虛擬制造體系結(jié)構(gòu)及環(huán)境
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從產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程來看，“虛擬制造”應(yīng)包括產(chǎn)品的“可制造性”、“可生產(chǎn)性”和“可合作性”。的支持”所謂“可制造性”系指所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品(包括零件、部件和整機(jī))的可加工性(鑄造、沖壓、焊接、切削等)和可裝配性；而“可生產(chǎn)性”系指在企業(yè)已有資源(廣義資源，如：設(shè)備、人力、原材料等)的約束條件下，如何優(yōu)化
生產(chǎn)計(jì)劃和調(diào)度，以滿足市場或顧客的要求；虛到制造技術(shù)的發(fā)展，虛擬制造還應(yīng)對被喻為二十一世紀(jì)的制造模式“敏捷制造”提供支持，即為企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟(VE，Virtual Enterprise)的“可合作性”提供支持。而且，上述三個(gè)方面對一個(gè)企業(yè)來說的相互關(guān)聯(lián)的，應(yīng)該形成一個(gè)集成的環(huán)境。因此，應(yīng)從三個(gè)層次，即“虛擬制造”，“虛擬生產(chǎn)”，“虛擬企業(yè)”開展產(chǎn)品全過程的虛擬制造技術(shù)及其集成的虛擬制造環(huán)境的研究，包括產(chǎn)品全信息模型、支持各層次虛擬制造的技術(shù)并開發(fā)相應(yīng)的支撐平臺、以及支持三個(gè)平臺及其集成的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(
PDM)技術(shù)。
基于上述思想，國家CIMS工程技術(shù)研究中心根據(jù)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求，正在著手建立虛擬制造研究基地。該基地建立了以下虛擬制造技術(shù)體系結(jié)構(gòu)：
(1)虛擬制造平臺
該平臺支持產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工、裝配及維修等過程，進(jìn)行可制造性(Manufacturability)分析(包括性能分析、費(fèi)用估計(jì)，工時(shí)估計(jì)等)。它是以全信息模型為基礎(chǔ)的眾多仿真分析軟件的集成，包括力學(xué)、熱力學(xué)、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)等可制造性分析，具有以下研究環(huán)境：
●基于產(chǎn)品技術(shù)復(fù)合化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與分析，除了幾何造型與特征造型等環(huán)境外，還包括運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、熱力學(xué)模型分析環(huán)境等；
●基于仿真的零部件制造設(shè)計(jì)與分析，包括工藝生成優(yōu)化、工具設(shè)計(jì)優(yōu)化、刀位軌跡優(yōu)化、控制代碼優(yōu)化等；
●基于仿真的制造過程碰撞干涉檢驗(yàn)及運(yùn)動軌跡檢驗(yàn)—虛擬加工、虛擬機(jī)器人等；
●材料加工成形仿真，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)，加工成形過程溫度場、應(yīng)力場、流動場的分析，加工工藝優(yōu)化等；
●產(chǎn)品虛擬裝配，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特征，精度特征，三維真實(shí)地模擬產(chǎn)品的裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性。
(2)虛擬生產(chǎn)平臺
該平臺將支持生產(chǎn)環(huán)境的布局設(shè)計(jì)及設(shè)備集成、產(chǎn)品遠(yuǎn)程虛擬測試、企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度的優(yōu)化，進(jìn)行可生產(chǎn)性(Produce ability)分析。
※虛擬生產(chǎn)環(huán)境布局
根據(jù)產(chǎn)品的工藝特征，生產(chǎn)場地，加工設(shè)備等信息，三維真實(shí)地模擬生產(chǎn)環(huán)境，并允許用戶交互地修改有關(guān)布局，對生產(chǎn)動態(tài)過程進(jìn)行模擬，統(tǒng)計(jì)相應(yīng)評價(jià)參數(shù)，對生產(chǎn)環(huán)境的布局進(jìn)行優(yōu)化；
※虛擬設(shè)備集成
為不同廠家制造的生產(chǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)集成提供支撐環(huán)境，對不同集成方案進(jìn)行比較；
※虛擬計(jì)劃與調(diào)度
根據(jù)產(chǎn)品的工藝特征，生產(chǎn)環(huán)境布局，模擬產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，并允許用戶以交互方式修改生產(chǎn)排程和進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，統(tǒng)計(jì)有關(guān)評價(jià)參數(shù)，以找出最滿意的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度方案。
(3)虛擬企業(yè)平臺
被預(yù)言為21世紀(jì)制造模式的敏捷制造，利用虛擬企業(yè)的形式，以實(shí)現(xiàn)勞動力、資源、資本、技術(shù)、管理和信息等的最優(yōu)配置，這給企業(yè)的運(yùn)行帶來了一系列新的技術(shù)要求。虛擬企業(yè)平臺為敏捷制造提供可合作性(Corporatability)分析支持。
※虛擬企業(yè)協(xié)同工作環(huán)境
支持異地設(shè)計(jì)、異地裝配、異地測試的環(huán)境，特別是基于廣域網(wǎng)的三維圖形的異地快速傳送、過程控制、人機(jī)交互等環(huán)境。
※虛擬企業(yè)動態(tài)組合及運(yùn)行支持環(huán)境，特別是INTERNET與INTRANET下的系統(tǒng)集成與任務(wù)協(xié)調(diào)環(huán)境。
(4)基于PDM的虛擬制造平臺集成
虛擬制造平臺應(yīng)具有統(tǒng)一的框架、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，并具有開放的體系結(jié)構(gòu)。
※支持虛擬制造的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型
提供虛擬制造環(huán)境下產(chǎn)品全局?jǐn)?shù)據(jù)模型定義的規(guī)范，多種產(chǎn)品信息(設(shè)計(jì)信息、幾何信息、加工信息、裝配信息等)的一致組織方式的研究環(huán)境。
※基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)的虛擬制造集成技術(shù)
提供在PDM環(huán)境下，“零件/部件虛擬制造平臺”、“虛擬生產(chǎn)平臺”、“虛擬企業(yè)平臺”的集成技術(shù)研究環(huán)境；
※基于PDM的
產(chǎn)品開發(fā)過程集成
提供研究PDM應(yīng)用接口技術(shù)及過程管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬制造環(huán)境下產(chǎn)品開發(fā)全生命周期的過程集成。
圖4簡要給出了該基地的框架。該虛擬制造環(huán)境分為四部分，其中虛擬制造平臺的環(huán)境分為冷加工和熱加工兩部分，熱加工部分包括支持熱加工(鑄造、沖壓)成形與分析的虛擬制造環(huán)境，為一局域網(wǎng)；冷加工部分包括支持異地協(xié)同設(shè)計(jì)的幾何造型設(shè)計(jì)與分析、切削加工及裝配的虛擬制造環(huán)境，是另一局域網(wǎng)；支持虛擬生產(chǎn)平臺、虛擬企業(yè)平臺的虛擬制造環(huán)境、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)(隱含在虛擬企業(yè)平臺中，負(fù)責(zé)上述四部分公共數(shù)據(jù)管理與維護(hù))也構(gòu)成局域網(wǎng)，三個(gè)局域網(wǎng)通過校園網(wǎng)相連，形成以PDM為中心的客戶/服務(wù)器環(huán)，傳送速度為100兆位/秒。