時(shí)間：2023-04-26 16:03:16
序論：在您撰寫虛擬制造技術(shù)論文時(shí)，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導(dǎo)您走向新的創(chuàng)作高度。
【關(guān)鍵詞】信息化；虛擬制造；虛擬企業(yè)
為把我國建成不僅是新的世界制造中心，而且是廣泛應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的制造強(qiáng)國，國家對制造企業(yè)提出了宏偉目標(biāo)，即要求國內(nèi)骨干企業(yè)盡快著手信息化工作，2010年到2015年大中型企業(yè)要達(dá)到國際先進(jìn)的信息化制造水平。實(shí)際上，信息化不僅是政策的約束，更是市場的驅(qū)使，隨著市場經(jīng)濟(jì)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。
一、信息化制造與虛擬技術(shù)
什么才是信息化制造？信息化制造是以虛擬制造和大規(guī)模定制生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的，只有基本上實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)制造和流通以至產(chǎn)品全生命周期的信息化，才算真正完成信息化工作，在此基礎(chǔ)上的先進(jìn)制造模式和信息化內(nèi)容才能叫做信息化制造。
隨著計(jì)算機(jī)、自動化及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用，信息技術(shù)對制造技術(shù)發(fā)展的作用目前已占到第一位。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。信息技術(shù)使現(xiàn)代制造的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。信息技術(shù)也促進(jìn)著設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術(shù)的柔性化、智能化，整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。
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。為了提高競爭能力，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌鲂枨蟮淖兓龀隹焖倜艚莸姆磻?yīng)，并及時(shí)地對自身的生產(chǎn)做出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃。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。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持。
基于這些因素，概念設(shè)計(jì)、并行工程、智能制造、敏捷制造等多種有關(guān)先進(jìn)制造技術(shù)的新思想、新概念相繼誕生。虛擬制造（VirtualManufacture）就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式。在虛擬制造中，產(chǎn)品開發(fā)是基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)VPD方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅(qū)動，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征。VPD保證了產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場開拓能力。
虛擬技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用主要包括虛擬制造和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。
1．虛擬制造(VM)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)地、并行地模擬產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產(chǎn)，并使新產(chǎn)品開發(fā)一次獲得成功，目的是盡量降低產(chǎn)品的成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，快速有效地響應(yīng)瞬息萬變的市場。
虛擬制造實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支柱，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能使人體會到或感覺到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以做出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。從本質(zhì)上講虛擬制造技術(shù)是對真實(shí)制造過程的動態(tài)模擬、仿真，是在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品，經(jīng)過模擬仿真對產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、加工及裝配過程達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及工藝過程、優(yōu)化制造環(huán)境配置和生產(chǎn)供給計(jì)劃、優(yōu)化制造過程并改進(jìn)制造系統(tǒng)的目的，用來改善各個(gè)層次的決策和控制。虛擬制造從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品進(jìn)行試驗(yàn)，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化的能力。
2．虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建成為一個(gè)沒有圍墻、超越空間約束、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。虛擬企業(yè)的特點(diǎn)是企業(yè)的功能上不完整、地域上分散和組織結(jié)構(gòu)上非永久性，它是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的有效手段。由于市場的全球化，企業(yè)必須不斷創(chuàng)新產(chǎn)品及優(yōu)化制造過程，快速響應(yīng)客戶要求，才能取得競爭上的優(yōu)勢。同時(shí)，企業(yè)不可能也不必做每一件事、每一個(gè)部件和每一個(gè)制造過程，而必須尋找合適的合作伙伴。其最終目標(biāo)是利用不同地區(qū)的現(xiàn)有生產(chǎn)資源，把它們迅速組合成一種沒有界限的、靠電子手段聯(lián)系的經(jīng)營實(shí)體，以便快速推出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品。
由于國內(nèi)外市場競爭日益加劇，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快及人們對產(chǎn)品多樣化的需求增加，使得機(jī)械制造業(yè)向多品種小批量生產(chǎn)方式發(fā)展。因此，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期成為決定制造業(yè)競爭力的首要因素。而虛擬制造技術(shù)被認(rèn)為是加速新產(chǎn)品開發(fā)的有效手段，它能很好地解決制造業(yè)的TQCS難題，虛擬制造技術(shù)對制造業(yè)將是一次新的革命，它的廣泛應(yīng)用意義是深遠(yuǎn)的。
二、市場化與虛擬制造技術(shù)應(yīng)用
制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它一方面創(chuàng)造價(jià)值，生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富和新的知識，另一方面為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門包括國防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展提供先進(jìn)的手段和裝備。在我國的經(jīng)濟(jì)騰飛中，制造業(yè)功不可沒。但是，隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制向市場經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)變，我國制造企業(yè)的弊端日益顯露出來。
我國制造業(yè)目前存在的五大難題：
1．產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，水平低下，主要機(jī)械產(chǎn)品中達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)水平的不到10%；
2．生產(chǎn)集中度低，分散、重復(fù)嚴(yán)重，缺乏協(xié)作；
3．科技基礎(chǔ)薄弱，自主研發(fā)創(chuàng)新能力差；
4．企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，精密、高效、數(shù)控設(shè)備不足10%；
5．人才培養(yǎng)后繼乏力；加之企業(yè)基礎(chǔ)管理薄弱，缺乏現(xiàn)代生產(chǎn)管理意識，在市場經(jīng)濟(jì)新形勢下顯得十分被動。
虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)大量應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的時(shí)間；波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。
