虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展中的地位研究論文
一、虛擬制造技術(shù)的產(chǎn)生的背景
隨著經(jīng)濟(jì)的全球化和社會的信息化，市場競爭日益激烈，顧客需求日趨多樣化。由于制造業(yè)產(chǎn)品價值鏈上的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)和銷售服務(wù)環(huán)節(jié)變得相對重要，現(xiàn)代的制造企業(yè)產(chǎn)品的上市速度、產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本和售后服務(wù)成為決定企業(yè)經(jīng)營成敗的關(guān)鍵，為此產(chǎn)生了許多新的制造技術(shù)和制造系統(tǒng)，如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）等。今天的制造業(yè)已經(jīng)成為同時對物質(zhì)、信息和知識進(jìn)行處理的產(chǎn)業(yè)。然而，這些系統(tǒng)仍然存在著一些問題，如：系統(tǒng)投資較大、周期較長，系統(tǒng)的效益和風(fēng)險有效的評估可操作性差；不能確實有效地協(xié)調(diào)設(shè)計與制造各階段的關(guān)系，以尋求企業(yè)整體全局最優(yōu)效益。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和虛擬現(xiàn)實等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，虛擬制造技術(shù)應(yīng)運而生，它的誕生是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是各種現(xiàn)代制造技術(shù)與系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。
二、虛擬制造的內(nèi)涵
1、虛擬制造的定義。虛擬制造是實際制造過程在計算機(jī)的本質(zhì)實現(xiàn)，即采用計算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機(jī)上實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)、制造以及管理與控制等制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級的決策與控制能力。也就是說虛擬制造是對實際制造進(jìn)行抽象、分析、綜合、得到實際產(chǎn)品的全數(shù)字化模型，其最終目標(biāo)是反作用于實際制造過程，用來指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。
虛擬制造技術(shù)可以分為三大類：一是以設(shè)計為中心的虛擬制造技術(shù)；二是以生產(chǎn)為中心的虛擬制造技術(shù)；三是以控制為中心的虛擬制造技術(shù)。
2、虛擬制造的技術(shù)特征。虛擬制造與實際制造相比，它具有如下主要特征：
（1）高度集成。虛擬制造中產(chǎn)品設(shè)計與制造過程是在虛擬的產(chǎn)品數(shù)字化模型中進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、制造、測試等過程，并且在虛擬的制造環(huán)境中檢驗其設(shè)計、加工、裝配和操作。因此，易于綜合運用系統(tǒng)工程知識、并行工程和人—機(jī)工程等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)，實現(xiàn)信息集成、知識集成、串并行交錯工作機(jī)制集成和人—機(jī)集成。
（2）敏捷靈活。開發(fā)的產(chǎn)品（部件）可存放在計算機(jī)里，既節(jié)省倉儲費用，利于產(chǎn)品再次快速改型設(shè)計，從而大幅度縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，降低了成本，提高了產(chǎn)品從設(shè)計、制造到銷售全過程的整體性和敏捷性。
（3）分布合作。虛擬制造通過Internet可使分布在不同地點、不同部門的不同專業(yè)人員在同一產(chǎn)品模型上同時工作，相互交流，實現(xiàn)資源共享，發(fā)揮各自特長，實現(xiàn)異地設(shè)計、制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場變化，將制造業(yè)信息化與知識化融為一體。
三、虛擬制造技術(shù)對發(fā)展我制造業(yè)的作用
1、減少資源浪費，實現(xiàn)綠色制造。綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使產(chǎn)品在從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響（負(fù)作用）最小，資源的使用效率最高。而虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用對整個制造工藝來說減少了廢棄物，這要比處理工廠已經(jīng)排放的廢棄物大大節(jié)省開支，它將成為綠色制造的一部分。
2、規(guī)避生產(chǎn)要素缺乏、生產(chǎn)成本過高的局面。在實際生產(chǎn)前，在不消耗資源和能量的情況下驗證產(chǎn)品方案。在虛擬制造環(huán)境下，工程設(shè)計人員可以直接對設(shè)計出的產(chǎn)品進(jìn)行各項實驗，檢查產(chǎn)品各方面的技術(shù)性能等，還可以對生產(chǎn)的組織和進(jìn)度安排進(jìn)行實驗，確立合理的進(jìn)度表等。這樣就可大大降低生產(chǎn)成本，減少新產(chǎn)品開發(fā)的投資。
3、敏捷轉(zhuǎn)換產(chǎn)品生產(chǎn)，快速滿足市場需求。虛擬制造是“核心”企業(yè)按市場需求決定委托加工的任務(wù)單，將設(shè)計、生產(chǎn)、組裝的全部或部分任務(wù)外包給其他企業(yè)來完戎，而虛擬企業(yè)中的成員企業(yè)均擁有各自的優(yōu)勢資源、核心技術(shù)，是專業(yè)程度很高的企業(yè)，容易對產(chǎn)品的某一零部件進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，能敏捷地轉(zhuǎn)換不同類型產(chǎn)品的生產(chǎn)，從而快速滿足市場需求。
4、增強(qiáng)企業(yè)柔性和抗市場風(fēng)險能力。“虛擬制造”能按市場需求決定委托加工的.任務(wù)單，當(dāng)產(chǎn)品的市場需求減少時，可以迅速降低委托加工量，而不用承擔(dān)生產(chǎn)過剩的風(fēng)險。顯然，這部分風(fēng)險分散轉(zhuǎn)嫁給了委托加工企業(yè)。但由于受委托方往往是專業(yè)化的加工企業(yè)，對分散轉(zhuǎn)嫁的風(fēng)險具有較強(qiáng)的應(yīng)變能力，常能在短時間內(nèi)改變生產(chǎn)加工產(chǎn)品內(nèi)容。
5、突破中小企業(yè)的規(guī)模瓶頸。虛擬企業(yè)內(nèi)部交易是一種“準(zhǔn)市場交易”，它比純市場交易穩(wěn)定，又比一體化企業(yè)內(nèi)部交易靈活，集合了市場和企業(yè)的雙重優(yōu)勢。企業(yè)通過虛擬制造有效避免或降低了在純市場、信息不對稱條件下尋求生產(chǎn)要素、進(jìn)行交易的高成本，從而提升了產(chǎn)品在市場中的競爭力。企業(yè)突破傳統(tǒng)發(fā)展模式、擴(kuò)大規(guī)模、跳躍發(fā)展成為可能。
6、通過分析設(shè)計的可制造性，虛擬制造可以提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量、減少設(shè)計缺陷、優(yōu)化產(chǎn)品性能。
四、結(jié)論
虛擬制造技術(shù)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)和計算機(jī)仿真技術(shù)在制造領(lǐng)域的綜合發(fā)展及應(yīng)用，它為制造業(yè)帶來全新的概念。它既是一項先進(jìn)制造技術(shù)又是一種先進(jìn)制造理念，這項新興的制造技術(shù)為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向，減少了資源浪費，實現(xiàn)了綠色制造，使制造業(yè)達(dá)到了前所未有的高度集成化與優(yōu)化，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣闊的空間，是現(xiàn)代制造業(yè)信息化過程中不可逾越的階段。
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