完成产品设计容差的有效协调，是飞机装配制造协调方法与线路制定的重要依据。在数字化处理环境下，飞机装配装置额容差分配模型的建立，有效地对设计容差进行最小误差化，减少飞机中协调线路，为各项部件分配合理的容差数值。
（3）零部件交接状态数字模型的建立。将作为装配工装设计技术条件、装配大纲编制、模线设计等依据的，满足装配定位、工艺补偿、确定孔位的，对零件提出导孔、装配孔、定位孔余量等附加到前面的容差分配模型上，形成零部件交接状态数字模型。
（4）装配连结模型的建立。在前述的零部件交接状态数字模型的基础上，按设计的要求，定义装配基准和连结结构的几何模型，即将零件上孔的位置、数量、连接用标准件附加上，从而形成飞机部件的工艺模型。
（5）产品工艺模型与装配工装模型的虚拟装配。要用产品的工艺模型模拟飞机的真实装配过程，必需将部件中零件的工艺模型在装配工装数字模型上按装配大纲进行装配，综合检测容差分配是否合理、产品结构与装配工装结构是否干涉、装配的工艺性是否科学、工装的开敞性、产品结构的定位夹紧方式是否合理方便等。
（6）建立飞机数字化装配标准及其规范。在建立飞机数字化装配系统之后，需要制定用于指导产品结构数字和数字工装的虚拟装配具体工作的相关标准及规范。
（7）建立产品连接的标准件库。在数字化飞机装配技术应用中，应建立完善的产品链接标准件库，从而有效地对产品装配中使用的各种标准件进行参数化数字化的使用，方便使用进行快速便捷查询、调用，为飞机装配设计制造增添协调推动作用。
2、飞机数字化装配技术的应用
数字化装配系统多种先进数字化装配技术相结合使用，共同工作来实现对某些零组件的装配，这些成组的数字化装配工作系统构成了数字化装配系统。数字化装配系统以数字化装配技术为支撑，体现了数字化装配工艺技术、数字化装配工装技术、光学检测与补偿技术、数字化钻铆技术及数字化集成控制技术的综合应用。
（1）装配零件和装配工装的自身特征，以及它们之间的装配特征在飞机设计阶段就被输入到系统服务器中。装配集成控制系统不仅能够直接共享该数据，还能够不断控制工艺系统对这些特征信息进行分析优化，使零件和工装的设计及其装配特征的设计不断完善。
（2）数字化柔性装配工装主要包括机械随动定位装置和一些柔性的夹具。通过更换卡板和一些专用的夹具，该工装可以满足不同机型、但零部件大小相似的多种零部件的装配。这样仅需更换卡板和少量专用夹具就可以在一套工装平台上装配多种零部件。
（3）在飞机装配技术应用中，机械随动定位装置和光学测量仪器的综合使用，能够有效地对测量结果进行及时的反馈，对设计制造过程进行全面的监控。同时应用这些技术能够有效地对零件定位以及工装定位实行闭环控制，一定程度上增加了定位准确性，为飞机装配稳定性提供有力的保障。
（4）对机数字化装配技术的实施，有效地保证了飞机装配过程中的自动化和信息化，实现更加科技控制的目的。有效地改善了在装配过程中存在的不足，大大提升了飞机装配过程的效率，同时对于装配质量也是具有一定的保障，为应对激烈竞争和快速更新的市场提供了有力的基础，实现了飞机整体结构的稳定性和可靠性。
3、结语
自从我国实行改革开放政策以来，国家整体经济建设和科技水平得到显著提高，从而更多的数字化技术被应用在飞机结构制造中。其中，在飞机结构设计中装配设计凸显重要作用。就是通过将零部件按照一定的设计标准和技术要求进行有效的组合连接，一般对机装配产品尺寸较大、形状较为复杂，为了能够更好地保障飞机整体结构上的稳定性和可靠性，目前我国飞机制造企业纷纷采用数字化处理技术，实现对飞机装配整体结构上的加固。
参考文献
[1]王巍，高平，柏树生.飞机数字化柔性装配技术研究[J].节能.2011（Z1）
[2]苟坤.面向飞机装配过程的质量管控系统研究与应用[D].华中科技大学2013
作者简介：钟厚炜，男，籍贯：江西省南康市，现职称：工程师，研究方向：飞机装配。
期刊快递地址：沈阳市于洪区长江北街133-1-411
