智能制造基礎與應用（第2版）教案 第二章 智能制造數(shù)字化基礎 1.智能制造數(shù)字化基礎

教案(首頁)山東勞動職業(yè)技術學院授課日期班次課時課題第二章智能制造數(shù)字化基礎1.1概述教學時數(shù)2【教學目標】1、了解國外數(shù)字制造與智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀；2、了解我國數(shù)字制造與智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀；3.了解中國制造2025整體戰(zhàn)略目標和任務?！局攸c難點】數(shù)字制造的科學定義與內涵?！窘叹?、參考書】《智能制造基礎與應用》機械工業(yè)出版社王芳、趙中寧主編【教學過程】教案紙山東勞動職業(yè)技術學院第3頁第一節(jié)概述提出問題：智能制造與數(shù)字制造的區(qū)別和聯(lián)系？回答問題：數(shù)字制造和智能制造是制造技術創(chuàng)新的共性使能技術，也是工業(yè)革命的關鍵與核心。數(shù)字制造采用數(shù)字化的手段對制造過程、制造系統(tǒng)與制造裝備中復雜的物理現(xiàn)象和信息演變過程進行定量描述、精確計算、可視模擬與精確控制，實現(xiàn)對產(chǎn)品設計和功能的仿真以及原型制造,進而快速生產(chǎn)出符合用戶需求的產(chǎn)品。數(shù)字制造給產(chǎn)品的設計制造方式以及核心技術創(chuàng)新帶來了一系列的變革，是提升制造企業(yè)技術含量，促進企業(yè)轉型升級的有效手段。智能制造借助計算機收集、存儲、模擬人類專家的制造智能，進行制造各環(huán)節(jié)的分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動，實現(xiàn)制造過程、制造系統(tǒng)與制造裝備的智能感知、智能學習、智能決策、智能控制與智能執(zhí)行。智能制造將制造數(shù)字化、自動化擴展到制造柔性化、智能化和高度集成化，是世界各國搶占新一輪科技發(fā)展制高點、重振制造業(yè)的重要途徑。數(shù)字制造是實現(xiàn)智能制造的基礎與手段，而智能制造是先進制造、數(shù)字化技術與智能方法的有機集成與深度融合，是數(shù)字化制造發(fā)展的必然。因此，從數(shù)字制造到智能制造是工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。一、國外數(shù)字制造與智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀基于多媒體計算機系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡的數(shù)字制造技術為現(xiàn)代制造系統(tǒng)的并行作業(yè)、分布式運行、虛擬協(xié)作、遠程操作與監(jiān)視等提供了可能。數(shù)字制造的一些子系統(tǒng)不斷完善，并隨著網(wǎng)絡技術和電子商務的發(fā)展進入實用階段，數(shù)字制造系統(tǒng)呈現(xiàn)出柔性化、敏捷化、客戶化、網(wǎng)絡化與全球化等基本特征。美國：在數(shù)字制造技術發(fā)展與應用研究方面，美國處于國際研究的前沿，許多大學和科研機構都在從事虛擬制造的研究工作。美國華盛頓州立大學在國家標準和技術研究所的資助下，對虛擬裝配環(huán)境、裝配規(guī)劃、裝配分析與評估等方面進行了研究。斯坦福大學研究了復雜裝配的分析、評估技術，開發(fā)了裝配分析工具系統(tǒng)?？▋然?梅隆大學探索了虛擬裝配模型、虛擬裝配環(huán)境、虛擬裝配設計、裝配評估等，提出了面向網(wǎng)絡設計制造的虛擬工具集系統(tǒng)。國家標準及技術局制造工程實驗室系統(tǒng)集成部研究了開放式虛擬現(xiàn)實測試機床和國家先進制造測試機床等。