數(shù)字化設(shè)計(jì)制造是傳統(tǒng)制造技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)交叉融合的結(jié)果，是一個(gè)集機(jī)械、電子、信息、材料、能源與管理技術(shù)于一體的新型交叉學(xué)科，它使制造技術(shù)的內(nèi)涵和水平發(fā)生了質(zhì)的變化，是先進(jìn)制造技術(shù)的核心部分。將其應(yīng)用在帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)使用過程中，可以縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品的競爭能力。
1．?dāng)?shù)字化設(shè)計(jì)制造的發(fā)展
    數(shù)字化是指以計(jì)算機(jī)軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)，將連續(xù)的、模糊的、不確定的現(xiàn)象以及人的經(jīng)驗(yàn)和技能等離散化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息的過程。機(jī)械制造的數(shù)字化包括產(chǎn)品數(shù)字化、設(shè)計(jì)數(shù)字化、制造數(shù)字化、消費(fèi)數(shù)字化、服務(wù)數(shù)字化、信息數(shù)字化和知識(shí)數(shù)字化。
    數(shù)字化設(shè)計(jì)制造是指利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、虛擬技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)及其網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的一種先進(jìn)制造技術(shù)。即在網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)輔助下通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型全面模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、制造、裝配等過程。
    數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的發(fā)展大致經(jīng)歷了4個(gè)階段：20世紀(jì)50年代后期，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行工程圖紙的繪制成為現(xiàn)實(shí)，使工程技術(shù)人員從繁重的手工繪圖中解脫出來，由于受阻于技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化制造還無法成為現(xiàn)實(shí)：進(jìn)入70年后，隨著飛機(jī)和汽車制造業(yè)的飛速發(fā)展，需要進(jìn)行大量的曲面設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的曲面設(shè)計(jì)方法不能滿足要求，法國人創(chuàng)造了貝塞爾算法，使得計(jì)算機(jī)能夠處理曲線和曲面問題，三維曲面建模系統(tǒng)軟件的問世使計(jì)算機(jī)從簡單的三維繪圖中解脫出來，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，為數(shù)字化制造奠定了基礎(chǔ)：80年代初，隨著數(shù)控機(jī)床的發(fā)展，一些公司開始尋求數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造一體化，出現(xiàn)了實(shí)體造型技術(shù)，能完整的描述產(chǎn)品零件的信息，結(jié)合數(shù)控機(jī)床的新技術(shù)使數(shù)字化制造成為了現(xiàn)實(shí)；進(jìn)入90年代，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造進(jìn)入了系統(tǒng)化和集成化，各大公司相繼推出花樣繁多、功能齊全的CAD、CAM軟件，一種新的設(shè)計(jì)方法開始出現(xiàn)一參數(shù)化實(shí)體造型方法，其特點(diǎn)是基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)和尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改。
2．?dāng)?shù)字化設(shè)計(jì)制造的內(nèi)涵
    數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造集成了現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造過程中的多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，包括三維建模、裝配分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、系統(tǒng)集成、產(chǎn)品信息管理、虛擬設(shè)計(jì)與制造、多媒體和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，其核心內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)-CAD技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助制造-CAM技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助工程-CAE技術(shù)，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)-CAPP技術(shù)和逆向工程技術(shù)。
2.1計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)-CAD技術(shù)
    CAD是人與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合為一個(gè)問題求解組，緊密配合，發(fā)揮各自所長，從而完成設(shè)計(jì)任務(wù)的一種綜合技術(shù)科學(xué)。包含了合理建模、創(chuàng)新構(gòu)思、工程分析、性能仿真等內(nèi)容。
