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虚拟制造在制造企业中的应用研究

论文编号:lw200703182257288483 所属栏目:企业管理论文 发布日期:2018年02月13日 论文作者:无忧论文网
虚拟制造在制造企业中的应用研究

摘  要

信息技术和计算机技术的飞速发展为制造业带来了一系列变革,它们与传统的制造技术相结合就产生了许多先进的制造技术。随着虚拟现实技术在制造业的渗透,虚拟制造应运而生。虚拟制造涉及到多个学科领域,是对这些领域知识的综合集成与应用,其核心与关键技术是计算机仿真、建模和优化。虚拟制造是新产品及其制造系统开发的一种全新的理念和方法,是现代科学技术和生产技术发展的必然结果,是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。实践证明它是开发新产品行之有效的手段之一。
本文探讨了虚拟制造的内涵、理论体系、关键技术,建立了面向企业全面集成的虚拟制造系统和虚拟企业的框架体系,在此基础上结合产品全性能树,建立了产品性能分析评价的指标体系。本文对中国石化集团宁波工程有限公司机械制造厂实施虚拟制造的动因、内涵和效果进行了实证分析,指出虚拟制造的实质是价值链的重构,并以中国石化集团宁波工程有限公司机械制造厂为例证,进一步探讨了虚拟制造对中国制造业的推动作用,通过对虚拟制造支持条件的分析,认为虚拟制造是中国制造业发展可供选择的现实途径。

关键词:虚拟制造;综合评判

Abstract
The fast-speed developments of information technology and computer science lead to ceaseless changes in the field of manufacturing. A series of advanced manufacturing technology were produced when they were combined with conventional technologies. With the application of virtual reality technology in manufacturing, Virtual manufacturing (VM) was come into being. VM was a comprehensive system technology which was composed of multiple subjects. The main technology of VM was simulation, modeling and optimizing. VM is a kind of philosophy and method that was applied to develop new product and manufacturing system; It is the inevitable consequences of the development trend of modern scientific of various modern manufacturing techniques and system development. It has been proved that VM is one of the effective methods designing new products.
The performance analysis of virtual production is proposed in this paper after the meaning, the theory system and the main technology of VM were introduced and the frame structure of virtual manufacturing system and virtual enterprise were established which was based on the comprehensive integration of enterprise. Using of comprehensive performance tree carried out the primary performance analysis of virtual product, then the performance analysis system of virtual product was established. Fuzzy synthesis judgment was used to analyses and evaluates the performance of virtual product. It makes the final purpose of VM was actualized.

Keywords: Virtual manufacturing; Integration Judgment

第一章  绪论


制造业是国民经济的基础产业,它的发展直接影响到国民经济其它部门的发展,也影响到国计民生和国防力量的加强。因此,各国都把制造业的发展放在首要位置[1]。在当今世纪之交,从全球范围来看,一个更加激烈的竞争环境正在形成,消费者的价值观正在发生结构性的变化。21世纪的制造业要适应市场需求,面临着许多挑战,诸如:①信息时代的挑战;②有限的资源与日益增长的环保压力的挑战;③制造全球化和贸易自由化的挑战;④消费观念变革的挑战[2]。21世纪制造业追求“更快、更净、更精”,将采用灵快、精简、柔性的生产系统。随着计算机技术、信息技术、自动化技术在制造业中的广泛应用,它们与传统制造技术相结合而形成的先进制造技术发展迅速、应用越来越广泛,其重要性也愈来愈为社会和公众认可。新时代的机械工业领域将发生一系列重大的变化,机械工业的全球化、柔性化、网络化、虚拟化已成为发展的重要特征[3]。
1.1 虚拟制造的产生
   随着社会的进步和人民生活水平的日益提高,传统的批量、大规模、长周期的生产模式正面临着多样化、个性化需求的挑战,全球制造业之间的竞争越来越激烈。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求,企业的生产活动必须具有高度的柔性、敏捷性。为了提高竞争力,企业应该能够对市场需求的变化作出快速敏捷的反应,并及时对自身的生产结构作出合理的调整与重新规划。为此,各制造业不得不将许多新兴技术引入到设计和制造领域中来,产生了许多新的制造技术和制造系统,如柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、智能制造系统(IMS)等。然而,这些系统仍然存在着一些问题,如:
    (1)制造系统投资较大、周期长,在系统正式建立与运行之前难以对这些系统建立后所取的效益及风险进行确实有效的评估;
(2)无法在投入大量人力及经费之前就确定一个新产品的开发价值及对投产后所取得的效益及风险进行确实有效的评估;
(3)不能在产品设计开发的各个阶段把握产品制造过程各个阶段的实况,不能确实有效地协调设计与制造各阶段的关系以寻求企业整体全局最优效益;
(4)难以实现包括信息集成、技术集成、资源集成、智能集成、串并行工作机制集成、人机集成等在内的制造企业多方面的集成,从而实现分布式智能协同求解,以达到全局最优的目的。
随着计算机网络和虚拟现实等先进技术的出现,虚拟制造(Virtual Manufacturing,VM)应运而生。虚拟制造是制造业迎接新世纪挑战的有效手段,有助于解决目前存在的以上一些问题。它的诞生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果,是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。
1.2 虚拟制造的概念及特点
1.2.1 虚拟制造的概念
对于虚拟制造,自从它产生以来人们就力图给它一个确切的定义。但虚拟制造涉及的范围十分广泛,具有丰富的内涵,且还处于不断的探索之中。不同领域的研究人员研究的出发点、侧重点以及应用场合不同,导致对虚拟制造各种不同的理解。因此,对虚拟制造目前尚无统一权威的定义,许多学者从不同角度对虚拟制造给出了各种不同的描述。
Kimura等将虚拟制造定义为现实制造系统在虚拟环境下的映射,是通过对制造知识进行系统化组织与分析,对整个制造过程建模,在计算机上进行设计评估和制造活动仿真,他们强调通过用虚拟制造模型对制造全过程进行描述,在实际的物理制造之前就具有了对产品性能及其可制造性的预测能力[4]。美国Wright空军实验室的定义是:虚拟制造是仿真、建模与分析技术及工具的综合应用,以增强各层制造设计和生产决策与控制。Chetan、Shkla等将虚拟制造定义为一个正在发展中的研究领域,其目的是通过虚拟现实技术将各种与制造有关的技术集成起来[5]。Hitchcock等将其定义为一个用于提高制造企业内各级决策和控制能力的集成的、虚拟的制造环境。
从这些定义可以看出,虚拟制造涉及到多个学科领域,是对这些领域知识的综合集成与应用。其本质是计算机支持的仿真技术为前提,以软件技术为支撑,借助于高性能的硬件,在计算机局域/广域网络上,对制造环境和制造过程的各个环节(包括产品的设计、加工、装配,乃至企业的生产、组织、管理与调度)进行统一建模,形成一个可运行的虚拟制造环境,在产品设计阶段或产品制造之前,就能实时、并行地模拟出产品未来制造全过程乃至产品全生命周期的各种活动,预测、评价产品性能和可制造性,及时发现、解决各环节可能存在的问题,从而更有效、更经济、更灵活地组织生产,使工厂和车间的资源得到合理配置,使生产布局更合理、更有效,以达到产品开发周期和成本的最优化、生产效率最高化的目的。
虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统模式,从而更加有效地、经济地、柔性
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