计算机制造

计算机制造（精选12篇）

计算机制造 篇1

1 计算机集成制造系统

1.1 计算机制造系统的起源

1974年, Joseph Harrington博士 (美国) 在“Computer Integrated Manufacturing”中提出计算机集成制造 (CIM) 的概念, 其基本观点如下:1) 企业的各个环节是一个不可分割的整体, 需要统一考虑;2) 整个生产制造过程实质上是对信息的采集、传递和加工处理的过程, 最终形成的产品可看做是信息的物质表现。计算机集成制造系统 (CIMS) 是基干CIM思想而构建的系统, 是集现代管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、系统工程技术于一体的系统。尽管计算机集成制造 (CIM) 已经不是一个新概念, 但在过去的30多年中不断有新的内容融入其中。计算机对CIMS各领域的集成起着核心作用。

计算机在制造系统自动化硬件 (即机床、物料处理与搬运着装置等) 与系统软件的集成中起着主导作用, Kusiak和Heragu (1988) 提供了这方面的详细讨论。

CIM概念曾一度被认为能够应付现代制造所面临的各种挑战, 人们常常错误地假设企业的组织结构和过程能够自动地通过全面引入计算机技术而得到改进 (Warnecke, 1993) 。不幸的是直到后来人们才认识到, CIM带给企业的似乎更多的是问题而不是改进。

1.2 计算制造系统的应用

不同企业在实施CIMS系统工程进所面临的问题不同。CIM的目的是对系统的完全集成与优化, 并将企业活动系统化。但由于集成系统的规模庞大以及高度集中, CIM在实施过程中必然导致投资大、周期长并缺乏管理上的灵活性。此外, 这种过分强调自动化的CIM系统将导致企业应对企业环境变化时的灵活性和适应性下降, CIM的管理逻辑所倡导的以人为本、持续发展和不断创新的企业文化格格不入。为了克服这些问题, 人们提出请多新概念并开展了新的先进制造系统, 其中:柔性制造系统 (FMS) 强调系统的柔性, 智能制造系统 (IMS) 强调系统的可重组性、协作性和适应性;而Holonic制造系统和基于智能体的制造系统是最新的两种典型的智能制造系统。

2 智能制造系统

智能制造从20世纪80年代发展起来, 成为继集成化、柔性化后制造技术发展的又一重要阶段。所谓智能制造系统 (intelligent manufacturing system, IMS) 是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统。IMS在制造过程中能进行一系列智能活动, 诸如分析、推理、判断、构思和决策等, 旨在通过人与智能机器的合作, 扩大、延伸或部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动。

国际智能制造系统联盟于1995年正式成立, 它是一个工业主导国际化研究开发合作组织, 其目的是通过国际合作来开发未来的制造和加工技术 (Hayshi, 1993) 。联盟成员包括来自澳大利亚、加拿大、欧盟、日本、韩国、瑞士以及美国的公司、大学和研究所。下面列举部分IMS联盟的研究方向说明智能制造系统研究所覆盖的范围。

2.1 产品全生命周期方面的研究方向

制造系统的未来模式, 如“敏捷制造”、“分形工厂”、“仿生制造”以及“Holonic制造系统”;用于制造信息处理的智能通信网络系统;环境保护、减少能源和原材料消耗;可回收性和可修复性;经济合理分析方法。

2.2 在加工过程方面, 下列研究方向旨在快速响应迅速变化的需求, 节约人力和材料资源, 以及改善工人的劳动条件

化工企业的无污染制造, 旨在研究制造活动和环境之间的相互作用, 如减少废气排放、减少污染物丢弃以及产品生合周期预评估系统;采用最小能源消耗满足制造需求的高能制造过程, 如:能源消耗最小化、为减少能源消耗而进行的循环处理、能量储存装置、能量储存生产管理技术;制造过程中的技术创新, 包括快速生产不同零件的“快速成型法” (RPM) , 以及能灵活响应不同劳动条件、生产条件或材料变化的制造过程;改善组成制造系统过程模块的灵活性与自治性, 如:开放分布式系统, 其模块能够与无人系统、人机混合系统以及劳动密集型系统相匹配;可重组制造系统 (RMS) , 这种系统能够在产品发生变化时, 自行调速 (重新配置) 其体系结构及组成部件;改善不同制造单元或功能模块间的交互和协调, 如制造系统的开放标准以及信息系统互联协议。

2.3 策略、规划、设计工具方面的研究方向

当前许多制造企业具有纵横交织的组织结构, 企业组织结构向扁平化进行转化需要持续不断的组织变革、系统工程的应用实践。以下是一些有效的方法学和工具:

支持业务过程重组 (BPR) 的方法和工具;支持制造策略分析与建模工具;支持扩展企业或虚拟企业 (VE) 的决策支持工具。

人、组织、社会方面的研究方向:提升与改善制造企业形象;改善企业职工教育和培训;自治的境外工厂管理;企业技术知识共享, 包括知识的保存、开发及访问;新制造模式性能评价指标的研究。

2.4 虚拟企业及扩展企业方面的研究方向

扩展企业是企业对市场驱动需求的一种反应策略, 企业的管理范围延伸到企业之外的外部资源。在日趋激烈的全球竞争环境下, 保持企业的核心竞争力是一个企业成功之本, 为提高便于市场竞争力, 产品的售后服务等环节需要利用世界范围内的各种资源以提供全球化的服务, 变化的市场则需要可变的资源组合来适应。扩展企业的最终目标是拥有可根据客户需要随时组合的制造和服务资源。这种模式也可应用于大型连锁企业, 因为在大型连锁企业的旗帜下实际上包含了许多小型的、擅长不同业务的自治企业个体。

摘要：文章从计算机制造系统的起源、应用阐述了智能制造系统研究所覆盖的范围主要有产品全生命周期方面的研究方向、在加工过程方面, 下列研究方向旨在快速响应迅速变化的需求, 节约人力和材料资源, 以及改善工人的劳动条件、策略、规划、设计工具方面的研究方向、虚拟企业及扩展企业方面的研究方向、扩展企业的动作需要最新的通信和数据库技术支持等5个方面。

关键词：计算机制造系统,智能制造系统,研究探索

参考文献

[1]范玉顺, 曹军成.多代理系统:理论、方法与应用[M].清华大学出版社, 2002.

计算机制造 篇2

2.CAD最基本的功能是定义设计的几何形状，可以是机械零件，建筑机构，电子电路和建筑平面布局等。

3.计算机辅助制造（CAM）技术是将计算机系统直接或间接应用于计划，管理和控制生产作业的有关技术。应用最广的领域是数字控制，简称NC。另一个重要作用是机器人编程，使机器人可以在加工单元内进行作业，为数控机床选择刀具，定位工件等。

4.产品集成设计开发过程：1，进行功能设计，选择合理的科学原理和构造原理；2，进行产品结构的初步设计，产品的造型和外观的初步设计；3，从总图派生出零件，对零件的造型，尺寸，色彩等进行详细设计，对零件进行有限元分析，使结构及尺寸与应力相适应；4，对零件进行加工模拟，如压铸，锻压或机械加工等过程进行模拟，从模拟过程中发现制造中的问题，进而提出对零件设计的修改方案；5，对产品实施运动模拟或功能模拟，对其性能做出评价，分析和优化，最终完成零件的结构设计。

5.应用CAD/CAM系统进行产品开发，分为3个阶段：1.利用CAD技术进行三维参数化建模；2.利用CAD技术进行设计方案的分析，检验是否满足设计要求；3.利用CAM技术进行数控编程和数控加工。

6.CAD/CAM系统下的工作站是以计算机硬件为基础，系统软件和支撑软件为主体，应用软件为核心组成的面相工程设计问题的信息处理系统。CAD/CAM系统总体上是由硬件和软件两大部分所组成的。硬件是CAD/CAM系统的物质基础，软件是信息处理的载体。

7.CAD/CAM系统硬件应具备的基本功能：1.计算功能；2.存储功能；3.输入输出功能；4.交互功能。

8.CAD/CAM系统的软件可分为系统软件，支撑软件和应用软件。

系统软件：1.UNIX；2.WINDOWS；3.macintosh;4.linux.支撑软件：1.图形核心系统；2.工程绘图系统；3.几何造型软件；4.有限元分析软件；5.优化方法软件；6.数据库系统软件；7.系统运动学/动力学模拟仿真软件。

应用软件:用户利用计算机所提供的各种系统软件，支撑软件编制的解决用户各种实际问题的程序。

9.总体选择原则：1.软件优于硬件；2.整体设计分步实施；3.加强技术人员培训；4.注重合作伙伴资质。

10.硬件设备选择原则：1.满足系统功能要求；2.硬件不要盲目追求高档。

11.软件选用原则：1.系统功能与集成；2.开放性；3.系统的扩展能力；4.可靠性和维护性；

5.软件公司的背景和销售商的技术能力。

12.从构成图形的要素来看，图形是由点，线，面，体等几何要素和明暗，灰度，色彩等非

几何要素构成的。

13.点阵法是由具有灰度或色彩的点阵来表示图形的一种方法，它强调图形由哪些点组成，并具有什么灰度或色彩。

14.参数法是以计算机中所记录图形的形状参数与属性参数来表示图形的一种方法。形状参数可以是描述图形形状的方程的系数，线段的起点和终点等；属性参数则包括灰度，色彩，线型等非几何要素。

15.通常把参数法描述的图形叫做参数图形，简称为图形；而把点阵法描述的图形叫做像素图形简称图像。

16.计算机图形学的研究任务就是利用计算机来处理图形的输入，生成，显示，输出，变换以及图形的组合，分解和运算。

17.一个计算机图形应用系统应该具有的最基本功能有：1.运算功能；2.数据交换功能；3.交互功能；4.输入功能；5.输出功能。

18.典型二维图形变换（旋转变换）；典型三维图形变换

19.几何信息是指形体在欧氏空间中的形状，位置和大小，其具有几何意义，包括点，线，面，体信息，这些信息可以用几何分量表示。

19.拓扑信息是表示形体各基本几何要素（包括点，线，面）之间的连接关系，邻近关系及边界关系。

20.欧拉提出的关于形体描述的几何要素与拓扑要素的检验公式，可作为检验形体描述正确的经验公式，公式：f+v-e=2+r-2h.式中，f为面数；e为边数；v为顶点数；r为面中的孔洞数；h为面中的空穴数。欧拉经验公式是正确生成几何形体边界表示数据结构的有效工具，也是检验形体描述正确与否的重要依据。

21.根据描述方法，存储的几何信息和拓扑信息的不同，将几何模拟分为线框模型，表面模型和实体模型。

22.线框模型是几何造型中最简单的一种方法，它用点，直线和曲线来描述产品的轮廓外形。线框模型的数据结构是表结构，它在计算机内部以点表和边表来表达与存储顶点及棱线等信息。包含两个表：一张是顶点表，描述每个顶点的编号和坐标；另一张是棱线表，记录每个棱边起点和终点的编号。

23.线框模型的特点：1.线框模型的描述方法所需的信息最少，数据结构简单，所占的存储空间少，运算速度快；2.容易生成三视图，绘图处理简单，速度快；3.对于曲面图，线框模型表示不准确；4.当形体比较复杂时，容易产生多义性；5.线框模型不能进行物体几何特征计算，不能满足特征的组合和存储及多坐标数控加工刀具轨迹的生成等方面的要求。

24.表面模型是以物体的各个表面为单位来表示形体特征的。表面模型中的几何形体表面可以由若干块面片组成，这些面片可以是平面，解析平面和参数平面。

25.表面模型的特点：1.表面模型以表面的信息为基础，能够比较完整的描述三维物体的表面，与线框模型相比，更能表达形体信息的完整性和严密性；2.表面模型所描述的仅是物体的外表面，并没有完整的表示三维实体及其内部结构，也无法表示零件的实体属性。

