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数字化设计与先进制造技术范文1
【关键词】先进制造技术；发展趋势；关键技术
【中图分类号】TH16 【文献标识码】A
【文章编号】1007―4309（2010）10―0086―2
先进制造技术AMT（Advanced Manufacturing Technology）是传统制造技术在不断吸收机械、材料、电子、信息、能源和现代化管理等领域的成果上产生的，它被综合应用于产品的生产、设计、制造、检测、管理和售后服务的全过程。它是由传统的制造技术发展而来的，保留了过去制造技术中的有效要素，是制造技术与现代高新技术结合而产生的完整的技术群，先进制造技术的发展，大体经历了四个阶段：
第一阶段（20世纪60―70年代）：柔性制造单元（CAD/CAM），它是以数控机床、加工中心和工业机器人为代表的。
第二阶段（20世纪70―80年代）：柔性制造系统（FMS），它是以柔性制造单元加上自动或半自动物流输送组合而成的，但特点仍然是分布式生产过程。
第三阶段（20世纪80―90年代）：集成阶段（CIMS），是以信息、工艺、物流、计算机集成控制为特点的。
第四阶段（20世纪90年代至今）：智能集成制造系统阶段，是以设计智能化、单元加工过程智能化和系统整体管理智能化为特征的。
一、先进制造技术的特点
目前，每一个国家都处于全球化市场中，先进制造技术的竞争是面向全球的。一个国家的先进制造技术对该国制造业在全球范围市场的竞争力发挥着非常重要和不可替代的作用。先进制造技术的目标是要提高产品对动态多变的市场的适应能力以及竞争能力，同时实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产。它不局限于制造工艺，而是覆盖了市场分析、产品设计、加工和装配、销售、维修、服务，以及回收再生的全过程，概括起来有以下特点：
（1）成形和加工技术日趋精密化。
（2）企业装备将以制造工艺、设备和工厂的柔性与可重构性作为显著特点。
（3）虚拟制造技术和网络制造技术将被广泛应用。
（4）机电产品和先进制造技术将把智能化、数字化作为发展方向。
（5）以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术将超速发展。
（6）先进制造技术的发展越来越离不开信息技术，信息技术发挥着越来越重要的作用。
（7）21世纪的企业面临着要在管理方面进行创新的新课题。
（8）现代设计技术将成为21世纪制造业的重要特征。（现代技术的内涵即为：绿色产品设计技术、优良性能设计基础技术、竞争优势创建技术、全寿命周期设计技术。）
市场需求的个性化与多样化趋势越来越明显，精密化、绿色化、智能化、信息化、虚拟化将成为未来先进制造技术发展的总趋势。其主要体现在以下几个方面：
（一）信息化
近几年，信息技术和制造技术的不断融合，使得数字化成为制造业日益发展的趋势。数字化制造技术具有较多的优点，如使市场多样化和个性化的需求得到满足；能够对市场作出快速的响应，使生产成本得以降低；能够提高产品精度和可靠性；等等。数字化产品既方便、直观，又便于通过计算机控制产品，对信息进行处理和传递。随着计算机技术的飞速发展，制造业应用系统越来越离不开Internet技术，Internet技术是实现各种制造系统自动化的基础，是其重要的支撑平台。基于Web技术的供应链管理系统、数据交换转换系统等成为产品的主流。据专家预测，在未来生产中占主导地位的将是基于网络制造的分布式网络化生产系统。因此，先进制造技术将把以微电子技术、软件技术为核心，以数字化、网络化为特征的信息化制造技术作为重要的发展方向。
（二）智能化
智能化就是应用人工智能技术实现产品生命周期（包括产品设计、制造、发货、支持等）各个环节的智能化，如生产设备的智能化，人与制造系统的融合及人在其中智能的充分发挥等。智能化能够使制造系统的自动化和柔性化水平得到进一步的提高，使生产系统的适应与判断能力更加完善。
（三）精密化
超高速切削、超精密加工技术以及发展新一代制造装备成为了加工制造技术的发展方向。
1.超精密加工技术
目前已进入纳米级加工时代，加工精度和表面粗糙度分别达到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。
2.超高速切削
目前，铝合金超高速切削的切削速度已超过1 600m/min，铸铁、超耐热镍合金、钛合金的速度分别为1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的发展已转移到一些难加工材料的切削加工上。
3.新一代制造装备的发展
市场竞争和新的产品、技术和材料的发展对新型加工设备的研究与开发起着推动作用，如“并联桁架式结构数控机床”的发展就是一个典型的例子。它采用六个轴长短的变化，以实现刀具相对于工件的加工位姿的变化，是对传统机床结构方案的突破。
（四）绿色化
由于资源与环境的约束日益严格，21世纪的制造业要以绿色制造为重要特征。与此相适应的，绿色制造技术的发展也将是快速的。主要表现为：
1.绿色产品设计技术，既能够保证产品在生命周期内环保和对人类健康无危害，又能保证低能耗和高资源利用率。