波音公司案例：在數(shù)字化制造產(chǎn)業(yè)，美國波音公司在波音777/787飛機的研制中，通過采用“虛擬設計制造”、“全生命周期設計制造PLM”、“并行工程CE”、數(shù)字化預裝配系統(tǒng)等全數(shù)字化設計制造的研制策略，使飛機的整機設計、部件測試、整機裝配均在高性能工作站上的虛擬環(huán)境中通過數(shù)字樣機完成，在設計階段就解決了零件間的裝配干涉和零件的最終裝配確定等制造中的關鍵問題，并在全球協(xié)同化制造環(huán)境下展開研制，如圖2-5所示飛機開發(fā)示意圖。開發(fā)周期從過去的8～9年縮短到四年半，縮短了40％以上，成本降低了25％，出錯返工率降低了75％，用戶滿意度也大幅度提高。通用公司案例：美國通用汽車公司利用“數(shù)字化設計制造”、“虛擬樣機”等技術，將轎車的開發(fā)周期由原來的48個月縮短到了現(xiàn)在的24個月，碰撞試驗的次數(shù)由原來的100多次降到50次，另外“全球采購和分銷”、“大規(guī)模定制”等新的生產(chǎn)模式也幫助它減少了10%的銷售成本。美國下一步發(fā)展方向：美國斯坦福大學和麻省理工學院合作開展“基于Internet的下一代遠程診斷示范系統(tǒng)”的研究，美國NSF成立了智能設備維護技術中心,其成員包括Intel，F(xiàn)ordMotor，AppliedMaterials，Xerox，UnitedTechnologies等著名大公司，中心研究宗旨是開發(fā)基于Web的智能設備診斷、維護技術。隨著現(xiàn)代通信技術和IT業(yè)的發(fā)展,許多企業(yè)都相繼推出了具有網(wǎng)絡集成能力和一定智能化水平的制造設備和控制系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡可以實現(xiàn)對設備的遠程技術服務。德國：作為制造業(yè)強國的德國，繼實施智能工廠之后，又啟動了一個投入達2億歐元的工業(yè)4.0項目。德國政府2010年制定的《高技術戰(zhàn)略2020》計劃行動中，意圖以工業(yè)4.0項目奠定德國在關鍵工業(yè)技術上的國際領先地位，并在2013年4月舉行的漢諾威工業(yè)博覽會上正式將此計劃推出。工業(yè)4.0概念最初是在德國工程院、弗勞恩霍夫協(xié)會、西門子公司等德國學術界和產(chǎn)業(yè)界的建議和推動下形成，目前已上升為國家級戰(zhàn)略。西門子案例：德國西門子安貝格電子制造廠被認為是“工業(yè)4.0”的樣板工廠，這座位于德國安貝格市的工廠，是德國的政府、企業(yè)、高校和研究機構共同打造全自動化聯(lián)網(wǎng)“智能”工廠的協(xié)力合作的初期案例。安貝格擁有歐洲最先進的數(shù)字化生產(chǎn)平臺。西門子的安貝格工廠體現(xiàn)了現(xiàn)階段的智能運營工廠的潛能。目前，它的自動化運作程度已經(jīng)達到75%左右，其1150名員工主要是從事計算機運行和生產(chǎn)流程監(jiān)控工作。圖2-7德國西門子安貝格電子制造廠日本：日本于1990年提出為期10年的智能制造系統(tǒng)（IMS）的國際合作計劃，并與美國、加拿大、澳大利亞、瑞士和歐洲自由貿易協(xié)定國在1991年開展了聯(lián)合研究，其目的是克服柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）的局限性，把日本工廠和車間的專業(yè)技術與歐盟的精密工程技術、美國的系統(tǒng)技術充分地結合起來，開發(fā)出能使人和智能設備都不受生產(chǎn)操作和國界限制、且能彼此合作的高技術生產(chǎn)系統(tǒng)。日本政府大力推動智能制造以應對用工短缺，全自動生產(chǎn)線和機器人在日本企業(yè)得到廣泛使用。由日本本田技術研究公司研發(fā)的新一代智能機器人“阿斯莫”，在工廠已經(jīng)服役了12年。日本最大的玩具生產(chǎn)商萬代玩具公司，實行智能制造，產(chǎn)品由機器手從機器內取出，搬運由無人自動搬運機完成，其靜岡分公司擁有17臺4色全自動注塑機，每班僅需7人完成進料、出料、維修等輔助工作。