1．數字化設計制造的發展
數字化是指以計算機軟件、硬件及網絡通信技術為基礎，將連續的、模糊的、不確定的現象以及人的經驗和技能等離散化，進而轉化為數字信息的過程。機械制造的數字化包括產品數字化、設計數字化、制造數字化、消費數字化、服務數字化、信息數字化和知識數字化。
數字化設計制造是指利用計算機技術、虛擬技術、信息技術、電子技術及其網絡環境，實現產品開發過程的一種先進制造技術。即在網絡和計算機輔助下通過產品數據模型全面模擬產品的設計、分析、制造、裝配等過程。
數字化設計制造的發展大致經歷了4個階段：20世紀50年代后期，隨著計算機技術的發展，使應用計算機進行工程圖紙的繪制成為現實，使工程技術人員從繁重的手工繪圖中解脫出來，由于受阻于技術的發展，數字化制造還無法成為現實：進入70年后，隨著飛機和汽車制造業的飛速發展，需要進行大量的曲面設計，傳統的曲面設計方法不能滿足要求，法國人創造了貝塞爾算法，使得計算機能夠處理曲線和曲面問題，三維曲面建模系統軟件的問世使計算機從簡單的三維繪圖中解脫出來，實現了計算機完整描述產品零件的主要信息，為數字化制造奠定了基礎：80年代初，隨著數控機床的發展，一些公司開始尋求數字化設計與制造一體化，出現了實體造型技術，能完整的描述產品零件的信息，結合數控機床的新技術使數字化制造成為了現實；進入90年代，數字化設計制造進入了系統化和集成化，各大公司相繼推出花樣繁多、功能齊全的CAD、CAM軟件，一種新的設計方法開始出現一參數化實體造型方法，其特點是基于特征、全尺寸約束、全數據相關和尺寸驅動設計修改。
2．數字化設計制造的內涵
數字化設計與制造集成了現代設計制造過程中的多項先進技術，包括三維建模、裝配分析、優化設計、系統集成、產品信息管理、虛擬設計與制造、多媒體和網絡通信技術等，其核心內容主要包括計算機輔助設計-CAD技術，計算機輔助制造-CAM技術，計算機輔助工程-CAE技術，計算機輔助工藝設計-CAPP技術和逆向工程技術。
2.1計算機輔助技術-CAD技術
CAD是人與計算機緊密結合為一個問題求解組，緊密配合，發揮各自所長，從而完成設計任務的一種綜合技術科學。包含了合理建模、創新構思、工程分析、性能仿真等內容。
典型的CAD結構設計的過程為：啟動CAD系統，調用幾何構型軟件，根據設計者的主觀意志或利用設計專家系統進行計算機輔助幾何造型，從而完成方案設計；調用幾何構型軟件，審查或修改方案設計，確定設計對象的幾何形體、結構，選定尺寸和形狀參數，進行結構細節設計并存儲在幾何模型中：調用結構分析軟件進行結構與機構運動學、動力學分析，完成強度計算工作，按照反饋的數據分析計算結構并對原結構設計進行參數優化；調用工作仿真模塊軟件進行數字仿真，并在計算機屏幕上觀察所設計結構的工作過程。
2.2計算機輔助制造-CAM技術
CAM技術指利用計算機來進行生產設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容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡和數控程序，核心是計算機數值控制，即將數控技術應用于各種機床，其發展趨勢是各種數控加工中心。
計算機輔助制造系統的組成可以分為硬件和軟件兩方面，硬件方面包括數控機床、加工中心、輸送裝置、裝卸裝置、存儲裝置、檢測裝置、計算機等：軟件方面包括數據庫、計算機輔助工藝過程設計、計算機輔助數控程序編制、計算機輔助工裝設計、計算機輔助作業計劃編制與調度、計算機輔助質量控制等。
2.3計算機輔助工程-CAE技術
CAE是用計算機輔助求解復雜工程和產品結構強度、剛度、屈曲穩定性、動力響應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及結構性能的優化設計等問題的一種近似數值分析方法。其核心思想是結構的離散化，即將實際結構離散為有限數目的規則單元組合體，通過對離散體進行分析，得出滿足工程精度的近似結果來替代對實際結構的分析，從而解決許多實際工程需要解決而理論分析又無法實現的復雜問題，其研究內容包括靜態結構分析和動態分析。
2.4計算機輔助工藝設計-CAPP技術
CAPP是指借助于計算機軟硬件技術和支撐環境，利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等功能來制定零件機械加工工藝過程。是將產品設計信息轉換為各種加工制造、管理信息的關鍵環節，是企業信息化建設中聯系設計和生產的紐帶，同時也為企業的管理部門提供相關的數據，是企業信息交換的中問環節，是連接設計與制造之間的橋梁。
