《基于CATIA的汽车底盘数字化制造设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于CATIA的汽车底盘数字化制造设计（68页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1基于基于CATIACATIA的汽车底盘数字化制造的汽车底盘数字化制造1 1 引言引言改革开发以来，中国制造业经历了高速发展，目前正在经历制造大国向制造强国的转变。同前三十年相比。如今这一转变的跨越难度更大，尤其是“十二五”我国制造业将面临严峻的挑战。主要问题是竞争力不强，表现为具有自主知识产权的和高附加值的产品缺少；产品的质量和可靠性有待进一步提高：环境和成本的问题日益突出。在这种形式下，很多企业被推到了转型和升级关键时刻，为实现跨越发展和提升企业在产业价值链中的地位。解决制造业大而不强的问题。其出路之一便是加快企业信息化步伐。采用先进制造技术和先进管理模式，实现信息化与工业化融合深度。数字
2、化制造是制造业信息化发展的新阶段，也是目前制造业的重要发展方向，如精密化、智能化、网络化、极端化等，无一不与数字化制造技术的发展密切相关。数字化制造是先进制造技术的核心技术。它将引发了一场深刻的技术革命。开创一种全新的制造模式并将推动制造技术由经验制造向科学制造 【1】。1.11.1 数字化制造技术的发展现状数字化制造技术的发展现状目前在工业技术先进国家，数字化制造技术已经成为提高企业和产品竞争力的重要手段3。特别是近 30 年来,数字化制造技术发展日益加快，在发达国家的大型企业中，已开始实现无图纸生产，全面使用 CAD/CAM，实现 100%数字化设计。数字化制造技术在数字化设计、数字化制造
3、、数字化产品、信息传递与协作、数字化管理等方面都有不同程度的发展。总体来看，数字化制造技术的发展大致分为以下三个阶段。1数字制造装备化。20 世纪 50 年代，数控机床的出现开辟了制造装备的新纪元3。随着微型计算机的产生和发展，计算机数控的广泛应用，数控机床得到广泛应用和提高。相继出现的数控三坐标测量机(CMM)、工业机器人和数控机床一起成为重要的数字化加工、测量和操作装备，其本质是用数字控制代替凸轮行程控制，实现运动数字化。数控技术发展的趋势是提升各种装备性能甚至使其更新换代，即所谓的数字制造装备(简2称数字装备)。2海量信息处理能力和加工精细化。20 世纪 90 年代，数字装备的一个重要的
4、发展是对海量信息处理能力的提高4。在数字仿形技术的基础上，利用 H794/937、EI、核磁共振等数字测量设备实现零件几何形状的数字化然后通过数据预处理、表面建模、实体建模、后置处理等过程生成 STL 文件(或数控代码)，驱动快速成型机(或数控机床)加工出新零件。伽马刀、电镜视觉引导的机器人等数字医疗设备扩展了基于视觉的数字测量仪器的应用范围，实现了人体内腔器官的数字化。数字装备的另一个重要的发展是加工对象的尺度变化，由毫米、微米到纳米，陆续出现了显微数字图像处理设备、电子制造装备等精密数字制造装备。在技术方面，数字装备与数字制造的研究已从单纯的制造过程的几何量(位移、多坐标联动位移、运动形状
5、、微观形状等)的数字描述，发展到对制造过程的物理量(温度、流量场、应力场、热变形、密度、物质材料等)以及知识、经验、信息等的数字描述。系统的形式化、数字化描述与处理成为当前研究热点，包括海量信息处理，微纳识别和分辨率，物理过程仿真与分析(包括有限元方法、三角划分、复杂边界物理方程求解等)、网格计算以及物理本质的探索等。在 20 世纪 90 年代中期通过并联机构与数控技术的结合，产生了并联机床又称虚拟轴机床，其应用逐渐扩展到虚拟轴坐标测量机、六维力传感器等精密测量平台设备。但从目前的技术发展来看，并联机床还不能成为数控机床的主流产品。只在轻工、食品加工以及大型天文望远镜方面等具有一定用武之地。在
6、数字装备的研究方面应该扩大范围要大力发展以电子制造装备、大型医疗装备、精密科学仪器、精密数控装备等数字装备为代表的高技术产业所需装备。3虚拟制造阶段作为现代制造装备“灵魂”的数控系统已由 NC、CNC 时代进入了 PCNC 和NETNC 时代3。其主要目标都是开发具有智能化和柔性化的新一代开放式数控系统，将各种新工艺、新技术、新方法集成于控制系统的基础平台，开发先进制造装备的支撑环境。数字化制造技术起源于美国，经过多年的发展，现已进入了基于产品数字样机的虚拟制造阶段，并形成了完备的应用体系。波音公司设计的 777 型大型客机是世3界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机，它的制造成功已经成为虚拟制
