機(jī)械加工數(shù)字化制造的技術(shù)探析

劉方源 劉承前

摘 要：制造技術(shù)的發(fā)展集中體現(xiàn)了制造技術(shù)的信息化、科學(xué)化和服務(wù)化趨勢，數(shù)字化制造的本質(zhì)是支持信息化或知識化制造業(yè)的技術(shù)。在工業(yè)社會(huì)邁向信息社會(huì)時(shí)，以制造業(yè)為代表的第二產(chǎn)業(yè)有著不可替代的基礎(chǔ)重要性，但制造業(yè)和制造技術(shù)本身不再是一個(gè)領(lǐng)頭的工業(yè)和技術(shù)，有必要審視%世紀(jì)的制造業(yè)的需求及其技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工;數(shù)字化制造;技術(shù)

廣義的數(shù)字化制造涵蓋了產(chǎn)品的生命周期的全過程，目前涉及數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字模擬較多，而具體到車間數(shù)字化管理和數(shù)字化制造則相對顯得比較薄弱。企業(yè)主要由批產(chǎn)任務(wù)為主轉(zhuǎn)化為型號研制任務(wù)為主的經(jīng)營模式，直接決定了企業(yè)生產(chǎn)模式對生產(chǎn)組織管理、成本控制、質(zhì)量管控都帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。面對日益嚴(yán)峻的市場激烈競爭，只有按時(shí)交付高質(zhì)量、低成本的產(chǎn)品才能贏得市場的青睞。作為機(jī)械制造型的電子元器件為主的企業(yè)生產(chǎn)當(dāng)前存在的關(guān)鍵瓶頸無疑是多品種、小批量、高難度的零件制造能力嚴(yán)重不足，后續(xù)裝配零件齊套率低、產(chǎn)品制造周期長、無法滿足市場要求。如何充分利用現(xiàn)有設(shè)備資源，提高機(jī)械加工零件生產(chǎn)效率成為當(dāng)務(wù)之急，數(shù)字化制造正是解決當(dāng)前問題的最好途徑。

1機(jī)械加工制造過程的特點(diǎn)及需求

機(jī)加車間作為產(chǎn)品制造過程計(jì)劃流、物流、質(zhì)量流和信息流的匯集中心，是企業(yè)實(shí)施制造過程的主體。推進(jìn)優(yōu)化管理制造計(jì)劃、物流、質(zhì)量、工藝技術(shù)資料和制造資源的車間數(shù)字化制造建設(shè)，從而提升機(jī)械加工制造效率和生產(chǎn)管理水 平，增強(qiáng)制造企業(yè)綜合競爭能力，其需求具體體現(xiàn)在：

1.1生產(chǎn)計(jì)劃的管理與控制方面。由于零件產(chǎn)品多，客戶交貨要求及時(shí)，而生產(chǎn)過程計(jì)劃執(zhí)行擾動(dòng)性大，受資源有限性約束大，因此生產(chǎn)計(jì)劃制定難度大，需要支持生產(chǎn)計(jì)劃的快速制定、實(shí)時(shí)下達(dá)和進(jìn)度的動(dòng)態(tài)監(jiān)控等。

1.2工藝技術(shù)文檔的管理與控制方面。機(jī)械加工技術(shù)文檔資料多，管理難度大，容易出現(xiàn)因工藝技術(shù)文檔影響生產(chǎn)，因此需要通過電子化手段對車間工藝技術(shù)文檔進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)技術(shù)文檔資料版本的嚴(yán)格控制及工人方便地查詢?yōu)g覽。車間制造資源的管理與控制方面，由于車間制造設(shè)備多、車間工人數(shù)量大，需要通過數(shù)字化的手段實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源的有效利用和監(jiān)控，以及車間人力資源的優(yōu)化配置和管理。

2機(jī)械加工數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù)

2.1制造過程的建模與仿真。制造過程的建模與仿真是在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上用解析或數(shù)值的方法表達(dá)或建模制造過程，建模通?；谥圃旃に嚤旧淼奈锢砗突瘜W(xué)知識，并為實(shí)驗(yàn)所驗(yàn)證。今天，仿真與建模已成為推進(jìn)制造過程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制的有效手段，并已有一些成功運(yùn)用的例子，如：噴氣引擎部件的“高溫鍛制”，在開發(fā)和設(shè)計(jì)制造工藝時(shí)，仿真開始代替全規(guī)模的工藝實(shí)驗(yàn)，使得花費(fèi)的時(shí)間與成本大大降低，航空葉片零件的加工前仿真，使葉片零件的制造質(zhì)量和效率得以大大提高。仿真和建模最重要的工作是優(yōu)化工藝參數(shù)來確保用最高的質(zhì)量價(jià)格比制造符合設(shè)計(jì)要求的零件。在下一世紀(jì)的制造中，建模與仿真技術(shù)將不僅是一種支持技術(shù)，而且成為企業(yè)運(yùn)行的一種新方法，使得虛擬生產(chǎn)成為現(xiàn)實(shí)。所有的生產(chǎn)決策都將基于建模與仿真工具而不是試制測試方法，建模與仿真工具將不再只是技術(shù)人員的領(lǐng)域，而成為企業(yè)中從產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)到生產(chǎn)和商務(wù)過程各個(gè)環(huán)節(jié)的工具。

