【正文】 業(yè)設(shè)計(jì) (CAID)。 2. 網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造 利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應(yīng)力。 3. 數(shù)字化開發(fā) 數(shù)字化開發(fā)有四個核心要素：數(shù)字化產(chǎn)品和過程模型、產(chǎn)品信息管理、高性能計(jì)算與通訊和組織、管理的改變。目前，仿真 6 與建模已成為推進(jìn)制造過程設(shè)計(jì)、優(yōu)化和控制的有效手段。我國的研究多集中于高等院校和少量的研究院所，企業(yè)和公司介入的較少 【 6】 。由于實(shí)施了數(shù)字化開發(fā)策略， Ford和 Chrysler將他們新型汽車的開發(fā)周期由 36個月縮短至 24個月。但虛擬制造作為一個完整的體系，尚沒有進(jìn)行全面的集成。但無論從狹義和廣義的角度，資源的調(diào)度、仿真和重組是其具體的使能技術(shù)。數(shù)字化工廠不是簡單的數(shù)字化和虛擬制造的延 伸，它更強(qiáng)調(diào)的是整個制造活動的有效控制與管理，及企業(yè)內(nèi)外資源的合理應(yīng)用與優(yōu)化配置。 將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與制造技術(shù)相結(jié)合，快速形成虛擬網(wǎng)絡(luò)企業(yè) 聯(lián)盟，充分利用社會資源，協(xié)作開展產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)、制造、銷售、采購和管理等產(chǎn)品全生命周期的業(yè)務(wù)活動，以快速響應(yīng)市場和用戶需求，提高企業(yè)群體競爭力。 2. 網(wǎng)絡(luò)化制造 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，因特網(wǎng)為企業(yè)進(jìn)行大規(guī)模定制生產(chǎn)中快速響應(yīng)市場需求和 4 面臨全球競爭提供了契機(jī)。進(jìn)入 21世紀(jì)，先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)一步向更高水平發(fā) 展，出現(xiàn)了虛擬制造 (VM， Virtual Manufacturing)、精益生產(chǎn) (LP， Lean Production)、敏捷制造 (AM， Agile Manufacturing)、虛擬企業(yè) (VE， Virtual Enterprise)等新概念。但是，世界市場由過去傳統(tǒng)的相對穩(wěn)定逐步演變成動態(tài)多變的特征，由過去的局部競爭演變成全球范圍內(nèi)的競爭；同行業(yè)之間、跨行業(yè)之間的相互滲透、相互競 爭日益激。波音公司設(shè)計(jì)的 777 型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的制造成功已經(jīng)成為虛擬制造技術(shù)從理論研 3 究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€里程碑。在數(shù)字裝備的研究方面應(yīng)該擴(kuò)大范圍．要大力發(fā)展以電子制造裝備、大型醫(yī)療裝備、精密科學(xué)儀器、精密數(shù)控裝備等數(shù)字裝備為代表的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)所需裝備。系統(tǒng)的形式化、數(shù)字化描述與處理成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)，包括海量信息處理，微納識別和分辨率，物理過程 仿真與分析 (包括有限元方法、三角劃分、復(fù)雜邊界物理方程求解等 )、網(wǎng)格計(jì)算以及物理本質(zhì)的探索等。在數(shù)字仿形技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用 H794/93 EI、核磁共振等數(shù)字測量設(shè)備實(shí)現(xiàn)零件幾何形狀的數(shù)字化然后通過數(shù)據(jù)預(yù)處理、表面建模、實(shí)體建模、后置處理等過程生成STL 文件 (或數(shù)控代碼 )，驅(qū)動快速成型機(jī) (或數(shù)控機(jī)床 )加工出新零件。