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市場化、信息化是一個現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，本文結(jié)合計算機(jī)虛擬制造等新的制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，探討了計算機(jī)虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用。
隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和社會的信息化，市場競爭日益激烈。制造業(yè)要在競爭激烈的全球市場求得生存與發(fā)展，必須能夠更好地滿足市場所提出的TQCS要求，即:要以最短的產(chǎn)品開發(fā)周期(Time)、最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量(Quality)、最低廉的制造成本(Cost)和最好的技術(shù)支持與售后服務(wù)(Service)來贏得市場與用戶。面對不可預(yù)測、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動必須具有高度的柔性，對市場需求的變化做出快速反應(yīng)。與此同時，信息技術(shù)取得了迅速發(fā)展，從而為制造業(yè)的信息化發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。80年代，隨著先進(jìn)制造技術(shù)以信息集成為核心的計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的實施，以及隨后提出的計算機(jī)虛擬制造技術(shù)(VMT)，到90年代時，計算機(jī)虛擬制造技術(shù)得到了極大重視并得到迅速發(fā)展。隨著市場全球化的進(jìn)程，信息化制造將成為現(xiàn)代制造企業(yè)追求的重要目標(biāo)之。
一、虛擬制造技術(shù)定義
虛擬制造利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功，來達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力的目的現(xiàn)在對虛擬制造(Virtual Manufactuirng，簡稱VM)的定義多種多樣。
當(dāng)前一般的定義是:虛擬制造是實際制造過程在計算機(jī)上的映射，即采用計算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在高性能計算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計算機(jī)上群組協(xié)同工作，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，以及企業(yè)各級過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級的決策與控制能力。它為工程師們提供了從產(chǎn)品概論的形成、設(shè)計到制造全過程的三維可視及交互的環(huán)境，使制造技術(shù)走出主要依賴于經(jīng)驗的狹小天地，發(fā)展到全方位預(yù)報的新階段。
虛擬制造以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)，借助于虛擬環(huán)境中獲取的各種信息，在產(chǎn)品設(shè)計或制造系統(tǒng)的建造實現(xiàn)之前，就能使人體驗到未來產(chǎn)品裝配的性能或者裝配系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以做出預(yù)見性的決策與優(yōu)化實施方案。它集成和綜合了可運(yùn)行制造的環(huán)境:包括各種分析工具、仿真工具、應(yīng)用工具、控制工具、信息模型、設(shè)備、組織協(xié)同工作的方法等，用來改善從裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計到動態(tài)仿真到回收利用的各個階段。
二、虛擬制造的相關(guān)技術(shù)和支持
虛擬制造系統(tǒng)是各制造功能的虛擬集成，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括:虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品主模型技術(shù):主模型是一個核心，能以此為中心通向設(shè)計、制造和生產(chǎn)管理等各個環(huán)節(jié)并為其提供服務(wù)。主模型具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它是一個可視化的數(shù)字產(chǎn)品模型，具有所代表的對象所具有的各種性能和特征，并能并行地處理設(shè)計分析、加工制造、生產(chǎn)組織與調(diào)度等各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)所面臨的諸多問題。
綜合可視化技術(shù):主要包括計算機(jī)可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)和仿真技術(shù)�，F(xiàn)實制造系統(tǒng)與虛擬制造系統(tǒng)之間的映射，虛擬設(shè)備、虛擬傳感器、虛擬單元、虛擬生產(chǎn)線、虛擬車間、和虛擬工廠的建立，以及各種虛擬設(shè)備的重用性和重組性技術(shù)。
虛擬制造系統(tǒng)集成開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)件庫及用戶開發(fā)環(huán)境。
虛擬環(huán)境下分布式并行處理的分布式智能協(xié)同求解模型。
虛擬公司的組織、調(diào)度及控制策略與技術(shù)。 虛擬制造技術(shù)是多學(xué)科綜合的系統(tǒng)技術(shù)，需要研究開發(fā)相應(yīng)的硬件集成系統(tǒng)與軟件，就軟件技術(shù)而言，相關(guān)的研究支持如下:可視化、真實、直觀地再現(xiàn)主觀產(chǎn)品與客觀制造過程�；经h(huán)境:增強(qiáng)可視化和其它虛擬制造功能的集成系統(tǒng)。
信息描述:表達(dá)各種信息，包括數(shù)據(jù)、知識和模型的統(tǒng)一的方法、語義、語法。
·中介模型:構(gòu)造、定義、開發(fā)對過程易于中斷介人的模型�；鶎蛹山M織結(jié)構(gòu):硬件與軟件的基層組織結(jié)構(gòu)。
·仿真模型:在計算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)計的真實系統(tǒng)模型.應(yīng)用方法:產(chǎn)品多樣性與過程動態(tài)性的共同特征的抽象提取。
·制造特征:各種材料在虛擬制造環(huán)境中的變化過程。虛擬制
·造系統(tǒng)評價:可制造性、工藝性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、工期等等。
三、虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用
虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用:首先在軍事、航空航天、汽車領(lǐng)域中獲得成功的應(yīng)用。例如波音飛機(jī)公司777飛機(jī)的設(shè)計，就是采用虛擬制造技術(shù)的典型范例，開發(fā)周期從通常的8年減少到5年。設(shè)計、裝機(jī)、測試均在計算機(jī)中完成模擬，保證一次試制成功。虛擬制造在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用涉及到汽車的整個生命周期，它可以在汽車生產(chǎn)設(shè)備、工裝和模具，甚至校車的設(shè)計之前，很容易地生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝過程進(jìn)行建模、修改、分析及優(yōu)化。通用電動機(jī)車部(General Motors Electro Motive Division,EMD}1997年，利用UGH軟件，建成了第一個完全數(shù)字化的機(jī)車樣機(jī)模型，并圍繞這個數(shù)字模型并行地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、分析、制造、夾模具工裝設(shè)計和可維修性設(shè)計。日本日產(chǎn)汽車公司1998年與SDRC公司簽定總額超過1億美元的特大合同，購買軟件、服務(wù)與實施，主要用于面向21世紀(jì)的新車型一 數(shù)字樣車的開發(fā)。日產(chǎn)汽車公司計劃在貫穿汽車生產(chǎn)的全過程中，利用概念設(shè)計支持工具、包
