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基于虛擬制造技術的產品設計方法研究

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文章來源:泛普軟件 基于虛擬制造技術的產品設計方法研究1

0 引 言

隨著經濟的全球化與信息的社會化,市場競爭日益激烈,產品競爭已經由傳統(tǒng)的價格競爭轉化為技術含量的競爭,高科技產品成為市場的主流,創(chuàng)新成為企業(yè)發(fā)展的靈魂。為了適應新的市場變化,企業(yè)必須以最快的上市速度、最好的質量、最低的成本和最優(yōu)的服務來滿足不同用戶的需求。面對不可預測、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場需求,企業(yè)的生產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。為此,探索新的設計制造方法是企業(yè)生存的最重要手段。

隨著信息技術的迅猛發(fā)展,出現了一些先進的設計制造技術,現代設計制造技術的發(fā)展方向就是不斷吸收現代科學技術,實現設計制造技術的數字化、功能化、智能化和網絡化。虛擬技術已成為當今最活躍的制造業(yè)設計技術,它的發(fā)展,促進了虛擬制造(Vitrual Manufacturing)的形成和發(fā)展,為機械產品的設計、加工、分析以及生產的組織和管理提供了一個虛擬的仿真環(huán)境,從而在計算機上"組織"和"實現"生產,在實際投產前對產品的可制造性等方面進行評估,保證一次成功生產,從而降低生產成本,減少上市時間,快速響應市場,提高企業(yè)競爭能力。

1 虛擬制造的內涵及其分類

1.1 虛擬制造的內涵

隨著制造業(yè)技術的飛速發(fā)展,人們對制造的內涵也有了全新的、更全面的認識。制造是指按照市場需求,運用知識和技能、借助工具、采用有效的方法、將原材料轉化為最終產品并投放市場的全過程。虛擬制造(Vitrula Manufacturing VM)是指利用計算機模型和仿真來實現產品的設計和生產的技術,它以信息技術、仿真技術、虛擬現實技術和高性能的計算機、高速網絡為支持,在計算機上群組協(xié)調工作,實現產品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗以及企業(yè)各級過程管理與控制等產品制造的本質過程。"虛擬制造"雖不是實際的制造,但卻實現實際制造的本質過程,它在產品設計或制造系統(tǒng)的物理實現之前,就能通過模型來模擬和預估未來產品的形態(tài)、功能、性能以及可加工性等方面可能存在的問題,從而可以做出前瞻性的決策和優(yōu)化實施方案,從而使制造技術發(fā)展到全方位預報階段。虛擬制造是實際制造在計算機上的本質實現,它是各種計算機輔助技術面向產品全生命周期的集成化綜合運用。

實際制造具有對物質、信息、能源進行轉換的功能,即投人原材料、生產、信息、電力等能源,制造出所需的產品及與產品相關的信息。虛擬制造是將實際生產中的"物質"和"能源"信息化,針對實際生產系統(tǒng)中的信息及被信息化的"物質"和"能源"實現與實際生產在信息上的等價交換,虛擬制造雖然沒有制造出實際產品,但卻生成了有關產品的信息以及制造產品所需的信息。

1.2 虛擬制造的分類

虛擬制造既涉及到與產品開發(fā)制造有關的活動,又包含與企業(yè)組織經營有關的管理活動。根據所涉及的范圍及工程活動類型,可將虛擬制造分為三類:以設計為核心的虛擬制造;以生產為核心的虛擬制造;以控制為核心的虛擬制造。

1).以設計為核心的虛擬制造。以設計為核心的虛擬制造將制造信息引人設計過程,利用仿真來優(yōu)化產品設計,從而在設計階段就可以對零件甚至整機進行可制造性分析,包括加工工藝分析、熱力學分析、動力學以及運動學分析等。主要解決"設計出來的產品是什么樣"的問題,以便對產品各方面性能進行仿真與評估;

2).以生產為核心的虛擬制造。以生產為核心的虛擬制造將仿真技術溶人生產過程模型,以此來評估和優(yōu)化生產過程,以低費用快速評價不同的工藝方案、資源需求計劃、生產計劃等。主要解決"這樣組織生產是否合理"的問題,以便對生產過程進行仿真,對各個生產計劃進行評估;

3).以控制為核心的虛擬制造。以控制為核心的虛擬制造將仿真技術加到控制模型和實際處理中,實現基于仿真的最優(yōu)控制。充分利用計算機的強大功能將傳統(tǒng)的各種控制儀表、檢測儀表的功能數字化,對生產線的優(yōu)化等生產組織和管理活動進行仿真。主要解決"如何去控制"的問題。

2 虛擬制造的特點

與實際制造相比,虛擬制造具有其本身的特點:

1).虛擬性。虛擬制造不是真實的制造過程,不生產實際的產品、不消耗真實的材料與能源,是通過數字化手段來對真實制造過程進行動態(tài)模擬以實現制造的本質過程;

2).基于數字化模型的集成。虛擬制造過程依賴于模型,涉及到的模型有產品模型、過程模型、活動模型和資源模型。通過這些數字化模型在計算機上的集成,實現對產品的設計、制造、測試、裝配等操作,而不再做對傳統(tǒng)的原型樣機的反復修改;

3).支持敏捷制造。由于整個過程的信息存儲在計算機內,能夠根據用戶需求或市場的變化快速改型設計,快速投人生產,能夠大幅度壓縮開發(fā)新產品的時間、提高質量、降低成本;

4).分布合作。借助于計算機網絡,虛擬制造可使分不在不同地點、不同部門的不同專業(yè)人員對同一個產品模型同時工作,相互交流,實現信息共享,減少大量文檔生成及其傳遞的時間和誤差,從而使產品開發(fā)更快捷、優(yōu)質、低耗地響應市場變化;

5).仿真結果的高可信度。虛擬制造就是通過模型的驗證、效驗等仿真技術來檢測設計出的產品或制訂出的生產規(guī)劃,使得產品開發(fā)或生產組織一次成功,所以它能真實地反應實際對象。

發(fā)布:2007-04-21 10:57    編輯:泛普軟件 · xiaona    [打印此頁]    [關閉]
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