26.实体模型是指三维形体几何信息的计算机表示。实体模型可以转化为表面模型，表面模型可以转化为线框模型，但转化是不可逆转的。

27.几何模型可用来描述产品对象两方面的信息：几何尺寸和拓扑结构。前者是指具有几何意义的点线面等，具有确定的位置坐标和长度，面积等度量值，后者反应了形体的空间结构，包括点，边，环，面，实体等形成的层次结构。

28.几何建模中集合运算的理论依据是集合论中的交，并，差等运算，它是用简单形体（要素）组成复杂形体的工具。

29.产用的三维几何实体造型方法有：1.构造实体几何法；2.边界表示法；3.CSG与B-REP混合造型法；4.单元分解法；5.扫描表示法。

30.采用构造实体几何方法构建三维实体的过程可以用二叉树的数据结构来描述，也称为CSG树。CSG树的叶节点为基本体素或几何变换参数，中间点为集合运算符号或经集合运算生成的中间形体，树根为生成的最终几何形体。

31.参数化设计是指先用一组参数来定义几何图形（体素）尺寸数值并约定尺寸关系，然后提供给设计者进行几何造型使用。

32.参数化设计的主要技术特点：1.轮廓；2.约束；3.数据相关；4.相互制约。

33.特征是设计者对设计对象的功能，形状，结构，制造，装配，检验，管理和使用信息及其关系等具有确切的工程含义的高层次抽象描述。

34.特征的分类：1.管理特征；2.技术特征；3.材料热处理特征；4.精度特征；5.形状特征；6.装配特征。

计算机制造 篇3

(广西大学商学院，广西 南宁 530004)

1 引言

20世纪90年代以来，美国、日本、中国台湾等发达国家和地区凭借着在技术研发、品牌营销与高端制造方面拥有高端研发能力和精密工程技术的独特资源成为计算机产业全球生产网络中“卓越技术中心”。而我国凭借在政策、土地、劳动力、社会环境等方面的优势成为计算机产业全球生产网络产业转移的主要承接地，形成能提供及时且成本较低生产服务的“成本节约中心”。然而随着我国政策、土地、劳动力等比较优势的消失殆尽，同时为迎合全球化劳动生产过程组织的复杂化发展趋势，摆脱产业链被低端锁定、产品结构和定位趋同与缺乏有效的创新整合机制等障碍，加快我国计算机制造业从低成本生产基地向低成本创新基地转变，从全球生产网络角度实现价值链高端升级，对于实现我国产业结构的转型升级、促进经济平稳健康发展具有重要的引领和指示意义。

计算机制造业作为我国高技术产业中的重要产业，也是我国最新出台“互联网+”发展战略中的关键产业，彰显了其在未来发展中的重要地位与广阔前景。本文旨在对国内外关于我国计算机制造业创新网络研究进行述评，从文献梳理结果来看，其内容可以归纳为四条主线：一是创新网络的内涵及其发展；二是创新网络与创新绩效的关联机制与实证分析；三是产业创新网络的构建及演化；四是我国计算机制造业的相关研究。

2 创新网络的内涵及其发展研究综述

Freeman(1991)在总结前人创新与网络等相关概念的基础上，提出创新网络是一种系统性创新的基本制度安排，非正式及隐含是其显著的特征关系，企业间的创新合作关系是其架构的主要连接机制。Bartholomew(1997)首次从知识积累与溢出、技术跨部门(国家)流动、企业研发投入和公共研发机构等方面，对美、德、英、日等主要发达国家生物技术产业创新网络进行了比较，得出国家的技术优势和制度体系的稳定是产业创新网络健康发展的有力保障。Harris等(2000)把企业、研发机构与创新导向服务供应者等看作创新网络协同群体，共同参与创新技术的开发与扩散，共同参与新产品的形成、开发、生产及销售，通过网络交互作用建立由企业、研发机构和中介机构等所构成的协同群体间互惠且灵活的创新关系。Malerba(2002)提出产业创新系统的优点在于有助于更好地理解产业部门的边界，参与者和他们的交互作用，学习、创新和生产过程，产业的变动以及企业、国家在不同产业中的表现。PittawayL. et al(2004)从基础设施、协会、投资网络、产业网络、科技园区、企业网络界面等各功能模块方面提出产业创新网络示意图。党兴华等(2005)将模块化理论应用于技术创新网络结点间的耦合关系分析中，建立了技术创新网络结点组织间的三要素耦合概念模型，从理论上界定了三种耦合方式，并通过模型研究核心模块协调型与分散型网络结点组织间的耦合关系。王灏(2013)从创新活动的网络化趋势、产业创新过程的演变及网络发展的动力来阐述创新网络及其演化机理。牟绍波(2014)阐述了战略性新兴产业集群式创新网络作为一种可以获取创新优势的生态创新型组织的具体内涵、主要特征以及类型与结构，指出构建集群式创新网络是战略性新兴产业创新发展与提高产业竞争力的路径选择。

3 创新网络与创新绩效的关联机制与实证分析研究综述

池仁勇(2007)将区域中小企业创新网络归纳为技术链、亲友关系链、信息传递链、项目合作链、加工链、人员流动链和资本链七种联结类型，从结点间关系的稳定性与密切性来衡量网络结点的联结强度，并对中小企业创新网络绩效进行了实证分析。Yen Ting(2009)提出产业集群网络能力与网络区位是最优创新绩效关键影响面的分析框架，并以台湾南部科技园光电集群为例，实证得出与理论分析一致的结论。贺灵等(2012)运用协同度模型及Matlab软件对我国省级地区创新网络要素间的协同度进行了测定，并运用Eviews软件筛选出随机效应变截距模型实证分析了区域创新网络要素素质、要素环境状况、要素间互动发展水平以及要素间全面协同能力对地区科技创新绩效的影响。Nieves Aranz等(2012)在创新网络构建是否会导致更高绩效的研究中，发现合理的过程安排、结构、治理系统的设计以及子系统之间的互补或合作的交互作用，能有效提高创新网络中的企业创新绩效。于淼等(2012)以企业吸收能力、知识溢出和社会资本为主要因素，从知识流动及结构方程分析法的视角构建产学研合作创新网络绩效的概念模型，并实证验证了三个主要因素对于产学研合作创新网络绩效的贡献度。庞瑞芝等(2013)构建了基于子体系、区域创新行为主体和区域创新网络的创新能力三个层面的区域创新网络绩效评估指标体系，并对长三角城市群与环渤海城市群区域技术创新网络及绩效进行测算与对比。解学梅等(2013)将企业协同创新网络的特征归纳为网络规模、网络强度、网络同质性与网络开放性四种，基于知识吸收能力的中介效应视角阐述了企业协同创新网络的四种特征对于创新绩效的正向作用机理。并以长三角电子信息产业为对象，建立以吸收能力为中介效应的协同创新网络特征与创新绩效间的多元回归模型进行实证分析。

4 产业创新网络的构建及演化研究综述

李金华(2008)基于复杂网络理论，建立了以创新主体作为节点、创新合作关系作为连接边的广义创新网络结构演化模型，并通过仿真模拟得出不同结构形态下创新网络的演化机制与演化谱系图。王灏(2009)系统阐述了全球光电子产业创新网络的基本形态、内在结构，德国光电子产业创新网络的影响因素、基本构成与特征、演化过程与动力机制，上海市光电子产业技术与产业创新网络链接、网络中介组织建设。毛睿奕等(2010)利用现代网络分析范式，构建基于集体学习的创新网络模型，并依据网络开放性和结点技术势差，分析集体学习创新网络的四种模式。王飞(2012)从合作创新与集体学习两个层面，对生物医药产业创新网络形成路径、演化机制与基本规律进行了探讨。指出创新网络已成为生物医药产业新药研发的主要组织形式，并以上海张江为例进行相应机理的案例分析。汪秀婷(2012)通过分析协调创新的特点、效应以及战略性新兴产业发展的趋势和产业特征，以系统为视角构建了包含战略协同、资源协同、组织协同和制度协同四大基本构面的战略性新兴产业创新网络模型，并阐述创新网络的协同创新路径、四种能力以及动态演化方向与策略。陈金丹等(2013)基于知识获取、创新需求的微观选择、收益与成本视角阐述了产业创新网络的内在演化与作用机理，运用多agent建模理论的基本原理构建产业创新网络演化模型，并通过仿真模拟分析产业创新网络在网络结构、空间分布和创新收益方面的演化过程及其结构锁定和认知锁定风险。陈旭升等(2014)以协同为视角基于企业、市场、政府影响创新网络知识整合的内在机理构建高技术产业创新网络知识整合的系统动力学模型，并运用2005—2012年高技术产业统计数据进行知识整合的单导向、双导向和整体协同仿真模拟。

5 我国计算机制造业相关研究综述

陈小洪(2000)在对我国计算机产业相关政策研究中提出：中外资企业在我国计算机市场上占据主导优势，民族企业在计算机外设、零部件行业所占市场份额较小，但是外资进入带来的市场竞争压力、刺激以及技术溢出在很大程度上加快民族企业联想、长城、方正、实达等的崛起。郑勇军，汤筱晓(2006)基于我国沿海地区计算机产业集群沿海数量众多、规模巨大、布局分散等状况，结合集群间产业链与集群内产业链的特性比较分析，指出进行集群间产业链整合是实现沿海地区计算机产业集群产业竞争力提升的重要途径。周习，干春晖(2007)对我国计算机制造业进行了市场结构、市场行为与市场绩效(S-C-P)范式分析，得出我国计算机制造业主要集中在中、低端产品和劳动密集型产品上，且产业链的关键环节还很薄弱，提出我国计算机制造业在进入以微利为特征的成熟期后，在国外竞争势力的参与下，市场必将形成新的格局，应围绕市场需求进行创新，包括从技术到分销的创新。李健，宁越敏(2010)以全球生产网络地方竞争性为视角，结合我国计算机产业发展的一般状况、对外贸易结构体现的网络生产关系以及台湾广达电脑上海制造城的经典案例进行分析，得出我国主要凭借着在政策、劳动力、土地、社会环境等方面的优势，成为能提供及时且成本较低生产服务的“成本节约中心”。沈逸民，李非(2014)以台资笔记本计算机产业为研究对象，分析了计算机产业供应链转移的成本驱动力以及成本驱动力的形成机制，指出成本驱动的力量(工资成本上升、产业转移黏性成本以及取消税务优惠政策等)会持续地促使供应链厂商加速到低成本地区设厂，最终笔记本计算机产品的生产将会退出华东长三角地区。

6 文献述评及结语

从已有的国内外相关研究文献来看，存在着欠缺或不足，这为我们后续研究提供了启发和提示。主要体现在三个方面：(1)从创新网络的构建来看,主要在于企业层创新网络关系、区域内创新网络的形成以及大产业(如我国高技术产业)创新网络的构建与演化，对具体产业创新网络的构建及运营理论与实践研究、结合具体产业和技术特征的创新网络模型构建研究尚少，而且这将是今后产业创新网络研究重要的逻辑起点；对于从全球生产网络视角探求产业创新能力提升、创新网络构建的研究基本没有。(2)从创新网络与创新绩效研究来看,主要在于创新网络对创新绩效的影响研究、创新网络的绩效研究，对于从探究产业创新绩效影响因素入手，进行创新网络构建的相关研究尚处在起步阶段。(3)从我国计算机制造业相关研究来看,主要在于产业的发展现状分析、产业组织分析、产业的价值链及供应链分析，缺少对产业的创新网络绩效评价及其影响因素分析、创新网络的构建与创新能力提升的相关研究。

本文认为，在现有研究的基础上，迎合时代背景与发展趋势，紧扣“互联网+”与大众创业、万众创新等国家战略带来的创新驱动发展契机，从更深层面研究我国计算机制造业创新网络具有重要的理论和现实意义。以全球生产网络视角，结合创新绩效的实证结果与计算机制造业产业、技术特征，运用系统理论、协同理论的基本原理构建我国计算机制造业创新网络模型；研究我国计算机制造业创新网络基本构架、基本特征、结网的动力机制以及构建的政策措施等，为提升我国计算机制造业整体创新能力、加快推进其从低成本生产基地向低成本创新基地转变的实现提供理论依据、实践指导与决策参考是我们今后重要的研究方向。