7、造技术从理论研究转向实用化的一个里程碑。目前，美国、欧洲、日本等国在新产品研制中，均全面应用了以敏捷制造、精益制造和虚拟制造、复合高效加工、自适应控制为代表的先进制造技术，并大大缩短了产品的制造周期。目前，虚拟制造技术已经用于产品的装配和加工过程仿真、产品维修性分析等；自适应控制技术在数控加工程序的优化已得到广泛应用。目前中国己成为世界上最大的产品制造国，制造业是我国国民经济的支柱产业，在我国的经济腾飞中，制造业功不可没。但是，世界市场由过去传统的相对稳定逐步演变成动态多变的特征，由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争；同行业之间、跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激。为了适应变化迅速的市场需
8、求，为了提高竞争力，现代的制造企业必须解决TQCS难题，即以最快的上市速度(T-Time to Market)，最好的质量(QQuality)，最低的成本(C-Cost)，最优的服务(SService)来满足不同顾客的需求。与此同时，信息技术取得了迅速发展，特别是计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们意想不到进步。二十多年来的实践证明，将信息技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的必由之路。进入21世纪，先进制造技术进一步向更高水平发展，出现了虚拟制造(VM，Virtual Manufacturing)、精益生产(LP，Lean Production)、敏捷制造
9、(AM，Agile Manufacturing)、虚拟企业(VE，Virtual Enterprise)等新概念。而数字化制造几乎涵盖了以上先进制造技术的所有环节，引起了人们的广泛关注，不仅在科技界，而且在企业界，成为研究的热点之一。1.2 数字化制造技术的发展趋势随着计算机和网络技术的发展，使得基于多媒体计算机系统和通信网络的数字化制造技术为现代制造系统的并行作业、分布式运行、虚拟协作、远程操作与监视等提供了可能。数字化制造技术与产品的发展趋势如下：1. 制造信息的数字化制造信息的数字化将实现 CAD/CAPP/CAM/CAE 的一体化，使产品向无图样制造方向发展，如产品 CAD 数据经过校
10、核，直接传送给数控机床完成加工。2. 网络化制造4随着网络技术的发展，因特网为企业进行大规模定制生产中快速响应市场需求和面临全球竞争提供了契机。利用因特网可以将分布在世界各地的、彼此孤立的资源有效地组织起来，信息、资金、材料、零部件、成员和工人（技术、知识能力、制造能力、投资能力等）已打破国家和地区的界限，在世界范围内实现高效的信息传递和资源共享，消除了地域对于信息传递的局限，灵捷地响应和适应客户多样化的消费需求，高质量地为全球顾客服务，获得规模经济，促进企业的发展。在大规模定制生产和经济全球化的推动下，数字化制造技术结合网络信息技术促使了网络化制造的形成和发展。网络化制造是，将网络为代表的信
11、息技术用于产品设计、制造、管理、供销等产品全生命周期中的各个活动中，实现全生命周期中的信息、过程、业务集成与资源共享，达到快速响应市场目的所涉及的一系列制造活动。将网络技术与制造技术相结合，快速形成虚拟网络企业联盟，充分利用社会资源，协作开展产品开发和设计、制造、销售、采购和管理等产品全生命周期的业务活动，以快速响应市场和用户需求，提高企业群体竞争力。3. 数字化工厂随着数字化产品开发和数字化制造技术的延伸和发展，数字化工厂（Digital Factory）的概念也开始出现。数字化工厂是指通过对知识的有效管理来实现产品增值的一种生产活动4。数字化工厂的原料是有关产品及市场的信息，信息经过各种数