2.绿色制造技术，使整个制造的过程对环境所造成的不利影响最小，废弃物和有害物质的排放量最少，资源利用效率最高。
3.产品的回收和循环再制造，它主要包括以设计产品和处理材料为主的生产系统工厂和以处理循环产品生命周期结束时的材料为主的恢复系统工厂。如汽车等产品的拆卸、回收技术和生态工厂的循环式制造技术。
（五）虚拟化
在制造业中，虚拟现实技术（Virtual Reality Technology）越来越被广泛地应用，它主要包括两部分，即虚拟企业和虚拟制造技术。虚拟制造技术是在产品真正制出之前，先在虚拟制造环境中生成软产品原型进行试验，并且预测和评价其性能和可制造性。
三、未来先进制造技术发展中的关键技术
（一）虚拟制造VM（virtual manufacturing）
VM技术的发展是以仿真技术和虚拟现实VR（virtual reality）技术为基础的。VM技术是在虚拟条件下模拟产品的设计、制造、测试、营销的全过程，并预测和评价有关技术数据和性能指标，从而使产品开发周期得以缩短，使制造过程得以优化。VM技术是工程设计的一次革命性的进步，它的应用范围是非常广泛的，如快速设计与快速原型、面向装配或制造的设计、产品维护、产品设计进入市场的并行处理和人员培训等领域。
（二）智能制造IM（intelligent manufacturing）
智能制造技术是一门综合技术。之所以这么说，是因为它是通过自动化技术、制造技术、系统工程和人工智能等学科互相交织和渗透形成的一门技术。智能设计、智能装配、智能加工、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能测量与诊断等都属于智能制造技术的范畴。对于制造系统集成自动化和柔性自动化来说智能制造是其新发展，也是其重要组成部分，智能传感与检测是智能制造的重点。
（三）纳米制造
20世纪出现了一种高新技术，即纳米技术。它的加工精度或尺寸为0.1nm―100nm。而纳米制造是纳米技术与制造技术相融合而产生的，精密加工、超精加工、微细加工和超微细加工都属于纳米制造。常用的制造技术有聚焦离子束工艺等。
（四）绿色制造GM（green manufacturing）
绿色制造是一种现代制造模式，它综合考虑资源消耗和环境影响，其目的是使产品在整个生命周期中（包括从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理）做到对资源利用率最高，对环境的不利影响最小，并优化协调企业经济效益和社会效益。目前绿色制造受到了全球制造业的关注，因为未来制造业的可持续发展离不开绿色制造，绿色制造已成为先进制造技术的主要内容，也是各国支持和优先发展的研究项目。
四、结论
我国将先进制造技术列入“九五”科技规划和15年科技发展规划中。21世纪的今天，经济全球化进程日益加快，随之而来的日益加剧的制造业领域的竞争，实际上是以先进制造技术为竞争核心的。在这样的大环境、大背景下，我国不仅要迎接挑战，而且要抓住机遇，要不断地对传统产业进行改造，发展先进制造技术，要在技术、机制、管理以及人才等方面进行创新，只有这样我国才能实现跻身世界制造强国的目标。
【参考文献】
[1]王隆太等.先进制造技术[M]. 北京：机械工业出版社，2003.
[2]张平亮等.先进制造技术[M]. 北京：高等教育出版社，2009.
[3]冯.先进制造技术基础[M]. 北京：北京大学出版社，2009.
数字化设计与先进制造技术范文2
国内外资深专家和名企领导30余名重要嘉宾在现场发表了主题演讲。此外，还有来自国内外制造业领域的近200家企业和近400位行业精英出席了大会。
此次会议之所以规模大、规格高，主要是源于人们深刻地认识到：发达稳健的实体经济是增加社会财富、增强综合国力的基础，也是应对外部冲击、抵御风浪的压舱石。制造业是实体经济的核心内容，在当今世界上，是否拥有高度发达的制造业和先进的制造业技术，已成为衡量一国或一个地区竞争力的重要标志。制造业和工业的强大对任何一个强国而言都是“立身之本”。
随着国际金融危机后的全球产业重构和新一轮工业革命的展开，中国制造业面临着前所未有的挑战和机遇，如何推动“大而不强”的工业和制造业整体升级，已经成为攸关我国未来命运的重中之重。中国在迈进工业强国的征途中，显然要面对全球一体化所带来的机遇和条件。
“世界工厂”的转型之机
先进制造业是相对于传统制造业而言的，是指自主创新、集成创新、引进消化创新协同互动，能够不断吸收国内外高新技术成果，并将先进制造技术、制造模式及管理方式综合应用于研发、设计、制造、检测和服务等全过程的制造业总称，它具有技术含量高、经济效益好、创新能力强、资源消耗低、环境污染少、服务功能全、带动就业多等特点。当然，先进制造业的内涵也在不断发生变化。
第一次工业革命中，蒸汽机技术使工业由人力制作进入机械化时代；第二次工业革命中，电气技术使工业由机械化进入电气化时代。而今，伴随着新能源及生物、信息、新材料等技术的发展，世界正进入以信息产业为主导的新经济时代，新科技革命正在催生新的产业革命。特别是金融危机爆发以来，西方发达国家纷纷提出“再工业化”“再制造化”战略，掀起了第三次工业革命的浪潮。
