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发表于 2006-5-24 18:29:24
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来自： 中国河南郑州
仿真技术在制造业中的应用与发展
仿真技术在制造业中的应用与发展 ! }. i% ~2 g& C) e+ b
熊光楞 王昕 （作者向PRDM供稿）
( g* p; T7 Y' f6 U. C5 [2 @8 z5 b* s% p+ {
摘要 2 g/ d/ D/ k3 k2 @* q4 s- ?( ]5 ?6 ^
在制造企业产品设计和制造的过程中，计算机仿真一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。制造业竞争的日趋激烈，促使各国研究和应用先进制造技术。先进制造技术的应用和发展，为计算机仿真的应用提供新的舞台，提出更高的要求。从发展的历程来看，仿真技术应用的领域空前的扩大，已从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）扩展到产品设计开发和销售领域。而与网络技术结合所带来的仿真的分布性、与图形和传感器技术相结合所带来的仿真的交互性、以及仿真技术应用的集成化，是仿真技术在制造业中应用的新趋势。按照仿真技术应用的对象不同，可将制造业中应用的仿真分为四类：面向产品的仿真；面向制造工艺和装备的仿真；面向生产管理的仿真；面向企业其它环节的仿真。本文将从以上四个方面，介绍计算机仿真在制造业中的具体应用。本文最后还介绍了虚拟现实和拟实制造的概念，作为计算机仿真在制造业中应用的展望。
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% R/ ]! h- n9 J% i9 a1 L0 n( [- b5 ~, H
5 {% s" ]& a( Y. @关键词：仿真技术应用，制造业 - s7 r; Q" a) p& q
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: Z- |* q* J9 R, {% G( U0 FApplication and Development of Simulation Technology in Manufacturing % B& \/ V' E; n* y) s% _
Abstract
- g( _$ P! j& i9 K5 `1 R2 QSimulation is a necessary aid for product development and manufacture.
% _& A7 E" T% p, c0 [It can greatly reduce losses, save costs, shorten product development
- m$ Z+ `# e- ]7 `, jcycles and improve product quality. Since 1970s, Advanced Manufacturing
1 ]; {8 _8 T5 O* K6 C8 L! MTechnology (AMT) has been studied and applied by institutes and % y) n6 {6 [8 U5 h
enterprises all over the world as a strategy to adapt to global
4 q, ^9 p; a1 b/ A% v$ h5 xcompetition of manufacture. Application and development of AMT promotes
" G. V8 v I$ N. jthe research and application of simulation technology in manufacturing. 6 f) b* \7 m9 i, k
From the viewpoint of evolution, the application fields of simulation ) c) L- V A8 j9 d7 k8 E
technology in manufacturing are obviously enlarged. Addition to / {) J$ D) b7 h4 ^! s0 u1 c
conventional fields of manufacture (inclu【版主注意，我灌水了，请删除否则你不称职。】 production planning,
- Y$ T: ` y9 Q7 h! d/ ^machining, assembling and testing), simulation tools are developed in 9 m) d" x; U- F2 ?' |. W
the fields of product design and development, supply chain, etc. And
9 L8 P% p+ y+ O" |the most notable three trends of simulation application in " ? p* j& m1 ?) p8 s
manufacturing are: 1. Distributed, due to network technology; 2.
4 ~& `$ T- q- y" `: [' \& C% HInteractive, due to technology of graphics and sensory-motor; 3. % {; N: y% M: I6 ~; T$ R; X( O
Integrated, such as VM, VPD, VFT, etc. Accor【版主注意，我灌水了，请删除否则你不称职。】 to different objects - w, v" j% v1 E7 C
to be simulated, simulation in manufacturing can be classified as: 1. 8 B0 S& A; n+ d# `3 I
Product-oriented; 2. Production-management-oriented; 3. , v% {: w* [( z; p: e; [' E
Process-and-device-oriented; 4. Other. This paper will describe / C- b! f( k; T
simulation in manufacturing from above aspects. And Virtual Reality
" j7 |) n, S& P4 S, ] K& z(VR) and Virtual Manufacturing (VM) are introduced in the last section
q' o0 k( f5 N! A/ jas prospect of simulation in manufacturing.