12、字化处理后，转变为行动和决策的知识方案，其核心是从物质制造观转变为知识制造观。数字化工厂不是简单的数字化和虚拟制造的延伸，它更强调的是整个制造活动的有效控制与管理，及企业内外资源的合理应用与优化配置。从上述意义上讲，数字化工厂是数字化制造与数字化管理技术的集成，它涵盖了数字化产品建模、数字化加工、数字化装配、数字化生产准备、生产线仿真和重组以及虚拟企业等概念。从狭义讲，数字化工厂可理解为一座“虚拟工厂”5，即设计人员利用软件提供的仿真环境对产品及生产过程进行设计及优化，以加快产品从构思到投产的周期，减少失误、降低成本。从广义讲，数字化工厂是一座“网上工厂” ，它打破了地域和时间限制，可实现异地
13、协同制造，加快对市场的响应速度。但无论从狭义和广义的5角度，资源的调度、仿真和重组是其具体的使能技术。数字化制造技术具有诱人的应用前景，国外以美国为首的西方工业国家成立了相应的数字化制造研究机构，在1995年前已基本完成应用基础技术的研究-建立了数字制造技术体系，正向实际应用全面过渡。美国已经从数字制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。例如，美国华盛顿大学的数字化制造技术实验室发展的用于设计和制造的虚拟环境VEDAM、用于设计和装配的虚拟环境等，已经初具规模。但虚拟制造作为一个完整的体系，尚没有进行全面的集成。
14、特别应说明的是，数字工厂的研究在美国得到政府和企业界的极大关注，研究异常活跃，成为其敏捷制造技术的主要支柱之一。福特(Ford)和克莱斯勒(Chrysler)公司与IBM合作开发的数字工厂环境用于其新型车的研制。在样车生产之前，发现其定位系统的控制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期。由于实施了数字化开发策略，Ford和Chrysler将他们新型汽车的开发周期由36个月缩短至24个月。欧洲以大学为中心也纷纷开展了虚拟制造技术研究，如数字化车间、建模与仿真工程等的研究。日本在60一70年代的经济崛起受益于先进制造与管理技术的采用，对数字化制造技术的研究也秉承其传统的特点一重视应用，主要进行虚拟制造
15、系统的建模和仿真技术以及虚拟工厂的构造环境研究。这几年，我国数字化制造技术受到普遍的重视，发展很快，发展势头强劲，例如：机械科学研究院与同济大学、香港理工大学合作进行的分散网络化制造、异地设计与制造等技术的理论研究和实践活动已经取得了不少进展；清华大学进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究；浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、VR工作台、数字化装配等研究；西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究；据不完全的调查统计，国内进行数字化制造技术研究的单位达到了100家，已经取得了一些可喜的进展。我国的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企业和公司介入的较少【6】。数
16、制造技术在交通类产品设计中的应用，节约了产品研发的成本，提高了产品研发效率，给企业带来丰厚的经济利益，而经济利益的增加为更高层次的产品虚拟设计提供了有益的物质补充。1.制造过程的建模与仿真6制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程。建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。目前，仿真与建模已成为推进制造过程设计、优化和控制的有效手段。2.网络化敏捷设计与制造利用快速发展的网络技术，改善企业对市场的响应力。网络化敏捷设计与制造重点发展领域应包括：敏捷信息基础结构，敏捷产品设计技术，敏捷工艺设计技术。基于网络的研究开发，敏捷生产技术2。3.数字化开发数字化开发有四个核心要素：数字化产品和过程模型、产品信息管理、高性能计算与通讯和组织、管理的改变。1.31.3数字化制造的关键技术数字化制造的关键技术1.3.1 关键技术1. 制造过程的建模与仿真制造过程的建模与仿真是在一台计算机上用解析或数值的方法表达或建模制造过程。建模通常基于制造工艺本身的物理和化学知识，并为实验所验证。目前，仿真与