数字化设计与先进制造技术篇6
关键词：陶瓷机械；数字化技术；应用研究
我国陶瓷机械装备虽然近几年来有了一定的进步，但在整个陶瓷行业的发展中仍没有发挥很好的同步发展效应，更没有起到引领行业发展的作用。当前科技迅猛发展，数字化设计技术作为一支重要的生力军，在各行各业都发挥着巨大的作用。现代陶瓷机械装备应加速向“数字”和“精确”陶瓷行业发展。推行CaD/Cae/Can、miS和加工柔性化系统、建立FmS示范工程、加快我国陶瓷机械装备数字化设计与制造技术的应用研究等。已成为历史赋予我国陶瓷机械装备技术人员的责任。
一、数字化设计制造技术概述
数字化（Digital）是指信息（计算机）领域的数字（二进制）技术向人类生活各个领域全面推进的过程，是基于产品描述的数字化平台，建立基于计算机的数字化产品模型，并在产品开发全程采用，达到减少或避免使用实物的一种产品开发技术。这种设计全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高机械产品开发能力，缩短产品研制周期，降低开发成本，实现最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源共同开发出新产品，大大提高企业的竞争能力。数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟设计与制造、多媒体和网络通讯等，是一项多学科的综合技术，其目的是通过建立数字化产品模型，利用数字模拟、仿真、干涉检查、Cae等分析技术，改进和完善设计方案。数字化设计含盖了现代设计的最新技术，同时也是现代设计的前提。涉及的主要内容有：
1.Cae/Capp/Cam/pDmCaD/Cae/Capp/Cam分别是计算机辅助设计计算机辅助工程、计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助制造的英文缩写，它们是制造业信息化中数字化设计与制造技术的核心，是实现计算机辅助产品开发的主要工具。pDm技术集成是管理与产品有关的信息、过程及人与组织，实现分布环境中的数据共享，为异构计算机环境提供了集成应用平台，从而支持CaD/Capp/Cam/Cae系统过程的实现。
2.异地、协同设计在因特网/企业内部网的环境中，进行产品定义与建模、产品分析与设计、产品数据管理及产品数据交换等，异地、协同设计系统在网络设计环境下为多人、异地实施产品协同开发提供支持工具。
3.基于知识的设计将产品设计过程中需要用到的各类知识、资源和工具融入基于知识的设计（或CaD）系统之中，支持产品的设计过程，是实现产品创新开发的重要工具。设计知识包括产品设计原理、设计经验、既有设计示例和设计手册“设计标准”设计规范等，设计资源包括材料、标准件、既有零部件和工艺装备等资源。
4.虚拟设计、虚拟制造综合利用建模、分析、仿真以及虚拟现实等技术和工具，在网络支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能、可装配性、可加工性等各方面可能存在的问题，实现产品设计、制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制等。
二、陶瓷机械设计领域的特点
1.当前行业发展中存在的主要问题
1.1技术、装备水平低。大多数陶机专业厂技术力量不足，产品设计多用传统的设计方法，CaD等现代化设计方法应用还不普遍，工厂装备落后，数控机床和加工中心为数不多，计量、检测、控制手段较差，生产机械化程度低；
1.2产品质量差、档次低。陶机产品外观质量落后，有的性能不稳定，机电一体化产品很少，尚有许多空白，成套性差，产品附加值低，在国际市场上缺乏竞争力；