虛擬制造(VM)作為一種哲理、一種制造策略為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向。它可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運(yùn)作及全面最優(yōu)決策的效能和市場競爭力。實(shí)施虛擬制造可以打破傳統(tǒng)的地域、時(shí)域的限制，通過Internet實(shí)現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。通過分析設(shè)計(jì)的可制造性，利用有效的工具和加工方法來支持生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。企業(yè)不再需要投入大量的設(shè)備和儀器，從而避免了不必要的設(shè)備閑置，可充分利用其他企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備和儀器進(jìn)行生產(chǎn)，能很好地解決一些中小企業(yè)資金短缺的難題。
但在實(shí)施虛擬制造技術(shù)過程中，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但由于我國當(dāng)前正處于體制改革過程中，多種機(jī)制并行，在資金使用時(shí)較難協(xié)調(diào)，國家也難以投入重金支持虛擬制造技術(shù)研究。應(yīng)用人才短缺，企業(yè)的整體認(rèn)識不統(tǒng)一，就是現(xiàn)有的科研成果都難以推廣應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化制造任重而道遠(yuǎn)，但這些并不能阻擋它的向前發(fā)展。
三、實(shí)施虛擬制造應(yīng)采取的措施
1．高度重視和全面規(guī)劃。虛擬制造技術(shù)與其它的先進(jìn)制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，其涉及面廣、技術(shù)難度大，研究及推廣應(yīng)用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應(yīng)從宏觀上加強(qiáng)對虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，同時(shí)要使虛擬制造技術(shù)與各種先進(jìn)制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展。
2．加強(qiáng)人才培養(yǎng)和培訓(xùn)工作。人是先進(jìn)制造的主體，沒有高素質(zhì)的人的參與，再好的技術(shù)也發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。因此，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)有人本思維，采用人機(jī)一體的技術(shù)路線。企業(yè)在培養(yǎng)和引進(jìn)高層次、高質(zhì)量研究型、管理型和開發(fā)應(yīng)用型人才的同時(shí)，大力普及CAD/CAM技術(shù)，及時(shí)推行精益生產(chǎn)、并行工程等思想和技術(shù)，全面提高企業(yè)員工的技術(shù)素質(zhì)。企業(yè)與高校應(yīng)探索人才的聯(lián)合培養(yǎng)新模式，不斷增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力。
3．加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)，其中建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等是實(shí)施虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)。我國科研力量分散，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，重點(diǎn)投資與自身發(fā)展有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的研究，進(jìn)行研發(fā)和推廣是一條值得深入探索的道路。
4．從企業(yè)實(shí)際出發(fā)，分階段實(shí)施。企業(yè)要實(shí)現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)分階段逐步實(shí)行，要做好全面扎實(shí)的基礎(chǔ)工作，應(yīng)加強(qiáng)CAD/CAPP/CAM/NC/FMC/CAE技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，在全面實(shí)施并行工程的基礎(chǔ)上實(shí)施虛擬制造。
為了便于學(xué)生更好地認(rèn)識和理解虛擬制造技術(shù)，課程教學(xué)中必須結(jié)合實(shí)踐教學(xué)。因此結(jié)合學(xué)校的成形磨齒機(jī)床進(jìn)行教學(xué)，向?qū)W生講解磨齒機(jī)的工作性能和用途，齒輪的磨削加工方法，以及成形磨齒法和展成磨齒法的區(qū)別，大大加深了學(xué)生對該門課程內(nèi)容的理解。在實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書自己操作成形磨齒實(shí)驗(yàn)臺，對齒輪進(jìn)行磨削加工，學(xué)生能直觀地觀察到整個(gè)過程，加工過程中出現(xiàn)的任何問題，都能便利地隨時(shí)進(jìn)行觀察檢測，從現(xiàn)場的上課情況看出，這個(gè)過程加深了學(xué)生對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識和理解，有利于對其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。使學(xué)生對磨齒機(jī)的相關(guān)知識有一定的了解，對學(xué)生以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)以及金工實(shí)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在課程中，應(yīng)用虛擬制造技術(shù)用軟件進(jìn)行高階復(fù)雜修形齒面計(jì)算、砂輪截形優(yōu)化、三維磨削過程可視化、基于KBE技術(shù)的齒輪工藝參數(shù)智能化管理等技術(shù)難題，并在齒輪動態(tài)性能預(yù)測及噪聲控制軟件部分實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，軟件可實(shí)現(xiàn)齒輪噪音對比預(yù)測，并能優(yōu)化齒輪參數(shù)，從而達(dá)到降低齒輪運(yùn)行時(shí)振動噪聲的目的，此技術(shù)大大縮短了齒輪加工工藝調(diào)整周期，并具有較好的可視化功能，得到了用戶一致青睞。通過此教學(xué)過程，拓寬了學(xué)生的視野，學(xué)習(xí)到了更多的虛擬制造技術(shù)的知識。
為了改善傳統(tǒng)的教學(xué)方法，我們在課程中采用了啟發(fā)式教學(xué)、互動式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)就是通過在教材的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)處創(chuàng)設(shè)一種問題情境，以引起學(xué)生的興趣和注意，并作適當(dāng)啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鼓勵學(xué)生主動地、獨(dú)立地分析問題和解決問題。在成形磨齒實(shí)踐教學(xué)中，通過學(xué)生學(xué)過的知識進(jìn)行引導(dǎo)，比如從學(xué)習(xí)過的車床、銑床等切入，進(jìn)行類比講解，使沒有接觸過磨齒機(jī)的學(xué)生對此有一定的了解，介紹磨齒機(jī)發(fā)展史中的一些實(shí)例，讓學(xué)生了解到相關(guān)知識背景，啟發(fā)學(xué)生的興趣，激發(fā)了學(xué)生的求知欲。在互動式教學(xué)中，老師提出問題，然后把班級同學(xué)分成幾組，先由小組進(jìn)行討論和查閱資料，然后再進(jìn)行匯報(bào)，這樣可以開闊學(xué)生的思路，有助于學(xué)生自己解決問題，學(xué)生能更多參與課堂教學(xué)中，有利于學(xué)生潛能的開發(fā)，綜合素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2總結(jié)
[關(guān)鍵詞]信息化；虛擬制造；虛擬企業(yè)
為把我國建成不僅是新的世界制造中心，而且是廣泛應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的制造強(qiáng)國，國家對制造企業(yè)提出了宏偉目標(biāo)，即要求國內(nèi)骨干企業(yè)盡快著手信息化工作，2010年到2015年大中型企業(yè)要達(dá)到國際先進(jìn)的信息化制造水平。實(shí)際上，信息化不僅是政策的約束，更是市場的驅(qū)使，隨著市場經(jīng)濟(jì)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。
一、信息化制造與虛擬技術(shù)
什么才是信息化制造？信息化制造是以虛擬制造和大規(guī)模定制生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的，只有基本上實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)制造和流通以至產(chǎn)品全生命周期的信息化，才算真正完成信息化工作，在此基礎(chǔ)上的先進(jìn)制造模式和信息化內(nèi)容才能叫做信息化制造。
隨著計(jì)算機(jī)、自動化及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用，信息技術(shù)對制造技術(shù)發(fā)展的作用目前已占到第一位。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。信息技術(shù)使現(xiàn)代制造的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。信息技術(shù)也促進(jìn)著設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術(shù)的柔性化、智能化，整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。
