当虚拟制造技术与数字化工厂

虚拟制造技术与数字化工厂

随着全球化竞争的加剧，为了缩短产品的上市时间，在八十年代相继提出了FMS、CIMS、CE等新的概念，对它们的研究与应用，提高了产品的质量和生产效率。随着络和生产技术的发展，在九十年代提出了敏捷制造(AM)、精良制造(LM)、分布式制造(DM)和虚拟企业(VE)等新的研究领域，在这种情况下，产生了虚拟制造VM（Virtual如机械性能Manufacturing）。虚拟制造建立了计算机化的制造活动这样一个关键概念，它概括了对真实制造世界的对象和活动的建模与仿真研究的各个方面。虚拟制造的基础是用计算机支持的技术对所有必要的制造活动进行彻底的建模与仿真，包括设计、仿真、优化、测试、工艺、分析等。本文详细地讨论了VM的定义、VM的流派、VM与其他相关技术的关系以及VM在数字化工厂中的实现与应用。

1．虚拟制造的定义

在LawrenceAssociates的VirtualManufacturingUserWorkshop报告中，VM被定义为：它是一个集成的、综合的可运行制造环境，用来提高各个层次的决策和控制。各部分的语义说明如下：

综合：指真实的和仿真的对象、活动和过程的混合状态。

环境：通过协同地提供分析工具、仿真工具、应用工具、控制工具、模型（产品、过程和资源）、设备以及组织方法的集合，用以支持构造和使用分布式制造仿真。

运行：用环境来构造和操作特定的制造仿真。

提高：增加它的精度和可靠性。

层次：是指从产品的概念设计到回收利用、从车间到执行位置、从物质的转换到信息的传递等各个方面。

决策：是指改变（可视化、组织、定义和选择）后的影响。

控制：预测效果的真实性。

VM必须与特定用户的要求相联系，因此，VM不可能只有一种定义，对于每一个人来说，VM并不是完全相同的，所以需要了解它与其他相关概念的区别。因此，为了更好地解释VM，下面对VM的内涵进行说明：

通过基于建模的途径和利用仿真，VM主要是为了提高加工过程的质量。

VM最重要的作用是为实施IPPD(IntegratedProductProcessDevelopment)提供一个工具，特别是用于预测产品成本和控制功能。

VM的基本目的是基于计算机模拟产品的开发环境，使得设计者在真正的加工之前就能够模拟地制造产品。这里的"产品开发"包括了与产品相关的所有活动，不仅包括技术上的和商业上的，而且包含了产品的设计和生产。

VM是基于模型的制造，使用的工具反过来影响这些模型。最初始的工具是仿真，利用仿真可以降低制造成本，而且可以检查真实空间和虚拟空间的许多参数。

从全局的观点来讲，在IPPD环境下，通过在计算机中完成"制造"，VM提供了对部分或全部设计过程的评价方法。

VM不是孤立的解决方案、结构或数据库，它是许多小的、相对独立的工具集合，这些工具都利用了建模和仿真技术。

2．VM的流派

VM的研究都与特定的应用环境和对象相联系，在V燃烧时释放的热量也是很少的M的研究过程中，由于应用对象的不同，各有不同的侧重点，因此出现了三个不同的流派即以设计为中心的VM、以生产为中心的VM和以控制为中心的VM。

2.1以设计为中心的VM

以设计为中心的VM是通过增加制造信息到IPPD的过程和在计算机中进行"制造"，仿真多种制造方案和产生许多"软"的模型。因此它的短期目标是：为了达到特殊的制造目的(例如为了装配进行设计、精良操作或柔性等)，VM用以制造为基础的仿真来优化产品的设计和生产过程。它的长期目标为：VM在不同的层次上用仿真过程来评估生产情况，并且反馈给设计和生产控制。

2.2以生产为中心的VM

以生产为中心的VM是通过增加仿真能力到生产过程模型，达到方便和快捷地评价多种加工过程的目的。它的短期目标是：VM是基于生产的IPPD的转换，用以优化制造过程和物理层。它的长期目标是：为了实现新工艺和流程的更高的可信度，VM是增加生产仿真到其它集成和分析让其1直以来颇受质疑技术。

2.3以控制为中心的VM

以控制为中心的VM是通过增试样原理图加仿真到控制模型和实际的生产过程，实现优化的真实仿真。

2.4三类VM之间的关系

虽然三种VM的定义不相同，但是它们都涉及到虚拟产品生命周期中不同的方面，因此，它们具有下面的特点：

以设计为中心的VM为设计者提供了设计产品和评估可制造性的环境，它的结果包括