1.3产业组织结构不合理，生产专业化水平和企业管理水平低。我国陶机工业虽然己经形成一定体系，但专业化分工、集约化程度很低，标准化程度也不高，产品零件互换性差，难以满足高档瓷生产的要求。这种生产方式极大地限制了现代化科技的应用，日用陶瓷和建筑陶瓷机械始终没有赶上国际先进水平。
2.陶瓷机械设计领域的特点
2.1结构类型多、型号多。例如在真空练泥机设计中，有单轴、双轴和三轴真空练泥机等；泥浆泵设计有单、双缸，立式、卧式等；
2.2常用设备功能结构比较稳定，结构复杂程度较小。例如球蘑机、练泥机、滚压成型机等一般由机架、传动系统、执行机构等组成，不同型号的设备采用的部件类型和结构参数有区别，但产品功能基本相同。这种结构稳定性非常便于采用模块化变型设计技术和参数设计技术；
2.3常用陶瓷机械产品受企业投产规模、陶瓷原料性能的影响，研究开发周期长，采用iCaD技术能缩短产品研究开发周期，节约成本。
数字化设计与先进制造技术篇7
关键词数字化设计与制造课程体系人才培养
1数字化产品开发技术已成为现代制造业不可缺少的技术手段
制造业是一个国家的支柱产业，制造业的发展水平直接反映出国家经济和科技的发展水平。以信息技术为主导的现代科学技术的迅速发展，推动了制造业和数字化产品开发技术的快速发展，使传统的制造业面临巨大挑战。
传统的产品开发过程采取串行设计模式，从产品设计、样机试制到经过改进再投产，导致新产品开发的周期较长，缺乏市场竞争力。而现代制造业则借助数字化产品开发技术实现了从设计、制造全过程的并行设计模式，尽可能采用数字化三维数据模型取代原来的物理原型，从而缩短新产品开发周期，加快上市速度。
2传统教学模式与相关课程体系亟待改革
目前许多高校机械工程学科在数字化产品开发系列技术方面存在较多问题，主要表现在：原有的传统教学模式是以常规机械设计制造流程为主线，课程体系的设置重理论轻实践，各单元技术之间存在很大的脱节与重复现象，没有形成完整的课程体系。
数字化设计与制造环境下的现代制造业，正逐步普及以三维cad技术为核心的数字化产品开发模式，这便要求机械类专业的人才培养目标、课程体系设置与之相适应。在充分调研的基础上，提出将原有课程体系调整为：“以综合素质培养为核心、创新教育为主线、以数字化产品开发技术为手段、拓宽基础、加强工程实践能力培养”。
3数字化产品开发技术涉及的主要内容
数字化产品开发技术集成了现代设计制造过程中的相关先进技术，可分为：数字化设计、数字化制造、数字化管理等三大模块，各模块涉及的单元技术如图1所示。
图1数字化设计技术相关单元技术
上述各项单元技术贯穿于产品设计、分析、制造、使用等全过程，是一项多学科的综合技术。以三维cad/cae/cam为核心的数字化产品开发技术已成为新产品开发不可缺少的现代技术手段。
4数字化设计与制造环境下课程体系的设置
机械设计制造及其自动化专业属于工程应用型专业，人才类型分成应用研究型和技术应用型。技术应用型人才主要是应用知识而非科学发现，其知识结构应围绕现代制造业的实际需要进行设置，拓展基础、注重实践。在对重庆市众多制造类企业（国营、民营；大、中、小型）进行广泛调研的基础上（涉及汽车整车制造厂、汽车零部件公司、摩托车制造企业、装备制造业），并参照全国其他高等院校本专业的培养计划，结合我校的实际情况，本专业方向人才培养目标为高素质应用型高级专门人才。
4.1机械设计制造及其自动化专业课程体系
机械设计制造及其自动化专业课程体系的设置，应该建立在“机械设计技术基础”、“机械制造技术基础”以及“机电系统集成技术”三大平台之上，并以数字化设计制造技术为特色、注重培养学生技术应用能力，强化综合实践与工程训练。机械设计制造及其自动化课程体系框图如图2所示。
图2机械设计制造及其自动化课程体系框图
整个课程体系由理论教学、实践环节以及课外社会活动实践等三大部分构成，其中理论教学按课程的性质可分为：公共基础课、学科基础课、专业主干课以及专业方向选修课等四大类（图2中只列出少部分课程）。
4.2体现数字化设计与制造技术特色的实践性环节
