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数字化设计制造及在带式输送机中的应用 边海涛 【摘要】数字化设计制造是融合了计算机技术、信息技术、电子技术、虚拟技术及其网络技术等多种学科的一种先进制造技术。其核心内容主要包含计算机辅助设计—CAD、计算机辅助制造—CAM、计算机辅助工程—CAE技术，计算机辅助工艺设计—CAPP技术和逆向工程技术。在带式输送机设计过程中，对整体设计进行优化，对关键部件如滚筒进行有限元分析，对输送机进行动态分析，并对运行过程实施实时监控，从而提高产品的使用性能，增强产品的竞争力。 【关键词】制造业；数字化设计制造；输送机 数字化设计制造是传统制造技术与计算机技术、信息技术、自动控制技术等现代高新技术交叉融合的结果，是一个集机械、电子、信息、材料、能源与管理技术于一体的新型交叉学科，它使制造技术的内涵和水平发生了质的变化，是先进制造技术的核心部分。将其应用在带式输送机的设计使用过程中，可以缩短产品的生产周期，提高产品的竞争能力。 1.数字化设计制造的发展 数字化是指以计算机软件、硬件及网络通信技术为基础，将连续的、模糊的、不确定的现象以及人的经验和技能等离散化，进而转化为数字信息的过程。机械制造的数字化包括产品数字化、设计数字化、制造数字化、消费数字化、服务数字化、信息数字化和知识数字化。 数字化设计制造是指利用计算机技术、虚拟技术、信息技术、电子技术及其网络环境，实现产品开发过程的一种先进制造技术。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、制造、装配等过程[1]。 数字化设计制造的发展大致经历了4个阶段：20世纪50年代后期，随着计算机技术的发展，使应用计算机进行工程图纸的绘制成为现实，使工程技术人员从繁重的手工绘图中解脱出来，由于受阻于技术的发展，数字化制造还无法成为现实；进入70年后，随着飞机和汽车制造业的飞速发展，需要进行大量的曲面设计，传统的曲面设计方法不能满足要求，法国人创造了贝塞尔算法，使得计算机能够处理曲线和曲面问题，三维曲面建模系统软件的问世使计算机从 简单的三维绘图中解脱出来，实现了计算机完整描述产品零件的主要信息，为数字化制造奠定了基础；80年代初，随着数控机床的发展，一些公司开始寻求数字化设计与制造一体化，出现了实体造型技术，能完整的描述产品零件的信息，结合数控机床的新技术使数字化制造成为了现实；进入90年代，数字化设计制造进入了系统化和集成化，各大公司相继推出花样繁多、功能齐全的CAD、CAM软件，一种新的设计方法开始出现—参数化实体造型方法，其特点是基于特征、全尺寸约束、全数据相关和尺寸驱动设计修改[2]。 2.数字化设计制造的内涵 数字化设计与制造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、多媒体和网络通信技术等，其核心内容主要包括计算机辅助设计—CAD技术，计算机辅助制造—CAM技术，计算机辅助工程—CAE技术，计算机辅助工艺设计—CAPP技术和逆向工程技术。 2.1计算机辅助技术—CAD技术 CAD是人与计算机紧密结合为一个问题求解组，紧密配合，发挥各自所长，从而完成设计任务的一种综合技术科学。包含了合理建模、创新构思、工程分析、性能仿真等内容。 典型的CAD结构设计的过程为：启动CAD系统，调用几何构型软件，根据设计者的主观意志或利用设计专家系统进行计算机辅助几何造型，从而完成方案设计；调用几何构型软件，审查或修改方案设计，确定设计对象的几何形体、结构，选定尺寸和形状参数，进行结构细节设计并存储在几何模型中；调用结构分析软件进行结构与机构运动学、动力学分析，完成强度计算工作，按照反馈的数据分析计算结构并对原结构设计进行参数优化；调用工作仿真模块软件进行数字仿真，并在计算机屏幕上观察所设计结构的工作过程。 2.2计算机辅助制造—CAM技术 CAM技术指利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹和数控程序核心是计算机数值控制，将计算机辅助制造系统的组成可以分为硬件和软件两方面硬件方面数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等软件方面数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。核心思想是结构的离散化，即将实际结构离散为有限数目的规则单元组合体，通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，解决多实际工程需要解决而理论分析又无法的复杂问题静态结构分析动态分析