相繼出現(xiàn)的數(shù)控三坐標(biāo)測量機(jī) (CMM)、工業(yè)機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床一起成為重要的數(shù)字化加工、測量和操作裝備，其本質(zhì)是用數(shù)字控制代替 凸輪行程控制，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動數(shù)字化。 總體來看，數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展大致分為以下三個階段。 開創(chuàng)一種全新的制造模式并將推動制造技術(shù)由經(jīng)驗(yàn)制造向科學(xué)制造 【 1】 。采用先進(jìn)制造 技術(shù)和先進(jìn)管理模式，實(shí)現(xiàn)信息化與工業(yè)化融合深度。主要問題是競爭力不強(qiáng)，表現(xiàn)為具有自主知識產(chǎn)權(quán)的和高附加值的產(chǎn)品缺少；產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有待進(jìn)一步提高：環(huán)境和成本的問題日益突出。 1 基于 CATIA的汽車底盤數(shù)字化制造 1 引言 改革開發(fā)以來，中國制造業(yè)經(jīng)歷了高速發(fā)展，目前正在經(jīng)歷制造大國向制造強(qiáng)國的轉(zhuǎn)變。在這種形式下，很多企業(yè)被推到了轉(zhuǎn)型和升級關(guān)鍵時刻，為實(shí)現(xiàn)跨越發(fā)展和提升企業(yè)在產(chǎn)業(yè)價值鏈中的地位。數(shù)字化制造是制造業(yè)信息化發(fā)展的新階段，也是目前制造業(yè)的重要發(fā)展方向，如精密化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、極端化等，無一不與數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)。 目前在工業(yè)技術(shù)先進(jìn)國家，數(shù)字化制造技術(shù)已經(jīng)成為提高企業(yè)和產(chǎn)品競爭力的重要手段 [3]。 1． 數(shù)字制造裝備化。數(shù)控技術(shù)發(fā)展的趨勢是提升各種裝備性能甚至使其更新?lián)Q代，即所謂的數(shù)字制造裝備 (簡稱數(shù) 2 字裝備 )。伽馬刀、電鏡—— 視覺引導(dǎo)的機(jī)器人等數(shù)字醫(yī)療設(shè)備擴(kuò)展了基于 視覺的數(shù)字測量儀器的應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)了人體內(nèi)腔器官的數(shù)字化。在 20 世紀(jì) 90 年代中期．通過并聯(lián)機(jī)構(gòu)與數(shù)控技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生了并聯(lián)機(jī)床．又稱虛擬軸機(jī)床，其應(yīng)用逐漸擴(kuò)展到虛擬軸坐標(biāo)測量機(jī)、六維力傳感器等精密測量平臺設(shè)備。 3． 虛擬 制造階段 作為現(xiàn)代制造裝備“靈魂”的數(shù)控系統(tǒng)已由 NC、 CNC 時代進(jìn)入了 PC— NC 和NET— NC 時代 [3]。目前，美國、歐洲 、日本等國在新產(chǎn)品研制中，均全面應(yīng)用了以敏捷制造、精益制造和虛擬制造、復(fù)合高效加工、自適應(yīng)控制為代表的先進(jìn)制造技術(shù)，并大大縮短了產(chǎn)品的制造周期。為了適應(yīng)變化迅速的市場需求，為了提高競爭力，現(xiàn)代的制造企業(yè)必須解決 TQCS難題，即以最快的上市速度 (TTime to Market)，最好的質(zhì)量 (Q— Quality)，最低的成本 (CCost)，最優(yōu)的服務(wù) (S— Service)來滿足不同顧客的需求。而數(shù)字化制造幾乎涵蓋了以上先進(jìn)制造技術(shù)的所有環(huán)節(jié)，引起了人們的廣泛關(guān)注，不僅在科技界，而且在企業(yè)界，成為研究的熱點(diǎn)之一。