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计算机制造 篇4

U-计算(国外称为“ubiquitous computing”、“pervasive computing”、“ambient intelligent”,国内有翻译为“普适计算”、“泛在计算”或“无所不在的计算”,本研究统一为“U-计算”)的思想最早是在1991年由美国施乐(Xerox)PAPC实验室的首席科学家Mark Weiser提出[1]。清华大学徐光祐教授对U-计算给出的定义是:U-计算是信息空间与物理空间的融合,在这个融合的空间中人们可以随时随地、透明地获得数字化的服务[2]。目前已经较为流行的计算模式如大型主机计算模式(mainframe computing)、客户机/服务器计算模式(client/server computing)、浏览器/服务器计算模式(browser/server computing)等本质上是一种“设备为中心”的计算模式,人们仍然需要考虑访问地点、访问时间、访问方式(接口)等问题;而U-计算则是以“用户为中心”,旨在实现信息空间和物理空间的融合,以使得人们在工作和生活的现场“随时随地”获得各类信息及IT应用服务成为了可能。目前,许多研究组织或团体对U-计算展开了深入的研究,比较著名的研究项目有MIT的Oxygen、卡内基梅隆大学的Aura、加州大学伯克利分校的Endeavour、伊利诺斯大学的Gaia等项目[3]。U-计算技术包含了较为庞大、繁杂的内容,既有硬件系统,如RFID设备、无线传感网络、PDA、各种无线(或有线)网络设备、各类服务器等;也有软件系统,如中间件、实时数据库、嵌入式操作系统、网络传输协议等。基于U-计算“随时随地、透明地获得IT服务的特点”,U-计算可应用在零售行业、工业生产与物料管理、交通运输与物流、个人识别与身份确认、医疗保健等诸多领域[4]。

目前,已经有不少学者根据U-计算的优势,提出了与基于U-计算相关的制造理念、方法和模式,并将其初步应用在各类制造系统中。比较具有影响力或有代表性的主要有:香港大学的黄国全教授等提出了无线制造(Wireless Manufacturing,WM)的概念[5],强调采用RFID、Auto-ID、蓝牙技术、Wi-Fi、GSM、ZigBee等手段来采集制造现场数据,以便为生产过程的决策提供依据,并各自研究了其在独立装配岛[6]、自适应装配计划与控制[7]、车间在制品管理[8]、准时化生产[9]等方面的具体应用;浦项工业大学的SUH S. H.等人提出了UbiDM(Design and Manufacture via Ubiquitous Computing Technology)的概念[10],提出采用U-计算来获取产品全生命周期内相关信息,包括BOL(Beginning-Of-Life)阶段(含设计、生产)、MOL(Middle-Of-Life)阶段(含使用、维护)和EOL(End-Of-Life)阶段(含回收、处理)的信息;清华大学的范玉顺教授等提出了基于智能物件(smart items)的制造企业信息系统的概念[11],通过自动、实时、准确、详细地获取企业物理环境的信息,不仅能够为企业已有的信息系统提供新的数据源,而且能够在一定程度上改进企业的业务流程;重庆大学刘卫宁教授等提出了基于射频识别的离散制造业制造执行系统的概念[12],将射频识别技术引入制造企业内部,以解决企业资源计划的计划层与现场过程控制层间信息和管理断层的问题;浙江大学顾新建教授等提出了智慧制造企业(Smarter Manufacturing Enterprise,SME)的概念[13],智慧制造企业充分利用了互联网、无线网和物联网,建立在云计算及云制造的基础上,具有更透彻的感知、更广泛的互联互通、更深入的智能化的特点。

本研究在总结上述研究成果的基础上,将U-计算引入制造系统中,提出了新的下一代制造范式—U-制造。下面将首先给出U-制造的概念,建立其参考体系架构;接下来详细分析U-制造应用于产品全生命周期中涉及的关键技术;最后指出其主要优势和应用方面的挑战,以便读者能够快速理解U-制造,为进一步研究U-制造奠定基础。

1 U-制造的概念与参考体系架构

1.1 U-制造的概念

简单地说,将U-计算技术引入制造系统以此开展产品研发、采购、生产、销售、使用、维护、回收等一系列活动而形成的制造模式简称U-制造,即“U-制造=U-计算+制造系统”。该概念主要强调两点:

(1) 对制造系统及其环境状态变化的感知:通过RFID、WSNs、PDA等U-计算技术采集到各类制造现场信息,使得人们能够掌握制造过程(研发、采购、加工、装配、检验、销售、使用、维护、回收等)、制造资源(设备、物料、人员、工装、检验工具、自动导引小车等)的信息。

(2) 对信息的智能处理:采集的信息通过各类已有的或正在发展中的智能算法或智能处理机制(如知识推理/知识服务、语义网、Agent、神经网络、遗传算法等),为控制制造行为提供定量、精确的判断依据,并和人的经验、知识和智慧结合在一起,确保制造系统的执行性能,实现产品全生命周期范围内的全面可视化、实时化管理。

1.2 U-制造的参考体系架构

根据对U-制造概念的理解,本研究提出了如图1所示的U-制造系统应用的参考体系架构。

图1中的参考体系架构中包括了5层,分别为业务环境层、信息交互层、信息处理层、智能服务层和系统支撑层,各个层次的具体含义如下所示:

(1) 业务环境层。

业务环境层包含了产品全生命周期范围内的各个业务环节,可划分为BOL、MOL和EOL等3个阶段。其中BOL可具体分为研发、采购、加工、装配等,在这一阶段,产品主要由制造企业进行控制,供应商则负责原材料、零部件的供应;MOL则包括使用、维护(维修)等阶段,在这一阶段,产品主要由客户进行控制,通过产品产生对客户有利的效益,制造企业可能参与进来对产品进行远程监控和维修;EOL则包括回收、报废等阶段,这一阶段需要客户和制造企业一起参与,根据产品的具体情况,对产品进行拆卸和再利用。产品在BOL、MOL和EOL等3个阶段产生了大量的信息,这些信息需要按照合理的粒度和时间点进行采集。

(2) 信息交互层。

信息交互层建立在业务环境层的基础上,其中包含了大量的U-计算设备,主要是对产品全生命周期范围内业务过程流里的数据进行实时采集、传输、预处理和访问。典型的U-计算设备包括RFID系统、无线传感网络、电子看板、笔记本电脑、PDA、ZigBee节点等,通过这些设备,能第一时间采集到各种信息。同时,制造系统中的管理人员、操作工等可以通过这些U-计算设备,按照自己的需求,设定访问或查询条件,访问制造资源、制造过程的状态信息,访问的结果多以图形和报表的形式返回。

(3) 信息处理层。

信息处理层主要是对信息交互层产生的原始数据和简单事件进行进一步的加工、处理,提取其语义信息。对数据和事件的处理依赖于一系列的智能算法和技术,如针对数据进行挖掘和分析的有效方法有聚类分析(Clustering Analysis,CA)、决策树分析(Decision Tree Analysis,DTA)、神经网络(Neutral Network,NN)、关联规则分析(Association Rule Analysis,ARA)等;而针对简单事件进行处理的方法则有复杂事件处理技术(Complex Event Process,CEP)[14],目前已经在事件驱动的架构(Event-Driven Architecture,EDA)中得到广泛应用。通过这些智能算法,使得大量简单的原始数据和事件映射和转换为高层的信息、复杂事件及知识,为进一步实现对制造系统的反馈控制奠定基础。

(4) 智能服务层。

第4层为智能服务层,主要根据经过处理的信息或知识对制造系统进行必要的反馈控制和调整。智能服务层中包含了两种类型的智能体:一是智能服务组件(Intelligent Service Component,ISC),智能服务组件以面向服务的架构(Service-Oriented Architecture,SOA)实现,每个智能服务组件实际上就是一个存储在计算机系统中的智能模型,服务组件提供一个接口,可以响应外部的服务请求,被外部服务请求者调用,不同的服务组件还可以按照一定的服务规则进行编排,从而组合完成更多样化、更复杂的服务请求;二是所谓人件(Human-Ware,HW),人件中包括了人(尤其是专家)的思维、知识和经验,并且具有良好的学习能力和适应能力,对智能服务组件是一种极佳的补充,能较好地弥补智能服务组件的局限性。人件和智能服务组件一起共同构成了U-制造系统的大脑,能根据信息快速进行决策,动态地对制造系统的行为进行控制。

(5) 系统支撑层。

第5层为系统支撑层,主要包含了互联网、无线网、物联网等网络系统、数据库和防火墙。系统支撑层提供了U-制造运行的保证:通过互联网、无线网、物联网等网络系统,制造业务人员能通过各种类型的U-计算设备随时随地访问所需要的资源、获取所需要的服务,而不受到设备、场所的限制;通过数据库,U-制造中的各类原始数据、智能信息能被有效、合理地进行存储,一般对大型集团公司的U-制造系统,其数据可存储在企业自备的服务器集群中,对于中小企业,可存储在信息服务提供商(典型的如Google、Amazon等)的云存储端;通过防火墙等信息安全措施,能切实保证U-制造系统应用的安全性,尤其是对RFID标签进行有效保护,防止信息泄露。

2 U-制造涉及的关键技术

U-计算引入制造系统中形成了U-制造,应用到产品全生命周期内则有如下关键技术或问题需要进一步研究和解决:

(1) 制造资源、制造过程的全面可视化技术。

对制造资源,人们通过携带的微型交互设备(如PDA、手机、智能手表等),可查找一定范围内(小到工厂,大到一个特定的地理区域)所有资源的信息,如资源当前所在位置、上一时刻的状态、当前时刻的状态、下一时刻可能的状态、所参与或涉及的过程等,这些资源可以是人员、物料、工具等;对制造过程,可访问某一具体制造任务目前的进度、质量状况、未来状态、所涉及的资源等。如对某一装配订单,能否访问到该订单已经进展到那个工位、合格数、不合格数、质量缺陷原因、什么时候能够完成(系统自动计算)、是否按期交货(系统自动判断)、有哪些工人、哪些供应商、哪些设备参与了对此过程的支持。

(2) 销售订单的智能执行技术。

在客户端,客户通过各种U-计算设备随时随地输入销售订单,系统基于实时现场数据(包括业务过程数据和设备工况数据),自动计算当前制造车间可用工作能力,并与订单完成所需要的能力进行比较,以此判断订单是否可以被接受,如果订单可以被接受,则提交该订单。在企业端,针对客户已经提交的订单,系统根据车间当前和未来一段时间的作业情况自动排产,生成生产任务单,并发送实时消息给各个业务部门(如采购部、生产部、质保部等)的相关人员做好准备。在订单执行过程中,系统可对订单进行全程跟踪,包括其是否领料、到达哪个工位、加工或装配质量状况如何等,并及时通知客户;当订单交付后,出现质量问题,客户能随时随地进行质量追溯。

(3) 生产过程的知识服务技术。

在产品生产过程中,如某道工序完成后,根据产品的信息自动提示搬运工需要将半成品送到规定的工序上,并根据相同工序中各个工位的当前负荷能力计算哪道工位空闲能力较多,可承接更多的生产任务,并自动选择各种调度规则,从而实现了生产过程的实时调度;此外,工人配备某些可穿戴式装置,根据加工装配的物料随时自动检索对应的装配作业指导书,指导工人进行有效作业,缩短其学习时间。

(4) 生产(含加工、装配)过程的防错(主动提醒与纠正)技术。

大批量定制(Mass Customization,MC)[15]将成为未来制造业的最为主流生产模式,而模块化设计则是大批量定制的核心和基础。在此条件下大量相似的零件、部件、模块在有限的生产线上进行组合,极易出现物料错装、漏装的现象,造成无谓的返工、拆卸等浪费,在U-制造环境下,系统能自动判断这些错误,以声音、光线等形式提醒操作者。需注意的是,这种提醒不是事后的提醒,而是事件发生前就开始提醒,避免时间的浪费和返工拆卸的损失。