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。為了提高競爭能力，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌鲂枨蟮淖兓龀隹焖倜艚莸姆磻?yīng)，并及時(shí)地對自身的生產(chǎn)做出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃。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。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持。
基于這些因素，概念設(shè)計(jì)、并行工程、智能制造、敏捷制造等多種有關(guān)先進(jìn)制造技術(shù)的新思想、新概念相繼誕生。虛擬制造（VirtualManufacture）就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式。在虛擬制造中，產(chǎn)品開發(fā)是基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)VPD方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅(qū)動，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征。VPD保證了產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場開拓能力。
虛擬技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用主要包括虛擬制造和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。
1．虛擬制造(VM)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)地、并行地模擬產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產(chǎn)，并使新產(chǎn)品開發(fā)一次獲得成功，目的是盡量降低產(chǎn)品的成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，快速有效地響應(yīng)瞬息萬變的市場。
虛擬制造實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支柱，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能使人體會到或感覺到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以做出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。從本質(zhì)上講虛擬制造技術(shù)是對真實(shí)制造過程的動態(tài)模擬、仿真，是在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品，經(jīng)過模擬仿真對產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、加工及裝配過程達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及工藝過程、優(yōu)化制造環(huán)境配置和生產(chǎn)供給計(jì)劃、優(yōu)化制造過程并改進(jìn)制造系統(tǒng)的目的，用來改善各個(gè)層次的決策和控制。虛擬制造從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品進(jìn)行試驗(yàn)，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化的能力。
2．虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建成為一個(gè)沒有圍墻、超越空間約束、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。虛擬企業(yè)的特點(diǎn)是企業(yè)的功能上不完整、地域上分散和組織結(jié)構(gòu)上非永久性，它是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的有效手段。由于市場的全球化，企業(yè)必須不斷創(chuàng)新產(chǎn)品及優(yōu)化制造過程，快速響應(yīng)客戶要求，才能取得競爭上的優(yōu)勢。同時(shí)，企業(yè)不可能也不必做每一件事、每一個(gè)部件和每一個(gè)制造過程，而必須尋找合適的合作伙伴。其最終目標(biāo)是利用不同地區(qū)的現(xiàn)有生產(chǎn)資源，把它們迅速組合成一種沒有界限的、靠電子手段聯(lián)系的經(jīng)營實(shí)體，以便快速推出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品。
由于國內(nèi)外市場競爭日益加劇，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快及人們對產(chǎn)品多樣化的需求增加，使得機(jī)械制造業(yè)向多品種小批量生產(chǎn)方式發(fā)展。因此，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期成為決定制造業(yè)競爭力的首要因素。而虛擬制造技術(shù)被認(rèn)為是加速新產(chǎn)品開發(fā)的有效手段，它能很好地解決制造業(yè)的TQCS難題，虛擬制造技術(shù)對制造業(yè)將是一次新的革命，它的廣泛應(yīng)用意義是深遠(yuǎn)的。
二、市場化與虛擬制造技術(shù)應(yīng)用
制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它一方面創(chuàng)造價(jià)值，生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富和新的知識，另一方面為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門包括國防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展提供先進(jìn)的手段和裝備。在我國的經(jīng)濟(jì)騰飛中，制造業(yè)功不可沒。但是，隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制向市場經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)變，我國制造企業(yè)的弊端日益顯露出來。
我國制造業(yè)目前存在的五大難題：
1．產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，水平低下，主要機(jī)械產(chǎn)品中達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)水平的不到10%；
2．生產(chǎn)集中度低，分散、重復(fù)嚴(yán)重，缺乏協(xié)作；
3．科技基礎(chǔ)薄弱，自主研發(fā)創(chuàng)新能力差；
4．企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，精密、高效、數(shù)控設(shè)備不足10%；
5．人才培養(yǎng)后繼乏力；加之企業(yè)基礎(chǔ)管理薄弱，缺乏現(xiàn)代生產(chǎn)管理意識，在市場經(jīng)濟(jì)新形勢下顯得十分被動。
虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)大量應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的時(shí)間；波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。
虛擬制造(VM)作為一種哲理、一種制造策略為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向。它可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運(yùn)作及全面最優(yōu)決策的效能和市場競爭力。實(shí)施虛擬制造可以打破傳統(tǒng)的地域、時(shí)域的限制，通過Internet實(shí)現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化。通過分析設(shè)計(jì)的可制造性，利用有效的工具和加工方法來支持生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。企業(yè)不再需要投入大量的設(shè)備和儀器，從而避免了不必要的設(shè)備閑置，可充分利用其他企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備和儀器進(jìn)行生產(chǎn)，能很好地解決一些中小企業(yè)資金短缺的難題。
但在實(shí)施虛擬制造技術(shù)過程中，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但由于我國當(dāng)前正處于體制改革過程中，多種機(jī)制并行，在資金使用時(shí)較難協(xié)調(diào)，國家也難以投入重金支持虛擬制造技術(shù)研究。應(yīng)用人才短缺，企業(yè)的整體認(rèn)識不統(tǒng)一，就是現(xiàn)有的科研成果都難以推廣應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化制造任重而道遠(yuǎn)，但這些并不能阻擋它的向前發(fā)展。
三、實(shí)施虛擬制造應(yīng)采取的措施
1．高度重視和全面規(guī)劃。虛擬制造技術(shù)與其它的先進(jìn)制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，其涉及面廣、技術(shù)難度大，研究及推廣應(yīng)用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應(yīng)從宏觀上加強(qiáng)對虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，同時(shí)要使虛擬制造技術(shù)與各種先進(jìn)制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展。超級秘書網(wǎng)