利用因特網(wǎng)可以將分布在世界各地的、彼此孤立的資源有效地組織起來，信息、資金、材料、零部件、成員和工人（技術(shù)、知識能力、制造能力、投資能力等）已打破國家和地區(qū)的 界限，在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的信息傳遞和資源共享，消除了地域?qū)τ谛畔鬟f的局限，靈捷地響應(yīng)和適應(yīng)客戶多樣化的消費(fèi)需求，高質(zhì)量地為全球顧客服務(wù)，獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)，促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展。 3. 數(shù)字化工廠 隨著數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)和數(shù)字化制造技術(shù)的延伸和發(fā)展，數(shù)字化工廠（ Digital Factory）的概念也開始出現(xiàn)。 從上述意義上講，數(shù)字化工廠是數(shù)字化制造與數(shù)字化管理技術(shù)的集成，它涵蓋了數(shù)字化產(chǎn)品建模、數(shù)字化加工、數(shù)字化裝配、數(shù)字化生產(chǎn)準(zhǔn)備、生產(chǎn)線仿真和重組以及虛擬企業(yè)等概念。 數(shù)字化制造技術(shù)具有誘人的應(yīng)用前景，國外以美國為首的西方工業(yè)國家成立了 5 相應(yīng)的數(shù)字化制造研究機(jī)構(gòu)，在 1995年前已基本完成應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)的研究 建立了數(shù)字制造技術(shù)體系，正向?qū)嶋H應(yīng)用全面過渡。特別應(yīng)說明的是，數(shù)字工廠的研究在美國得到政府和企業(yè)界的極大關(guān)注，研究異?；钴S，成為其敏捷制造技術(shù)的主要支柱之一。歐洲以大學(xué)為中心也紛紛開展了虛擬制造技術(shù)研究，如數(shù)字化車間 、建模與仿真工程等的研究。 數(shù)制造技術(shù)在交通類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，節(jié)約了產(chǎn)品研發(fā)的成本，提高了產(chǎn)品研發(fā)效率，給企業(yè)帶來豐厚的經(jīng)濟(jì)利益，而經(jīng)濟(jì)利益的增加為更高層次的產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)提供了有益的物質(zhì)補(bǔ)充。 2. 網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造 利用快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，改善企業(yè)對市場的響應(yīng)力。 數(shù)字化制造的關(guān)鍵技術(shù) 關(guān)鍵技術(shù) 1. 制造過程的建模與仿真 制造過程的 建模與仿真是在一臺計(jì)算機(jī)上用解析或數(shù)值的方法表達(dá)或建模制造過程。網(wǎng)絡(luò)化敏捷設(shè)計(jì)與制造重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域應(yīng)包括：敏捷信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，敏捷產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，敏捷工藝設(shè)計(jì)技術(shù)。 CAID(Computer Aided Industrial Design)是指以計(jì)算機(jī)技術(shù)為輔助手段進(jìn)行產(chǎn)品的藝術(shù)化工業(yè)設(shè)計(jì)，主要是指對批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的材料、外型、色彩、結(jié)構(gòu)、表面加工等方面的設(shè)計(jì)工作。 CAD(Computer Aided Design)與 CAM（ Computer Aided Process Planning） 已密不可分，在許多領(lǐng)域尤其是模具業(yè)，由于其單件或小批量加工的特點(diǎn)．采用 CAD／ CAM 7 技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的優(yōu)勢非常明顯。機(jī)構(gòu)分析能完成機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件的位移、速度、加速度和力的計(jì)算，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動模擬及機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。