第三次工业革命给工业生产带来的重大变化之一，便是制造业的信息化、数字化、智能化等高端发展趋势：机械设计制造不再只是依托图纸，而能够通过计算机程序模拟制造过程，产品具有感知、分析、推理、决策、控制功能……
由此来看，产业先进性、技术先进性、管理先进性，成为构成先进制造业的三大方面。
原机械工业部总工程师、中国机械工业联合会特别顾问朱森第强调，先进制造业是我国制造业转型升级的重要途径，将成为我国参与国际竞争的先导力量。如果用三个词来形容我国发展先进制造业的重要性和紧迫性的话，朱森第认为是：势在必行、刻不容缓、影响深远。
发展先进制造业是应对新科技革命、塑造产业竞争新优势的战略选择。当前，新一轮科技革命日新月异，制造业发展模式深刻变革，产业融合速度不断加快，新的产业竞争格局开始形成。发达国家纷纷出台战略规划，对先进制造业前瞻布局，如美国2012年制定《先进制造业国家战略计划》，加强研发能力，在新一代信息技术、快速成型制造、智能制造、生物制造等领域已明显处于领先地位；德国2013年推出《“工业4.0”战略》，积极谋求在关键工业技术上的国际领先地位。新兴国家迅速崛起，通过政府政策大力推动先进制造业发展，积极抢占未来先进制造业的巨大市场，如巴西公布了“工业强国计划”，印度颁布了“国家制造业政策”等。
随着比较优势的动态变化和工业机器人等智能制造装备的普及应用，部分先进制造领域向发达国家回流的“逆转移”趋势初现端倪。未来一个时期，国际上围绕市场、技术、资本和产业转移的竞争将更加激烈，我国必须加快发展先进制造业，打赢一场没有硝烟却关乎民族未来的产业制高点争夺战。同时，我国制造业的持续发展面临诸多问题。例如，资源环境的制约异常突出，产业发展乏力，产业技术创新能力薄弱，产业结构调整的任务非常艰巨，发展方式转变十分困难。要实现由制造大国向制造强国的转变，加快发展先进制造业势在必行。
可以肯定的是，先进制造业是制造业的发展方向，先进制造业的发展将使我国有可能在第三次工业革命中发挥重要作用，将引领我国制造业走出一条发展新路，将极大支撑起我国国民经济发展和国防建设，加快发展先进制造业影响深远。
综合分析当前我国制造业发展面临的国内外形势，工业和信息化部装备工业司副司长王卫明指出，从国际看，国际产业调整和新技术革命正在推进。新一轮科技革命和产业革命正在孕育，围绕科技与产业发展制高点的竞争日益激烈。我国必须紧跟第三次工业革命的进程，在已有产业基础上，在重点领域实现赶超发展，缩小与国际先进水平差距。同时，发达国家再工业化和新兴经济体加速崛起，世界产业发展格局将出现深度调整。全球需求结构将发生深刻变化，国际市场环境和治理结构也将更趋复杂。
大力开创制造业新优势
中国拥有世界上最好的工业组件供应链，且相对于人力成本更低廉的东南亚国家，中国的基础设施条件无疑要优越得多。目前，有的中国企业也已经开始将一些劳动密集型的业务再外包给东南亚国家，以节省人力成本。在提高劳动生产率方面，中国也存在很大的进步空间。根据日本野村证券的数据，目前中国的数字化设备比例只占28%，日本的这一数据则为83%，但是中国的增长速度却远远超过相同发展阶段的日本。在朱森第看来，我国先进制造业的发展已有一定基础，但与美国等国家的先进水平相比仍有较大差距。如果战略正确、措施有力、实现协同创新，经过10年到20年的努力，我国先进制造业将有较大发展并在某些领域领先。
当前，我国先进制造业大致由两部分构成，一部分是传统制造业吸纳、融入先进制造技术和其他高新技术尤其是信息技术后，提升为先进制造业，例如数控机床、海洋工程装备、航天装备、航空装备等；另一部分是新兴技术成果产业化后形成的新产业，并带有基础性和引领性的产业，例如增量制造、生物制造、微纳制造等。朱森第认为，未来10年我国制造业的制造将更加个性化，更加凸显服务特色，制造过程更加趋于友好和开源，基于网络的制造更加活跃和普遍，制造将成为效率更高和质量更好的经济活动。他建议，应密切关注一些革命性技术的发展，包括再生能源、复合材料、大容量储能技术（氢储能）、能源互联网（分布式电网）、分散式制造（网络制造、云制造）、定制化生产、数字制造技术、智能集成制造技术、增量制造技术等。中国工程院院士卢秉恒提出，3D打印技术目前已在国防、汽车、航空航天、生物医药、土木工程等领域中得到广泛应用。可以预见，随着3D打印材料的多样化发展以及打印技术的不断革新和日臻完善，3D打印势必促进制造业的变革。中国工程院院士谭建荣还指出，数字化与互联网信息技术以及新能源技术的结合正在孕育一场新的产业革命，这必将对国民经济的各个支柱产业带来根本性的变革。
把握战略机遇赢得主动
中国科学院院士柳百成表示，改革开放以来的30多年，制造业一直是我国经济发展的强劲动力，经过近10年的快速发展，就总量和规模而言，我国制造业已位居世界第一。然而，我国制造业的发展面临一系列的挑战，目前正处于发展的关键时期，转型升级刻不容缓。
“我国制造业的劳动力红利时代即将结束，很多发展中国家已接纳了不少转移的产业，对我国制造业形成了挑战。美国及其他工业发达国家若引领新一轮产业革命，将使其重获制造业优势。对‘前有围堵后有追兵’的局面，加快发展先进制造业刻不容缓，这将极大支持我国国民经济发展。”朱森第等诸多专家一致认为，应把加快发展先进制造业列为国家战略，通过若干年的努力，使先进制造业成为我国参与国际竞争的先导力量。