2．加強(qiáng)人才培養(yǎng)和培訓(xùn)工作。人是先進(jìn)制造的主體，沒有高素質(zhì)的人的參與，再好的技術(shù)也發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。因此，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)有人本思維，采用人機(jī)一體的技術(shù)路線。企業(yè)在培養(yǎng)和引進(jìn)高層次、高質(zhì)量研究型、管理型和開發(fā)應(yīng)用型人才的同時(shí)，大力普及CAD/CAM技術(shù)，及時(shí)推行精益生產(chǎn)、并行工程等思想和技術(shù)，全面提高企業(yè)員工的技術(shù)素質(zhì)。企業(yè)與高校應(yīng)探索人才的聯(lián)合培養(yǎng)新模式，不斷增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力。
3．加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)，其中建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等是實(shí)施虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)。我國科研力量分散，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，重點(diǎn)投資與自身發(fā)展有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的研究，進(jìn)行研發(fā)和推廣是一條值得深入探索的道路。
4．從企業(yè)實(shí)際出發(fā)，分階段實(shí)施。企業(yè)要實(shí)現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)分階段逐步實(shí)行，要做好全面扎實(shí)的基礎(chǔ)工作，應(yīng)加強(qiáng)CAD/CAPP/CAM/NC/FMC/CAE技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，在全面實(shí)施并行工程的基礎(chǔ)上實(shí)施虛擬制造。
關(guān)鍵詞：虛擬制造；表面組裝技術(shù)SMT；可視化仿真
中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.025
The SMT Virtual Manufacturing Training System
PENG Zhi-cong1, LoNG Xu-ming2 Huang Ho2 Dan Mington2 Cui Xiaolu2
(1.Guangdong Electronic Academy, Guangzhou 510055, China; Southwest Jiatong University, Chengdu 610031, China)
【Abstract】 This paper discusses the advance SMT Virtual Manufacturing Training System. The SMT Manufacturing is visual simulated in a computer. the PCB design, the SMT technology, the editting of equipment soft and the visual simulation of SMT equipment are integrated by the system.
【Key words】Virtual Manufacturing; Surface Mounting Technology; Visualization Simulation
1 SMT虛擬制造
1.1 虛擬制造
虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM）是實(shí)際制造在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，通過三維模型及動畫或虛擬現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)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。虛擬制造是對已有或未來的制造活動進(jìn)行仿真，它基本上不消耗現(xiàn)實(shí)物質(zhì)資源，所進(jìn)行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。
VM技術(shù)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的新興學(xué)科領(lǐng)域，其中涉及到計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、動態(tài)數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、工廠的建模與仿真技術(shù)、并行工程等領(lǐng)域，如圖1所示。從提出到現(xiàn)在的幾十年間，VM技術(shù)的研究取得了很多成果。在國外，VM單一目標(biāo)技術(shù)和系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用于幾十家頂級的汽車制造、航空、重工業(yè)和消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)公司的某些部門，而且已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用，表明了VM技術(shù)的潛力。
在國內(nèi)，虛擬制造技術(shù)方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數(shù)是在原先的CAD/CAE/CAM和仿真等基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目前主要集中在虛擬制造技術(shù)的理論研究和實(shí)施技術(shù)準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)地研究尚處于國外虛擬制造技術(shù)的消化和國內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上。清華大學(xué)CIMS工程研究中心虛擬制造研究室是國內(nèi)最早開展虛擬制造研究的機(jī)構(gòu)之一，主要進(jìn)行了虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬機(jī)床、虛擬汽車訓(xùn)練系統(tǒng)等方面的研究；浙江大學(xué)進(jìn)行了分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、VR工作臺、虛擬產(chǎn)品裝配等研究；西安交大和北航進(jìn)行了遠(yuǎn)程智能協(xié)同設(shè)計(jì)研究；西北工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了虛擬樣機(jī)的研究。國內(nèi)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、仿真技術(shù)、信息技術(shù)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等單元技術(shù)方面的研究都很活躍，但研究的進(jìn)展和研究的深度還屬于初期階段，與國際的研究水平尚有很大的差距。我國的研究多集中于高等院校和少量的研究所，企業(yè)和公司介入的較少。
圖1 虛擬制造
Fig.1 Virtual Manufacturing
1.2 SMT虛擬制造系統(tǒng)
在微電子組裝和制造業(yè)，元器件不斷的向微型化和密集化方向發(fā)展。表面貼裝技術(shù)（Surface Mounting Technology，SMT）是應(yīng)用最為廣泛的新一代的電子組裝技術(shù)，它直接將元件無導(dǎo)線的貼裝在PCB基板上，取代了傳統(tǒng)的插孔元件安裝、導(dǎo)線連接。表面貼裝技術(shù)可以使元器件體積更小、安裝密度更大、提高可靠性和生產(chǎn)自動化程度。貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。
在電子產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式中，設(shè)計(jì)一般是由設(shè)計(jì)工程師在計(jì)算機(jī)上利用多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來完成，生產(chǎn)制造則在各種數(shù)控設(shè)備(如貼裝機(jī)等)上完成。每一種產(chǎn)品在加工之前，制造工程師首先必須對數(shù)控設(shè)備編程并反復(fù)試驗(yàn)，以確保操作規(guī)程的可行性和正確性，然后進(jìn)行試生產(chǎn)，反復(fù)修改直到最后定型，再投入實(shí)際的批量生產(chǎn)。生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間很長，投入資金很大。事實(shí)上，SMT生產(chǎn)線中數(shù)控設(shè)備編程所需的大多數(shù)數(shù)據(jù)完全可以從CAD系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)文件中獲取，例如元件在PCB上的坐標(biāo)位置、角度、物理特征參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)量很大，也比較零亂，有些特征數(shù)據(jù)是不同數(shù)控設(shè)備都需要的，如貼裝機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、在線測試設(shè)備均需要元件在PCB上的坐標(biāo)位置，而實(shí)際中設(shè)計(jì)部門和制造部門卻很少相互了解需求，許多信息不能共享，在企業(yè)間往往形成了兩個(gè)“自動化孤島”。隨著市場競爭的加劇，產(chǎn)品交貨周期必須縮短，生產(chǎn)成本必須控制，因此迫切需要在這兩個(gè)“孤島”間建立聯(lián)系，虛擬制造被認(rèn)為是其最好的解決方案。