从课程体系中可以看出，综合实践性环节在整个课程体系中占有十分重要的地位，图3为实践性环节所涉及的主要内容，从中可以看出，数字化设计与制造技术在整个实践环节中占有突出显要的位置，并且四年不间断。
在大一年级开设的“工程图学课程实践”、“计算机辅助绘图（二维）”实训中，要求学生用autocad软件完成减速器的测绘，使学生得到最基本的数字化设计基本训练；在“金工实习”环节，除进行车、铣、磨、钳工以及铸造、焊接等常规的加工方式外，重点强调数控机床、加工中心、线切割机床等设备所采用的数字化制造方式给传统制造业所带来的巨大变革。
在大二年级开设的“三维cad应用实训”综合实践是数字化设计与制造技术最核心、最基础的组成部分，通过高端三维cad\cae\cam一体化软件——ugnx5的学习，学生应掌握实体建模、曲面设计、钣金设计、装配、工程图等模块，为后续环节打下坚实基础；在“机械设计基础”课程设计环节中，除完成以齿轮减速器为主体的一般机械传动装置的设计过程外，同时要求学生必须完成该减速器的三维建模、虚拟装配及简单的机构运动分析；在“电子工艺实习”中，除完成收音机的装配调试以外，同时要求学生用“protel电路图绘制软件”完成收音机的整张电路图。
图3集中性专业实践环节
在大三年级开设的“机械制造技术基础课程设计”中，除常规内容以外，同时要求学生采用capp软件完成该零件的计算机辅助工艺规程编制，并且用三维cad软件采取自顶向下的装配建模方法完成整套夹具的三维设计；在“计算机辅助制造实训”综合实践环节中，要求学生掌握数控自动编程的原理、方法，并熟练运用ugnx5软件中的cam模块，完成一个中等复杂程度带异形曲面零件的数控铣削自动编程，并实际加工操作。在“计算机辅助工程分析”综合实训环节中，要求学生掌握有限元分析的基本原理、方法，并基本掌握利用adams软件对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。
在大四年级开设的“逆向工程综合实训”，与其它实践环节相比较，所涉及的范围及综合性则显得更加突出，从概念设计到效果图、油泥造型到三坐标扫描、点云数据处理到曲面设计及实体建模、快速原型制造，通过该实训环节，强化学生在数字化设计与制造环境下进行新产品快速开发的实施流程。在“产品数据管理综合实训”实践环节中，要求学生掌握数字化管理技术所涉及的领域，并熟练使用国产caxav5pdm软件的使用方法。在整个课程体系中，依据不同的专业方向特点设置了相应的“专业实训环节”。诸如在模具设计与制造方向，其专业实训环节则是“注塑模具cad/cae/cam”综合实训，主要学习ugnx5软件中的moldwizard注塑模具设计模块以及的moldflow流动分析模块的使用；在毕业设计环节，若毕业设计题目为工程设计类型，则要求学生必须完成一定工作量的三维设计。
5近三年应用型人才培养的探索实践
近三年来，机械工程学院在重视理论教学的同时强化实践环节对学生能力的培养，学生的综合素质得到显著提高。并积极组织学生参加全国及重庆市的各种学科竞赛，如：在第二届全国机械创新设计大赛中获得三等奖一项、第三届全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛荣获四个单项二等奖、第一届全国大学生工程训练综合能力竞赛重庆赛区三等奖二项、2009年度全国三维数字化创新设计大赛（简称3d大赛）重庆赛区二等奖两项等较好成绩。与此同时，学院作为国家制造业信息化三维cad教育培训基地，近三年培训学生达五百人。
参考文献
[1]曹建树.应用型本科“cad/cam”课程的教学改革与实践.实验室研究与探索,2010.5.
[2]刘炎,罗学科.机械设计制造及其自动化专业本科教育多层次人才培养模式探索[j].煤炭高等教育,2008.1.
[3]熊志卿.机械制造专业应用型人才培养方案的改革与实践.南京工程学院学报（社会科学版）,2007.9.