数字化设计与先进制造技术范文3
美国对高端产业给出了两个界定标准：一是每个产业工人的研发支出应超过450美元，或者是位于产业的前20%；二是产业队伍中获得STEM（科学、技术、工程和数学）学位的人数必须高于全国平均水平，或者在本产业中所占比重达到21%。同时符合这两个标准的产业就是所谓的高端产业。
根据这一标准，美国的高端产业共包括50个行业，涉及先进制造业（35个）、先进能源行业（3个）和先进服务业（12个）。高端产业是维持美国当前发展和持久繁荣的关键，这些产业最能支持创新、最能保障可持续增长。
在美国政府的推动下，美国出现了明显的制造业回流趋势。根据咨询公司埃森哲（Accenture）的报告，受访的制造业经理人有约61%表示，正在考虑将制造产能迁回美国，以便更好地匹配供应地和需求地。
苹果公司把一部分Mac电脑的制造从中国转移回美国；工程机械企业卡特彼勒将伦敦一家工厂撤回印第安纳州，并把原先设立在日本的部分设施迁至美国，由此创造4200个就业岗位；福特汽车公司已陆续从中国、日本和墨西哥撤回部分岗位；英特尔公司不断向美国本土的生产和研发砸入重金，公司75%的产品将在美国国内生产，带动本土高薪岗位4.4万个；星巴克开始把其陶瓷杯的制造从中国转回美国中西部。
美国制造业形成回归趋势不全是政府的作用，经济内在规律或许作用更大。 制造业回归的内在驱动力
一、美国制造业成本已具比较优势
随着页岩油气革命，美国一举实现能源自给并有余力出口，这导致发电成本急剧下降。目前，美国的平均电价只有中国的一半。
相比之下，中国工业电价高于发达国家平均水平。2014年OECD成员国工业平均电价为每千千瓦时123.88美元。而中国工商业平均电价折合139.43美元/千千瓦时，可见中国工商业电价高于经合组织国家平均水平，更是美国平均电价的两倍。
中国制造业成本不仅高于东南亚、南亚、东欧，并且达到了美国制造业成本的90%以上，其中珠三角、长三角达到美国制造业成本的95%，中国制造业成本竞争力正面临压力，2004年-2014年，中国的年均工资增长率一直处于10%-20%区间。
生产率方面，虽然美国装备制造业的工资是中国的6倍-7倍，但美国装备制造业的劳动生产率也是中国的6倍以上，两者相抵，中国装备制造业在综合成本上并不具备太大优势。随着智能制造的发展和布局，美国的汽车、高端精密仪器等产业效率会提高40%。
二、自动化和机器人导致用工大减
到2025年，制造业25%的工作将会走向自动化，全球各个国家和地区制造业节省人力成本比重均值是16%，韩国、日本、加拿大、美国省的最多。机器人系统价格将持续下降，2025年将降至10万美元左右，与此同时，机器人系统的性能将以每年5%的速度提升。
BCG14年调查表明，销售额1亿美元以上的美国制造商中，72%已开始投资额外的自动化技术和先进制造技术。
三、制造业的经济重要性超乎预期
从价值链的角度来看，制造业对于美国经济的重要性远比单纯的数字上所反映的要重要得多。
美国的研究人员对于美国制造业进行拆解，最后发现，制造业对于美国经济的影响甚至要比美国政府测算的还要大。此前美国政府测算，制造业领域1美元的产值会带动其他领域1.4美元的产出，但MAPI（机械及联合产品研究所）的测算显示，这一乘数效应达到了3.6。在工作岗位上的乘数效应，制造业达到了3.4。
美国制造业规模占GDP总量仅为11%，但如果从产业链角度看，由制造业所支撑起来的价值链的价值占到了美国GDP的三分之一，甚至连美国政府也只看到“冰山一角”。
四、制造业对美国与繁荣至关重要
制造业每年贡献2万亿美元的GDP，占美国出口的比重更高达60%，在私营领域研发支出的占比达四分之三。通常一名美国制造工人每年能挣取7.8万美元的薪资福利，而非制造行业平均待遇只有6.3万美元。像普惠这样的航空航天公司是最成功的出口商之一，产品约90%在美国制造，超过80%销往海外，实现了贸易顺差。
在美国制造业所创造的增加值中，劳动者报酬占了60%，资本报酬占了38%，美国机械工业从业者小时工资的中值是20美元左右，约高于制造业10个百分点。
五、制造业升级不是下跳棋
哈佛大学豪斯曼（Hausmann）教授的研究结果表明，经济的复杂性与制造业知识及能力直接相关，而且研究还表明，一旦某个国家开始制造商品，因此积累了知识和能力，那么该国通向繁荣之路就会变得更加容易。但这个过程是一步一步循序渐进的过程，制造的商品越复杂、制造工艺越先进，就越能走到更新兴和更先进的产业，这个国家就越发繁荣，掌握与他们已经能制造的产品相似的新产品的制造技术就更容易。 美国制造业新趋势
一、制造业创新生态系统加快构建
当前，美国已形成以政府、高校及科研机构、应用研究机构、企业和服务机构为主体的完整的先进制造创新生态体系。政府是创新环境的提供者，通过资金投入、财税政策、基础设施建设等营造整体发展环境；高校及科研机构是创新技术引擎，通过多学科、跨领域的技术基础研究，为创新提供源头；应用研究机构对接科研机构与企业，是创新成果转化加速器；企业是创新技术产业化的主力军；服务机构为创新技术研发、应用研究及商业化提供咨询、协调、评估等服务，是供应链创新重要力量。