2000年之后一部分高校開始在電子實(shí)踐教學(xué)中增加SMT教學(xué)內(nèi)容，大部分專職院校設(shè)立SMT電子制造工程專業(yè)，但無實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件，即使己購買SMT生產(chǎn)線的，也無資金或產(chǎn)品開動生產(chǎn)線。SMT虛擬制造系統(tǒng)中關(guān)健設(shè)備的虛擬樣機(jī)，便于教學(xué)，同時(shí)便于企業(yè)員工職業(yè)培訓(xùn)。
SMT虛擬制造系統(tǒng)就是在計(jì)算機(jī)支持下，以仿真技術(shù)為前提，建立功能強(qiáng)大的虛擬制造環(huán)境，對PCB設(shè)計(jì)、組裝等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建模。在PCB設(shè)計(jì)階段或組裝之前，就能實(shí)時(shí)、并行地模擬出其未來組裝全過程及對設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測PCB組裝的性能、成本和可制造性，從而有助于更有效、更經(jīng)濟(jì)靈活地組織生產(chǎn)，使工廠和車間的資源得到合理配置，使生產(chǎn)布局更合理、更有效，以達(dá)到開發(fā)周期和成本的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化之目的。
2 SMT虛擬制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)
采用虛擬制造技術(shù)，開發(fā)出“先進(jìn)電子SMT虛擬制造系統(tǒng)SMT-VM2011”，在電子SMT設(shè)計(jì)和制造“孤島”間建立聯(lián)系，將PCB設(shè)計(jì)、SMT生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)、關(guān)健SMT設(shè)備編程、加工過程可視化仿真和可制造性評價(jià)系統(tǒng)集成，在計(jì)算機(jī)上以直觀、生動、精確的方式模擬出先進(jìn)電子SMT制造技術(shù)。
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)組裝對象不同，SMT有多種工藝流程，一般單面組裝的典型工藝流程為：上料涂布(上焊膏或點(diǎn)膠)貼片再流焊清洗測試下料。SMT生產(chǎn)線如圖2所示，主要由自動上板機(jī)、自動絲網(wǎng)印刷機(jī)或自動點(diǎn)膠機(jī)、自動貼片(裝)機(jī)、自動焊接爐、自動清洗機(jī)、在線測試機(jī)和AOI測試機(jī)、自動下板機(jī)等自動化組裝和測試設(shè)備組成。
圖2 SMT生產(chǎn)線
Fig.2 SMT Production Line
2.1.1系統(tǒng)組成
SMT虛擬制造系統(tǒng)組成如圖3所示，主界面如圖4所示，將兩個(gè)“孤島” ――SMT設(shè)計(jì)和制造集成, 主要包括:
圖3 SMT虛擬制造系統(tǒng)組成
Fig.3 SMT VM System
圖4 主界面
Fig.4 Main window
1）PCB設(shè)計(jì)虛擬制造系統(tǒng)
2）SMT生產(chǎn)線工藝流程設(shè)計(jì)
3）關(guān)健SMT設(shè)備虛擬編程，主要包括：絲網(wǎng)印刷機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰焊、AOI測試機(jī)。
4）關(guān)健SMT設(shè)備加工過程可視化仿真，主要包括：絲網(wǎng)印刷機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰焊、AOI測試機(jī)。
5）可制造性評價(jià)
（1）電子產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)與制造
根椐用戶設(shè)計(jì)的EDA（Protel、Mentor、OrCAD…）電路PCB文件，自動檢測出用戶設(shè)計(jì)的EDA電路的錯誤；
能3D可視化直觀顯示EDA設(shè)計(jì)的PCB板組裝后的情況（基板、器件、焊膏、焊點(diǎn)、膠點(diǎn)），如圖5所示；
圖5 PCB設(shè)計(jì)靜態(tài)仿真Fig.5 PCB Static simulation
模擬PCB標(biāo)號Mark點(diǎn)示教和PCB貼片過程，并進(jìn)行貼片程序順序優(yōu)化；
根據(jù)所設(shè)計(jì)的PCB板的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)SMT生產(chǎn)線工藝流程和參數(shù)，3D動畫顯示SMT生產(chǎn)線工藝流程；
在PCB設(shè)計(jì)和制造“孤島”間建立聯(lián)系，在最短時(shí)間內(nèi)為EDA最優(yōu)設(shè)計(jì)提供直觀依據(jù)，效率高， 成本低。
（2）電子SMT設(shè)計(jì)與制造
SMT關(guān)鍵設(shè)備包括：絲印機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰
2.1.2 系統(tǒng)主要技術(shù)功能
SMT-VM2011系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，非常適合高校高職教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)，不僅使用戶進(jìn)一步掌握EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更使用戶掌握SMT組裝技術(shù)和各種世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。SMT-VM2011性能優(yōu)，功能強(qiáng)，交互性強(qiáng)，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。焊，件機(jī)，AOI測試機(jī)，API測試機(jī)；
讀入EDA設(shè)計(jì)的PCB文件，進(jìn)行國際市場上主流SMT機(jī)型的摸擬編程（Yamaha、Fuji、Seimens、Panasonic、MPM、DEK、GKG、Heller、EASA、ANDA、Aleader、VATA……）；
SMT關(guān)鍵設(shè)備靜態(tài)仿真，可縮放、旋轉(zhuǎn)、平移；
按照摸擬編程CAM程序，自動進(jìn)行SMT關(guān)鍵設(shè)備工作過程3D模擬仿真；
可進(jìn)行制造性分析，在3D仿真過程中對模擬編程的錯誤進(jìn)行檢測；
在SMT關(guān)鍵設(shè)備編程設(shè)計(jì)和制造之間建立聯(lián)系，將SMT關(guān)鍵設(shè)備的貼片過程在計(jì)算機(jī)上以直觀、生動、精確的方式呈現(xiàn)出來，取代傳統(tǒng)的試機(jī)過程，縮短開發(fā)周期、降低成本、提高生產(chǎn)效率。
2.2 貼片機(jī)虛擬制造系統(tǒng)
貼片機(jī)虛擬制造編程系統(tǒng)的主界面如圖6所示，自動進(jìn)行貼片機(jī)工作過程3D模擬仿真如圖7所示。貼片機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖8所示，包括：模擬編程模塊、貼片機(jī)3D仿真模塊、貼片程序優(yōu)化模塊和貼裝數(shù)據(jù)庫模塊，系統(tǒng)先對貼片機(jī)機(jī)型進(jìn)行模擬編程，讀入EDA設(shè)計(jì)文件，自動生成貼裝順序程序文件，并將數(shù)據(jù)輸入到貼裝數(shù)據(jù)庫中；再在VC++6.0環(huán)境下采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和OpenGL技術(shù)，按貼片機(jī)類型自動進(jìn)行3D機(jī)構(gòu)組裝3D仿真；最后設(shè)計(jì)生成最優(yōu)化程序。
3 SMT教學(xué)培訓(xùn)課程和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
SMT教學(xué)培訓(xùn)課程教學(xué)培訓(xùn)大綱如表2所示。
（1）電子產(chǎn)品EDA設(shè)計(jì)的PCB虛擬制造實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)20 h。
圖6 貼片機(jī)虛擬制造編程系統(tǒng)Fig.6 The placing VM system
圖7 貼片機(jī)工作過程3D模擬仿真Fig.7 The placing 3D simulation
目的：該實(shí)驗(yàn)在電子設(shè)計(jì)和制造“孤島”間建立聯(lián)系，在最短時(shí)間內(nèi)為EDA最優(yōu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)修改提供直觀依據(jù)，以達(dá)到開發(fā)周期和成本的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化之目的。不僅使學(xué)生進(jìn)一步掌握EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更使學(xué)生了解電子產(chǎn)品PCB電路板是如何制造出來的。
圖8 貼片機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)
Fig.6 The frame of placing softwere
內(nèi)容：根椐學(xué)生設(shè)計(jì)的EDA電路PCB板圖，能自動檢測出學(xué)生設(shè)計(jì)的EDA電路的錯誤，包括電路設(shè)計(jì)錯誤和可制造性錯誤，能3D可視化直觀顯示EDA設(shè)計(jì)的PCB板的布局和SMT組裝生產(chǎn)后的PCB情況；并且，模擬PCB板的SMT制造過程，設(shè)計(jì)SMT生產(chǎn)線工藝流程和參數(shù)，3D動畫顯示SMT生產(chǎn)線工藝流程。
（2）電子SMT制造生產(chǎn)線虛擬制造實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)30小時(shí)。
目的：讓學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)的EDA電路PCB板，設(shè)計(jì)SMT關(guān)鍵設(shè)備的CAM程序，并且自動3D動畫模擬所設(shè)計(jì)的CAM程序驅(qū)動的設(shè)備工作過程，能實(shí)時(shí)、并行地模擬出其未來組裝全過程及對設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測PCB組裝的性能、成本和可制造性。使學(xué)生掌握SMT組裝技術(shù)和各種世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。使學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代先進(jìn)電子大制造技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。