(5) 生产事件的自动处理和消息推送技术。

将生产过程中每道工序的料废信息(因供应商责任引起的物料报废)第一时间通过短信息的形式发送到供应商手机上,告知质量缺陷情况,提醒供应商加强质量管理,吸取教训,并及时补充物料,防止物料报废而产生的物料短缺风险;将产品中每道工序的完工信息及时报告给客户,使得客户能够远程跟踪订单;将生产过程中的各类与设计有关的缺陷信息及时发送到设计者手中,并与产品设计知识库相对接,将缺陷信息汇集起来,分类归并,为今后的设计提供经验和参照。

(6) 制造现场的环境感知技术。

工人需要有适宜的工作环境才能高效率地工作,减少错误的发生,有些设备不能在高湿、高温的环境下长期工作。通过部署在现场的传感器采集到生产现场环境信息,如照明度、风速、空气温度、湿度、有害气体含量、甚至电磁辐射等信息,及时反馈给上层决策系统,以实现对生产现场的环境干预,如开空调降温或升温、通过换气机及时更换空气、调整光线的亮度等,从而构建一个和谐、适宜的制造环境。

(7) 采购定单的全过程跟踪技术。

供应商交货的及时性关系到能否按期交付销售订单。当外购(包括外协)定单下达后并经过供应商确认后,企业能远程地对采购定单的执行情况进行跟踪,查询定单的执行情况,如定单采购物料的到齐情况、是否已经领料出库、已经加工到哪个工位、在生产的过程中发生了哪些质量问题、是否已经完工入库、是否已经发货等,并通过全球卫星定位(Global Position System,GPS)系统对运输环节进行跟踪。在此过程中如果有问题或存在交付不及时可能的时候,及时发送提醒消息给相关供应商。

(8) 设备的可穿戴式检(查)(维)修技术。

一些复杂、重要、关键的制造设备配置了RFID标签(芯片)以存储其维修历史记录等信息,当人们戴上可穿戴装置靠近该设备时,只要获得了访问接入权限,眼睛前的屏幕上便可自动显示该设备的编码、型号、设备名称、维修历史、关键零部件等信息,甚至还可通过无线网络从远程中央数据库中自动读取该设备的维修指导手册,并根据故障情况自动定位到手册对应的页或段落,以帮助维修人员在现场快速定位故障、以正确的方法修理设备。

(9) 设备或复杂产品突发故障的临界辨识与判断、风险评估技术。

对企业而言,设备(如数控加工中心、高档数控机床等)是最重要的制造资源,根据设备上各类传感器采集的信息,自动判断设备的健康状况,对于处于亚健康状态的设备,自动提醒管理者,并对由此产生的风险进行评估,及时做好生产任务的调整工作,如生产任务的外包、外协、物料的直接采购等;对于客户而言,复杂产品(如大型汽轮机、水力发电机、中央空调等)是其最重要的生产设施,通过各类传感器,制造企业可以对自己生产的产品远程、在线地进行监控、诊断,当产品存在故障隐患时,以短信息方式通知相关维修人员和技术支持人员做好服务准备、仓库管理员备好需更换的零部件,随时待命,一旦发生故障,及时赶赴现场进行维修,确保产品工作性能。

3 结束语

本研究将U-计算技术引入制造业中,提出了U-制造的概念。U-制造是一种新的下一代制造范式,具有如下诸多优势:

(1) 协助制造系统的相关人员随时随地、透明地、无缝地访问制造资源、制造过程,而不受到时间、地点的约束和限制;

(2) 由于完成了物理空间向信息空间的映射,因此能构建上层管理和底层制造过程之间的数字化通道,有利于实现制造过程的监控、调度和优化;

(3) 由于能实时地了解制造系统的状态,因此缩小了管理的时间因子,减低了管理的滞后性,为构建实时企业提供了坚实保障;

(4) 实现了对产品全生命周期范围内相关信息(尤其是使用信息、维修信息)的采集,更好地实现产品全生命周期管理,尤其是在产品的MOL和EOL阶段,有助于为客户提供更好的制造服务。

当然,U-制造也面临着不少挑战:

(1) 标准问题。以RFID系统为例,当前就存在EPCglobal、ISO、UID、AIM global、IP-X等组织制定的标准,这可能直接影响U-制造系统的异构互操作性和集成性。

(2) 成本问题。当前U-制造系统的应用成本仍然不能算低,除非制造企业能看到明确的投资回报率或者整个行业已经形成了明显的应用U-制造的趋势,否则还没有多少企业愿意大规模应用U-制造系统。

(3) 安全问题。大量的芯片直接附着在物品上,芯片中存储了企业的核心商业机密,需要有效地对芯片加以保护,保证其信息只被合法或通过验证的人访问到。

计算机制造 篇5

一、考核对象：机Z09

二、考核时间：2010-2011学年暑假（大作业）、2011-2012学年第1-2周（笔试）、2011-2012学年3-16周（小组项目合作学习）

三、考核方式：

1、大作业：将第20周学过的内容以典型实例（每部分至少一个实例）的形式完成一份大作业，内容包括草图、建模、装配、工程图、渲染、运动仿真、制造等，并参考培训资料制作详细设计过程文档，将关键设置、重要步骤和结果粘贴到文档中，同时将源文件参考培训提供的资料中文件夹的设置方式存放。注意文件夹和文件名的管理和设计文档的规范与格式。

2、笔试：如果大作业成绩优秀，可以免笔试。大作业成绩在优秀以下的学生需参加2小时的基本概念和理论的测试。

3、项目学习：以3名左右学生为小组，完成一个机械系统或设备的设计、分析和典型零件的制造。具体要求第3周下发。

四、成绩分配：大作业和笔试：50%；项目学习：50%；学习态度：0-15%（减项）

五、要求：

1、必须以主动积极的态度完成考核要求，如仅仅是为了完成任务的态度，不论完成质量多高、内容多么丰富、详实，则最高成绩为85分。

计算机制造 篇6

关键词：计算机辅助设计与制造；高技能人才；家电；机械装备

中图分类号：G715文献标识码：A文章编号：1005-1422（2015）11-0032-03

一、实施背景

佛山是世界重要的制造业基地，家用电器和机械装备产业是佛山市优势产业和支柱产业，计算机辅助设计与制造专业群发源于珠江三角洲地区的机械装备、家用电器等产业的人才需求，并随着产业的发展、壮大和升级而快速成长。

家用电器是佛山市传统优势产业，是第二大支柱产业，拥有美的、科龙、格兰仕、万和、万家乐、志高等一批优秀的白色家电制造企业。佛山是广东省最大的家电产业基地和全国最重要的家电产业基地之一，也是全球重要的白色家电产业基地。根据珠三角地区改革发展规划纲要（2008-2020年）和佛山市“3+9”特色产业基地实施方案，白色家电产业将是佛山市未来3个世界级产业之一。

机械装备产业是佛山市第三大支柱产业。佛山市被广东省委省政府确定为全省三大装备制造业基地之一，拥有国家火炬计划佛山精密制造产业基地、国家火炬计划佛山自动化机械及设备产业基地、中国医疗器械（佛山）产业基地。在佛山市“3+9”特色产业基地实施方案中，机械装备产业将是佛山市未来9个国家级产业之一。

目前珠江三角洲地区制造业从业人员数量相当大，对专业技术人员和高技能人才的需求越来越大。根据《佛山市中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》文件预测，到2015年，机械装备产业技术人才需求为8.24万人，从事白色家电产品研发和生产的技术人员需求达5.37万多人；到2020年，人才需求则分别为13.86万人、8.14万人。

我院计算机辅助设计与制造专业群包括计算机辅助设计与制造、模具设计与制造、数控技术、机械制造与自动化专业，主要面向佛山家用电器和机械装备产业，培养高技能人才。本文阐述了计算机辅助设计与制造专业群培养高技能人才的具体措施和方法，以期为其它专业提供借鉴和指导作用，同时为高技能人才培养提供实践经验。

二、岗位能力和职业能力分析

根据家用电器和机械装备企业用人需求，深入佛山市三水合成电器实业有限公司、佛山海尔电冰柜有限公司、广东新昇电业科技股份有限公司、佛山市富惟汽配有限公司等企业调研，进行了充分广泛的企业行业调研，围绕家用电器和机械装备企业岗位用人标准，分析了岗位能力和职业能力要求，如表1所示。

服务佛山产业的计算机辅助设计与制造专业群高技能人才培养研究与实践

三、人才培养途径、具体措施

根据家用电器和机械装备企业岗位能力和职业能力要求，计算机辅助设计与制造专业群开展了形式多样、内容丰富的高技能人才培养方式，更好服务佛山产业。

（一）成人订单班

针对家用电器和机械装备企业高技能人才培训的实际需求，面向企业员工，经统考，组成成人教育订单班，进行培养，系统完成各科学习，并考核合格后，取得大专学历证书。

（二）现代学徒制

面向高职学生，进行现代学徒制人才培养模式的实践。选好区域内与学校有良好合作并且有强烈人才需求的企业。由企业与学校共同对学生进行面试，通过者按现代学徒制进行培养。确定培养对象后，签好三份协议（学校与企业、学生与企业、学生与学校签订协议），确认好学生的学徒身份。例如，计算机辅助设计与制造专业与三水合成电器实业有限公司合作实施现代学徒制培养，以厨用搅拌机、碎肉机、曲奇机等家电产品为载体，企业工程师“一对一”指导学生进行产品设计，进行手板制作。

（三）三二分段中高职衔接

基于中高职衔接，进行“3+2”中高职贯通五年一体化培养，有利于系统培养高技能人才。计算机辅助设计与制造专业2013年与顺德陈村职业技术学校、南海信息技术学校、三水工业中专三所对口中职学校共同参与专业试点工作，实行三二分段中高职五年贯通分段培养。2013年9月合计正式招收3个班的学生，共150人，按一体化的人才培养方案和课程体系正式培养。2014年9月，模具设计与制造专业与高明区职业技术学校、三水工业中专开展专业试点；数控技术专业与南海信息技术学校、顺德陈村职业技术学校开展专业试点。

（四）快速制造国家工程研究中心新技术应用佛山推广基地

计算机辅助设计与制造专业群所在的现代制造技术实训基地，拥有快速制造国家工程研究中心新技术应用佛山推广基地，全面多方位为佛山家用电器、机械装备等产业提供反求、数字化建模、模型再造创新、快速成型、快速模具等技术服务，培养大批数字化制造技术高技能人才。

（五）协会

为了更好丰富学生的课外活动，同时培养专业技能，计算机辅助设计与制造专业群成立了CAD/CAM协会、快速成型协会、模具协会、数控协会等。协会成立了学生工作小组，配备了协会指导教师，开展了丰富多彩的协会活动，包括协会技能比赛、技能大赛培训、企业参观、参与企业项目、企业专家指导等活动，更好培养学生的专业技能和综合素质。

四、人才培养效果

计算机辅助设计与制造专业群通过多种培养方式并举，进行学历教育培训、岗位技能提升培训、就业培训、技能鉴定培训等，为高技能人才的成长搭建立交桥，更好服务佛山产业，培养取得了显著的成绩。自2013年以来，获得“工业产品造型设计与快速成型”广东省赛1等奖2次、2等奖2次，国赛3等奖2次；获得“三维建模数字化设计与制造”省赛1等奖4次，国赛1等奖2次；获得“注塑模具CAD/CAE与主要零件加工”省赛1等奖1次，2等将2次，国赛3等奖1次。获得2014年“挑战杯-彩虹人生”全国职业学校创新创效创业大赛一等奖1次。毕业生广受社会欢迎，2014届毕业生的就业率99.68%，名列全省高校前茅。

2014年7月，计算机辅助设计与制造专业与佛山市三水合成电器实业有限公司合作实施“现代学徒制”培养8名学生。同时与广东新昇电业科技股份有限公司成立成人订单班，合作培养企业员工。模具设计与制造、数控技术专业进行“2+1”改革与实践，与广东富惟汽配有限公司、广东新昇电业科技股份有限公司、一汽大众佛山工厂等合作培养学生。培养的学生、企业员工得到了企业的高度赞赏，为佛山家用电器、机械装备企业培养了大批高技能人才，解决用人招聘难、用工培训、用工稳等难题，服务区域产业转型升级高技能人才培养需要。

五、结语

围绕高技能人才培养的经验和做法，2014年，“基于‘三位一体校企合作教育平台的高职课程改革与实践”获得第七届广东教育教学成果奖（高等教育）二等奖。“计算机辅助设计与制造专业群‘创新型技能竞赛社团培养现代制造高技能人才实践与研究”、“基于‘园区协同育人联盟的现代学徒制人才培养模式研究与实践”获批为2014年广东省教育教学成果奖培育项目。

实践证明，计算机辅助设计与制造专业群开展的高技能人才培养措施和方法，行之有效，为佛山家用电器、机械装备企业培养了大批高技能人才，服务了佛山产业需要，可以为其它专业提供借鉴和指导作用。

参考文献：

[1]虞希铅，李小娟.多元主体参与高职高技能人才培养的困境与出路[J].前沿，2012（17）： 145-147.