2015年9月，美国推出国家创新战略，提出利用国家制造业创新网络（NNMI）来恢复美国在高精尖制造业创新中的领先地位，重新投资供应链创新并支持扩大技术密集型制造业企业。
二、制造业投资呈“两化”态势
数字化：美国近年来的投资IT化走势明显，在上世纪80年代，美国花在信息技术领域，如购买软件、计算机硬件和通讯设备等占总投资的比重仅为三分之一左右，但在2010年以后这一比重则增长至50%以上。
无形化：美国制造业发展重心的转移和产业结构的升级，导致美国制造业投资结构的变化。从1979年开始，美国开始降低在有形资产上的投入，越来越多的投资侧重于软件、研究、开发、宣传、管理、培训等方面，无形资产投资比重持续加大。
三、美国擅长从“I端”发力
美国更擅长从信息技术一侧（I端）发力。美国和德国都是工业和信息化技术融合的领先者，但相比之下，德国更擅长从工业技术一端来发力，美国先进制造技术集群还是侧重于数字化和信息化一端，比如智能机器人技术、3D打印技术、物联网技术、数字化设计技术等。
在先进的数字化制造技术领域，美国在技术和市场上都具有较强优势，例如美国在3D打印技术领域处于领导者地位，占据了全球3D打印三分之一以上的市场。
四、政府积极搭建数字化制造平台
实施数字化制造计划，构建合力，实现数字化技术的群体突破。2014年2月， “数字制造与设计创新机构”（DMDII）由国防部牵头组建成立。该机构主要研究数字化数据在产品全寿命周期中的交换以及在供应链网络间的流动，推进数字化、智能化制造。该机构目前拥有80多家成员，包括波音、洛克希德・马丁、通用电气、罗尔斯・罗伊斯、西门子、微软等企业、政府机构、院校、研究所和商业组织。
构筑数字化制造生态圈。以开源技术牵引的上下游垂直式生态圈，围绕系统基础架构、软件平台源代码等关键技术的开放开源，形成了产业上下游不同领域不同主体间的技术标准制定与产品开发合作。如NASA发起的开源的云计算管理平台项目OpenStack，拥有来自176个国家3万名成员500多家企业的支持。
五、由软及硬，由硬及软
Google等互联网巨头从I端加快走向M端，互联网企业发现制造业是创造价值的主要阵地，Google先后投资了智能机器人、无人驾驶、无人机、智能家居等领域，它变得越来越硬。
GE开始编织“工业互联网”，加快从M端走向I端，GE在全球雇佣了1万名软件工程师，GE老总提出：也许你昨晚入睡前还是一个工业企业，今天一觉醒来却成了软件和数据分析公司。
我们预计美国将会涌现一批“两栖型”企业：硬件的系统集成企业在大力发展软件，软件的系统集成企业在大力发展硬件。
简单举两个例子，其一是农业机械巨头John Deere从农机制造到智慧农业。John Deere的精智农业管理系统FarmSightTM，通过安装在农业机械设备上的传感器采集土壤条件、氮磷钾含量和作物生长等数据，并且可以预测化肥、农药的需求，从而搭建起农夫和这些化肥、农药供应商的沟通和供应平台，完成了从卖农机到做农作物生长管理服务商的转型。
数字化设计与先进制造技术范文4
（沈阳工程学院机械学院，辽宁沈阳110136）
摘要：数字化设计制造是技术应用型本科机械电子工程专业的核心职业能力，我院在人才培养方案中以数字化设计制造工程能力培养为主线，首先以典型企业的岗位能力需求为基础，构建了理论教学、实践教学、素质教育的三大课程群体系结构，提出了在教学中实施综合课程改革的探索性实践方法，通过改革使学生的工程能力得到了提高。
关键词 ：数字化设计制造；课程群；工程能力培养；课程改革
DOI：10.16083/j.cnki.22-1296/g4.2015.04.025
中图分类号：G642.4文献标识码：A文章编号：1671—1580（2015）04—0054—02
基金项目：辽宁省教育科学“十二五”规划立项课题“以数字化设计制造为主线的卓越工程能力培养”（编号：JG14DB280）。
收稿日期：2014—11—19
作者简介：李铁钢（1973— ），男，辽宁沈阳人。沈阳工程学院机械学院，高级工程师，副教授，在读博士，研究方向：先进制造技术及教学。
当代机械工程领域迈进了数字化制造的时代，在产品制造活动的全生命过程中利用数字化的信息实现产品和制造活动的表达、组织和运行，数字化制造大大地提高了产品的质量和企业的生产经营效率。企业的数字化制造水平和应用能力已经成为企业的核心竞争力。
应用型本科院校机电专业的人才培养特色是“工程教育，职业取向”，培养的学生是既不同于普通高等教育的研究型人才，也不同于高职高专院校的技能操作型人才，而是具有够用的机械和电子专业理论知识，一定的人文、科技和艺术素质，较强创新精神的高等应用型机械工程领域的复合性应用型人才。从就业反馈来看，企业认为学生的理论泛泛而实践技能不足，理论与当代的企业技术脱轨，就业后工作适应能力差，需要经过相当长时间的培训和培养才能胜任岗位。因此，需要改革人才培养方案和课程，以数字化设计制造的综合工程能力为主线、基于企业实践培养人才。
一、以数字化设计制造为主线的培养方案规划
基于我校机械专业近几年的就业和定向培育就业客户群调研，我院总结形成了企业的岗位能力需求指标，并分解指标，形成知识体系，根据知识体系修改了培养方案。