日本著名機床廠商山崎馬扎克公司2002年開發(fā)的“無人機械加工系統(tǒng)”，與上世紀90年代開發(fā)的無人加工系統(tǒng)相比，加工成本降低了43%。這套系統(tǒng)的使用，與傳統(tǒng)機械加工相比，完成同樣的產(chǎn)量，需要13臺機床外加36名操作員，即使外國的人工費只有日本的1/20，機器人的作業(yè)成本依然比人工費用要低。加拿大：加拿大制定的1994~1998年發(fā)展戰(zhàn)略計劃，認為未來知識密集型產(chǎn)業(yè)是驅動全球經(jīng)濟和加拿大經(jīng)濟發(fā)展的基礎，認為發(fā)展和應用智能系統(tǒng)至關重要，并將具體研究項目選擇為智能計算機、人機界面、機械傳感器、機器人控制、新裝置、動態(tài)環(huán)境下系統(tǒng)集成。歐洲：歐盟各國高度重視云計算技術與制造業(yè)的結合，利用云制造這一服務化、網(wǎng)絡化、智能化的制造模式，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡的共享與協(xié)同分散制造資源，提高制造資源和能力利用率，降低資源消耗，實現(xiàn)綠色制造和服務型制造。歐盟第7框架于2010年8月啟動了制造云項目，總投資500萬歐元，目的是為用戶提供可配置的基于軟件的制造能力服務，并能通過網(wǎng)絡實現(xiàn)面向用戶的產(chǎn)品個性化定制。二、我國數(shù)字制造與智能制造的發(fā)展現(xiàn)狀1、國內數(shù)字制造業(yè)智能制造發(fā)展現(xiàn)狀分析在制造業(yè)信息化工程專項的推動下，我國近年來在制造業(yè)信息化數(shù)字化方面取得了顯著進步。我國制造業(yè)數(shù)字化方面的投入不斷加大，主要行業(yè)大中型企業(yè)數(shù)字化設計工具普及率超過六成，近5年年均增長4個百分點。在規(guī)模以上的工業(yè)企業(yè)中，生產(chǎn)線上的數(shù)控裝備比重已經(jīng)達到30%，近5年也是年均增長4個百分點。根據(jù)《2011中國工業(yè)軟件產(chǎn)業(yè)發(fā)展年度報告》，2011年中國工業(yè)軟件市場規(guī)模已達到616.34億元，到2014年市場規(guī)模將達到1037.46億元。CAD、CAE、PDM、ERP、SCM等信息技術在產(chǎn)品研發(fā)部門和生產(chǎn)制造部門得到了有效應用，裝備技術水平也在大大的提高。這些數(shù)字化設計制造軟件的推廣應用，改變了傳統(tǒng)的設計生產(chǎn)、制作模式，已經(jīng)成為我國現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展的重要技術特征。中航案例：中航商用飛機有限公司在ARJ21飛機研制中應用產(chǎn)品數(shù)字化定義技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術、數(shù)字樣機技術、數(shù)字化工藝與虛擬裝配技術等數(shù)字化設計制造技術和并行工程方法，實現(xiàn)了大部段對接一次成功，飛機上天一次成功，取得了顯著的經(jīng)濟效益。我國云制造相關技術及系統(tǒng)的研究已取得顯著的成果，構建了面向航天復雜產(chǎn)品的集團企業(yè)云制造服務平臺、航天科技集團云制造服務平臺、面向制造及管理的集團企業(yè)云制造服務平臺、面向模具與柔性材料行業(yè)的云制造服務平臺、汽車零部件新產(chǎn)品研發(fā)云制造服務平臺、鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同云制造服務平臺等，并針對不同類型企業(yè)的需求和特點分別開展應用示范工作。北車集團418km/h動車組廣泛應用傳感網(wǎng)技術和RFID技術，實現(xiàn)制造過程智能化和列車運營的控制、監(jiān)測與診斷。相關數(shù)據(jù)：我國數(shù)字化智能化制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。