数字化设计与先进制造技术篇8
【关键词】民机照明；光学仿真；3D打印
1背景简介
计算机技术的飞速发展深刻影响了人类社会的生产生活方式。航空产业作为传统的高研制成本和长周期产业，也在不断寻求创新与突破，通过积极借用新技术来改进设计方法提高研发效率，压缩研制成本。传统的飞机照明设计是不断设计与验证的过程，通过结果的迭代不断逼近设计需求。通过借用以计算机技术为基础的新技术，可极大提高飞机照明系统的设计效率，降低研发成本。
2光学仿真技术
数字化技术经过几十年的发展，衍生出了很多的新技术，其中仿真技术的广泛应用正成为数字化设计技术发展的主要趋势［1］。照明设计中光学仿真是以数字模型为基础，赋予数模光学属性，计算相应的光度学参数。仿真的主要内容包括：照度计算、亮度计算、均匀度计算、人机视觉功效分析等。常用的光学仿真软件在计算特性方面各有侧重，包括SpeoS，Lighttools，Dialux，SpeCteR等［2］。SpeoS在人机视觉功效分析等领域走得更前，该软件集成了多种算法以进行光线追迹。同时，SpeoS软件内嵌在CatiaV5中，设计者在Catia中建立的数字模型可在SpeoS中直接赋予光学属性用于仿真计算，消除了格式转换引起曲面形状畸变的风险。若赋予数字模型以真实的材料属性，包括颜色、材质、表面纹理，再赋予其光学属性，则可进行人机视觉功效计算，得到逼近于真实视觉效果的仿真结果。
3增材制造技术
随着计算机技术、自动化技术、新材料技术等多学科的迅速发展和融合，先进制造技术迎来了巨大变革。被冠以引发“第三次工业革命”的增材制造技术正是先进制造技术的典型代表。增材制造技术又称“3D打印”，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。其过程是先通过计算机建立数字模型，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，在打印机中逐层打印。传统的方法制造出一个零件通常需要数小时到数天，根据零件尺寸以及复杂程度而定，而用三维打印的技术可将时间缩短为数个小时，并且该技术可以制造一些传统工艺无法制造的零件，从而减少零件的数量，提高系统可靠性，同时实现系统的轻量化设计。
4飞机照明设计方法探究
4.1传统飞机照明设计方法
基于需求管理的双V流程是飞机照明设计的基本要求［3］，通过对系统需求的逐层确认和对系统需求的验证来科学化规范化管理设计流程。简化的飞机照明系统设计流程如图1所示。传统的设计方法是试验驱动型，依靠后期的试验进行验证，容易造成跨阶段的更改和设计迭代。在定下初步设计方案之后，设计者往往对方案可实施性的把握不强，在灯光的布置、空间的光能量分布等问题上都存在很大不确定性，设计结果较粗糙。
4.2基于数字化技术的照明设计方法
现阶段国产民用飞机设计已实现了基于Catia的数字化设计。系统数字模型可直接转化为光学仿真和3D打印的数据源，从设计端和制造端极大提高研发效率。光学仿真可在设计阶段仿真灯具传统的光度学参量，得到传统计算无法精确得到的光分布，完成过去只能在实物验证阶段进行的人机视觉功效分析，提高了设计质量。仿真完成后详细设计得出不同方案的产品模型可以利用3D打印技术快速变成实物产品，在物理样机上进行试验，实现设计与实物验证的并行。以某型号民用飞机的驾驶舱阅读灯优化流程为例，在该优化项中，需要在飞机的侧窗框装饰罩上新增一个阅读灯，并设计阅读灯的安装位置和角度。4.2.1照明需求分析飞行员在飞行过程中需要阅读航图，目标照射区为侧窗图表夹区域。可用的安装位置为目标区域上方窗框装饰罩处。初步分析该区域模型，然而该区空间狭小，结构复杂，需合理设计安装位置和角度以减小对原有结构的影响，如图2所示。4.2.2基于光学仿真的照明设计在本案例中，利用SpeoS软件进行光学系统仿真设计，其过程分为以下步骤：（1）系统建模：调取侧窗框装饰罩区域以及目标照射区域的相关数模，同时将阅读灯的数模导入其中。（2）建立光源：SpeoS软件提供多种光源的建立方式，包括面光源、泛光灯等。通过将阅读灯的配光文件赋予其出光面，建立光源模型。该模型中包括光通量、色温、配光等信息。（3）建立物体的光学属性：将仿真数模赋予光学属性，分为物体的体属性和表面属性，包括物体的表面反射率、体透射率和吸收等。（4）建立仿真探测器：可以根据不同的仿真类型和需求建立不同的探测器，包括光强探测器、照度探测器以及亮度探测器等。本案例中，在图表夹区域建立照度探测器，经光学仿真会在建立的照度探测器内生成照度分布。（5）仿真结果分析与设计修正：通过光线追迹进行仿真计算后，对探测器内的照度分布结果进行定性或定量的分析。可定性的判断光照分布区域，也可定量的分析特定点的照度值或者区域平均照度等。当结果不符合设计目标时，修正阅读灯的安装位置和角度，重新仿真。经仿真以及位置修正，目标区域的照度分布如图3所示。在确定灯具的安装位置和角度之后，根据灯具安装接口和活动包络，设计阅读灯的安装支架，并对原有结构进行修改以安装灯具。4.2.3支架制备与试验验证通过3D打印技术制备阅读灯支架试验件。本案例使用工业级打印机objet500Connex1，打印方式为喷射可固化液态光敏树脂材料。设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是StL文件格式。StL文件使用三角面来近似模拟物体的表面，面越小其表面分辨率越高，打印出来的模型更精细。阅读灯支架试验件模型如图4所示。用打印出来的试验件支架进行装机和试验，照明效果如图5所示。试验结果表明，阅读灯能较好的照射侧窗图表夹区域，试验结果与仿真分析结果相吻合。整个设计到验证的流程均基于数字化软件，避免了传统方法设计中的设计反复以及注塑等方式制备支架的长周期，提高了设计效率。
5结语
利用同时基于Catia的光学仿真和增材制造技术，可以分别从设计端和制造端提高民用飞机照明设计的研发效率及设计水平、减少风险，缩短研发周期，降低研发成本。合理利用这些新技术，或许会让中国的民航制造业在这个传统领域实现弯道超车，赶超制造业强国。
参考文献：
［1］郑党党.飞机设计中的数字样机技术［J］.航空制造技术，2016.