沈阳工程学院为以工为主的培养技能应用型人才的地方高校，办学战略依托电力行业，服务先进装备制造行业和现代服务业，培养创新应用型人才。机械电子工程专业主要培养德、智、体、美全面发展，较系统地掌握机械制造及自动化、计算机应用、自动控制和电子技术应用等复合型的专业知识，以机床数控系统的应用与开发，机电一体化产品的设计、调试和管理等能力为特色的机械电子工程领域高级应用型人才。
课程群规划遵循“三面向、三服务”的理念，即面向学生就业、面向企业界、面向未来，课程改革要服务于职业能力需求、服务于工程实践能力培养，理论课程要服务于实践课程。
我院综合美国ABET工程专业认证的标准和企业需求确定了机电专业工程素质能力的培养包含自然人文能力、工程应用能力、机械产品设计能力、机械产品制造能力、机械设备控制能力和企业实践能力等模块。课程群体系要体现“理实交融、分为层递进”的原则，分为基本技能层次、提高应用层次和综合创新层次三大类。
二、课程群建设方法
（一）以课程群为基础，结合教师科研，组建教学科研团队，争创精品课程。建立同典型企业的校企密切合作关系，按照典型企业的数字化生产流程规划工程软件，软件分必修和选修两部分，对于必修课程，学生必须掌握；而选修课程，学生可课后自学。必修软件有AUTOCAD、UG、ANSYS和Matlab，选修软件有机械工程师、Amesim、VERICUT、CAXA工艺图表、PC DMIS、VNUC、Autoform、Geomagic Qualify和Imageware等。在工程软件课程体系中，AUTOCAD主要培养学生的机械和电子平面制图能力，在机械制图与CAD课程中学习，在机械原理、机械设计、机械测绘、机械原理课程设计和机械设计课程设计中应用；UG主要培养三维设计和数控编程能力，在三维设计基础、CAD/CAE技术与应用和数控加工工艺与编程中按模块讲授，在模具设计与制造、数控加工工艺与编程课程设计和机械装备课程设计中应用；Matlab主要培养数学分析和控制系统分析能力，在高等数学、线性代数和机电工程控制基础中学习，在机电一体化系统课程设计、机械工程测试技术和液压与气压传动课程设计中应用；ANSYS主要培养有限元分析能力，在工程力学和CAD/CAE技术与应用中学习，在材料成形技术和CAD/CAE实训中应用。
（二）贯彻工程软件培养，注重对必修软件的系统培训，安排好自学选修软件的知识点，规划好各课程中软件的知识点讲授和知识的递进，以使学生掌握数字化设计制造能力。比如：对于数字化制造能力的培养，重点培养数控机床的加工能力，在三维设计基础课程中讲授UG软件的基本操作和三维实体造型；在模具设计和制造课程中讲授模具的三维设计；在机械制造装备设计课程中讲授夹具的设计；在机械制造技术基础课程中讲授CAXA工艺图表软件编制数控加工工艺规程；在数控加工工艺与编程课程中讲授利用UG软件编制数控程序；在先进制造技术课程中讲授利用VERICUT软件进行数控程序加工仿真，利用PC DMIS软件生成数字化测量程序，利用Geomagic Qualify软件进行检测结果分析，最后这些技能在独立实践环节数控加工工艺与编程课程设计中得到全面应用。学生利用前述这些工程软件，从产品的图纸出发，独立分析并设计数控加工工艺规程，编写数控加工程序，分组加工零件并检测。
（三）为体现数字化设计和制造能力培养，对课程群的能力体系进行分解，得到详细的能力和目标矩阵。设置40周的独立实践环节，包括课程设计、实训、实习和毕业设计，侧重综合问题的解决，体现工程实践性和创新性，培养学生的企业实践技能，使其能够综合应用专业知识进行产品的数字化设计和制造，解决实际工程问题。突出实践教学的地位，实践教学不仅仅是理论教学的演示、验证和补充，还是工程能力培养的决定性环节，培养目标的实现应以能否从事生产实践作为评判基准。加大专业化、数字化设计制造素质教育，对于
取得相关学科证书的学生将给予学分加分或课程减免的激励，
包括数控车床和铣床的中级工和高级工操作等级证书、制图员证书、三维设计证书、数控工艺员证书、各种省级以上相关比赛证书等。
此类课程也可以帮助学生考取职业资格等级证书，增加就业资本。
（四）加强数字化设计制造教学资源库建设，选择企业经典案例进行课件、图片、动画等教学资源的信息化建设；加强虚拟实验室建设，建造虚拟材料成型实验室、虚拟数控加工仿真实验室和网络化制造实验室等。在进行数字化教学资源建设和虚拟实验室建设中吸收学生参与，既激发了其学习的兴趣，又锻炼了其数字化设计和制造能力。
（五）加大教材建设，特别是综合实践类教材，编写反映企业数字化设计制造技术的教材，对企业的典型零件和流程进行凝练，形成具有代表性的教学案例。教材应言简意赅，图例形象，还要便于进行启发性教学，便于课后思考和进一步的知识扩展。
（六）开放数字化设计制造相关实验室。将数控机床实验室、CAD/CAM实验室开放，接受课外实验和创新制作，提高学生的学习能动性。利用好教务网络教学平台，将数字化设计和制造的教学资源放到网络上，开展网络答疑，增加与学生间的互动，利用当代大学生的信息获取手段促进其学习兴趣的提高。
［
参考文献］
［1］陈冰.理实一体化教学在数控专业中的实践与应用［J］.职教论坛，2007（6）.