儀器儀表產(chǎn)業(yè)近年來增長迅速，2012年儀器儀表行業(yè)總產(chǎn)值7112億元，同比增長20.16%。數(shù)控機床制造業(yè)迅速發(fā)展，進口依存度下降至45%。機器人研發(fā)投入持續(xù)加大，工業(yè)機器人大量應用。2012年，在中國銷售的工業(yè)機器人達26902臺，同比增長19.2%，我國工業(yè)機器人年安裝量排名世界第三，累計安裝量超過6萬臺。“機器換人”已經(jīng)成為企業(yè)提高生產(chǎn)效率、降低人力成本的重要手段。富士康宣布在三年內購置百萬臺機器人2016年將山西晉城建成了“世界最大智能化機器人生產(chǎn)基地”。海爾首席執(zhí)行官張瑞敏2014年宣布已經(jīng)裁員1.6萬人，仍將繼續(xù)裁員1萬人。京東方的北京8.5代線面板工廠也已經(jīng)大量啟用機器人操作。2.我國智能制造與國外先進水平的差距（6點差距）（1）我國制造業(yè)仍主要集中在中低端環(huán)節(jié)，產(chǎn)業(yè)附加值低，中低端制造裝備面臨來自發(fā)達國家加速重振制造業(yè)與發(fā)展中國家以更低生產(chǎn)成本承接國際產(chǎn)業(yè)轉移的“雙向擠壓”，高端智能制造裝備及核心零部件仍然嚴重依賴進口。從智能制造的經(jīng)濟效益來看，52%的企業(yè)其智能制造收入貢獻率低于10%，60%的企業(yè)其智能制造利潤貢獻低于10%。另外，較為低廉的人力成本形成成本洼地，企業(yè)使用智能化設備替代人工動力不足，嚴重阻礙了對智能裝備應用需求的釋放。（2）制造業(yè)智能化的核心技術掌握及應用方面存在很大差距。我國對“大數(shù)據(jù)”驅動的知識挖掘及知識庫構建相關研究起步較發(fā)達國家晚，還未形成整體力量，企業(yè)應用數(shù)據(jù)挖掘技術尚不普遍。目前，國內相關技術主要集中于數(shù)據(jù)挖掘相關算法、實際應用及有關理論方面的研究，涉及行業(yè)比較廣泛，包括金融業(yè)、電信業(yè)、網(wǎng)絡相關行業(yè)、零售業(yè)、制造業(yè)、醫(yī)療保健、制藥業(yè)及科學領域，單位集中在部分高等院校、研究所和IT等新興領域的公司，如華為、阿里巴巴、百度等，但我國制造企業(yè)幾乎沒有應用數(shù)據(jù)挖掘技術，也未構建產(chǎn)品設計制造相關的知識庫。（3）我國許多制造企業(yè)在復雜裝備研發(fā)過程中，利用有限元分析軟件進行產(chǎn)品性能仿真分析時，較少考慮機、電、液、控等多個學科耦合作用，而僅進行其中某單一學科的性能仿真分析，其分析結果對于產(chǎn)品性能優(yōu)化設計的指導作用有限。（4）我國制造業(yè)與物流業(yè)信息資源融合度較低。（5）我國在云制造技術方面的研究及應用還處于初級階段，遠遠不能實現(xiàn)云環(huán)境下的信息快速共享和重用需求?；谠浦圃斓亩鄬W科虛擬樣機協(xié)同設計仿真原型平臺、面向微小型企業(yè)的B2C模式云制造平臺架構等應用需要不斷的深入和完善，還需要大量技術、資金及政策的支持。（6）而我國機器人產(chǎn)業(yè)總體上還處于起步階段，機器人企業(yè)多以仿制和集成模式為主，即采購國外核心零部件組裝機器人，再根據(jù)國內市場需求進行設計和集成，缺乏關鍵核心技術，高性能交流伺服電動機、精密減速器及控制器等關鍵核心部件長期依賴進口。歐洲和日本仍是工業(yè)機器人的主要供應商，其中ABB,KUKA,FANUC,YASKAWA四家占據(jù)著工業(yè)機器人60-80%市場份額。（6）我國在3D打印制造技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展中仍面臨巨大挑戰(zhàn)。1）在材料成形機理、關鍵技術、裝備開發(fā)、工業(yè)標準等方面，還面臨大量基礎理論和關鍵技術尚未突破，未能形成原創(chuàng)技術源泉。2）我國尚未形成3D打印制造公共技術平臺，創(chuàng)新資源集中度低。當前，科研機構各自為戰(zhàn)，合作研究的動力不足，缺乏對技術兼容性研究和相關標淮的制定，開放式的集成創(chuàng)新體系尚未形成。