［2］刘洪涛.民用飞机照明数字仿真技术研究［J］.技术研发，2015.
数字化设计与先进制造技术篇9
关键词：飞机设计；制造；数字化技术；应用价值
飞机制造方面的成本占总成本的20%左右，设计方面的工作对飞机整体价值的90%有所影响，因此需要对飞机设计、制造方面的工作产生更多重视，对数字化技术进行科学合理的应用，进而对数字化技术的应用价值进行最大限度的发挥，为飞机设计制造等方面工作提供更多支持。本文对数字化技术应用价值方面的内容及数字化技术本身进行分析，以期为相关部门工作人员提供一定启发。
1数字化技术在飞机设计及制造中的应用
数字化技术在飞机设计和制造等工作中的应用便是把实物飞机内全部参数以统一比例集中于3d模型，其与传统设计制造工作具有较大的差异。传统飞机设计和制造工作借助2d图纸绘制实现，若欲完成飞机的完整设计，应以不同方位对其进行绘制，工程量较大，同时因飞机制造工作涉及到的零件和零件相关参数众多，成功的飞机制造需要确保所有参数的正确。数字化技术的应用能够借助计算机技术完成上述工作，向计算机输入全部的参数，这些参数能够根据实际情况和位置进行标记，即三维标注技术，该技术对零件尺寸统一比例的标注具有较大的积极影响，各部分材料粗糙度等信息一目了然，并且在各类文字、数字以及语言的支持下，标记工作更加完善。
飞机制造和设计在模型精度方面具有较高的要求，为了对电子样机协调进行满足，使飞机设计及制造工作达到相应的工艺要求，需要对其精确度进行提升，部分零件达到完全真实的水平，其模型在零件尺寸、材料等方面还原度极高，甚至某些时候能够将某型直接引入到飞机制造工作中。当然3d模型并不完美，例如在表面处理及热处理技术方面目前的数字化技术无法更好实现，但依旧能够通过3d标注技术对其设计和制造工作进行辅助。
2数字化技术在飞机设计及制造中的应用价值
2.1方案设计和决策工作中数字化技术的应用价值
飞机设计软件工具能够根据飞机运营需求、特点等对舒适性、经济性、安全性等方面进行平衡，在先进软件及系统的支持下，将更多数据提供给方案设计及决策方面的工作。在数字化技术支持下，飞机设计及制造人员能够对飞机运营、技术需求、性能需求等方面进行掌握，进而对飞机设计和制造工作进行相应的调整和完善，对不同方案进行综合分析或调研，进而对方案进行不断提升和完善，为设计制造工作的开展提供更多支持。
2.2预装配相关工作中数字化技术的应用价值
数字化技术能够对飞机设计、预装配等方面工作提供支持，所谓预装配即模拟装配飞机的过程，飞机装配工作对整体的制造工作而言至关重要，并且实际操作过程中容易出现各式各样的问题，因此数字化技术对此项工作的开展具有较大的应用价值。预装配工作的基础为数样机，在计算机技术和数字化技术的支持下，能够根据工艺流程步骤开展产品组装方面的工作，并且能够完成材料的质量检测工作，实际操作时误差的出现几率大幅度减少。
人们能够从四方面入手开展预装配仿真工作，例如人机工程、装配干涉、装配顺序以及虚拟数字化方面的仿真。所谓装配干涉仿真，即对报警装置进行建立，预装配环节存在诸多干扰因素，系统能够对其进行识别和报警，同时能够使工作人员在第一时间对问题进行处理和检查。此方面工作多数在虚拟条件下进行，然而仍旧需要人的参与，工作人员无需进到虚拟环境内，人们可以将人体3d模型放入其中，为工作人员提供各个方位的视角，为操作提供更多便利。所谓数字化车间仿真，即在虚拟3d零件的基础上对车间、起吊装置、厂房等方面的模型进行完善，将待装备的零件、半成品等投入虚拟车间。此外借助数字化技术能够对装配顺序进行模拟，在保证其与实际装配流程一致的情况下，能够及时发现存在的隐患问题，在确保顺序正确的情况下人们还能够减少漏零件的问题，为预装配乃至今后的实际装配奠定坚实基础。