建模與仿真方法的優(yōu)點(diǎn)是減少硬件原型，提高新產(chǎn)品的上市速度，有效優(yōu)化產(chǎn)品與生產(chǎn)，與試制測試方法相比降低了資源消耗與成本。建模與仿真方法的關(guān)鍵技術(shù)包括建立國家模型庫、改進(jìn)建模與仿真工具界面，發(fā)展制造工程物理學(xué)模型、發(fā)展模型集成方法與標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)展混合模型技術(shù)等，其中基本單元工藝和裝備的模型是研究的基礎(chǔ)。

比如在螺旋錐齒輪設(shè)計(jì)方面， 從動(dòng)齒輪嚙合印痕的設(shè)計(jì)通過KIMOS設(shè)計(jì)軟件仿真建模，能夠較直觀反映出設(shè)計(jì)參數(shù)的變化對產(chǎn)品的影響，從而大幅提升了設(shè)計(jì)效率和成功率。

2.2網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造。利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應(yīng)性。在這項(xiàng)技術(shù)上美國企業(yè)已經(jīng)開始應(yīng)用并取得了明顯的效益。我國企業(yè)向國際接軌就必須在此領(lǐng)域開展研究，盡快掌握和趕上。網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域應(yīng)包括：敏捷信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)合作企業(yè)模型，中國企業(yè)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其標(biāo)準(zhǔn)，跨企業(yè)的敏捷設(shè)計(jì)與制造的信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及其集成方法，基于供應(yīng)商的設(shè)計(jì)與制造，面向設(shè)計(jì)的合作支持技術(shù)，跨企業(yè)合作管理技術(shù)和使能技術(shù)敏捷產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，敏捷工藝設(shè)計(jì)技術(shù)，基于網(wǎng)絡(luò)的研究開發(fā)，敏捷生產(chǎn)技術(shù)。及時(shí)獲得各種信息和組織改變組織和管理的改變使之適應(yīng)數(shù)字化開發(fā)方式。

2.3操作人員技能的培訓(xùn)。編程人員必須隨時(shí)學(xué)習(xí)先進(jìn)的編程軟件和先進(jìn)的加工工藝來提高生產(chǎn)效率，不同的軟件編制出來的數(shù)控程序走刀軌跡各有差異，并利用程序仿真軟件尋求一種較為高效簡練的程序，比如公司OPEN MIND的HyperMill軟件粗加工便有很大的優(yōu)勢，通過模擬仿真該軟件在零件的加工時(shí)間上遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于我公司目前的加工時(shí)間，主要是軟件程序刀具軌跡的優(yōu)劣所產(chǎn)生的差異。校車人員必須熟悉掌握自己操作的機(jī)床的各種對刀、回零、刀具補(bǔ)償?shù)裙ぷ鳎M(jìn)行一定的軟件編程培訓(xùn)，使其對軟件的調(diào)用、運(yùn)用有一定的了解。擋車人員須注重對零件裝夾技巧、過程測量技能的提高。

2.4在線監(jiān)測手段的跟進(jìn)。優(yōu)質(zhì)高效的生產(chǎn)離不開過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控檢測，我公司當(dāng)前的對刀方式均是校車時(shí)的接觸式對刀，不但校車效率低，而且精度低。生產(chǎn)現(xiàn)場批產(chǎn)加工質(zhì)量也是由操作人員主觀能動(dòng)性控制，不合格品時(shí)有發(fā)生。采用數(shù)碼影像對刀儀線外提前對刀不但操作方便、精確度高、而且大大提高生產(chǎn)效率。批量生產(chǎn)時(shí)可以利用傳感器、激光掃描等技術(shù)采集刀具零件信息，隨時(shí)對刀具、零件尺寸進(jìn)行在線測量，出現(xiàn)崩刀或者零件尺寸不合格現(xiàn)象及時(shí)報(bào)警停機(jī)。

結(jié)束語：

綜上所述，制造技術(shù)的發(fā)展集中體現(xiàn)了制造技術(shù)的信息化、科學(xué)化和服務(wù)化趨勢，數(shù)字化制造的本質(zhì)是支持信息化或知識化制造業(yè)的技術(shù)。在工業(yè)社會(huì)邁向信息社會(huì)時(shí)，以制造業(yè)為代表的第二產(chǎn)業(yè)有著不可替代的基礎(chǔ)重要性，但制造業(yè)和制造技術(shù)本身不再是一個(gè)領(lǐng)頭的工業(yè)和技術(shù)，有必要審視制造業(yè)的需求及其技術(shù)的發(fā)展趨勢。

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