3）我國3D打印制造產(chǎn)業(yè)化尚處于萌芽階段，金融資本參與度不高，產(chǎn)業(yè)缺乏資金支持。4）我國3D打印工程化應用技術研究不夠，尚未形成具有廣泛工程意義的完備技術體系。3.數(shù)控機床行業(yè)典型制造企業(yè)數(shù)字制造與智能制造的技術現(xiàn)狀從產(chǎn)品層次構成上看，我國數(shù)控機床行業(yè)“低端混戰(zhàn)，高端失守”的狀況仍未得到根本扭轉，高端產(chǎn)品層面與國外先進企業(yè)之間還存在相當大的差距。在數(shù)控機床領域，我國制造企業(yè)（如昆明機床股份有限公司等）的產(chǎn)品與國外先進機床產(chǎn)品之間“形似而神不似”的問題十分突出。產(chǎn)品的外觀可以模仿、結構型式與尺寸也可以模仿，但是產(chǎn)品的性能需要靠優(yōu)秀的設計方案和制造技術來保證。（1）典型數(shù)控企業(yè)及其機床的基本情況。以昆明機床廠、大連機床集團有限責任公司為例說明：昆明機床廠：昆明機床股份有限公司是開發(fā)、設計、制造和銷售精密數(shù)控臥式坐標鏜床、臥式加工中心等精密設備的骨干企業(yè)，其主要產(chǎn)品均處于國內領先水平，創(chuàng)造了中國140個第一：第一臺大型臥式鏜床、第一臺高精度坐標鏜床、第一臺電動立體仿型銑床、第一臺精密臥式加工中心等。公司機床產(chǎn)品主要分為臥式加工中心、龍門鏜銑床、臥式鏜銑床、落地銑鏜床等4類，共16個系列。臥式加工中心類產(chǎn)品是專為航空航天、汽車、模具、精密液壓閥體等加工領域打造的高速、高精、高效的產(chǎn)業(yè)化核心產(chǎn)品。其中，KHC-AUTO系列產(chǎn)品實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，還可組成FMS柔性制造系統(tǒng)，實現(xiàn)產(chǎn)品的批量化高效柔性生產(chǎn)需求。KHC-BLOCK系列是大規(guī)格的精密臥加工產(chǎn)品，主機和模塊化功能部件配置靈活。TH65系列臥式加工中心產(chǎn)品總體布局為刨臺臥放，前、后床身分離呈T字型結構，移動立柱，正掛主軸箱。機床整體結構緊湊、熱變形小、剛性高、精度高。龍門鏜床類產(chǎn)品適用于航空、重機、模具等行業(yè)半精加工和精加工，也可以用于粗加工。其中，21系列采用動梁龍門式框架，剛性好，精度保持性好。機床配置多種附件，銑頭實現(xiàn)對工件的五面綜合加工。機床的X、Y、W向均采用靜壓導軌，使整個機床具有抗偏載能力強、運動剛性度高、動態(tài)響應性能好、定位精度高等特點。24系列定梁工作臺移動工，立柱固定在床身側面，橫梁固定在兩個立柱上，整機剛性高，穩(wěn)定性好。X、Y軸采用進口重載滾柱直線導軌。主軸采用恒溫冷卻油潤滑方式，減少軸承、齒輪溫升。27系列為工作臺固定、龍門框架移動的定梁動柱鏜銑床。機床的X、Y向均采用多頭泵結構的恒流式閉式靜壓導軌結構，具有抗偏載能力、運動剛度高、動態(tài)響應性能好、定位精度高等特點。臥式銑鏜床可對工件進行鉆孔、鏜孔、擴孔、鉸孔、锪平面、銑平面、切槽、車螺紋等切削加工，是加工箱體類零件的關鍵設備。其中，TK61系列數(shù)控臥式鏜銑床主軸軸系采用三層結構，即平旋盤主軸、空心主軸和鏜軸，鏜軸采用優(yōu)質氮化鋼，軸系結構剛性好、精度高。KIMI系列實現(xiàn)了全面數(shù)控化，主電機采用交流調速電機，主軸高低檔無級調速，主軸準停功能，且機床主要大件均參考高端數(shù)控機床結構設計，具備向上擴展?jié)摿?。落地銑鏜床一次裝夾可完成鉆、鏜、銑、擴孔、鉸、切溝槽及平面加工等，廣泛用于工程機械、機車車輛、礦山設置、大型電機、水輪機、船舶、鋼鐵、軍工、環(huán)保設備等行業(yè)的加工設備。其中62系列可加工坐標精度較高的孔系及大直徑孔系。69系列落地銑鏜床、與數(shù)控回轉工作臺及AC擺頭等選配附件配合使用，能實現(xiàn)對零件的五軸聯(lián)動加工。62、69系列雙面鏜呈“川”字型布局，實現(xiàn)兩主機對頭鏜孔的加工要求，相對于單臺機床，鏜孔同軸度高，加工效率大大提升。