    典型的CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程為：啟動(dòng)CAD系統(tǒng)，調(diào)用幾何構(gòu)型軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)者的主觀意志或利用設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助幾何造型，從而完成方案設(shè)計(jì)；調(diào)用幾何構(gòu)型軟件，審查或修改方案設(shè)計(jì)，確定設(shè)計(jì)對(duì)象的幾何形體、結(jié)構(gòu)，選定尺寸和形狀參數(shù)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)并存儲(chǔ)在幾何模型中：調(diào)用結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析，完成強(qiáng)度計(jì)算工作，按照反饋的數(shù)據(jù)分析計(jì)算結(jié)構(gòu)并對(duì)原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化；調(diào)用工作仿真模塊軟件進(jìn)行數(shù)字仿真，并在計(jì)算機(jī)屏幕上觀察所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的工作過程。
2.2計(jì)算機(jī)輔助制造-CAM技術(shù)
    CAM技術(shù)指利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)備管理控制和操作的過程。其輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡和數(shù)控程序，核心是計(jì)算機(jī)數(shù)值控制，即將數(shù)控技術(shù)應(yīng)用于各種機(jī)床，其發(fā)展趨勢(shì)是各種數(shù)控加工中心。
    計(jì)算機(jī)輔助制造系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩方面，硬件方面包括數(shù)控機(jī)床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲(chǔ)裝置、檢測(cè)裝置、計(jì)算機(jī)等：軟件方面包括數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控程序編制、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度、計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量控制等。
2.3計(jì)算機(jī)輔助工程-CAE技術(shù)
    CAE是用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動(dòng)力響應(yīng)、熱傳導(dǎo)、三維多體接觸、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。其核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化，即將實(shí)際結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體，通過對(duì)離散體進(jìn)行分析，得出滿足工程精度的近似結(jié)果來替代對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的分析，從而解決許多實(shí)際工程需要解決而理論分析又無法實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜問題，其研究內(nèi)容包括靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析和動(dòng)態(tài)分析。
2.4計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)-CAPP技術(shù)
    CAPP是指借助于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、邏輯判斷和推理等功能來制定零件機(jī)械加工工藝過程。是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)換為各種加工制造、管理信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)信息化建設(shè)中聯(lián)系設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的紐帶，同時(shí)也為企業(yè)的管理部門提供相關(guān)的數(shù)據(jù)，是企業(yè)信息交換的中問環(huán)節(jié)，是連接設(shè)計(jì)與制造之間的橋梁。
2.5逆向工程技術(shù)
    逆向工程也稱反求工程，其大意為根據(jù)已有的東西和結(jié)果，通過分析來推導(dǎo)出具體的實(shí)現(xiàn)方法。其工作原理是利用電子儀器去收集物體表面的原始數(shù)據(jù)，之后再使用軟件計(jì)算出采集數(shù)據(jù)的空間坐標(biāo)，并得到對(duì)應(yīng)的顏色。掃描儀對(duì)物體作全方位的掃描，然后整理數(shù)據(jù)、三維造型、格式轉(zhuǎn)換、輸出結(jié)果。
3．?dāng)?shù)字化設(shè)計(jì)制造在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用
帶式輸送機(jī)是由驅(qū)動(dòng)裝置通過摩擦驅(qū)動(dòng)支撐在托輥上的皮帶以輸送散粒物料或成品的連續(xù)輸送機(jī)械。其基本構(gòu)成是輸送帶、托輥、滾筒及驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、拉緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置，廣泛地應(yīng)用在冶金、煤炭、交通、水電、化工建材、電力、輕工、糧食、港口、船舶等部門。
將數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用于帶式輸送機(jī)的設(shè)計(jì)，使使用性能和經(jīng)濟(jì)性能達(dá)到最優(yōu)化組合，縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，增強(qiáng)輸送機(jī)的市場(chǎng)競爭力。
3.1優(yōu)化設(shè)計(jì)在整體設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用
    輸送機(jī)進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要同時(shí)考慮使用性能與經(jīng)濟(jì)性能，即要求輸送張力最大，單位消耗功率最小，滿足強(qiáng)度要求的情況下輸送帶張力最小。因此將輸送機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為一個(gè)多目標(biāo)的優(yōu)化問題的求解。
