对数字制造技术应用价值的讨论,这不仅仅是对提高效率、减低成本之类的常规评估,还必须看到数字制造技术有两点革命性的突破:
第一,填平了人的思维与工程表达之间鸿沟。用二维平面工程视图来描述产品的方法大约沿用了200多年。但是,人的思维是多维的,工程师们在创意新产品时,首先涌现的是多维的实体形象而不是一个个的平面视图。为了向制造它的人传递产品的信息,必须将这个活生生的实体变成复杂的、但为工程界所共识的平面图形。这当中的浪费不仅仅是投影图的绘制,还包括了从实体形象向抽象的视图表达方式的转换的思维,在转换过程中出现的表达不清和错误。制造工程师在接到这种平面图形以后,又要用想象恢复它的立体形状,以编制工艺过程。这又是一番思维、脑力和时间的浪费。并且对平面图形的理解程度往往是能否设计出好的制造过程的关键,对图纸理解的错误又经常出现。工人拿到这种用平面图形描述的作业指导书以后,同样必须将它理解为三维的实体,浪费和错误更容易发生。2D产品定义的数据链存在着人力物力的巨大的浪费,制造业为这种平面图形的转换付出了巨大的代价。3D产品定义和直接使用3D数据传递,消除了人的思维的变换和由此造成的一切不清晰和失误,压低了几乎所有作业人员的学习曲线,数字制造成为精益制造近期革命性的进展。
第二,数字制造对支撑创新和创造有重要作用。数字制造又一个最大的优势是,在计算机的虚拟世界中将产品和工艺设计中可能发生的错误和决策失误提前揭露和消灭。在实际制造之前验证是否实现了客户的需求和设计的意图。比起在现实的物质世界中验证效果,会大大地节省时间、资源和金钱。对加快创新产品的研制速度、推向市场的时间起着关键的作用。例如,欧洲的机床工业,目前向定制化机床发展,按照客户的要求将若干功能组合到一起,实现某种特定零件的全部加工。过去类似机床的设计制造,一直到装配出来的试切才能验证设计的成功,花费时间长,研制成本高。而利用数字制造,在虚拟环境先设计、运动模拟,工艺仿真、在虚拟环境中装配出机床,虚拟运行来验证是否能够达到客户的需求,还演示给客户看,既节省了资源和时间,又抓住了客户。这是数字支持创新的典型案例之一。加速客户化产品的研制的周期是数字制造的主要领域。同样在航空航天等复杂产品制造中,将模型置于虚拟环境中模拟,预先确认设计和工艺,将大大减少因反复带来的一切弊病,可以降低创新产品的风险和加快创新产品投放市场的步伐。所以,数字制造对于客户化定制行业、敏捷制造会有更大的潜力。
目前,我国数字制造的概念体系尚未完全建立,但作为数字制造系统的某些子系统则已现雏形,因此,数字制造将朝着以下几个方面发展:
(1)数字制造的一些基本理论和基本概念已提上研究议程。如清华大学张伯鹏教授从社会、 经济发展的需求角度出发以及制造业从数字控制机床到CAD/CAM/CAE等计算机和网络技术与制造技术不断融台、发展和应用的历史,提出了信息驱动的数字制造的概念。华中科技大学宾鸿赞教授对21世纪制造技术创新策略进行了研究,提出了21世纪制造业的创新,可持续发展是制造创新的动力与空间,知识化是创新的资源,数字化是创新的手段,可视化是创新的虚拟检验。香港理工大学李荣彬教授提出了数码工厂——咨询年代的制造业的概念。由此可见,数字制造的基本概念、理论基础和系统体系结构等基本问题将会不断地吸引国内外的学者进行广泛研究并不断完善。可以预见,这将不会需要太长的时间。
(2)数字制造的一些子系统一直处于研究之中,并已实现数字制造的属性,且逐步走向实用化。如基于控制的数字制造,由于制造过程的控制本身就是一个数字化建模与控制的过程,从过去的NC到CNC,发展到DNC、FMC和FMS以及智能控制IC。尤其是最近几年来,从美国、西欧到日本陆续进行了开放式控制系统的研究,对下一代开放式系统的可移植性、可扩展性、可缩放性、互操作性和即播即用提出了明确的要求,我国也开始立项研究。 这些无疑为下一代数字制造的控制准备了极好的条件。此外,随着网络技术和电子商务的飞速发展,“网”中的数字化企业如日中天。不少企业已在数字化网络电子商务方面发出了可 喜的四大步:①转变(transfrom):企业核心的流程转变,以适应数字化企业和电子商务的要求;②建立(building):在企业现有的数据及应用的基础上,建立强大、易用和高度集中的电子商务应用:○3运用(run):创造一种具有可扩展性、可用性和安全性的数字化经营环境;④利用(leverage):对已取得的数据进行深度分折,并转化为自身进一步持续发展的优势。可以预料,数字制造的各个子系统将会不断完善并进入实用阶段。
(3)随着科学技术的迅猛发展、市场需求的快速变化和全球性经济竞争的日趋激烈,新一代制造系统必须体现数字化、柔性化、敏捷化、客户化、网络化与全球化等基本特征。制造业在走向快速响应的市场和参与全球制造的竞争中,对数字制造系统和数字制造技术的需求将日益迫切。伴随着网络化、信息化的飞速发展,必将推动数字制造技术的快速发展和广泛应用,未来的5~10年内,在不断完善数字制造基本理论和概念体系的基础上,数字制造技术将日趋完善,数字制造系统将成为新一代制造系统的主流。