大連機床廠：大連機床集團有限責任公司始建于1948年，是全國大型組合機床、柔性制造系統(tǒng)及自動化成套技術與裝備的研發(fā)制造基地。公司主要產(chǎn)品有組合機床及自動線、柔性制造系統(tǒng)、立臥及龍門式加工中心、數(shù)控車床和車銑中心、高速精密車床等。50多年來，集團公司為航空航天、船舶、汽車、發(fā)電設備制造、軍工、采礦冶金等行業(yè)提供了各類機床幾十萬臺。其中，組合機床及自動線、柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)品，產(chǎn)銷量全國第一，國內市場占有率達30％以上。如圖2-14所示。大連機床集團有限責任公司的機床產(chǎn)品包含加工中心、數(shù)控鏜銑床、數(shù)控銑床、數(shù)控車床4類。其中，加工中心類產(chǎn)品是最能代表其先進設計、生產(chǎn)水平的產(chǎn)品。數(shù)控加工中心產(chǎn)品包含龍門式加工中心、立式加工中心、臥式加工中心3類。DGMA系列龍門式加工中心，采用SIEMENS數(shù)控系統(tǒng)控制，具有自動換刀功能，可進行直線和圓弧插補切削，完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻絲等工序加工，適用于汽車、航空航天、冶金礦山、機床制造等行業(yè)的箱體類零件及雜形零件的加工。立式加工中心包括VDK、MDV、INGERSOLL、VDL、VDF等9個系列，能夠對箱體零件、課題零件、盤類零件、異性零件進行加工，可以通過一次裝夾自動完成四個面的銑、鏜、鉆、擴、絞、攻絲等多工序加工。立式加工中心產(chǎn)品底座、立柱、主軸箱體、十字滑臺、工作臺等基礎件全部采用高強度鑄鐵，組織穩(wěn)定；采用高速精密主軸，降低傳動噪聲及熱量，配合主軸頭冷卻系統(tǒng)，有效控制主軸溫升，利用IRD動態(tài)平衡校正，確保加工精度；采用高精度滾珠絲杠副增加了傳動剛度并消除了快速運動時產(chǎn)生的熱變形影響，確保機床定位精度和重復定位精度。臥式加工中心包括FMC、MDH、HDM等8個系列，具有高精度、高速度、高剛性、多工位四大特點。（2）典型數(shù)控企業(yè)數(shù)字化設計制造的現(xiàn)狀分析。在三維造型方面：我國數(shù)控機床制造企業(yè)能夠使用PRO/E、UG、CATIA、Solidworks等各類三維造型軟件進行機床部件的造型設計，實現(xiàn)數(shù)控機床關鍵部件設計過程的在機床關鍵部件設計的無紙化，并為數(shù)據(jù)控機床設計的模塊化和關鍵部件數(shù)據(jù)重用奠定了信息分析在數(shù)控機床關鍵部件設計參數(shù)及方法重用的數(shù)據(jù)基礎。數(shù)控機床關鍵部件分析方面：綜合使用Adams、Ansys、Anstran等分析軟件，依托各規(guī)格的激振器、高靈敏度傳感器、激光測振儀、三坐標測量儀等設備形成的數(shù)控機床關鍵部件信息采集系統(tǒng)，對數(shù)控機床關鍵部件進行動、靜、熱等多角度分析，確保數(shù)控機床關鍵部件的結構和材料特性符合其工況需求。除此之外，機床企業(yè)還自行開發(fā)了進行機床產(chǎn)品需求轉換的數(shù)字化設計工具，能夠采集客戶對新產(chǎn)品的需求并以此為基礎在機床案例庫中進行類比，對新產(chǎn)品功能進行初步設計。數(shù)字化設計制造存在的問題：1）在大數(shù)據(jù)時代，機床產(chǎn)品設計制造活動已經(jīng)從過去的以經(jīng)驗為主過渡到以知識為主。2）用戶在追求高質量機床產(chǎn)品的同時，也會更多地追求低價格和短交貨期，但機床企業(yè)一直沿用的“設計-研制-試驗-修改”開發(fā)模式會增長數(shù)控機床的開發(fā)周期，降低開發(fā)效率。3）數(shù)控機床加工的對象越來越復雜，需要長時間連續(xù)運行，完成對復雜零件的精密加工，要求數(shù)控機床的傳感與檢測系統(tǒng)具有全天候的監(jiān)控能力。