[2]郭建新，李燕，胡蓉.高校高技能人才培养模式与培训基地建设研究[J].重庆与世界，2011，28（10）： 43-46.

计算机制造 篇7

《计算机集成制造系统》 (以下简称CIMS期刊) 是863计划自动化领域支持创办的学术性期刊, 创刊于1995年。它是863计划CIMS (现代集成制造系统) 主题对外宣传的窗口, 是展示CIMS主题学术研究成果的重要平台, 集中反映了CIMS主题的创新性学术研究成果及其应用实施水平。创刊14年来, 为了不断满足学科发展的需求, 该刊经历了从季刊48面到月刊208面的巨大发展和飞跃。先后被国内外十几种检索机构收录, 在国内外具有一定的知名度和影响力。

笔者尝试用计量方法, 对该刊近几年发表论文的作者单位、作者年龄、职称、文章基金资助等主要参数进行统计分析, 以全面反映该刊的办刊水平, 指导编辑部今后的组稿工作, 了解该领域科研工作的变化和发展趋势, 促进期刊的进一步发展。

二、文量与作者单位的对比分析

按照第一作者所属单位进行统计, 将2001—2007年第一作者单位发表的论文数量进行了统计, 七年来, 共有27所高等院校和中科院累计发表论文10篇以上, 其中国内高校在先进集成制造技术领域的科研占有绝对的优势, 传统工科大学尤为明显。这些高校与中国科学院一起, 构成了我国先进制造技术领域科研的生力军。清华大学、哈尔滨工业大学、浙江大学等少数知名高校产出的论文数量占据了半壁江山, 表明这些高校的科研力量非常雄厚, 科研水平较其他院校相对较高, 也表明CIMS期刊在这些知名高校具有一定的影响力。科研机构除中科院外, 其他研究院所基本上没有在CIMS期刊上发表文章。同时表明CIMS期刊发表论文, 对于文章的学术水平有相当高的要求。

近年来, 浙江大学、西北工业大学的论文数量迅速增长, 北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、东北大学、同济大学等的论文数量增幅也较大, 表明这些高校在先进制造技术领域的研究课题明显增多, 投入的力量在加强, 研究成果也相应增多。

三、论文作者分析

为掌握作者的年龄、层次及地域分布情况, 以便对本刊作者有一个比较全面的认识, 将七年来的第一作者按照年龄、职称/学历、籍贯等分布情况分别进行了统计。

1. 作者年龄分布。

论文作者的年龄普遍比较年轻, 主要集中在39岁以下, 平均约占80%;随着期刊页码的增加、发稿量的增大, 这一趋势显著增长。这表明青年技术人才在先进制造技术领域学术研究中的贡献比较突出, 尤其是30~39岁的青年骨干人才, 他们大多精力旺盛, 思维敏捷, 对科研创作有着较高的热情, 是这一领域科研的主力军, 也是本刊的主力作者群。

2. 作者职称/层次分布。

CIMS期刊的作者层次相当高, 其中, 博士研究生所占比例最大, 高达45.7%, 远远高于其他层次;教授/博导/研究员所占的比例次之, 副教授/副研究员第三, 硕士/硕士研究生位列第四。博士研究生比例位居前列, 说明大部分作者的学历较高, 他们的科研活动最多、创造力最强、成果也最为丰富, 是科学研究的中坚力量, 也是CIMS期刊的作者主体。教授/博导/研究员的比例虽然只有14.3%, 但这个群体的学术水平、科研能力都很高, 有着较强的科研实力, 承担着大量的科研项目, 所撰写的论文大多具有较高的学术价值, 是提高期刊影响力和知名度的重要作者群, 也是编辑部需要重点挖掘的作者群。

3. 作者地域分布。

期刊作者的地域分布情况可以显示出学科研究水平的地区差异, 也可以反映出期刊在各个地域的学术影响力水平。根据统计结果, 七年来CIMS期刊的第一作者遍布全国29个省、直辖市、自治区, 发文达到百篇以上的有7个省份, 其中最多的省份是山东169篇;其次是江苏160篇、湖北137篇、浙江135篇、河北125篇、辽宁118篇、河南105篇。表明这些地区的先进集成制造技术科研水平较高, 科研实力强, 承担的研究课题多;最少的省份是海南省和青海省, 仅有1篇, 表明这两个地区的先进集成制造技术研究水平还较低, CIMS期刊在这两个省份的影响力还比较弱。对于那些具有一定科研实力、有潜力成为CIMS期刊作者的地域, 需要在今后的工作中有重点地加以挖掘。

四、金资助项目统计分析

基金资助项目的级别和数量, 可以反映出各级项目主管部门对先进集成制造技术研究开发的重视程度和投入力度。CIMS期刊2001—2007年基金资助的情况, 按照国家863计划资助、国家自然科学基金、其他国家级基金 (含国家973计划) 资助、省部级基金资助、其他基金资助和无资助进行了分类统计。

七年来, CIMS期刊的基金资助数量普遍较多, 得到基金资助的论文比例平均为78.45%, 基金资助比例相当高。其中, 国家级基金项目的比例最大, 平均达到69.52%, 2001年最高, 达84.65%, 间接表明CIMS期刊大多数论文的学术创新性达到了国内领先的水平。 (1) 国家863计划资助的数量七年来没有明显变化, 但国家自然科学基金、国家973计划等的资助数量自2005年起明显上升, 并连续大幅度增长, 2007年达到242项, 是2001年的三倍还多。这表明国家不仅在863高技术计划中一贯支持开展先进制造技术领域研究, 而且在国家自然科学基金、其他国家级基金 (含国家973计划) 项目中也越来越重视先进集成制造技术的研究开发, 并加大了立项课题的力度。 (2) 从2004年开始连续四年, 省部级基金资助的项目数量迅速增加, 2007年已经达到188项, 是2001年的11倍。表明先进集成制造技术的研究开发在省部级基金项目中越来越得到重视, 立项课题数量和投入力度明显加强, 相应地, 取得的研究成果也明显增多。 (3) 各年无资助的论文数量相当, 在30~60篇之间, 所占比例近年来下降明显。

五、结束语

计算机制造 篇8

一、CAD/CAM的重要性

在当今的市场竞争中, 谁能满足用户的要求, 谁就能占有优势。人们对产品的质量, 更新换代的速度, 以及产品从设计、制造到投入市场的周期要求越来越高。为满足消费者多样化、个性化和中小批量化的要求, 软件必须设计周期短, 生产更柔性。传统的设计及批量生产方式面临着严峻的挑战。CAD/CAM技术就是为了满足这些需求而采用的一种新方法。CAD/CAM的发展必将有利于发挥设计人员的创造性, 提高企业的设计、生产及管理的水平, 提高企业的市场竞争力。

计算机辅助设计及计算机辅助制造是计算机技术在机械加工领域中的主要两个方面。它的出现使人们在产品的设计和产品生产中大大节省了时间, 提高了效率, 使产品的设计和制造实现了自动化, 人们通过整个系统 (CAD/CAM) 实现了对产品的设计、制造全过程的信息进行处理。具体来说, CAD CAM可以实现零件造型、计算分析、工程绘图、结构分析、优化设计、计算机辅助工艺规程设计、计算机辅助编程、模拟仿真、工程数据管理、信息传输与交换、特征造型等。

二、CAD/CAM的发展过程和应用现状

二十世纪四五十年代计算机的出现为CAD/CAM的发展奠定了物质基础。六十年代美国人提出了人机交流、计算机图形及交互技术等理论, 从而为CAD/CAM技术的发展奠定了理论基础。七十年代, 交互计算机图形学及计算机绘图技术日趋成熟, 并得到广泛发展, 面向中小企业的CAD/CAM开始出现。在制造领域, 美国辛辛那提公司研制出了一种柔性制造系统 (FMS) , 但由于计算机技术的限制, 其所能解决的问题只是一些简单的产品设计制造问题。八十年代由于各种新的技术发展, 在制造领域出现了产品设计过程相关的辅助软件, 如计算机辅助工艺规划 (CAPP) 、计算机辅助质量控制 (CAQ) 等。特别值得一提的是, 在这些辅助技术的基础上, 八十年代后期出现了计算机集成制造系统 (CIMS) , 它将CAD/CAM技术推向了一个更高的层次。到了九十年代, CAD/CAM已经走出了它的初级阶段, 进一步向标准化、集成化、智能化发展。到了二十一世纪, CAD/CAM已经发展并应用于各行各业, 其销售收入也节节攀升, 仅2002年其全球销售额就达近100亿美元, 并且以每年10%左右的速度增长。综上所述, 我们不难发现CAD/CAM系统的社会需求量非常大, 发展应用的前景也十分广阔。

三、CAD/CAM在我国发展的情况

我国早在二十世纪七十年代就已经开展了CAD/CAM技术的研究。在八十年代, 我国进行了大规模的CAD/CAM技术研究和开发。在“九五”计划期间, 国家科委将CAD应用作为四大工程之一 (先进制造技术、先进信息工程、CIMS工程、CAD应用工程) 。

四、CAD/CAM技术在工业中的应用

随着科学技术的发展, CAD/CAM技术日益成熟, 已经广泛应用于工程技术、机械制造等领域, 成为一个技术含量密集的产业, 特别是在机械、农业、化工、航天、航空、军事、汽车、电力、船舶、建筑等行业中的应用已经较为普遍。

CAD系统的应用解决了产品设计数字化问题, 影响和改变着工业的各个方面, 使传统的产品设计技术及方式发生了深刻的变革, 大大提高了设计的质量和效率。CAM系统的应用解决了实际产品的加工制造问题, 提高了零部件的加工精度和产品的制造质量。CAD/CAM技术的应用, 充分发挥了计算机及外围设备的能力, 把计算机的高速度、准确性和大存储量与技术人员的思维能力、综合分析能力结合起来, 从而大幅提高了生产效率, 缩短了产品的研发周期, 提高了设计和制造的质量, 节约了原材料和能源, 加速了产品更新换代, 提高了企业的竞争能力。

计算机制造 篇9

本文的研究目标是将遗传算法和计算机造型技术相结合, 利用计算机根据遗传算法和设计的规则自动的产生新的造型。设计人员对自动产生的造型加以选择, 进行进一步的加工, 从而产生具有创意性的设计产品。

1 基于规则的创新设计简介

将遗传算法和具体的应用相结合时, 有四个因素必须考虑:首先, 必须确定原型, 也就是定义和列举该问题的解空间;其次, 必须定义该问题的基因型, 也就是对原型进行编码;第三, 根据问题定义相应的遗传操作, 因为不同的问题, 其基因型不同, 因而遗传策略也多不相同, 这主要表现在交叉策略、变异策略;第四, 确定适应度函数, 用来对遗传进化产生的后代进行评价。本文中在对进化过程产生的后代进行评价时, 主要是进行人工评价, 并为此设计了比较方便的评价方法和特定的评价策略, 使哪怕是初级用户也能够很容易的选择出自己喜欢的造型。