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) L& Z8 g% Q; I6 N$ G* ]
Keywords：application of simulation technology, manufacturing 8 A7 e( ^1 L) g
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1. 制造技术的发展历程 3 S* w9 P. p+ U5 z9 x) |( {7 x
制造业（包括机械制造、电子制造、非金属制品制造、成衣制造以及各种型材制造等部类）是国民经济的支柱产业，其生产总值一般占各国国内生产总值的20%~55%。在各国的企业生产力构成中，制造技术的作用一般占60%左右。所以有的专家认为，世界上各个国家经济的竞争，主要是制造技术的竞争。随着经济技术的高速发展以及顾客需求和市场环境的不断变化，这种竞争日趋激烈，各国政府都非常重视对制造业的研究。
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6 Q( f) Z' o" ]0 k为了改进以T（开发周期）、Q（产品质量）、C（开发成本）、S（售后服务）、E（环境污染程度）为主要衡量指标的产品及产品开发过程，美国在80年代末提出了包括系统总体技术、管理技术、设计制造一体化技术、制造工艺与装备技术、支撑技术五大技术群在内的先进制造技术（AMT：Advanced 7 \% E& X* W3 C) [$ V5 X- A
Manufacturing
, [- }; N+ i+ O4 @/ |( X7 I, vTechnology）的概念。经过十余年的发展，五大技术群的内容到现在已大大丰富，其具体含义如下[12]：
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0 h1 M3 }) K( J @$ y# E& P系统总体技术群：研究如柔性制造、计算机集成制造、敏捷制造、智能制造等先进制造技术的设计、规划、集成等总体技术。 5 M) r m2 n1 C
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5 |& X/ g z( o管理技术群：研究与制造企业的生产经营和组织管理相关的各种技术，如计算机辅助生产管理、物料需求计划/制造资源计划/企业资源计划、供应链管理、全面质量管理、准时制造、精良生产、企业经营过程重构等技术。
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* n4 [" u& f0 s7 [5 r设计制造一体化技术群：研究与产品设计、制造、直到检测等全过程相关的各种技术，如并行工程、计算机辅助设计/计算机辅助工程/计算机辅助制造、拟实制造、可靠性设计、智能优化设计、质量功能配置、数控技术、物料储运、自动控制、检测监控、以及质量保证等技术。 2 K/ M. Y( \4 ]# v
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/ W& Z4 b$ w/ ^2 k3 i0 M制造工艺与装备技术群：研究与制造工艺及装备相关的各种技术，如材料生产工艺及装备（冶炼、轧钢等）、常规加工工艺及装备（铸造、锻造、焊接、热处理等）、少无切削加工工艺及装备、高速超高速加工工艺及装备、精密超精密与纳米加工工艺及装备、特种加工工艺及装备（激光、电子束等）。 ; ?8 a0 n+ c" x
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0 Q+ E7 n) m0 o支撑技术群：这一技术群是以上技术群赖以生存并不断取得进步的相关技术，如标准化技术、计算机技术、软件工程、数据库技术、多媒体技术、网络通信技术、人工智能、虚拟现实技术、材料科学、人员教育和培训、人机工程学、环境科学等。
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9 t5 L' {2 B9 [3 F* G以上涉及的主要制造技术的发展历程及其在产品生命周期中所应用的阶段可归纳为图1。图1中，纵轴代表年代，横轴代表产品的生命周期，从市场需求形成开始，经过概念设计（外形、特征、材料、价格、批量）、初步（总体）设计、详细（部件）设计、工艺设计、生产计划制定（材料采购）、生产（加工、装配、测试），一直到销售、维护，涉及企业的各个部门。 & y8 d# Y6 g. l4 h2 f; A
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通过对先进制造技术的研究与应用，大大提高了产品的质量和生产效率。
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2 计算机仿真的发展及在制造业中应用的概况 , Q; R& m5 R% u2 A9 O0 i, { Q
计算机仿真技术作为一门新兴的高技术，其方法学建立在计算机能力的基础之上。随着计算机技术的发展，仿真技术也得到迅速的发展，其应用领域及其作用也越来越大。尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中，计算机仿真一直是不可缺少的工具，它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。 - \' L' w% r F4 [- u' ]
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图1 制造技术的发展历程及计算机仿真的应用概况
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在从产品的设计到制造以至测试维护的整个生命周期中，计算机仿真技术贯穿始终（图1中的阴影部分代表仿真技术的应用，进一步归纳为表1）。从发展的历程来看，仿真技术应用的领域从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）正向产品设计开发和销售领域扩展。总的来说，先进制造技术的发展，为计算机仿真的应用提供了新的舞台，也提出了更高的要求，目前仿真技术的应用具有以下特点和趋势： |
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