基于网络的快速原型制造

附录一 基于网络的快速原型制造 摘要：这篇论文提出了新的基于快速原型快速产品开发集成系统,发展了通过充分利用迅速发展的计算机网络和信息技术的网络制造服务系统,这个系统提供更好的在中小型企业中对于快速产品开发的支持。提出了制造业的网络化服务体系的架构。此外,一些关键问题,包括模型、规划制造链,选择可行的合作厂家,排列制造任务,利用同步协作的工作环境,建立一个适合管理平台等问题得到了论述。可运行java的解决办法与网络技术,用于建立这样一个网络服务系统。最后提供了一个这种服务的应用系统的实例。 关键词：快速原型制造、服务系统

1．简介 这是信息技术时代. 信息技术影响社会各领域,并且大大影响了传统工业。现代企业正面临新的挑战:快速反应的商机——一直被视为以保证公司的竞争力最重要的因素之一；制造业发展走向数字化、网络和全球化.。为了有效的响应变化，生产策略，根据市场情况和客户需求在时时变化。任何改变策略,应该使厂商更能自己有能力应付这样的需求,减少生产时间,提高质量和速度,能够为全球客户提供优质的产品，改善交通运输系统[1]。这是既定的事实,在设计和制造中利用计算机为获得很大的工业生产力的提供了最重要的机会。未来制造业组织将是信息化,知识驱动和依据联系到每个人的全球信息网络自动化的自动控制，目前已被广泛认同。为了满足产品快速发展的需求,各种新技术,如逆向工程(RE)、快速Prototyping(RP),快速工具制造(RT)等出现了,并且被视为能够缩短产品研制时间和制造是键的有利工具。例如,有人说RP可以节省新产品开发费用到70%和市场时间的90%。但是,这些设备对中小型企业(SMEs) 都太贵,并且许多技术比如3D固体模型、RP规划过程,自由形式表面重建等,都需要高技能人才来完成。因此,对中小企业在产品开发过程充分利用这些技术是特别困难的。为了大量中小企 业的产品快速制造得到发展提供支持, 许多RP事务局(SBS),不仅可以制造物理原型、快速原型工具，还提供其它的工程服务,已建立起来。到2001年, 世界各地有500多个SBS。但并不是需要每个SB能处理所有的设计和制造能力,但必须有效运用外部资源,以更好地满足客户的需求。即通常定义为一个临时联合企业的以计算机网络支持的虚拟企业将被建立。他们是为了满足商机一起分享他们的技能、核心能力和资源,。每个SB处理自己的核心任务,并且需要大量的合作伙伴来完成其它这个SB不能按时完成的工作。强调服务质量的新思路,变成一个制造业在21世纪赢得全球竞争的基本方略。远距离服务是一个针对厂商和顾客“服务”问题的新兴领域。因为数字制造业技术进步很快,数字服务将没有阻碍的进入综合数字系统设计和制造。结合计算机和多媒体的因特网，为商业和制造业的远程融合和协作提供了巨大的潜力。对于SBs和SMEs，完成网络制造平台，来加速生产效率是非常紧迫的。这篇论文的其他部分组织如下：1.在第二部分回忆了相关的研究工作2.在第3部分,我们介绍一个基于RP的完整的得到快速发展的系统。第四部分叙述网络制造服务体系的了流程及功能设计。第5部分介绍系统运行平台配置。第6部分我们讨论了互联网应用设计。第7部分研究了案例。最后,第8部分是论文的总结。

