数字化制造是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融合、发展与应用的结果,也是制造企业、制造过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。
数字化制造技术内容主要包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助工程分析(CAE)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、产品数据管理(PDM)、企业资源计划(ERP)、逆向工程技术(RE)、快速成型(RP)等。
数字化制造技术主要发展方向是:①利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM集成技术,实现产品全数字化设计与制造,实现产品无图纸设计和全数字化制造。②CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理相结合,形成制造企业信息化的总体构架,实现产品的设计、工艺和制造过程及其管理的数字化。整合企业的管理,建立从企业的供应决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门,再到用户之间的信息集成,实现企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递,从而有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度,确保企业在竞争中取得优势。③虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造及制造全球化。虚拟设计、虚拟制造技术以计算机支持的仿真技术为前提,形成虚拟的环境、虚拟设计与制造过程、虚拟的产品、虚拟的企业,从而缩短产品开发周期,提高产品设计开发的一次成功率。特别是网络技术的高速发展,企业通过国际互联网、局域网和内部网,组建动态联盟企业,进行异地设计、异地制造,然后在最接近用户的生产基地制造成产品。④以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术将得到超速发展和应用,瞬息万变的市场促使交货期成为竞争力诸多因素中的首要因素。许多与此有关的观念、技术在21世纪将得到迅速的发展和应用,其中最具代表性是并行工程技术、模块化设计技术、快速原型成形技术、快速资源重组技术、大规模远程定制技术、客户化生产方式等。⑤制造工艺、设备和工厂的柔性、可重构性将成为企业装备的显著特点,先进的制造工艺、智能化软件和柔性的自动化设备、柔性的发展战略构成未来企业竞争的软、硬件资源;个性化需求和不确定的市场环境,要求克服设备资源沉淀造成的成本升高风险,制造资源的柔性和可重构性将成为21世纪企业装备的显著特点。将数字化技术用于制造过程,可大大提高制造过程的柔性和加工过程的集成性,从而提高产品生产过程的质量和效率,增强工业产品的市场竞争力。
数字化制造技术的发展可追溯至1952年三坐标铣床的数控化在美国麻省理工学院首次实现。数控装置采用真空管电路,1955年第一次进行了数控机床的批量制造,当时主要是针对直升机的旋翼等自由曲面的加工。1955年美国麻省理工学院公布了自动编程工具(automatically programmed tools,APT)系统,其数控编程主要是自动编程技术,即由编程人员将加工部位和加工参数以一种限定格式的语言写成所谓源程序,然后由专门软件转换成数控程序。美国联合技术公司首次把铣钻等多种工序集中于一台数控铣床中,成为世界上第一台加工中心。1967年,美国实现了多台数控机床连接而成的可调加工系统,即最初的柔性制造系统(flexible manufacturing system,FMS)。
进入20世纪70年代,CAD、CAM开始走向共同发展的道路。由于CAD与CAM所采用的数据结构不同,不利于CAD/CAM系统的发展。在这种背景下,美国波音公司和通用电气公司于1980年制定了初始图形交换规范(initia graphics exchange specifications,IGES),从而实现CAD/CAM的融合。到80年代中期,出现计算机集成制造系统,波音公司成功应用于飞机设计、制造、管理,将原需八年的定型生产缩短至三年。20世纪80年代末期至今,CAD/CAM一体化三维软件大量出现,并应用到机械、航空航天、汽车、造船等领域。