    有限元分析方法的通常步驟為：首先分析滾筒的受力情況，建立有限元模型：應(yīng)用有限元分析軟件如ANSYS、COSMOS/S等對(duì)模型進(jìn)行分析計(jì)算，得出滾筒應(yīng)力圖和位移變形圖，圖2為對(duì)滾筒進(jìn)行有限元分析得到的位移變形罔：由變形圖分析出滾筒各個(gè)部分的受力情況，對(duì)易破壞部分進(jìn)行必要的加強(qiáng)，并對(duì)滾筒參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理。
3.3帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)分析
    隨著帶式輸送機(jī)朝長距離、大輸送量發(fā)展，長距離、大功率帶式輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)特性以不容忽視，起制動(dòng)的加減速度對(duì)輸送機(jī)的影響越來越顯著，同時(shí)要求輸送機(jī)的起制動(dòng)系統(tǒng)能平穩(wěn)起制動(dòng)，連續(xù)地、長時(shí)高效的運(yùn)行，故需對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析：從而使輸送機(jī)的動(dòng)態(tài)沖擊降到最小，提高輸送帶的使用壽命和降低強(qiáng)度等級(jí)。
3. 3.1建立動(dòng)態(tài)分析模型
    力學(xué)模型的分析方法主要有解析法和數(shù)值法。完整的帶式輸送機(jī)的連續(xù)模型的動(dòng)力學(xué)方程很難實(shí)現(xiàn)解析求解，通常需對(duì)簡化模型進(jìn)行數(shù)值求解。采用Kelvin-Vogit粘彈性模型建立輸送機(jī)的力學(xué)模型，如圖3所示。
3.3.2動(dòng)態(tài)分析與計(jì)算機(jī)仿真
    模型建立后，應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真軟件如Simulink、AMESim等對(duì)模型進(jìn)行分析，調(diào)整各模塊的特征參數(shù)，得到起動(dòng)速度曲線、張力曲線和位移曲線，通過分析帶速和張力的變化，從而得到合理的設(shè)計(jì)參數(shù)。
3.4輸送機(jī)運(yùn)行過程中的實(shí)時(shí)監(jiān)控
    帶式輸送機(jī)在輸送過程中會(huì)出現(xiàn)輸送帶跑偏、打滑、撕裂等事故，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理事故，會(huì)影響輸送的正常進(jìn)行。因此，實(shí)施對(duì)輸送過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、及時(shí)處理事故，是輸送機(jī)正常輸送的重要保證。
    對(duì)輸送機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控通常采用網(wǎng)絡(luò)連接上位機(jī)和下位機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)通常采用以太網(wǎng)，上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件通常采用InTouch組態(tài)軟件或MnCC軟件，下位機(jī)通常采用可編程控制器一PLcI61。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。
    實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能：主界面對(duì)總體系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視，監(jiān)視畫面對(duì)輸送帶的各種電流、電壓各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)施對(duì)輸送機(jī)的啟�？刂�；實(shí)時(shí)曲線實(shí)時(shí)控制輸送帶的速度，歷史曲線記錄輸送帶的電樞電流和輸送帶速度，所有變量的歷史記錄按時(shí)間順序統(tǒng)一存到硬盤上帶有時(shí)間信息的文件中；歷史報(bào)警記錄歷史報(bào)警信息，包括報(bào)警時(shí)間、報(bào)警日期、所屬報(bào)警組、報(bào)警值等，一旦系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警，實(shí)時(shí)報(bào)警畫面自動(dòng)彈出，給出報(bào)警信息并驅(qū)動(dòng)PLC采取動(dòng)作避免事故發(fā)生，報(bào)警結(jié)束，畫面自動(dòng)關(guān)閉：實(shí)時(shí)報(bào)表記錄電機(jī)的各種參數(shù)，歷史報(bào)表記錄電機(jī)的各種歷史參數(shù)。
    對(duì)輸送機(jī)運(yùn)行過程實(shí)施實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)各種故障甚至事故的準(zhǔn)確位置，從而查出問題并采取相應(yīng)的控制措施，提高運(yùn)行的可靠性。
4．結(jié)束語
    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和應(yīng)用以及用戶的不同需求，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)自身的不斷完善，集成技術(shù)的向前推進(jìn)，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)具有如下的發(fā)展趨勢(shì)：
    (1)利用基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造。
    (2)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)與企業(yè)資源計(jì)劃、供應(yīng)鏈管理、客戶關(guān)系管理相結(jié)合，形成制造企業(yè)信息化得的總體構(gòu)架。
    (3)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)與虛擬技術(shù)、虛擬制造、虛擬企業(yè)、敏捷制造及網(wǎng)絡(luò)制造密切結(jié)合，并朝制造全球化發(fā)展。(4)以提高對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)如并行工程技術(shù)、模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)、快速原型成形技術(shù)、快速資源重組技術(shù)、大規(guī)模遠(yuǎn)程定制技術(shù)等將得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。