內(nèi)容：首先讀入EDA設(shè)計(jì)的PCB文件，進(jìn)行國際市場上主流機(jī)型的SMT關(guān)鍵設(shè)備的摸擬編程，SMT關(guān)鍵設(shè)備包括：絲印機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰焊和AOI測試機(jī)；最后按照摸擬編程CAM程序，自動進(jìn)行SMT關(guān)鍵設(shè)備機(jī)構(gòu)工作過程3D模擬仿真，并可進(jìn)行制造性分析。
（3）先進(jìn)電子制造創(chuàng)新開發(fā)實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)30小時(shí)。
目的：在“電子SMT虛擬制造系統(tǒng)SMT-VM2011” 平臺上，進(jìn)行針對個(gè)性化實(shí)驗(yàn)、SRTP（科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)）、國家創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、電子競賽、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生畢業(yè)論文等的開發(fā)實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生了解和掌握國際現(xiàn)代電子制造的軟件、控制和電子等最先進(jìn)技術(shù)。
內(nèi)容：開發(fā)世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備CAM編程軟件和3D仿真軟件、世界著名公司IC關(guān)鍵設(shè)備CAM編程軟件和3D仿真軟件、軌道交通電氣自動化虛擬制造系統(tǒng)等。
4 結(jié)論
SMT-VM2011非常適合高校高職教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)，不僅使用戶進(jìn)一步掌握EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更使用戶掌握SMT組裝技術(shù)和各種世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。SMTVM2012性能優(yōu)，功能強(qiáng)，交互性強(qiáng)，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械產(chǎn)品；機(jī)械設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)
隨著知識經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時(shí)間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行的，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中需要提前對設(shè)計(jì)中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進(jìn)行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來。如果設(shè)計(jì)的零件已經(jīng)開始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴(yán)重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費(fèi)時(shí)間比較長、耗費(fèi)的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測性市場中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時(shí)信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機(jī)械制造的先進(jìn)性，信息化的使用對于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)十分重要。
1虛擬機(jī)械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計(jì)技術(shù)性不強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念比較保守，設(shè)計(jì)的手段主要依靠的是粗略的計(jì)算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設(shè)中完成機(jī)械工程的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較大的隨意性，并且設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程還對設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計(jì)的過程很難實(shí)現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、設(shè)計(jì)過程靜態(tài)性和設(shè)計(jì)理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計(jì)精確性、以數(shù)據(jù)知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)需要對必要的信息進(jìn)行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)值運(yùn)算的方式，當(dāng)然也會對CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等進(jìn)行大量的應(yīng)用。虛擬機(jī)械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對計(jì)算機(jī)的模型進(jìn)行虛擬分析的一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機(jī)械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應(yīng)用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進(jìn)行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進(jìn)行干涉、對裝配的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢查，對零件設(shè)計(jì)中的錯誤及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計(jì)要求，可以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)方便及時(shí)更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計(jì)圖和裝配圖，達(dá)到設(shè)計(jì)、裝配和制造檢驗(yàn)的協(xié)調(diào)。
2虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵
虛擬制造技術(shù)包含了許多方面，主要有設(shè)計(jì)技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對產(chǎn)品的整個(gè)過程進(jìn)行全面的預(yù)測。在制造過程中我們將種種實(shí)體對象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)
仿真指的是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對設(shè)計(jì)結(jié)果的評價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
3機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹
虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中被稱作機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。在計(jì)算機(jī)建立樣機(jī)模型后，對模型的多種動態(tài)性能進(jìn)行具體的分析，最后對樣機(jī)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機(jī)。通過虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用，簡化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達(dá)和高等院校及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)者都對該技術(shù)進(jìn)行了引入并運(yùn)用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)
中應(yīng)用仿真技術(shù)對零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運(yùn)動性等均可以實(shí)現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢
4.1強(qiáng)大的通用性和分析處理復(fù)雜問題的能力