2.3飞机综合设计制造及工程发展过程中数字化技术的应用价值
在数字化技术支持下，能够为总体布置、设计等方面工作的开展提供更多支持，3d数字化模型和数字化设计分系统能够对结构强度设计、动力推进系统设计等分系统的设计进行完善，为设计工作开展提供支持。此外，在试验试飞、营运和制造、飞机设计及制造工作相关的知识管理工作等方面，数字化技术同样具有较高的应用价值，飞机试验试飞过程中产生较多的数据，在数字化技术支持下能够对全部试验数据进行有效的存储及处理，为飞机设计及制造工作的进一步优化奠定坚实基础。在营运制造过程中，通过对总装环境、地面维护保障参数等方面的仿真和模拟，能够以更低的代价达成设计及制造工作的各种要求，为飞机经济性、安全性、舒适度等方面提供更多保障。
3结束语
飞机设计、制造等方面的工作较为复杂，涉及到的数据众多并且对数据精度和准确性具有极高的要求，通过传统方法和技术开展设计、制造等方面的工作时需要消耗较多的人力物力和时间，获取的数据精度较低，无法更好地满足飞机设计、制造等方面工作要求，数字化技术的应用能够对上述问题进行解决，并且在虚拟预装配功能的支持下减少资源浪费，设计制造时间有所减少，可见其应用价值极大。
参考文献
[1]高利.数字化技术在飞机设计与制造中的应用价值[J].探索科学，2016（4）：174-174.
[2]马清.浅议数字化在民用飞机设计与制造中的应用[J].中国新技术新产品，2013（16）：14-14.
数字化设计与先进制造技术篇10
关键词：柔性装配工装技术飞机装配计算机仿真标准定位
中图分类号：V262文献标识码：a文章编号1672-3791（2015）02（b）-0000-00
飞机制造和装配过程是精确度要求极高的工作，历经了人工手动、机械自动的装配技术发展过程，进入新时期，柔性装配工装技术成为飞机制造和装配过程中的核心技术，柔性装配工装技术融合了数字化、自动化、信息化等方面的科技元素，对飞机制造和装配的效率、精度、质量、强度等目标有着显著的提升作用。应该在飞机制造和装配过程中应用好柔性装配工装技术的定位、仿真方面的优势，通过计算机和数字控制技术的全面运用来提升柔性装配工装技术的实际效果，在跟踪国际飞机制造和装配先进技术的基础上，实现我国飞机行业研发、制造、装配等各项事业的跨越式发展。
1柔性装配工装技术的概念
装配技术从传统的人工装配到近代的机械装配已经经历了几百年的历史，进入到后工业化时期，特别是计算机、仿真、模拟等技术的不断进步，使得柔性装配工装技术成为装配技术的主要方向。所谓的柔性装配工装技术实质：在设计、研发和制造产品的过程中全面掌握产品的数字化信息，通过对装配工装环节的模块化重组，实现自动化进行装配工作技术。柔性装配工装技术是对上下游操作的统一，进而具有成本低、加工周期短的优势，不但能够提高装配工作的质量，而且还能够确保装配工作的效率，是新时期装配工作技术发展的主要方向。
2飞机装配中应用柔性装配工装技术的特点
飞机的组件和产品的尺寸巨大，重量、精度要求非常高，如果沿用传统的人工或机械装配技术进行工装无疑将会带来效率、质量、安全方面的各类问题。有了柔性装配工装技术，就可以实现对飞机组件尺寸、重量、精度的详细了解，在有效整合飞机装配环节的基础上，实现柔性装配工装技术的深层次价值与目标。合理应用柔性装配工装技术可以克服传统技术中人为和机械误差，在自动化和数字化柔性装配工装设备的应用下，真正实现组件、设备、人员的相互集成，在提高飞机装配精度的同时，提高飞机装配的效率。