4）需要將同一加工過程中的機床以物聯(lián)網(wǎng)的形式進行連接，以確保多臺數(shù)控機床加工的緊密銜接，構建由數(shù)控機床組成的智能制造執(zhí)行系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)控機床對工件加工的精密化，智能化。但當前數(shù)控機床設計中數(shù)據(jù)接口并未格式統(tǒng)一，導致由數(shù)控機床構成的加工系統(tǒng)設備間存在信息交互壁壘，阻礙數(shù)控加工系統(tǒng)智能化的實現(xiàn)。三、數(shù)字制造的科學定義與內涵概念：所謂數(shù)字制造，是指在虛擬現(xiàn)實、計算機網(wǎng)絡、快速原型、數(shù)據(jù)庫和多媒體等支撐技術的支持下，根據(jù)用戶需求迅速收集資源信息，對產(chǎn)品信息、工藝信息和資源信息進行分析、規(guī)劃和重組，實現(xiàn)對產(chǎn)品設計和功能的仿真以及原型制造，進而快速生產(chǎn)出符合用戶期望性能的產(chǎn)品的整個制造過程。1.以控制為中心的數(shù)字制造數(shù)字制造的概念，首先來源于數(shù)字控制技術（CNC）與數(shù)控機床。數(shù)控技術就是用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實現(xiàn)控制的技術，它不僅控制位置、角度、速度與機械量，也可控制溫度、壓力、流量等物理量，這些量的大小不僅可用數(shù)字表示，而且是可測、可控的。如果一臺設備實現(xiàn)其自動工作過程的命令是以數(shù)字形式來描述的，則稱其為數(shù)控設備。顯而易見，這遠不是數(shù)字制造，卻是數(shù)字制造的一個十分重要的基礎。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，出現(xiàn)了對多臺機床用一臺或幾臺計算機數(shù)控裝置進行集中控制的方式，即所謂直接數(shù)字控制（DNC）。為適應多品種、小批量生產(chǎn)的自動化，發(fā)展了若干臺計算機數(shù)控機床和一臺工業(yè)機器人協(xié)同工作，以便加工一組或幾組結構形狀和工藝特征相似的零件，從而構成所謂柔性制造單元（FMC）。借助一個物流自動化系統(tǒng)，將若干柔性制造單元或工作站連接起來實現(xiàn)更大規(guī)模的加工自動化就構成了柔性制造系統(tǒng)。以數(shù)字量實現(xiàn)加工過程的物料流、加工流和控制流的表征、存儲與控制，就形成了以控制為中心的數(shù)字制造。2.以設計為中心的數(shù)字制造計算機的發(fā)展以及計算機圖形學與機械設計技術的結合，產(chǎn)生了以數(shù)據(jù)庫為核心、以交互式圖形系統(tǒng)為手段、以工程分析計算為主體的一體化的計算機輔助設計（CAD）系統(tǒng)。CAD系統(tǒng)能夠在二維與三維空間精確地描述物體，大大提高了生產(chǎn)過程中描述產(chǎn)品的能力和生產(chǎn)率。CAD的產(chǎn)生和發(fā)展，為制造業(yè)產(chǎn)品設計的過程數(shù)字化、自動化打下了基礎。將CAD的產(chǎn)品設計信息轉換為產(chǎn)品制造、工藝規(guī)則等信息，使加工機械按照預定的工序和工步的組合排序，選擇刀具、夾具、量具，確定切削用量，并計算每個工序的機動時間和輔助時間，這就是計算機輔助工藝規(guī)劃（CAPP）。將制造、檢測、裝配等方面的所有規(guī)劃以及產(chǎn)品設計、制造、工藝、管理、成本核算等所有信息數(shù)字化，并被制造過程的全階段所共享，就形成了基于CAD/CAM/CAPP的以產(chǎn)品設計為中心的數(shù)字制造。3.以管理為中心的數(shù)字制造通過建立企業(yè)內部物料需求計劃（MRP），根據(jù)不斷變化的市場信息、用戶定貨和預測，從全局和長遠利益出發(fā)，通過決策模型評價企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營狀況，預測企業(yè)的未來和運行狀況，決定投資策略和生產(chǎn)任務