1.1 轮廓扫描法构造实体

在ACIS中提供了通过扫描来构造实体的方法, ACIS中的扫略API函数可以构造一些较复杂的几何体。最简单的一种扫略操作就是将一个二维截面沿着一条路径进行扫略。如果二维截面所在的平面与扫略路径垂直则这种扫略为垂直扫略 (sweep) , 否则就称为刚性扫略 (rsweep) 。

本文中利用面来扫略构造实体的过程如下:

(1) 利用规则来生成边界曲线。规则是ACIS对数学表达式的符号化表示, 其形式类似于数学教科书里的方程表达式, 规则的表示形式和方程类似, 例如方程y=sin (x+cos (x) *x) *x^2用规则表示如下所示, 规则可以通过ACIS的API函数生成曲线。

(2) 利用边界曲线来构造闭合的平面。在ACIS中可以将曲线转化为有向边, 然后有向边首尾相连构造闭合平面。为了处理过程的简单化, 这里对于扫略曲面只采用平面。

(3) 确定扫略路径, 沿规定路径扫略。这里扫略路径也利用规则来构造, 扫略过程主要是通过ACIS提供的API函数来完成的。

1.2 对规则的编码

在遗传算法的运行过程中, 它不对所求解问题的实际决策变量直接进行操作, 而是对表示可行解的个体编码施加选择、交叉、变异等遗传操作, 通过这种遗传操作来达到优化的目的, 这是遗传算法的特点之一。

编码是应用遗传算法时要解决的首要问题, 也是设计遗传算法时的一个关键步骤。在确定编码方案之前, 首先需要确定在产品外观造型中发挥主导作用的因素, 比如在用体素法来生成实体的过程中, 基本体素的形状、方向、大小等等都可以成为编码要素。在用曲面按照路径扫略构造实体的过程中, 曲面的形状, 路径的走向都决定着生成实体的形状, 而曲面的形状和路径又是通过规则扫描生成, 所以这里以生成规则的函数和取值范围作为编码的基础。

1.2.1 规则的产生

作为整个进化系统的基础, 规则的产生主要采用以下两种形式:

(1) 用户或者设计者手动输入, 作为初始化过程的父代。

(2) 系统自动生成。无论多么复杂的数学函数都是由一些数学操作符、操作数以及数学函数通过复合来形成的, 所以可以利用这些基本的元素来自动生成规则。此外, 就建筑造型来讲, 不同的建筑其风格是各不相同的, 因而可以根据建筑风格来自动的从规则库中提取类似的规则。在实际应用过程中, 成功的规则案例可以添加到规则库中备用。

1.2.2 编码方案

考虑到既可以曲线来作为进化的基因, 也可以构成函数的数学元素来作为进化的基因, 所以本文的编码采用两种编码方案:

(1) 以构造规则的函数作为编码的基因。以规则作为基因进行编码如图1所示。

说明: (1) L1、L2、L3分别表示三个规则的编号, 采用实数编码。 (2) R1、R2、R3为上述三个规则的取值区间, 采用实数编码。

以规则作为编码的基因 (规则的编号) , 优点是结果比较直观, 造型好的曲线能够很容易的被选择进入到下一代。

(2) 以生成数学函数的数学元素作为编码方案。由于数学函数的长度是任意的, 因而采用固定长度的编码方案并不可取。图2显示了作为规则的函数采用二叉树表示的方法。规则:sin (x+cos (x) *x) * (x/2) 。

1.3 进化算法

在上节针对利用规则来生成曲线, 讨论了两种编码方案, 每一种方案都有各自的优缺点, 下面分两部分分别讨论各自的进化方案。

1.3.1 基于规则的进化

这种进化方案以生成曲线的函数作为基本元素来编码, 无论是交叉还是变异都以曲线作为基本单位, 在进化的过程中, 三个由函数构成的规则保持不变, 变化的是由规则生成的曲线在图形中的位置。

1.3.2 基于二叉树编码的进化

基于规则的编码和进化过程的优点是结果比较直观, 能够很容易的从原型中观察到交叉和变异发生的过程, 这种影响是显式的, 而在基于二叉树编码的进化过程中, 由于是针对组成数学函数的数学元素进行编码, 所以任何一个数学元素的变化都会导致整个数学函数结果的变化, 因而这种变化是不能够通过结果来推断的, 但是, 也正由于这种效果, 更能产生意想不到的设计产品。

图3显示了用二叉树显示的两个父个体。执行交叉操作时, 首先在两棵父子树上随机产生交叉点, 然后交换以交叉点为根的两棵子树, 完成交叉操作。

在基于二叉树的进化操作中, 无论是交叉还是变异, 父个体发生的基因变化都影响到整个染色体, 不能够完全从基因的变化来推导原型的改变, 反之亦然, 正是二叉树编码的这种不能够预测性的特点, 导致了子代种群的规模性和多样性。

2 总结

本文将遗传算法与产品的外观造型设计相结合, 根据ACIS实体造型边界表示法的特点, 利用遗传算法对目标实体的边界特征进行进化操作, 从而产生具有创意性的产品, 为设计者的设计工作提供灵感, 这是其他CAD软件所不具备的;而且利用A C I S开发生成的造型又能够直接加载到AUTOCAD中进行进一步的加工, 并且由于采用的是对边界操作, 所以生成效果在AUTOCAD中比较直观。

参考文献

[1]王小平, 曹立明.遗传算法理论、应用与软件实现.西安交通大学出版社.2001.

[2]Genetic Evolutionary Design of Solid Objects using a Genetic Algorithm.Peter John Bentley B.Sc. (Hons) .

[3]黑俊如, 刘希玉.山东师大学报.利用遗传算法和人工神经网络的外形重构.2003.

计算机制造 篇10

张平生［2］研究了基于实例和知识的互换协调图表生成, 该方法通过启发式知识引导工艺人员进行互换协调图表的编制。王爽［3］构建了计算机辅助飞机装配协调工艺设计系统, 实现了基于规则推理的互换协调图表创建。上述研究是针对传统互换协调图表的创建, 与本文定义的制造协调路线图不同, 但其设计思想对本文有参考价值。王恒［4］用邻接矩阵创建了协调路线的数据结构, 可清楚地表示各工装之间的协调关系。姚鹏涛［5］提出了一种基于尺寸协调关系定义的飞机制造协调路线图的自动生成方法, 实现了飞机制造协调路线图的自动生成, 其中采用的尺寸协调工艺文件较为复杂, 工艺人员在制定过程中易发生错误。

本文研究了计算机辅助协调路线图设计技术, 首先对飞机制造协调路线图图符进行建模, 并将计算机辅助飞机制造协调路线图设计过程进行简化, 运用UML详细描述了图形绘制方案, 采用树结构对协调路线图信息进行存储, 最终提出了飞机制造协调路线图的自动布局算法, 自动高效的实现飞机制造协调路线的图形化显示。

1 飞机制造协调路线图图符

1. 1 飞机制造协调路线图

在飞机制造过程中, 将产品理论的尺寸传递到产品上一般需要经过很多个传递环节和反复多次的移形过程。所以要慎重选择合适的尺寸传递体系, 确保各类工艺装备相互协调, 通常将该尺寸传递体系称之为协调路线［6］。

为了便于进行计算机辅助容差分析工作, 需要将协调路线绘制成图, 作为协调容差分析的信息输入文件。因此, 定义一种飞机制造协调路线图, 该图可以准确描述协调中各工艺移形环节所涉及的产品零部件、工艺装备的尺寸、形状传递过程, 以及尺寸链相关的容差信息。一方面, 飞机制造协调路线图是容差分析的数据源, 另一方面, 制造协调路线图上的容差分配结果, 可以作为工艺人员校核、修改互换协调方法的重要依据和参考。飞机制造协调路线图是协调路线的图形化表示。

1. 2 协调路线图图符定义

图符是图表的基本组成单位, 分为参数化图符和固定图符。协调路线图中用到的图形种类比较少, 因此把图形定义成固定图符, 在调用时再根据不同的协调环节或连接线加入文本信息。对固定图符定义和操作都比较简便。

飞机制造协调过程, 指飞机结构元件及其各类工艺装备的尺寸、形状的传递过程, 飞机制造中的协调包括零件之间的协调以及零件与工装之间的协调［1］。将飞机制造协调过程中涉及到的零件和工装统称为协调环节, 其中最终的协调元件称为最终协调环节, 原始的协调环节称为原始协调环节, 其他协调环节成为传递协调环节。总结归纳后, 协调路线图符有如下两种: 1) 协调环节图符; 2) 连接图符。其中协调环节图符可以根据协调过程中协调环节的分类方法再细分为原始协调环节图符、传递协调环节图符、最终协调环节图符; 连接图符可分为单线连接图符和双向连接图符。不同的协调准确度求解问题下对应的容差信息不同, 因此, 不同的协调准确度求解问题对应的协调图符形状和大小不同。具体划分如图1 所示, 每一种协调类型下都包含原始协调环节图符、传递协调环节图符、最终协调环节图符和单向连接图符和双向连接图符。

为了便于将协调路线图里的信息在计算机内部表示并且便于协调路线图的自动布局, 对协调路线图图符进行建模, 图符由图形信息和文本信息组成, 因此可以将图符模型表示为:

式中: Shape为图符中的图形信息, 包括图符的形状、线型, 同一类型图符的图形信息相同; Text为图符中的文本信息, 包含了图符上所有需要显示的文本信息。

式 ( 1) 中文本信息Text又可以表示为:

式中: ID表示图符的标识, 是该图符在整个协调路线图中的唯一标识, 由图符类别标识与排列序号组成; Pi为图符的属性信息, 如协调环节名称, 协调尺寸名称; Rj表示该图符与其他图符的关系, R1、R2分别表示相邻前、后图符的图符标识 ( ID) ; Tk表示该图符代表的协调环节中的容差信息。

容差是用于描述几何特征的尺寸和形状变动基准、方向和变动量的精度信息［8］。容差信息包含与容差有关的几何特征集合、容差类型、容差值和容差方向等, 因此容差模型T可表示为:

式中: Fi表示与容差有关的几何特征; t表示容差类型, 包括尺寸容差、形状容差、位置容差和装配配合容差; V表示的是容差值, 包括: 公称尺寸、上偏差和下偏差; D表示容差方向, 指容差约束几何特征的变动方向。

2 计算机辅助飞机制造协调路线图设计总体思想

采用计算机辅助飞机制造协调路线设计时, 需将协调路线设计过程进行合理地简化和分解, 使分解后的每一部分问题定义明确, 各设计阶段决策思想清晰, 易于用计算机解决。现将计算机辅助飞机制造协调路线设计工作分为四个部分:

1) 确定协调类型确定所绘制的飞机制造协调路线图求解的协调准确度问题。

2) 添加协调图符添加协调路线中所有涉及的图符 ( 协调环节的图符以及连接协调环节的连接图符) , 并完成协调环节涉及的协调特征、协调容差信息的输入。

3) 确定协调关系确定协调图符之间的关系, 即尺寸传递关系。

4) 图符自动布局根据定义好的协调图符及它们之间的协调关系, 自动布局, 生成协调路线图。

计算机辅助飞机协调路线图设计过程如图2。

3 计算机辅助飞机协调路线图设计关键技术

3. 1基于UML表示的协调路线图设计方案

协调路线设计方案的类图如图3 所示。首先建立两个抽象类, 即路线图基类与图符基类, 各种路线图类都是继承于路线图基类, 各种图符类都继承与图符基类; 每个路线图类由一组图符类聚合而成, 包括原始图符类、传递图符类、最终图符类、单向图符类、双向图符类。每个具体的图符类和路线图类都依赖于各个具体属性窗口类, 属性窗口类用于图符属性参数的输入。