虛擬樣機(jī)技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運(yùn)動力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行自動建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件主要運(yùn)用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個(gè)構(gòu)件都有六個(gè)自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)其具有良好的通用性，達(dá)到適用性強(qiáng)的目的。與此同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)還對機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機(jī)械系統(tǒng)建模帶來便利
傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)建模中要先建立運(yùn)動分析，隨后在運(yùn)動分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導(dǎo)。但是圖形的分析和公式的推導(dǎo)過程往往比較復(fù)雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設(shè)計(jì)人員只需要將機(jī)械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實(shí)施輸入，其后的建模和求解只需要計(jì)算來完成就可以了，極大地幫助設(shè)計(jì)人員承擔(dān)了許多的設(shè)計(jì)難度。
4.3強(qiáng)大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。但是運(yùn)用虛擬樣機(jī)計(jì)算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員直觀地看到機(jī)械設(shè)計(jì)的性能和運(yùn)動效果。
5結(jié)語
虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工程機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、試制等一系列過程的直觀性。實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實(shí)中的硬件產(chǎn)品，更方便地對設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進(jìn)行評估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)可以適應(yīng)市場的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，不僅不會造成實(shí)際物質(zhì)的浪費(fèi)，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的全新局面。
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摘要：隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，制造行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，先進(jìn)的制造技術(shù)不斷地被應(yīng)用于生產(chǎn)，大大地提高了工作效率，本文對現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)作了分析。
關(guān)鍵詞：集成；系統(tǒng)；技術(shù)構(gòu)成
一、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的含義與定位
現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(ContemporaryIntegratedManufacutringSystem)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，它不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中相關(guān)思想的精華，從信息集成、過程集成向企業(yè)集成方向迅速發(fā)展，在先進(jìn)制造技術(shù)中處于核心地位。具體地說，它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，通過計(jì)算機(jī)技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關(guān)的組織、經(jīng)營、管理和技術(shù)有機(jī)集成和優(yōu)化運(yùn)行。在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)量優(yōu)、成本低的目的，進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
二、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成
先進(jìn)制造技術(shù)(AMTAdvancedManufacturingTechnology)作為一個(gè)專有名詞目前還沒有準(zhǔn)確的定義。通過對其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認(rèn)識是：先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。其具有如下一些特點(diǎn)：
1、從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變，使技術(shù)的發(fā)展更加符合人類社會的需要；
2、從強(qiáng)調(diào)專業(yè)化分工向模糊分工、一專多能轉(zhuǎn)變，使勞動者的聰明才智能夠得到充分發(fā)揮；
3、從金字塔的多層管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，減少層次和中間環(huán)節(jié)；
4、從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變，縮短工作周期，提高工作質(zhì)量；
5、從按照功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)的自主管理的小組工作方式轉(zhuǎn)變。
通過對先進(jìn)制造技術(shù)的定義和特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進(jìn)制造技術(shù)的絕大部分特點(diǎn)，只不過先進(jìn)制造技術(shù)所涉及的范圍要比現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)大，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)在吸收計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟的研究工作，并不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)思想，將它們進(jìn)行推廣應(yīng)用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心。
（1）并行工程(CEConcurrentEngineering)并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求。為了達(dá)到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實(shí)現(xiàn)不同部門人員的協(xié)同工作；為了達(dá)到產(chǎn)品的一次設(shè)計(jì)成功，減少反復(fù)，它在許多部分應(yīng)用了仿真技術(shù)；主模型的建立、局部仿真的應(yīng)用等都包含在虛擬制造技術(shù)中，可以說并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，并行工程的進(jìn)一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。同時(shí)，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)支持下，將原來分別進(jìn)行的工作在時(shí)間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術(shù)，并吸收了當(dāng)前迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)秀成果，使其成為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。
（2）虛擬制造(VMVirtualManufacturing)虛擬制造利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實(shí)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(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而使產(chǎn)品一次性制造成功，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。
（3）敏捷制造(AMAgileManufacturing)敏捷制造是以競爭力和信譽(yù)度為基礎(chǔ)的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來增強(qiáng)整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。為了達(dá)到快速應(yīng)變能力，虛擬企業(yè)的建立是關(guān)鍵技術(shù)，其核心是虛擬制造技術(shù)，即敏捷制造是以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)的。敏捷制造是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)從信息集成發(fā)展到企業(yè)集成的必由之路，它的發(fā)展水平代表了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展水平，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械產(chǎn)品；機(jī)械設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)