2 、相关的研究 伴随着计算机网络和信息技术的发展,网络制造技术在制造业中发挥着越来越重要的作用。近年在世界各地来自学术界和工业团体为支持网络制造的研究与实践(或全球制造或者远程制造)作了大量投资。一些战略和框架已经提出。 Abdel-Malek等[8]描述了一个架构,让公司可以把一些生产和设计活动,通过互联网发展模式,以协助公司选择可替代的技术和功能,最大限度地发挥灵活性。Montreuil等[9]提出了一个战略框架,提出了设计和制造灵活的经营网络,以动态掌握使合作计划、控制和管理日常的环境。Tso等介绍了代理式的协作支持服务系统, 通过专门设计一些虚拟代理信息网络，能够满足制造服务的要求。Chen等[11]提出了基于网络设计与制造的综合框架,是基于java和CORBA技术的。Offodile和Abdel-Malek 利用虚拟制造模式将制造业和信心产业融合的战略框 架。Huang等提出了对于虚拟企业架构和控制机制的框架。O’Sullivan[14]描述了信息结构及相关资料,来了解和处理商业发展。Akkermansa和HORSTC[15]讨论了信息技术基本标准化公司的管理方并指出了战略框架以指导管理者基于一些原有的经济与管理理论作出明智的决定,如交易费用理论、组织设计和成熟发展阶段。Jin等[16]提出研究和关键技术的应用解决方案,其中包括确保网络数据在成员之间传输的安全策略；基于Web/Dotd的数据管理(分布对象技术)、XML标准，能够保证不同结构环境的数据交换；提供各类服务转换文件的网络平台。 Woerner和Woern网络服务提出了新的发展平台，提供了虚拟工程合作生产的方法。 为了充分认识当今全球化的制造业的远程工程及当前市场形势和客户需求,一些全球生产网络已经建立,其中包括在社会生产工程师、LockheedMartin(AIMSNET)[19]、3M(3M创新全球网络)。 今天的产业正面临严重的其快速发展所带来的全球海外活动集成制造环境的结构性问题,。服务和维修对于公司保持制造业生产力及国外地区客户满意变得极为重要。由于传统服务台的固有问题,一些公司已开始发展网上在线客户服务支撑体系。Foo等综合描述客户服务台对于互联网服务的支持。Lee讨论了远程服务系统设计制造设备和产品支持的概念框架和生命周期。已建立的示范远程客户支持系统FCSA证明了Glober的项目。以上这些体系的目的是为有效满足客户在使用远程支持、维修设备。 加州大学研究和发展项目,称为远程制造厂(TMF)是建立在因特网上的自动快速生产。 用户可以使用TMF提供就业机会,并维持系统自动排队。同时可以自动检查StL的许多缺陷。在设计和制造过程中使用RP技术可能带来巨大的好处。但是,需要有效地利用这些好处,这些好处才能得到完全的开发。对全球RP技术有一个了解是非常困难的。因为很快出现了一些新的改进方面的工作。为了帮助选择合适的快速制造过程, 已经开发了许多快速原型系统选择工作。Quickparts.com,这是一个私人拥有制造服务公司致力于提供客户网上电子商务系统用于采购量低、高生产量关税地区,并形成了一种系统QuickQuote。QuickQuote让顾客得到为生产部件的快速的报价。3D系统公司是最早、最大的RP制造商,提供了通过互联网的服务。 从这些调查的文字,显然大部份的研究主要集中在战略和总体结构网络制造以及个别功能模块,还没有一次全面comprebanausic网络制造和服务体系,支持快速的产品开发。 基于我们以前的工作,及新的研究,以网络为基础的生产服务体系的产品迅速开发将被建立。

3 、快速制造的综合系统结构 从最初的概念设计到产品的商业性的发展过程包括:产品设计; 性能分析，安全性和可靠性; 对产品原型试验评价; 设计和修改。因此,新产品开发的每一步进程对产品市场化时间产生直接影响。一个好的产品开发体系,使设计师或设计小组必须考虑各方面的产品设计、制造、销售、回收初期的设计周期。因此,设计制作可轻易改变并有效。反馈越流畅,该系统成功的可能性越高。设计制造(DFM)和并行工程(CE)要求产品设计和开发过程,同时得到发展，而不是按顺序。 产品快速发展的综合系统由三个单元组成:数字原型、物理原型和快速制造装备与系统功能系统。产品开发利用3维CAD软件制造3D立体模型开始。在这一阶段,产品几何形状得到定义，它在美学上，尺寸上是多种多样的。数字原型的主要功能是完成3D模型。在设计创作过程，产品及其部件在3D CAD系统上直接设计(如Pro/E、Unigraphics、CATIA、IDEA等)。 如果实体零件可用, 模型可用逆向工程技术建造的 (RE)。RE一种利用现有零件建立物理模型的方法,建立数字模型,然后用它来制造部件。如果为提高产品的性能而再设计,RE能减少开发周期。当设计师采用模拟创造了一个新的设计,还要进一步利用数据分析和设计制造制造模拟模型。逆向工程的三个主要步骤是数字化特征提取、特征扩展、3维 CAD模型。完成零件数字化的仪器可以是接触和非接触式。有各种商业化的数字化仪。从测量系统,协调机(CMM)、激光扫描机,到超声波仪。它们可分为两大类:接触和非接触式。激光扫描三角(LTS)、磁共振影像(MRI)、计算机断层(CT)是常用的非接触式的装置。接触式的主要有CMM和截面图象测量(CIM)。特征提取通常是通过数据捕捉和捕捉表面特征。零件模型是通过填充适当的数据面完成的。为了减少重复设计原型试验周期、提高生产过程,并增加机器的可靠性,必须通过CAE指导 生产,优化设计和制造过程。 CAD模型可以利用RP直接转化为实际的原型。RP是一个新的成型零件制造过程,是通计算机控制一层层的堆积，是直接从3D模型在很短的时间内完成的。与传统加工方法相反,多数的快速原型制造系统基于堆积过程,而非材料切除。 因此,这种方法不受规机械加工限制因素的限制常。在设计和制造过程中使用RP可能带来巨大的好处。可以缩短产品市场化时间、降低成本和提高质量。过去10年来,已广泛应用于工业领域。主要的商业化RP技术包括业stereolithgraphy(ST)selectivelasersintering(SLS),融合沉积制造(FDM)、胶合物体制造(LOM)、弹道微粒制造(BMP)、三维印刷(3D印刷)等。 RT是一种技术,把RP零件转化为功能部件,特别是金属零件。此外, RP、RT的融合推动了公司并行工程的发展。许多由RP系统制造模具的生产过程得到发展。RT的方法大致可分为直接和间接的,软、硬切削的。间接RT需要掌握某种模式,这种模式可以由常规方法(HSM等)获得,或者由RP，SL，SLS获得。直接RT,顾名思义,是直接由RP系统制造的,从而消除了中间产生步骤格局。根据上述技术、新产品开发的综合系统将迅速建立起来。详细结构如图1。