什么是“数字制造”? 从虚拟环境到现实工厂

2013-09-26 admin1 72

“数字制造”(DigitalManufacturing)的定义很明确,它仅仅指的是在虚拟世界建立产品制作过程,“真戏假作”的那些事。而在 “数字制造”中间加了个“化”字,我在文献上和网上查找了许久,没有找到满意的答案。这一“化”就出现了混淆和不知所从。并且,过分强调了“化”,又会出现为“化”而“化”的所有弊病。但是终究“数字化制造”在中国制造业中已经是个很普及的词语了,“XX数字化”、“数字化XX”也随处可见,“化”已经成为不可阻挡的热潮,因此可能还是将它说清楚为好。这样可以让大家真正“数字化”起来,不要不自觉的去做“山寨”版的数字化制造。

我的理解:术语“数字化制造”代表所有基于3D模型的产品和工艺定义的、用于产品生命周期各个阶段的设计、仿真和实现技术的集合。按照产品的生命周期过程,数字化制造的内涵包括下面的内容:

■数字化制造在产品生命周期的创新和设计阶段,采用的是3DCAD实体造型和基于模型的产品定义MBD(MBDefinition),以及在3D模型和基于模型定义基础上的各类对产品自身性能的仿真技术;

■在产品生命周期的工艺设计阶段,采用的数字化技术是“数字制造(DigitalManufacturing)”,有的软件公司叫它是制造过程管理 ManufacturingProcessManagement,MPM,其中包括了基于3D模型的过程设计、各种工艺过程和装配的仿真、工厂或车间配置及流转的仿真、人体工程学的仿真等。经过在虚拟环境中仿真优化的制造过程,用“基于模型的作业指导书(MBInstruction)”和“基于模型的检验 (MBInspections)”等形式发布到数字化工厂去。至此,数字化进程仍旧停留在计算机的虚拟环境之中。

■产品生命周期的制造阶段使用的数字化技术是“数字化工厂DigitalizedFactory”。数字化工厂将来自数字制造的产品的3D数字模型定义和经过仿真优化的制造过程,以MBI的形式发布给制造作业的各类操作者。在制造作业中,操作者也用数字化的手段和装置向上层业务过程反馈数字化的作业状态信息。或者数字化工厂直接使用产品及过程模型来计划,显示和实施过程执行的作业、监视和控制。相关的过程的模型紧密的链接在一起,并与控制系统彻底的集成,成为一个统一的、自动适应需求和过程环境实时变化的互动过程。

数字化工厂是从虚拟环境中接收和反馈3D制造信息的现实工厂

对数字化工厂的情景描述是:制造过程中传递和采集的信息是数字的、3D的,因而也必然是无纸化的。分布在各个作业点上的微电脑、移动终端、RFID/条码设备、软件PLC、数字化测量设备和无线工业以太网是工厂现场配备的基本装置。

数字化工厂是虚拟的数字工程环境和现实工厂之间的窗口,或集成。对数字化工厂的软件支持是基于模型的制造执行系统。

■未来数字技术必然会扩展到产品生命周期的维修阶段,届时还有“数字化支持维修DigitalizedSustainment”,等概念的出现,它的内容与数字化工厂相近。在产品和工艺开发过程创建的模型和模拟直接在整个产品生命周期的各个阶段使用,给用户和支持维护人员提供不断向下游传递的3D模型和数据。

企业价值链成员将使用真实世界的效果和维护/维修/故障数据来评估产品和工艺的集成作业环境,反馈给产品设计,进行产品设计的改进。维护和支持阶段应用的数字化技术有:基于模型的产品监控Model-BasedMonitoringofProduct;基于模型的维护Model- BasedMaintenance;基于模型的用户和维修人员的培训Model-BasedTraining等。

在产品生命周期不同阶段使用的数字技术和系统

在数字制造中还有一类属于数字制造但又独立成为一个分支的技术,如:3D打印3DPrinting,加法制造 AdditiveManufacturing,快速原型RapidPrototyping,快速制造RapidManufacturing,个性化制造 PersonalManufacturing和分层制造LayeredManufacturing等,这些都是可以从3D设计直接、快速的制作出成品的各种方法。为了避免混淆,美国制造工程师协会SocietyofManufacturingEngineers打造了一个新的术语:“directdigitalmanufacturing直接数字制造”来描述这些方法的共同特点。SME定义直接数字制造为:“直接采用零件的电子的、数字的表达经由加法制造additivemanufacturing方式做出最终产品的过程”。

数字化制造的内涵是在发展之中的,各种技术的分类界限也不是绝对严格的。如,有人或有些行业,从来不把设计和制造联合起来,所以区分出“数字化设计”和不含设计阶段的“数字化制造”;也有些专家和文献将数字化工厂包括了设计、工艺和实现的全部内容;以及要不要将加法的直接数字制造和常规的数字制造一起讨论等等,对这些见解和做法我认为可以各持己见,没有必要费笔墨去统一它。

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