3飞机装配中柔性装配工装技术的关键技术
3.1定位技术
定位是装配中基础性和核心性的问题，飞机装配中更需要对位置精确的定位，由于柔性装配工装技术中柔性化定位是关键所在，通过柔性化定位技术可以大幅度控制飞机零部件发生结构变化的可能，同时做到对定位应力的有效释放，在灵活配合装配工装的基础上，形成柔性装配定位的模块，通过对结构、孔径、位置、基面的综合控制，提升飞机装配的定位水平。
3.2仿真技术
柔性装配工装技术的基础是计算机和模拟技术，通过仿真的应用可以对柔性装配工装的全过程进行模拟，这有利于提高柔性装配工装技术的准确性和可靠性，同时又可以通过有针对性地调整使柔性装配工装技术做到优化。在进行飞机正式装配之前，要先好做好虚拟装配的仿真，虚拟装配仿真技术是以并行设计为基础，对环境数字化预配装进行分析，并对零件的集合信息、工装信息、指令等信息进行综合考虑，通过仿真软件进行处理得出全过程三维动态仿真。对程序进行实时控制，并涉及到碰撞检查。虚拟化装配仿真技术作为一种新颖的技术，能够作为支撑飞机柔性装配系统的一种技术平台，确保装配系统发挥出高柔性、高可靠性以及高效率等优良性能。
3.3计算机技术
柔性装配工装技术的另一个优势是计算机技术、自动控制技术和数字化技术的普遍应用，这也是柔性装配工装技术的关键之一，合理应用计算机技术可以使飞机负责各种零件做到准确定位，并实现制孔、铆接，确保工装系统对飞机装配部件的可靠性和固定性，保证装配工装的飞机，其外形和数字化样机保持一致。
4飞机装配中更好地运用柔性装配工装技术的建议
现阶段，数字化柔性装配已经成为数字化制造的发展方向，国内关于柔性装配工装技术的应用尚处于萌芽阶段，要想得到快速进步，必须结合我国实际国情，并考虑企业真实的科技水平。具体而言，飞机装配中更好地运用柔性装配工装技术应该做好如下一些重点工作：
4.1积极引进先进数字化柔性工装技术和设备
企业应该结合自身企业的实际情况，主动和科学研究场所开展合作，先引进先进的工装及配套设备，组建好加工系统，待其掌握了柔性装配工装技术的思想和核心技术，依次基础上进行自主产权技术的研发工作，比如说泄漏检测、红外自动无损探伤以及装配在线检测等技术。
4.2建立相飞机柔性装配工装技术的行业标准
作为飞机制造和装配的业内人士，当前应该将柔性装配工装技术的发展作为核心任务，要建立一套与柔性装配工装技术相关的行业标准和规范，是及其有必要的。具体而言，先组建单一数据源，再逐步建立综合组织生产模式。
5结语
柔性装配工装技术是当前飞机生产和加工中先进的装配技术，合理运用柔性装配工装技术可以提高装配的效率和质量，大面积普及和应用柔性装配工装技术可以对数字化技术的推广起到推波助澜的作用。作为飞机制造企业应该立足于技术进步，从柔性装配工装技术的特点入手，强化飞机制造中柔性装配工装技术的关键与要点，在提升飞机制造水平的同时，将柔性装配工装技术的实用化推向一个新的高度，使柔性装配工装技术的优势能够得到更为充分而全面地发挥，做到对制造和生产深层次地促进与发展。
参考文献
[1]王水生，武慧芳.基于pmaC的飞机柔性工装控制系统[J].机电产品开发与创新.2010（06）
[2]魏志刚，薛亮.飞机先进装配技术及其发展[J].海军航空工程学院学报.2009（01）
[3]高晓兵，陶华，丘宏俊.飞机无型架装配技术[J].航空制造技术.2007（01）