［2］陈文杰，任立军，张林等.新加坡理工学院基于CDIO模式的项目教学改革［J］．职业技术教育，2009（35）.
［3］胡志刚，任胜兵，吴斌.构建基于CDIO理念的一体化课程教学模式［J］．中国高等教育，2010（22）.
数字化设计与先进制造技术范文5
关键词：数字化车间，机械加工
中图分类号：TH161 文献标识码：A 文章编号：
近年来，为实现我国装备制造业的转型升级，国家大力推行精益制造、智能制造、敏捷制造等先进制造理念，并高度重视信息化在制造中的促进作用。数字化车间理论与应用研究方兴未艾。
数字化车间的概念
数字化车间是数字化技术在制造车间集成应用而形成的一种制造车间的模式，即从数字化产品工艺设计、工艺试验、生产组织和管理等方面入手，将制造车间中的数字化设备与工艺设计及生产管理的信息进行集成，形成基于数字化设备和信息集成于信息流自动化的集成制造系统，从整体上改善生产的组织与管理，提高制造系统的柔性，提高数字化设备的效率。
数字化车间目前存在两个方面的含义。一方面，它是指从制造的现实出发，对制造过程中产生的数据进行数字化，并对它们进行加工处理，产生相关的信息，在制造系统中进行存储和交换，并直接应用于车间对生产过程的管理和控制，通常把这种生产方式称为数字化制造。另一方面，它是指“车间”生存于数字化世界，在真实工厂或生产过程还没有开始前，这个车间在虚拟空间中运作，对真实车间进行虚拟现实的仿真，提供优化的结果，是虚拟制造技术的发展。
本文讨论的是前一种含义，其实质是数字化技术在车间的综合应用，即利用计算机辅助进行信息管理、生产工艺安排、生产计划制定和生产过程控制，在车间范围内实现CAD/CAPP/CAM,PDM,MRP,MES,DNC等数字化技术的集成应用。
2、数字化车间的组成结构
数字化车间的总体结构如图1所示，分为企业计划层、制造执行层和控制层。通常，数字化车间本身包括制造执行和控制两个层次，企业计划层是数字化车间的上游，是数字化车间运行的外部环境。制造执行层是数字化车间的核心，它协调车间各个部门完成车间的技术管理、生产计划和调度及整个生产过程的管理与控制，而控制层则完成设备管理、现场数据采集和物流监控。数字化车间需要实现企业以生产计划和执行控制为主线的生产管理信息系统集成应用，以CAD/CAPP/CAM和PDM集成为特征的技术信息系统集成，以及基于网络实现DNC、现场数据采集和物流标识等监控系统集成应用。制造执行系统为车间范围内的这三种集成提供了应用平台。
实施数字化车间的关键是基于车间数字化装备、综合网络（DNC）和数据管理系统建立制造执行系统，实现生产作业计划管理与执行控制，以及实现制造执行系统与企业资源管理系统和产品与工艺过程设计系统的集成应用。
3、典型机械加工数字化车间
数字化车间在各种类型车间中已有广泛实践，以机械加工车间最为典型。机械加工车间通过制造执行系统将工厂生产计划信息引入车间，并根据工厂生产计划进行具体执行计划——生产作业计划的指定，把企业下达的生产任务具体分配到车间的各个生产单元（工段）、工作地和工人，规定他们在月、旬、周、日以及轮班和小时内的具体生产任务；并通过现场终端将生产指令直接下达到操作者，同时及时采集任务状态信息，组织产品生产过程各阶段、各工序在时间上和空间上的衔接协调，实现生产进度控制、产品质量控制、物料消耗与库存控制及生产成本费用控制等。生产计划与控制是实现生产计划，提高产品质量，降低生产消耗和产品成本的重要手段。
车间可通过PDM集成和运行CAD/CAPP/CAM软件，支持车间的工艺准备技术工作，实现设计数据直接引入、工艺建模、自动编程和程序仿真。DNC系统通过网络与CAD/CAPP/CAM相连，直接从NC程序库中读取所需要的加工程序和参数，也可以将生产现场经调试的实际应用程序回收后统一存放、归档。同样，机床的CNC参数也可以通过此系统进行传输。
车间建立刀具管理系统，实现数控用刀具的管理和预调，考虑到生产规模的扩大和品种的变化速度加快，在加强CAD/CAPP/CAM的同时，应注重生产准备环节的技术改造。刀具综合管理和预调制度的建立及刀具管理系统的采用可以实现在车间（单元）范围内的刀具参数和寿命管理，实现刀具的统一调配和配送，将缩短生产准备时间，降低车间刀具占有量，提高刀具的利用率，以及稳定产品质量，还可以通过DNC系统实现刀具参数的传递。
4、机械加工数字化车间的实施效果
通过数字化车间系统的实施，机械加工车间在管理手段、生产效率、生产成本等方面都会有明显效果，为精益生产模式的建立奠定了良好的基础。
1）彻底消除机床信息孤岛，实现了工厂的完全网络化管理
通过机床网络DNC的建设，彻底改变了以前数控机床的单机通信方式，全面实现了机床的集中管理与控制，机床由以前的信息孤岛转变为整个工厂的一个信息节点，实现了数控程序的传输网络化、管理规范化、仿真虚拟化、数据采集自动化。
2）通过图形化的高级排成，最大程度地优化了生产计划