隨著知識經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時(shí)間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行的，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過程中需要提前對設(shè)計(jì)中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進(jìn)行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來。如果設(shè)計(jì)的零件已經(jīng)開始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴(yán)重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費(fèi)時(shí)間比較長、耗費(fèi)的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測性市場中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時(shí)信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機(jī)械制造的先進(jìn)性，信息化的使用對于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)十分重要。
1虛擬機(jī)械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計(jì)技術(shù)性不強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念比較保守，設(shè)計(jì)的手段主要依靠的是粗略的計(jì)算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設(shè)中完成機(jī)械工程的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較大的隨意性，并且設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過程還對設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計(jì)的過程很難實(shí)現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、設(shè)計(jì)過程靜態(tài)性和設(shè)計(jì)理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計(jì)精確性、以數(shù)據(jù)知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)需要對必要的信息進(jìn)行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)值運(yùn)算的方式，當(dāng)然也會對CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等進(jìn)行大量的應(yīng)用。虛擬機(jī)械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對計(jì)算機(jī)的模型進(jìn)行虛擬分析的一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機(jī)械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應(yīng)用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進(jìn)行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進(jìn)行干涉、對裝配的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢查，對零件設(shè)計(jì)中的錯誤及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計(jì)要求，可以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)方便及時(shí)更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計(jì)圖和裝配圖，達(dá)到設(shè)計(jì)、裝配和制造檢驗(yàn)的協(xié)調(diào)。
2虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵
虛擬制造技術(shù)包含了許多方面，主要有設(shè)計(jì)技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對產(chǎn)品的整個(gè)過程進(jìn)行全面的預(yù)測。在制造過程中我們將種種實(shí)體對象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)
仿真指的是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對設(shè)計(jì)結(jié)果的評價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
3機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹
虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中被稱作機(jī)械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。在計(jì)算機(jī)建立樣機(jī)模型后，對模型的多種動態(tài)性能進(jìn)行具體的分析，最后對樣機(jī)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機(jī)。通過虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用，簡化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達(dá)和高等院校及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)者都對該技術(shù)進(jìn)行了引入并運(yùn)用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用仿真技術(shù)對零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運(yùn)動性等均可以實(shí)現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢
4.1強(qiáng)大的通用性和分析處理復(fù)雜問題的能力
虛擬樣機(jī)技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運(yùn)動力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行自動建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件主要運(yùn)用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個(gè)構(gòu)件都有六個(gè)自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)其具有良好的通用性，達(dá)到適用性強(qiáng)的目的。與此同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)還對機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機(jī)械系統(tǒng)建模帶來便利
傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)建模中要先建立運(yùn)動分析，隨后在運(yùn)動分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導(dǎo)。但是圖形的分析和公式的推導(dǎo)過程往往比較復(fù)雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設(shè)計(jì)人員只需要將機(jī)械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實(shí)施輸入，其后的建模和求解只需要計(jì)算來完成就可以了，極大地幫助設(shè)計(jì)人員承擔(dān)了許多的設(shè)計(jì)難度。
4.3強(qiáng)大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。但是運(yùn)用虛擬樣機(jī)計(jì)算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員直觀地看到機(jī)械設(shè)計(jì)的性能和運(yùn)動效果。
5結(jié)語
虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工程機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、試制等一系列過程的直觀性。實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實(shí)中的硬件產(chǎn)品，更方便地對設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進(jìn)行評估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)可以適應(yīng)市場的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)，不僅不會造成實(shí)際物質(zhì)的浪費(fèi)，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的全新局面。
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