世界上最早研究 CAPP 的國家是 挪威 ， 始于 1969 年，并于 1969 年正式推出世界上第一個 CAPP 系統(tǒng) AUTOPROS； 1973 年正式推出商品化的 AUTOPROS 系統(tǒng)。工程技術(shù)人員根據(jù)市場需求設(shè)計(jì)的產(chǎn)品圖紙和編寫的工 藝文檔僅僅是產(chǎn)品數(shù)據(jù)中的一部分。在企業(yè)中，一般的管理主要包括三方面的內(nèi)容：生產(chǎn)控制（計(jì)劃、制造）、物流管理（分銷、采購、庫存管理）和財(cái)務(wù)管理（會計(jì)核算、財(cái)務(wù)管理）。各個行業(yè)無不在互聯(lián)網(wǎng)這個平臺上進(jìn)行著產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、制造、銷售和 服務(wù)。從廣義講，數(shù)字化工廠是一座“網(wǎng)上工廠”，它打破了地域和時間限制，可實(shí)現(xiàn)異地協(xié)同制造，加 快對市場的響應(yīng)速度。數(shù)字化制造技術(shù)的使用，不僅使設(shè)計(jì)師之間進(jìn)行有效的溝通，同時也使工藝工程師，車間一線員工的溝通更加方便，能夠及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中的問題，并且使 9 問題得到快速解決，提高 生產(chǎn)效益，同時可以講整車廠的零部件供應(yīng)商也納入這一體系，和諧關(guān)系，提高效率。 近幾年來，數(shù)字制造技術(shù)也引起我國科技工作者的關(guān)注，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國已有 34家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和企業(yè)正在開展 VM技術(shù)方面的研究。 現(xiàn)代市場的競爭要求企業(yè)必須具備良好的知識管理能力，及基于知識的產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的能力。 本文應(yīng)用 CATIA V5平臺，構(gòu)建了汽車底盤數(shù)字化模型；應(yīng)用 EDLM模塊，進(jìn)行了汽車底盤裝配工藝設(shè)計(jì)與制造過程仿真。 11)實(shí)施數(shù)字化制造 可以打破傳統(tǒng)的地域、時域的限制，通過 Inter實(shí)現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。 2021年，觀致第一款產(chǎn)品將在中國和歐洲市場同時上市 , 產(chǎn)品將嚴(yán)格按照 2021年的歐洲新車評價 5星標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此需要數(shù)字化工廠模型。 在汽車 底盤 裝配過程中，由于被裝配零件的多樣性、工藝的繁瑣性，汽車 底盤 裝配線 就顯得尤為重要。在總裝線和分裝線上，目前 QOROS采用柔性輸送線輸送工件，并在線上配置自動化裝配設(shè)備以提高效率。組建現(xiàn)場信息監(jiān)控系統(tǒng)采用以太網(wǎng)等方式，完成裝配線上的信息采集、排產(chǎn)下達(dá)、工位監(jiān)控及裝配提示等功能。一條 底盤 裝配線要保證 底盤 的裝配技術(shù)條件，實(shí)現(xiàn)高精度；要保證裝配節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)高效率；要多機(jī)型同時裝配，實(shí)現(xiàn)高柔性；要有效地控制裝配精度，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量。新工藝、新技術(shù)及新產(chǎn)品的不斷涌現(xiàn)，使 底盤 裝配向智能化、數(shù)字化和可視化發(fā)展。如果裝配工藝進(jìn)行重新規(guī)劃或調(diào)整，就需要準(zhǔn)確的大量作業(yè)數(shù)據(jù)作為決策支持，以使總裝作業(yè)不脫節(jié)、工人不冗余。工裝夾具用來簡化、方便部分零部件的安裝和定位，這些零部件重量、體積超出人體承受范圍，或者通過工裝夾具的協(xié)助可以提高工人的工作效率。