3. 2 协调路线图数据的存储

采用树状结构表示协调路线图, 从协调路线图本身出发, 将协调路线图上的图符 ( 除双向连接图符) 定义为树结构的结点, 结点包含数据域和关系域两部分, 数据域用来存储结点的信息, 包括结点类别、协调路线图图符的形状基本信息和与结点相关的工艺容差值、协调特征等; 关系域则存储该结点与其他结点之间的关系。双向连接图符信息单独存储。

存储树的方法有多种, 本文采用的是带双亲的孩子链表表示方法。带双亲的孩子表示法是将双亲表示法和孩子表示法两种方法结合起来进行表示, 利用了每个结点 ( 除根结点以外) 具有为唯一双亲的特点, 在结点中附设一个指示器用来指示其唯一的双亲结点在链表中的位置, 并将每个结点的孩子结点都排列起来, 采用单链表进行存储, 并以顺序存储结构来存储线性表的头指针, 从而建立树的数据结构。结合飞机制造协调的过程, 依据带双亲孩子链表结构的特点, 对树进行遍历。首先将树进行顺序分解, 分解为若干个从根到叶子的过程链表Ri, 这里每个过程Ri都代表一个协调过程, 而用于计算的协调路线图只包含两个协调过程, 因此其树状存储结构只有两条分支, 只包含两个过程链表Ri。为了提高树的遍历速度, 对每一个过程单链表Ri都增加头指针标志, 因此给链表内每个结点都增加一个存放标志的域, 这样可以更方便的进行树中每一个结点的访问。图4 给出了树的存储结构及遍历结果。

3. 3 飞机制造协调路线图的自动布局

在计算机辅助飞机制造协调路线图设计过程中, 最关键的就是合理布局各结点的位置, 使得图表既满足功能要求, 又能清楚地表示协调过程和关系, 本文将协调路线图绘图区划分为网格, 每个图符结点占据一个单位网格, 图符的位置由图符所在单位网格的水平和竖直方向上的位置决定, 因此图符位置由两个特征参数决定, 定义Pij ( x, y) , x为水平方向的位置参数, y为竖直方向上的位置参数, i表示第i个结点, j为结点在树中的层次, 且结点层次为奇数的结点是协调环节图符结点, 层次为偶数的结点为连接图符结点。

飞机制造协调路线图图符的自动布局算法如下:

步骤1: 确定根结点位置, 即原始协调环节图符位置, 如图5 实例中确定根结点R位置为Pij ( 1, 1) ;

步骤2: 取树上结点少的分支, 即协调过程较短的分支, 如两分支节点数相同则任选一支, 将该分支上的所有结点根据遍历结果顺序在水平方向上紧挨根结点位置依次排列, 图5 实例中确定结点S1, S3, S5, V1位置为P1，2 ( 2, 1) 、P3，3 ( 3, 1) 、P5，4 ( 4, 1) 、P7，5 ( 5, 1) ;

步骤3: 将另一分支上除根结点以外的前两个结点按遍历结果顺序在竖直方向上紧挨根结点位置依次排列, 图5 实例中确定结点S2, S4位置为P2，2 ( 1, 2) , P4，3 ( 1, 3) ; 剩余结点按遍历顺序在水平方向紧挨前一个结点位置依次排列, 图5 实例中确定结点S6, S7, S8, S9, S10, V2位置为P6，4 ( 2, 3) , P8，5 ( 3, 3) , P9，6 ( 4, 3) , P10，7 ( 5, 3) , P11，8 ( 6, 3) ;

步骤4: 比较两分支末端结点在水平方向的位置, 若相同则跳至步骤5。如不相同, 则通过修改其中水平位置参数 ( x) 小的末端结点的水平位置参数 ( x) 达到两分支末端结点在水平方向的位置相同, 即将水平位置参数 ( x) 大的末端结点及它前一个结点的水平位置参数 ( x) 赋给水平位置参数 ( x) 小的末端结点及他的前一个结点的水平位置参数 ( x) , 图5 实例中确定结点S5, V1位置为P5，4 ( 6, 1) , P7，5 ( 7, 1) ; 并用无箭头的直线段连接该分支被分开的图符;

步骤5: 确定双向连接图符位置, 为两个分支的末端结点位置之间的单位网格绘制。

4 实例分析

以某型机的左、右水平安定面围框式对接问题对本文的方法进行了验证, 安定面围框式对接问题属于交点协调, 接头上有108 个D10H9 和4 个D20H9 的螺栓孔, 分别用D10f9 和D10f9 的螺栓连接, 由于D20 孔处孔- 轴配合间隙比D10 孔处大, 交点对合时以19 个D10 的孔插销定位, 只要D10 孔的孔位协调, 那么D20 孔的孔位也能协调, 因此只考虑D10 的孔、轴协调孔位。有两个协调过程:

R1: 左平尾精加工型架的钻模→左平尾的围框接头;

R2: 左平尾精加工型架的钻模→右平尾精加工型架的钻模→右平尾的围框接头。

采用计算机辅助飞机制造协调路线图设计系统进行协调路线图设计的流程与界面如图6 所示。左、右水平安定面围框式对接交点制造协调路线图能够将工艺移形过程清楚地表示出来, 并详细标注了每个协调过程所涉及的产品零部件、工艺装备类型及相关尺寸、容差信息。工艺人员可在此基础上进行累积误差分析、容差再分配等工作, 进而完善互换协调方案, 大大提高了装配成功率。由此可验证采用的本文方法可以自动高效的生成飞机制造协调路线图, 并且该飞机制造协调路线图符合计算机辅助容差设计和协调路线规划的要求。

5 结语

在飞机制造协调路线规划和容差设计中引入飞机制造协调路线图的概念, 研究了计算机辅助协调路线图设计技术, 一方面实现了协调路线的图形化显示, 能够直观、清楚的表达协调过程; 另一方面, 采用带孩子的双亲链表存储相关数据, 便于计算机运算和处理。在此基础上, 应用自动布局算法, 能够实现协调路线图的快速自动绘制。另外, 飞机制造协调路线图是容差分析的数据源, 制造协调路线图上的容差分配结果, 可以作为工艺人员校核、修改互换协调方法的重要依据和参考, 提高了飞机制造协调路线规划的效率与容差设计的质量。随着数字化设计制造不断深入发展, 基于协调路线图的容差设计是下一步的研究重点和方向。

摘要：为了实现飞机制造协调路线的数字化表达, 建立飞机制造协调路线规划和容差设计之间的数字化桥梁, 对计算机辅助飞机制造协调路线图设计进行研究。通过对飞机制造协调过程进行分析, 定义了协调路线图图符, 并将计算机辅助飞机制造协调路线图设计流程简化为4个部分:确定协调类型、添加协调图符、确定协调关系、图符自动布局。以此为基础, 建立基于UML的协调路线图设计方案, 采用树结构对协调路线图进行存储, 并提出了图符自动布局算法。据此开发了计算机辅助飞机制造协调路线图设计系统, 在实用中取得了良好的效果。

关键词：计算机辅助,飞机制造协调,协调路线图,UML,图符布局

参考文献

[1]《航空制造工程手册》总编委会.航空制造工程手册 (飞机工艺装备) [M].北京:航空工业出版社.1993.12.

[2]张平生.计算机辅助飞机协调图表设计技术研究[D].西安:西北工业大学, 2007.

[3]王爽, 张振明, 田锡天, 等.计算机辅助飞机装配协调工艺设计系统研究[J].机械设计与制造, 2006, 10:43-44.

[4]王恒, 宁汝新, 唐承统.三维装配尺寸链的自动生成[J].机械工程学报, 2005, 41 (6) :181-187.

[5]姚澎涛, 谭昌柏, 周来水.基于尺寸协调关系定义的飞机制造协调路线图的自动生成[J].机械科学与技术.2011, 30 (1) :16-22.

[6]应维云, 周儒荣, 程宝集.计算机辅助飞机制造协调问题求解机制的研究[J].南京航空航天大学学报, 1997, 20 (1) :57-62.

计算机制造 篇11

关键词：计算机辅助设计与制造；三位一体；教学模式；课程体系

课程建设是当下专业建设的重中之重。课程的分化与整合，是专业内涵发展的需要。课程内容体系与模式的研究，是课程解构与重构的基础。经过分化与整合的课程，不是对已有课程的简单否定，而是对传统课程的一种继承和发展。

一、教学模式的研究与实践

（一）以科学的理论指导课程改革的研究与实践。

高职课程改革必须重视两个态势:一是技术发展对社会职业岗位内涵及外延正产生着愈来愈大的影响，技术的更新不断促使低技术岗位消亡和高新技术岗位产生。二是经济全球化背景下，产业结构和行业结构变化在使得原有职业岗位转型、消失的同时，也催生了大批新岗位、新职业。为了适应这种态势，高职教育专业设置要以市场需求为导向，课程体系构建要以岗位(群)为依据，课程改革要以能力为本位，专业教学改革、课程内容改革必须体现适应性、实践性、开放性及职业性原则，鉴于此，世界各国纷纷改革其职业教育课程的目标，由原来的岗位技能培训转向注重综合职业能力培养，澳大利亚的关键能力培训、英国的核心能力培训、德国的基础职业能力培训等就是这种改革思想的体现，打破狭隘的职业训练的壁垒，向学生传授具有通用性的、可迁移的、工具性的技能，而不是传授传统意义上的、高度专门化的、狭义的技能。另一方面，为培养这种综合职业能力，在进行职业教育课程改革时，必须考虑到课程目标的整合性，把掌握知识和技能、发展能力、培养良好的职业道德和个性心理品质等各类目标有机地结合起来，着眼于提高劳动者的综合职业素质。而要实现以上的目标，必须走校企合作教育之路，形成产学结合课程。

（二）充分调查研究，构建专业核心课程基本框架。

1. 构建专业核心课程基本框架。

通过调查和分析，我们发现家电企业对本专业学生需求最大，学生就业岗位与专业核心课程结合最紧密。佛山是全国最大的家电生产基地，家电产业是佛山传统支柱产业，是广东省、佛山市未来若干年国民经济和社会重点发展产业，因此，选择典型家电企业作为依托，建设校企合作教育平台，进行深入的课程改革，不仅具有广泛的市场基础，而且具有普遍意义。

2. 构建三位一体校企合作教育平台，营造合作教育环境。

计算机辅助设计与制造专业结合地区经济发展的特点，拟以周边多家企业为依托，有步骤、分阶段推进与企业产学、研、培的全面合作，形成专业产业群，逐步搭建了以产学、研、培为特征的校企合作平台。

3. 基于合作教育平台的专业核心课程改革。

基于工作过程为导向的高职课程体系构建理论，高职课程分为基础学习领域课程、校企共建学习领域课程、学生自主型学习领域课程等三类课程，后两者如何构建，目前还在探索阶段，以“实训基地”“培训基地”“研发基地”三位一体的校企合作为平台的专业核心课程改革新模式，有利于构建学习领域课程，以一类典型产品的生产过程和职业岗位的工作过程为线索组织课程内容，进行知识和技能的训练，通过以点带面，分析职群的共同基础理论和基本技能以及各职业的入门技术，加以系统组合，优化校企共建学习领域课程的同时，推动自主学习领域课程构建。

二、基于“三位一体”校企合作的课程体系的构建

（一）开发基于工作过程的课程体系及教学内容。

依据就业岗位群任职要求,参照相关行业的职业资格标准,我们构建了基于校企合作教育平台的计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）专业课程体系，做了如下工作。

第一，围绕佛山市世界级产业-白色家电产品的生产过程和岗位群工作过程，以小家电企业典型产品为对象，分析提炼计算机辅助设计与制造专业的核心课程设置、内容和环境训练要求。

第二，全面修定专业人才培养方案，将校企共建学习领域课程作为目标，改革课程设置。 “机械设计基础”增加了“Matlab应用实训”，“CAD/CAM技术应用（PRO/E）”课程增加了以小家电产品开发为目标的“CADCAM技术应用（PRO/E）实训”， “塑料模具设计”增加了以企业赠送的生产模具为对象进行“模具拆装实训”以及家电产品为对象进行“塑料模具设计课程设计实训”，“数控编程加工”增加了以家电产品模具零件为对象的“CADCAM技术应用（UG）实训”。