通过高级自动排产算法，可将生产任务分解到每一工序、每一设备、每一分钟，并可通过方便直观的图形看板形式，以即时的方式提供准确的交货日期，实时获知落后于计划的作业，查明是哪里出现了生产“瓶颈”，实现了生产任务的精确管理。
3）实现生产过程的全透明化管理
通过准确、及时、自动的机床生产信息反馈，可以同时采集所有机床的实时状态，随时查看机床的开机、运行、故障等信息，实施获知每台机床的工件生产数量，并结合条码扫描等手动采集方式，实现生产过程全方位的透明化管理。
4）减少机床辅助时间，提高机床利用率
通过协同制造平台，实现了技术、物料、工具、质量等生产准备协同，从根本上避免了因某一环节的准备不足而影响生产的不良情况。通过高级排产、程序网络传输、模拟仿真、程序数据库管理，将生产计划、程序编辑、仿真、管理等生产辅助任务在计算机端快速高效地完成，这些管理措施与手段均可最大程度地提高机床的有效利用率。
5）实现对库房的精细管理，优化库存，降低生产成本
充分利用先进的计算机网络技术，全面实现对车间各类（包括刀具、物料、在制品等）库房的计算机管理，可有效优化各类库存，明显地降低车间库存成本。
6）与PDM/ERP系统全面集成，整合企业制造资源
通过与PDM/ERP等系统的有机集成，以及MES系统自动导入ERP的生产计划等上游信息，实现企业各管理系统之间数据资源最大程度的共享，为实现企业级的精益生产奠定良好的技术与管理基础。
参考文献：
[1] 杨文通，王蕾，刘志峰 编著. 数字化网络化制造技术. 电子工业出版社
数字化设计与先进制造技术范文6
质量分析与决策深度挖掘质量信息及统计分析能够精确发现质量问题和改进点，有效提高产品质量，大大降低质量成本。质量分析与决策都通过统计技术来实现，对缺乏有效性的数据统计分析是许多企业发展遇到的障碍。
质量管理体系应用企业推行ISO9000质量管理体系标准进行管理，是管理科学的一场空前的跃进。如何体现和发挥领导在质量管理中的指挥和协调作用，如何实现领导者对整个质量管理过程的有效监控，如何让全员按照权限分配方便有序地参与质量管理和持续改进，这显然是传统的质量管理方式所难以岂及的[4]，所以，管理体系运行的有效性提升，不仅需要在管理技术上和方法上有所创新突破，而且要运用信息技术的优势，建立系统化的质量管理体系，协助企业提升自我的管理水平和经济效益。
2提升质量效益策略有两个重要支撑，一是过程化管理，通过提高过程质量、提高过程协同效率，达到提升产品质量；二是数字化决策，通过看得见的数字，进行质量改进、质量经营决策。而这两个方面，在传统的质量管控模式下，很难实现。
2.1现代制造企业大多是由多级供应链协同构成，企业在采购产品检验、加工装配、过程监管、售后服务等环节的故障信息，需及时地反馈给供应商，这些信息是供应商进行质量改进的重要依据。
2.2很多企业的产品质量档案、质量报检、跟踪记录等信息以纸质的形式呈现，传送于各部门各单位，未进行集中、系统的管理。这给质量信息的统计分析造成很大的困顿；也给质量信息的共享、查询和追溯造成很大不便；造成质量管理信息分散，沟通不畅，偏差性大，内部受控难以保障，外协加工的精确度难以保证。
2.3质量改进是企业持续优化产品质量，降低总成本的关键手段。若改进过程缺乏数据支撑，则改进方向将难以明确，效果难以验证。如何规范地进行质量改进，降低成本压力，确保改进闭环，在提高供应链整体水平的同时，降低企业外协外购件的质量损失。
3目前，数字化设计、数字化制造和数字化管理是制造业企业信息化主要手段。而制造业研究最广泛、应用最深入、效益最明显的领域是设计数字化。企业运用CAM、CAD、CAPP等软件平台，实现了设备设计过程与装配的数字化和智能化，缩短了产品研发周期。企业管理系统由研发、生产、质量三大体系组成。研究和开发适合企业发展战略的质量信息系统，实现企业数字化质量管理，是当前中国制造业信息化发展的必然趋势。
4建立质量信息的集中管理平台通过构建质量信息平台，收集客户质量信息、设计产品信息、在线信息、售后服务信息、问题反馈信息等，实现产品全过程质量信息的采集、跟踪、储存和应用，数据能够有效、精准、全面地为管理者和决策者提供质量效益与成本评估分析有力支撑。
4.1建立质量持续改进平台
通过搭建质量管理信息化平台，传统的质量管理模式得到改善，一个基于信息化、数字化、网络化的质量管理工作平台，以设备研发生产、外购外协件采购、制造至售后等产品全生命周期为主线，实现关键质量管理工作的在线处理及网络化协同，提高质量事件处理的规范性，提高作业处理效率，在线跟踪质量活动改进效果，促进质量的持续改进。
4.2建立质量经营管理决策平台质量管理信息系统吸收了先进的质量管理思想及分析方法，以采集基础数据和过程数据的根基上加有序管理，实现多台计算机联网技术辅助、应用统计分析工具和动态跟踪的报表定制功能，为企业管理、目标决策提供详实、精确的分析报告，为质量经营提供强有力的数据支持。
4.3通过质量系统在企业的实施，广泛深入地推广应用现代质量管理新技术，利用现代信息技术，以质量经营为核心，推进质量管理与控制的网络化和数字化，实现产品制造过程质量可控，提升经济效益。