普通零部件安裝通過預(yù)定時間標(biāo)準(zhǔn)法 (PTS)就可以獲取相應(yīng)工時數(shù)據(jù)，且不需要進(jìn)行評比；而一些 特殊零部件的裝配 (如密封條、內(nèi)飾板等 )很難用預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)工時法 (PTS)中的一些基本動作進(jìn)行描述，主要與產(chǎn)品設(shè)計(jì)及安裝過程相關(guān)。 產(chǎn)品性質(zhì)和生產(chǎn)形式上，轎車屬于高附加值產(chǎn)品，以流水線方式進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，線上單一工位 (特別是瓶頸工位 )出現(xiàn)的問題都會在整條線內(nèi)被放大，管理人員重要職責(zé)就是維護(hù)其穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)放大效應(yīng)；另一方面，由于 產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)和現(xiàn)場改善，作業(yè)內(nèi)容變動較為頻繁，這些調(diào)整對流水線平衡的影響需要由標(biāo)準(zhǔn)工時進(jìn)行事先評 13 估，以調(diào)整人員數(shù)量及其他資源，穩(wěn)定生產(chǎn)。 表 1 投產(chǎn)配比 序號 投產(chǎn)車型 2021年 4季度 2021年 1季度 平均配比 1 CF11 45% 55% 50% 2 CF14 30% 30% 30% 3 CF16 25% 15% 20% 轎車總裝流水線實(shí)際運(yùn)行過程復(fù)雜、繁瑣，需要考慮的因素還包括同一生產(chǎn)線上不同車型之間的比例、裝配工藝差別、現(xiàn)場條件的限制、整車測試和返修等，這些因素會對流水線的有效運(yùn)行產(chǎn)生不同影響。流水線的節(jié)拍決定混流生產(chǎn)條件下各工位的工位工時。 14 在沒有數(shù)字化模型的前提下，憑設(shè)計(jì)人員經(jīng)驗(yàn)很難考慮周全，達(dá)到最優(yōu)。利用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初步階段產(chǎn)生的數(shù)字樣機(jī)或 EBOM（工程材料表，其包括了零件、裝配件、外購件及其對應(yīng)信息 —— 圖紙、文件、材料等等）數(shù)據(jù)，進(jìn)行產(chǎn)品分析，工藝流程定義，制定總工藝設(shè)計(jì)計(jì)劃，工藝細(xì)節(jié)規(guī)劃、工藝路線制定；同時還可實(shí)現(xiàn)工藝方案評估，工時分析，車間設(shè)施布局和車間的物流仿真等功能。它真正實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)和 3 維工藝數(shù)據(jù)的同步。 3 汽車底盤數(shù)字模型構(gòu)建 QOROS 轎車有幾萬個零部件，經(jīng)過供應(yīng)商組裝成部件，送到總裝廠進(jìn)行最后環(huán)節(jié)的裝配，總裝車間仍需要完成數(shù)千項(xiàng)作業(yè)內(nèi)容，工位數(shù)量達(dá)上百個。完全約束的草圖，圖線將變成綠色。 圖 33 定義前橋本體厚度 圖 33拉伸實(shí)體 4. 創(chuàng)建前橋本體 XZ 方向輪廓草圖 選擇 XZ平面，在 XZ 平面上繪制如圖 34所示的草圖。檢查草圖，輪廓線完成封閉，單擊“ ”命令，退出草圖模式。 19 如圖 38 基本輪廓線 9. 拉伸縱梁實(shí)體 單擊拉伸命令“ ”，選擇要拉伸的輪廓線，輸入拉伸參數(shù)，因?yàn)榍皹虮倔w需要滿足一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，定義縱梁兩側(cè)拉伸限制。 如圖 311 縱梁輪廓造型輪廓線 11. 拉伸縱梁實(shí)體 單擊拉伸命令“ ”選擇要拉伸切除的輪廓線，輸入拉伸參數(shù)，因?yàn)榍皹虮倔w需要滿足一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，定義縱梁兩側(cè)拉伸限制。 圖 313 裝配孔草圖 13. 創(chuàng)建前橋本體裝配孔操作 單擊“ ”命令，選擇要拉伸的輪廓線，輸入拉伸參數(shù)，拉伸凹槽對話框如圖313 左圖所示，得到如圖 313右圖所示實(shí)體效果。 22 如圖 314 基本輪廓線 15. 拉伸縱梁實(shí)體 單擊拉伸命令“ ”選擇要拉伸的輪廓線，輸入拉伸參數(shù)，因?yàn)榍皹虮倔w需要