第三，以工作过程为导向，改革教学内容。将工业产品造型设计、结构设计、模具设计、数控加工整个生产过程的知识、技能需求作为计算机辅助设计与制造专业核心课程教学内容改革依据，以小家电产品为具体对象，将小家电每个生产工作过程的岗位知识、技能作为教学和实训内容，“机械设计基础”将小家电传动系统设计作为案例进行剖析，并用“Matlab仿真分析实训”课程进行深入学习，“CADCAM技术应用（PRO/E）”课程引进榨汁机、搅拌机、打蛋机等产品进行产品造型技术训练，并在“CADCAM技术应用（PRO/E）实训”课程中，进行产品结构装配与分析训练，而模具设计课程针对“CADCAM技术应用（PRO/E）”课程训练的对象进行模具结构的设计训练，并辅助以相关的模具实物拆装实训，“数控编程加工”则根据模具设计得到的零件进行自动编程和加工训练，整个核心课程的教学是一个完整产品工作生产流程，课程间知识、技能以产品为主线相互渗透，课程的关联、综合度大大增加，学生解决问题的能力会得到加强。

由工作过程、核心课程、核心能力和培养方式构成的课程体系是一个主线分明、交叉融合的突出职业能力培养、注重学生校内学习与实际工作一致性的课程体系，符合高素质高技能人才培养目标的需要。

建立课程标准，加强核心课程建设，突出职业能力培养。根据教育部2006-16号文件精神，我们将核心课程纳入专业环境中进行系统的思考，了解该课程在专业人才培养中所处的地位和作用，依此制定适应岗位任职要求、突出职业能力培养的课程标准，目前，已经完成5门核心课程标准的制定，并编写了校企合作配套教材，其他课程按照根据教育部2006-16号文件要求完成课程教学大纲制定。在课程设置上坚持以工作过程为导向，与企业共同开发核心课程；加强课程建设，注重在教学过程中突出学生能力培养，扎扎实实抓好每门课程与教学实践的有机结合。目前，计算机辅助设计与制造专业已建成1门省级精品课程培育课程，2门校级精品课程, 2门院级重点教学改革课程，建成5门院级网络课程。

（二）推行“双证”书制度，职业资格标准与专业课程标准相衔接。

以就业为导向，基于职业岗位能力的要求，将职业技能认证要求与教学内容深度融合。推行“双证”结合制度，要求毕业生职业资格证和学校毕业证“双证书”获取率达98%。在专业教学指导委员会、行业专家的指导下，根据计算机辅助设计与制造专业就业岗位群的分布情况及岗位任职要求，确定必考和选考的职业资格证书，同时增加一些新的考证项目，比如ISO2000质量内审员资格证书。每个学生在毕业前必须取得至少一个职业技能证书。在教学内容和教学进度安排上，优先考虑学生职业技能课程的教学和实训需要，比如计算机绘图教学与绘图员考证结合、cad/cam应用与PRO/E考证结合、数控编程与操作和数控车、铣考证衔接。另外，还为学生举办各种考证培训讲座和考前辅导班。

（三）改革实践教学模式，增强学生职业技能。

计算机辅助设计与制造专业遵循“立足地方、服务企业，质量为本，校企联动”的办学理念，根据职业岗位（群）的任职要求，努力探索校企合作、工学结合的实践教学模式，近几年，本专业采用以下开放性的教学模式，优化教学过程，收到很好的教学效果。

第一，订单式培养：2009年，我们与长期合作企业—佛山三水合作电器实业有限公司开展订单式合作培养实践活动，8名计算机辅助设计与制造专业学生在企业进行为期1年合作培养，按照家电产品结构设计“助理工程师”培养目标，企业8名工程师与学生一对一开展教学和实践活动，学校专业教师参与全过程教学活动，根据协议，8名学生学习期满直接在企业产品开发部门助理工程师岗位工作，实现了学校与企业岗位零距离对接，达到了学校、企业、学生三赢的效果。

第二，工学交替：2006年至今，每一届计算机辅助设计与制造专业学生都亲身经历了“学校—企业—学校—企业”双循环工学交替活动，第二学期，学生整班下企业生产实习1个月，第五学期，学生再次整班下企业，在校企共建的实训室进行1个月专业实训，学生在企业工程师带领下进行专业训练和产品开发，第六学期，学生进行为期四个月顶岗实习，教学活动从课堂到企业，从校内到校外，从课本到岗位由浅到深、由低到高，逐步递进，学生的职业素养和综合技能得到了实质性的提高。

第三，任务驱动：本专业核心课程教学广泛采用任务驱动教学模式，比如，以小家电产品为具体对象，将小家电每个生产工作过程的岗位知识、技能作为教学和实训内容，“机械设计基础”将小家电传动系统设计作为任务进行剖析，“CAD/CAM技术应用（PRO/E）”课程引进榨汁机、搅拌机、打蛋机等产品进行产品造型技术训练，“模具设计”课程针对每一个小家电产品中的单一塑料件进行设计训练，“数控编程加工”则根据模具设计得到的零件进行自动编程和加工训练，由于本专业毕业生60%以上都在家电企业、模具企业相应岗位工作，以任务驱动式教学无疑大大提高学生的职业能力和就业竞争力。

第四，项目导向：本专业学生的专业综合训练广泛采用项目导向教学，特别是在企业进行专业训练和订单培养活动中，企业工程师与学校教师共同制定综合训练方案，将企业开发的小家电产品项目纳入训练计划，整班按照设计团队分组，开展真刀真枪的综合技能训练，收到很好效果，学生的职业综合素质得到全面锻炼。

第五，顶岗实习：毕业班学生在最后一个学期要离开学校到企业进行为期半年的顶岗实习活动，在实习中检验学生的实际能力，并把实习成绩纳入学生毕业考核与评价中。此外，顶岗实习时企业的反馈有助我们反思与根据市场的需求及时完善与调整专业的课程设置以及进行教研教学改革。

（作者单位：佛山职业技术学院）

参考文献：

［1］崔瑞锋.美国著名大学电气专业教育发展特点分析——基于专业使命、教育目标及结果的视角［J］.电气电子教学学报，2008，(7):1－10.

［2］吴运来.马斯洛的需求层次理论与大学生就业激励［J］.高等农业教育，2011，(1):88－91.

计算机制造业产品差别化成因分析 篇12

关键词：计算机制造业,产品差别化,客观条件,消费者主观选择,形成原因

1 计算机制造业产品差别化形成背景

随着人们生活水平的不断提高,对物质的需求也逐渐趋于多元化,同类产品之间的竞争更是空前激烈。在这种形势下,“产品差别化”作为形成和提升某一产业竞争力的重要战略,被越来越多的企业频繁地用于产品的生产和销售过程中。产品差别化是指企业在其提供给顾客的产品上,通过各种方法造成足以引发顾客偏好的特殊性,使顾客能够把它同其它企业提供的同类产品有效地区别开来,从而达到企业在市场竞争中占据有利地位的目的。在科学技术高速发展的今天,作为高科技产业一员的计算机制造业正面临着日趋激烈的竞争。为了争夺有限的市场,产品差别化战略被不同品牌的计算机企业广泛地运用于市场竞争中。

2 计算机制造业产品差别化成因分析

当代美国管理学大师、“企业再造”论者汉默和钱辟认为,在当今的市场运行中,有三股不容忽视的力量,称之为“三C”:顾客(Customers)、竞争(Competition)以及改变(Change)。这三股力量结合在一起,改变了市场运行的基本特征,驱使企业进入了一个崭新的活动领域。

笔者认为,这“三C”同时也是计算机制造业产品差别化的推动者。企业实行差别化战略的根本原因在于适应不断变化(Change)的竞争局势,目的在于最大化的满足消费者(Customers)的需求,进而增强企业的竞争力(Competition),抢占有限的市场。下面笔者将从客观条件的发展推动和消费者主观选择的多样化这两个方面具体分析计算机制造业产品差别化的形成原因。

2.1 客观条件的发展推动

第一,科学技术的发展使计算机产品的生命周期变得越来越短。科技的高速发展为计算机产品带来了更高的技术含量和更快的更新速度,在不断有更好机型诞生的今天,计算机的生命周期往往只有2—3年,因此,保持不变就意味着被淘汰出局,于是计算机制造业产品差别化的大幕就在这种背景下轰轰烈烈地展开了第二,网络以及在它的带动下逐渐兴起的其他相关产业为计算机制造业的产品差别化提供了肥沃的土壤。网络为计算机制造业的产品差别化战略打开了一扇窗,在它的推动下,销售和服务已不再受到时间、地点等因素的限制,它把“一切”都变为可能。

2.2 消费者主观选择的多样化

近年来人们的物质生活水平不断提高,这是计算机制造业的产品差别化得以实现的先决条件。随着居民家中积蓄的不断增加,计算机也走进了更多的工薪阶层家庭,走进了更多人的生活。计算机产品也面临着在更多种类的顾客群中接受选择的命运。不同的消费群体对于计算机的功能有着不同的需求。另外,在物质生活逐渐改善的前提下,人们对于计算机的人性化和个性化设计也提出了更高的要求。计算机这种产品已经逐渐成为体现个人特色的媒介之一。

3 结论与建议

综上所述,本文结合“三C”理论,根据计算机制造业的特点,推断出其产品差别化的形成原因在于客观条件和消费者主观选择两方面的“变化”,并具体从这两个方面出发分别进行了阐述。

首先,从客观条件的发展推动方面来看,计算机制造业产品差别化的形成原因可以归结为以下两点:(1)科学技术的发展使计算机的生命周期变得越来越短,技术的不断更新成为计算机产品差别化形成的重要基石;(2)网络时代的来临为计算机制造业的产品差别化提供了更多的可能。其次,从消费者主观选择的改变这个角度看,计算机制造业产品差别化的形成原因可以概括为以下两个方面:(1)随着计算机产品消费群体的逐渐扩大,人们对计算机的功能需求也慢慢走向多元化;(2)在物质生活水平逐渐改善的前提下,消费者对计算机产品的人性化和个性化设计提出了更高的要求。

本文对计算机制造业产品差别化战略的运用提出以下两方面的建议:

第一,由于计算机制造业是一个更新换代速度非常快的产业,因此,如果企业希望运用产品差别化战略使自己在激烈的市场竞争中处于有利地位,就必须对消费者的潜在需求有更加灵敏的嗅觉,不能跟在其他企业的后面,而要抢先通过市场调研了解消费者最真实的需求。同时,技术研发要迅速跟进,把“想到”和“做到”有机的结合起来,使自己的产品在性能等方面有别于其他企业,并且通过这种差别化战略使自己的产品优于其他同类产品,从而在竞争中立于不败之地。

第二,计算机制造企业应更加注重其留给消费者的主观印象,在买方的主观印象差别方面下功夫,实现产品差别化。技术革新纵然可以优化计算机产品的性能,但是由于计算机制造业极其迅速的技术更新,企业为研发新技术所投入的资金很可能远远大于这项技术应用于电脑产品后为企业带来的收益,再加上市场需求的变幻莫测,研发前期巨大的投入很可能无法为企业带来相应的回报。同时,一旦新技术应用于产品,市场上很快就会出现各种模仿品、“山寨”机,这种现象也会使企业的利益受到严重的损害。因此,计算机制造企业不必急于进行技术革新,而是应该先从一些相对细微的地方着手,比如细致周到的售后服务,为消费者提供其他企业所不具备的便捷等。再加上适度的广告宣传策略,使自己的产品和企业品牌在消费者心中留下一个深刻的主观印象,一个有别于其他企业的独特的印象。同时,在这个过程中,要注意与消费者建立一种信任的关系,一旦消费者信赖这个企业,信赖这个品牌,企业的产品差别化战略也就取得了真正的成功。

参考文献

[1]M.Hammer&.J.Champy.改造企业:再生策略的蓝本.台湾牛顿出版股份有限公司,1985:24.