¿Por qué la digitalización es un medio básico para la innovación en tecnología de fabricación?
1. La tecnología CAD/CAM sienta las bases para el diseño y la fabricación digitales.
La expresión y transmisión de la geometría y el estado del producto son el núcleo del proceso de diseño y fabricación. El sistema tradicional de tecnología de diseño y fabricación con "dibujos de ingeniería" como núcleo ha construido un modelo de fabricación caracterizado por la transmisión analógica. Con el desarrollo de la tecnología CAD, la expresión y transferencia de productos y sus componentes se puede expresar con precisión en forma digital, promoviendo así la investigación y aplicación de CAD 2D y CAD 3D. De este modo, se forma un sistema de tecnología de fabricación y diseño digital con un "modelo geométrico tridimensional" como núcleo, y se realiza una tecnología de fabricación avanzada caracterizada por la transmisión y el control digitales. En la actualidad, la definición digital de productos, los prototipos digitales y la simulación virtual se han convertido en los medios básicos y las opciones técnicas para el desarrollo de productos.
La tecnología CAD comenzó a finales de los años 50. En la década de 1960, con el desarrollo de la tecnología de software y hardware, se hizo posible dibujar en la pantalla de la computadora y el CAD comenzó a desarrollarse rápidamente. La gente espera utilizar esta tecnología, la "tableta de dibujo", para deshacerse del dibujo manual tradicional, tedioso, lento y de baja precisión. En este momento, el punto de partida de la tecnología CAD es utilizar el método tradicional de tres vistas para expresar piezas y comunicarse utilizando dibujos como medio, es decir, tecnología de dibujo por computadora bidimensional. Al comienzo del desarrollo del software CAD, el significado de CAD era solo dibujo asistido por computadora. Posteriormente, el concepto de diseño asistido por computadora se desarrolló gradualmente. La investigación y aplicación de la tecnología CAD con algoritmos de dibujo bidimensional como objetivo principal continuó hasta finales de los años 1970. Los sistemas CAD tridimensionales aparecieron a principios de los años 60. Al principio era extremadamente simple. Solo podía expresar información geométrica básica, no podía expresar de manera efectiva la relación topológica entre datos geométricos y carecía de información superficial sobre la forma.
En la década de 1970, cuando las industrias aeronáutica y automovilística estaban en auge, se encontró una gran cantidad de superficies de forma libre en el proceso de fabricación de aviones y automóviles. Las superficies de forma libre diseñadas en aquella época sólo podían aproximarse mediante vistas de varias secciones y latitudes características. Debido a lo incompleto del método de tres vistas, a menudo sucede que una vez completado el diseño, las muestras producidas son muy diferentes de lo que el diseñador imaginó, o incluso completamente diferentes, lo que retrasa enormemente el tiempo de desarrollo del producto. En ese momento, los franceses propusieron el algoritmo de Bessel, que hizo posible que las personas usaran computadoras para resolver problemas de curvas y superficies. Al mismo tiempo, los desarrolladores de la empresa francesa Dassault Aircraft Manufacturing Company pudieron desarrollar un método de modelado de superficies de forma libre caracterizado por modelos de superficie basados en el sistema de dibujo bidimensional CADAM y lanzaron el sistema de modelado de superficies tridimensional CATIA. Su aparición marca la liberación de la tecnología de diseño asistido por computadora del modelo de tres vistas que simplemente imita los dibujos de ingeniería. Realiza por primera vez una descripción completa por computadora de la información principal de las piezas del producto y también brinda un impulso al desarrollo de la tecnología CAD. base realista. El sistema de modelado de superficies ha supuesto para la humanidad la primera revolución en la tecnología CAD, cambiando el modo de trabajo hacia atrás en el que las superficies curvas sólo pueden aproximarse mediante modelos de arcilla. Desde finales de los años 1970 hasta principios de los 1980, con el rápido desarrollo de la tecnología CAD, la tecnología CAE/CAM comenzó a desarrollarse enormemente. En el contexto del programa Star Wars en ese momento, con el apoyo y la cooperación de la NASA, SDRC desarrolló muchos módulos de análisis especiales para reducir el enorme costo de los experimentos espaciales, mientras que UG se centró en desarrollar tecnología CAM basada en tecnología de superficie para cumplir las necesidades de procesamiento de piezas de aviones McDonnell Douglas.
Dado que la tecnología de modelado de superficies solo puede expresar la información de la superficie de la carrocería del automóvil, es difícil expresar con precisión otras características de la pieza, como la masa, el centro de gravedad, el momento de inercia, etc. , planteando así la necesidad de una tecnología de modelado sólida. Dado que la tecnología de modelado sólido puede expresar con precisión todos los atributos de las piezas, ayuda a unificar teóricamente la expresión del modelo de CAD/CAE/CAM, aportando una comodidad sorprendente al diseño. Se puede decir que la promoción y aplicación de la tecnología de modelado sólido marca la segunda revolución tecnológica en la historia del desarrollo CAD. A mediados de la década de 1980, CV Company propuso un nuevo algoritmo que era mejor que el modelado libre sin restricciones: el método de modelado de características paramétricas. Presenta restricciones de tamaño completo basadas en características, asociación de datos completos y modificaciones de diseño basadas en el tamaño. Se puede considerar que la aplicación de la tecnología paramétrica ha supuesto la tercera revolución en la historia del desarrollo CAD. En este momento, muchas empresas de desarrollo de software CAD/CAE/CAM compiten entre sí. Desde finales de los años 1980 hasta los años 1990, CAD evolucionó hacia la integración de sistemas, lo que desencadenó la cuarta revolución en la historia del desarrollo de CAD. En particular, el Boeing 777 ha logrado un prototipo totalmente digital, desarrollando aún más la tecnología de fabricación y diseño digital.