2.5逆向工程技術
逆向工程也稱反求工程，其大意為根據已有的東西和結果，通過分析來推導出具體的實現方法。其工作原理是利用電子儀器去收集物體表面的原始數據，之后再使用軟件計算出采集數據的空間坐標，并得到對應的顏色。掃描儀對物體作全方位的掃描，然后整理數據、三維造型、格式轉換、輸出結果。
3．數字化設計制造在帶式輸送機中的應用
帶式輸送機是由驅動裝置通過摩擦驅動支撐在托輥上的皮帶以輸送散粒物料或成品的連續輸送機械。其基本構成是輸送帶、托輥、滾筒及驅動、制動、拉緊、改向、裝載、卸載、清掃等裝置，廣泛地應用在冶金、煤炭、交通、水電、化工建材、電力、輕工、糧食、港口、船舶等部門。
將數字化設計制造技術應用于帶式輸送機的設計，使使用性能和經濟性能達到最優化組合，縮短產品的設計生產周期，增強輸送機的市場競爭力。
3.1優化設計在整體設計過程中的應用
輸送機進行整體結構設計時，需要同時考慮使用性能與經濟性能，即要求輸送張力最大，單位消耗功率最小，滿足強度要求的情況下輸送帶張力最小。因此將輸送機的整體結構設計轉化為一個多目標的優化問題的求解。
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：應用有限元分析軟件如ANSYS、COSMOS/S等對模型進行分析計算，得出滾筒應力圖和位移變形圖，圖2為對滾筒進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部分的受力情況，對易破壞部分進行必要的加強，并對滾筒參數進行優化處理。
3.3帶式輸送機的動態分析
隨著帶式輸送機朝長距離、大輸送量發展，長距離、大功率帶式輸送機的動態特性以不容忽視，起制動的加減速度對輸送機的影響越來越顯著，同時要求輸送機的起制動系統能平穩起制動，連續地、長時高效的運行，故需對輸送機進行動態分析：從而使輸送機的動態沖擊降到最小，提高輸送帶的使用壽命和降低強度等級。
3. 3.1建立動態分析模型
力學模型的分析方法主要有解析法和數值法。完整的帶式輸送機的連續模型的動力學方程很難實現解析求解，通常需對簡化模型進行數值求解。采用Kelvin-Vogit粘彈性模型建立輸送機的力學模型，如圖3所示。
3.3.2動態分析與計算機仿真
模型建立后，應用計算機仿真軟件如Simulink、AMESim等對模型進行分析，調整各模塊的特征參數，得到起動速度曲線、張力曲線和位移曲線，通過分析帶速和張力的變化，從而得到合理的設計參數。
3.4輸送機運行過程中的實時監控
帶式輸送機在輸送過程中會出現輸送帶跑偏、打滑、撕裂等事故，如果不能及時發現、處理事故，會影響輸送的正常進行。因此，實施對輸送過程的實時監測、及時處理事故，是輸送機正常輸送的重要保證。
對輸送機的實時監控通常采用網絡連接上位機和下位機進行監控，網絡通常采用以太網，上位機監測軟件通常采用InTouch組態軟件或MnCC軟件，下位機通常采用可編程控制器一PLcI61。系統的結構圖如圖4所示。
實時監控系統的主要功能：主界面對總體系統進行監視，監視畫面對輸送帶的各種電流、電壓各種參數進行監控，實施對輸送機的啟停控制；實時曲線實時控制輸送帶的速度，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間順序統一存到硬盤上帶有時間信息的文件中；歷史報警記錄歷史報警信息，包括報警時間、報警日期、所屬報警組、報警值等，一旦系統發生報警，實時報警畫面自動彈出，給出報警信息并驅動PLC采取動作避免事故發生，報警結束，畫面自動關閉：實時報表記錄電機的各種參數，歷史報表記錄電機的各種歷史參數。
對輸送機運行過程實施實時監控，及時地發現各種故障甚至事故的準確位置，從而查出問題并采取相應的控制措施，提高運行的可靠性。
4．結束語
隨著計算機技術的不斷提高，網絡技術的普及和應用以及用戶的不同需求，數字化設計制造技術自身的不斷完善，集成技術的向前推進，數字化設計制造技術具有如下的發展趨勢：
(1)利用基于網絡的數字化設計制造集成技術，實現產品全數字化設計與制造。
(2)數字化設計制造技術與企業資源計劃、供應鏈管理、客戶關系管理相結合，形成制造企業信息化得的總體構架。
(3)數字化設計制造技術與虛擬技術、虛擬制造、虛擬企業、敏捷制造及網絡制造密切結合，并朝制造全球化發展。(4)以提高對市場的快速反應能力為目標的制造技術如并行工程技術、模塊化設計技術、快速原型成形技術、快速資源重組技術、大規模遠程定制技術等將得到快速發展和廣泛應用。
