機(jī)械制造企業(yè)中的虛擬制造

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1、萬方數(shù)據(jù)虛擬制造(VirtualManufac—turing，VM)是以制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)支持的系統(tǒng)建模技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集成現(xiàn)代制造工藝、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實(shí)技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種高新技術(shù)為一體，由多學(xué)科和知識(shí)形成的一種綜合系統(tǒng)技術(shù)。它將現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境及其制造過程通過建立系統(tǒng)模型映射到計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境及其制造過程的一切活動(dòng)和產(chǎn)品的制造全過程，并對(duì)產(chǎn)品制造及制造系統(tǒng)的行為預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)。當(dāng)今以“市場(chǎng)需求”為牽動(dòng)力的制造企業(yè)，要求對(duì)不斷增加的動(dòng)態(tài)創(chuàng)新和需求做出快速響應(yīng)，

2、使工程師不得不減少樣機(jī)的設(shè)計(jì)和分析評(píng)價(jià)時(shí)間。由于虛擬制造技術(shù)(數(shù)字化輔助技術(shù))的應(yīng)用，在以往的CAD／CAE／CAM／cAPP等基礎(chǔ)上進(jìn)行延伸，從根本上改變了設(shè)計(jì)一試制一修改設(shè)計(jì)一規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式，從而大大縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，提高了一次成功率，這無疑對(duì)科研、生產(chǎn)、教育等有著重要的意義。虛擬制造圍繞的中心虛擬制造既涉及到與產(chǎn)品開發(fā)制造有關(guān)的工程活動(dòng)的虛擬，又包含與企業(yè)組織經(jīng)營有關(guān)的管理活動(dòng)虛擬。因此虛擬設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和控制機(jī)制是虛擬制造的有機(jī)組成部分，按照這種思想可將虛擬制造分成三類，即以集團(tuán)經(jīng)濟(jì)研究20076月中旬刊(總第233期)設(shè)計(jì)

3、為核心的虛擬制造、以生產(chǎn)為核心的虛擬制造和以控制為核心的虛擬制造。以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造：把制造信息引入到設(shè)計(jì)全過程，利用仿真技術(shù)來優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從而在設(shè)計(jì)階段，就可以對(duì)所設(shè)計(jì)的零件甚至整機(jī)進(jìn)行可制造性分析，包括加工過程的工藝分析、鑄造過程的熱力學(xué)分析、運(yùn)動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析等，甚至包括加工時(shí)間、加工費(fèi)用、加工精度分析等。它主要解決“設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品是怎樣的”的問題。以生產(chǎn)為中心的虛擬制造：在生產(chǎn)過程模型中融人仿真技術(shù)，以此來評(píng)估和優(yōu)化生產(chǎn)過程，以便低費(fèi)用、快速評(píng)價(jià)不同的工藝方案、資源需求規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃等，其主要目標(biāo)是評(píng)價(jià)可生產(chǎn)性

4、。它主要解決“這樣組織生產(chǎn)是否合理”的問題。以控制為中心的虛擬制造：將仿真加到控制模型和實(shí)際處理中，實(shí)現(xiàn)基于仿真的最優(yōu)控制，其中虛擬儀器是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一，他利用計(jì)算機(jī)軟硬件的強(qiáng)大功能，將傳統(tǒng)的各種控制儀表，檢測(cè)儀表的功能數(shù)字化，并可靈活地進(jìn)行各種功能的組合。它主要解決“應(yīng)如何去控制”的問題。與虛擬建模技術(shù)有關(guān)的研究用戶界面：現(xiàn)代社會(huì)，工廠員工會(huì)與很多應(yīng)用軟件打交道，因此不管其本身有多好，任何應(yīng)用軟件都不能自己定義一套單獨(dú)的用戶界面。為此itQi啊造需要特別注意每一個(gè)具體界面的實(shí)質(zhì)和用戶界面的系統(tǒng)集成，不能對(duì)用戶造成困擾，尤其是對(duì)用戶要

5、用來進(jìn)行大量數(shù)據(jù)過濾和抽象的用戶界面更是如此。模型一致性：虛擬工廠模型在很短的時(shí)間范圍內(nèi)要執(zhí)行各種各樣的操作，而且操作的對(duì)象在地理上可能分布在不同的地方，因此模型信息必須在全球范圍內(nèi)是正確的。除此之外，模型的某些部分也可能分布在不同的地方，因此必須找出能在所執(zhí)行操作之后某段時(shí)間內(nèi)保證一致性和并發(fā)性的辦法，同時(shí)，在執(zhí)行不同目的的操作時(shí)模型所具有的精確性是決定模型使用效益的關(guān)鍵。模型概念的測(cè)試和確認(rèn)：由于使用模型的主要目的是對(duì)難以直觀判斷的事物進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此模型的測(cè)試、確認(rèn)和使用非常困難。對(duì)于工廠運(yùn)行和設(shè)計(jì)之類的事情，雖然有很多針對(duì)重要問題的

6、潛在“正確答案”，但沒有一個(gè)答案是“可證明正確的”。因此，模型的有效性只能使用可理解的情況進(jìn)行測(cè)試，在很多情況下，甚至必須靠一些常識(shí)來判斷模型的“正確性”。又因?yàn)槟Ｐ捅仨氃诠S隨機(jī)的條件下進(jìn)行測(cè)試，這種隨機(jī)條件難以在工廠外部重復(fù)和模擬，因此開發(fā)能對(duì)模型運(yùn)行和行為同時(shí)進(jìn)行測(cè)試和有效性確認(rèn)的工具是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域。在仿真模型測(cè)試中能自動(dòng)進(jìn)行敏感性分析的工具有助于克服隨翟萬方數(shù)據(jù)機(jī)環(huán)境下的模型有效性問題。應(yīng)用研究虛擬制造是20世紀(jì)80年代提出的概念，在20世紀(jì)90年代得到重視和發(fā)展。虛擬制造技術(shù)的研究與應(yīng)用是以CIMS為基礎(chǔ)的，如以CAD／C

7、AE／CAM等單元技術(shù)和DFA／DFM等集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等為基礎(chǔ)，更為強(qiáng)調(diào)可視化仿真和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。目前虛擬制造的研究與應(yīng)用已深入學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、企業(yè)乃至軟件開發(fā)商。但由“虛擬”和“制造”的內(nèi)涵理解有所不同，以及從事領(lǐng)域的差異，“虛擬制造”技術(shù)的發(fā)展會(huì)有不同的側(cè)重。工業(yè)方面：國外許多知名企業(yè)已在積極開展虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用研究，特別是汽車、飛機(jī)、工程機(jī)械以及武器等產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)例和成果層出不窮。美國國防部先進(jìn)研究計(jì)劃署ARPA致力于將虛擬環(huán)境與物理建模、分布離散性模擬等技術(shù)結(jié)合，為虛擬武器設(shè)計(jì)提供先進(jìn)的手段。加利福尼亞的軍火商RockwellIn

8、terna-tional開發(fā)了將現(xiàn)有CAD數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳遞到虛擬環(huán)境的軟件，工程技術(shù)人員能看見設(shè)備部件是如何被裝配的，無需制作零部件的物理模型。作為制造技術(shù)應(yīng)用最典型事例，波音飛機(jī)公司采用虛擬樣機(jī)