2. La tecnología CNC promueve el desarrollo de equipos CNC, y el CNC de equipos de fabricación digital para la fabricación de productos se ha convertido en una tendencia general. En el desarrollo de la tecnología de fabricación, la tecnología de procesamiento CNC es un campo importante, incluida la tecnología de programación CNC, la tecnología CNC, la tecnología de control inteligente, etc. Los tornos CNC y las fresadoras CNC se han convertido en métodos básicos de fabricación.
Por lo tanto, se han desarrollado tecnologías de procesamiento flexibles y líneas de producción digitales. El CNC ha mejorado enormemente la eficiencia, la precisión y la adaptabilidad del producto de las máquinas herramienta.
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y la intensificación de la competencia, las personas tienen requisitos cada vez mayores para los productos. Para fabricar productos con alta calidad, alta eficiencia, alta confiabilidad y pocos defectos, las empresas deben adoptar ampliamente tecnología de fabricación avanzada y equipos modernos. La digitalización, la precisión, la alta velocidad y la alta eficiencia son las principales tendencias de desarrollo de los equipos de proceso modernos. Adoptar una tecnología de proceso avanzada y estable y utilizar equipos de producción CNC precisos y eficientes es de gran importancia para mejorar la calidad del producto, reducir los costos de producción y acortar el tiempo de respuesta.
El equipo de mecanizado CNC puede resolver el problema de la calidad inestable causada por la operación manual y puede eliminar el impacto de muchos factores no técnicos, como el nivel técnico, la experiencia, la emoción, la conciencia y la moralidad de los trabajadores en la calidad. durante la operación manual. Al realizar aún más el control integrado de los equipos CNC y establecer aplicaciones integradas basadas en red, como planes de proceso de procesamiento de piezas, diseño de parámetros de proceso, edición de instrucciones de control y simulación de procesos de procesamiento, las instrucciones de control de procesos de procesamiento del equipo se guardan permanentemente y se pueden reproducir en lo hará, reduciendo así la cantidad de piezas en el equipo. El tiempo "en línea" en la máquina reduce el tiempo de la máquina ocupado por la operación manual y la entrada de los trabajadores, y mejora en gran medida la eficiencia del uso del equipo.
3. La base de conocimiento y el diseño inteligente son las claves de la innovación tecnológica tradicional.
Desde el punto de vista del sistema, el proceso de fabricación es un sistema complejo con múltiples factores y múltiples objetivos. Debido a que el proceso es discontinuo, desequilibrado, dinámico, diverso, difuso y muchas otras incertidumbres, la "reproducibilidad" de la tecnología de procesamiento es pobre, con descripciones más cualitativas y menos expresiones cuantitativas. Incluso es necesario transferir la geometría de algunas piezas con la ayuda de herramientas rígidas, que también se simulan. Al mismo tiempo, hay muchos factores y sistemas involucrados en el proceso, y la "granularidad" del conocimiento del proceso también es diferente, lo que dificulta su expresión clara con reglas. Incluso con el análisis numérico, los resultados de los cálculos analíticos aún requieren evaluación, análisis e interpretación por parte de expertos humanos. Por lo tanto, basado en la integración del conocimiento del proceso de fabricación, el uso del diseño inteligente se ha convertido en un método eficaz y una importante dirección de desarrollo para resolver el diseño de la tecnología de procesamiento.
4. La integración mejora la flexibilidad y la agilidad de la fabricación y es la base para una fabricación de respuesta rápida. Frente a un mercado en constante cambio, las empresas manufactureras deben tener la capacidad de organizar rápidamente la producción, la fabricación flexible y la adaptación flexible, es decir, la capacidad de responder rápidamente. La fabricación de respuesta rápida se caracteriza por la digitalización, la flexibilidad y la agilidad. Requiere que las empresas manufactureras formen un sistema de fabricación integrado en red mediante la combinación de redes internas y externas, integrando diversos diseños, fabricación e información, así como recursos humanos y materiales, a fin de fabricar rápidamente nuevos productos con alta calidad y bajo costo. En la actualidad, en el desarrollo real de productos, existen muchos "puntos" de aplicación de la tecnología digital y los tentáculos de investigación también son muy amplios, pero muchas investigaciones se realizan básicamente en una "isla aislada". Hay muchos avances de un solo punto, pocas aplicaciones de investigación sistemática, baja eficiencia general y no pueden satisfacer las necesidades de un desarrollo rápido. Tecnologías como CAD/CAM/capp y el diseño de procesos asistido por computadora (capp) se han utilizado ampliamente en la industria manufacturera. Sin embargo, la investigación y aplicación de la interacción y correlación entre piezas, procesos y recursos de fabricación en el entorno digital están muy rezagadas, y los modos de funcionamiento en el espacio digital aún se están explorando. Establecer un sistema integrado de definición digital, diseño de procesos, diseño de herramientas y control numérico de equipos basado en tecnología de la información puede reducir los enlaces de transmisión intermedios, reducir el retrabajo causado por errores de transmisión, mejorar la flexibilidad del sistema y lograr una respuesta rápida.