計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用及展望

崔建亭

（上海交通大學(xué),上海 200000）

計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用及展望

崔建亭

（上海交通大學(xué),上海 200000）

摘要：制造業(yè)中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面都有巨大的作用。本研究首先介紹了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用分類，其次對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行了描述，最后對(duì)計(jì)算機(jī)仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展方向進(jìn)行了概括。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)；計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；應(yīng)用；發(fā)展方向

1　引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的不斷發(fā)展，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)實(shí)力在不斷地增強(qiáng)，我國(guó)的生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)生了迅猛的發(fā)展，可是在制造業(yè)中的引進(jìn)的技術(shù)中部分技術(shù)還屬于不成熟的階段，這在生產(chǎn)過(guò)程中可能造成產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重制約生產(chǎn)效率[1]。而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)，為生產(chǎn)制造存在的問(wèn)題帶來(lái)了新方向。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在當(dāng)代的制造行業(yè)中占有者非常重要的位置，現(xiàn)階段產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造都要依靠計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，特別是對(duì)于一些大規(guī)模、復(fù)雜性強(qiáng)的系統(tǒng)研發(fā)具有明顯的作用。

2　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用分類

對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，按照模型進(jìn)行分類可以分為產(chǎn)品模型、開(kāi)發(fā)模型、制造系統(tǒng)模型三類。

（1）計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算在產(chǎn)品模型為中心的應(yīng)用：在產(chǎn)品模型引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)性能、可制造型、可裝配性等情況進(jìn)行分析。一個(gè)產(chǎn)品的研究與開(kāi)發(fā)，需要考慮其實(shí)用功能、實(shí)際需求、產(chǎn)品外觀、產(chǎn)品尺寸、產(chǎn)品的可制造型、產(chǎn)品的可批量生產(chǎn)性等方面的因素，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)很好的完成這些工作，在產(chǎn)品模型中發(fā)揮作用。

（2）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造系統(tǒng)模型為中心的應(yīng)用：制造業(yè)中的制造系統(tǒng)模型中包括了制造設(shè)備的高仿真智能運(yùn)用。復(fù)雜制造系統(tǒng)的模擬等過(guò)程，計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)在檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行能力、監(jiān)控設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況中發(fā)揮著巨大的作用。

（3）計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在開(kāi)發(fā)過(guò)程模型為中心的應(yīng)用：在這個(gè)分類中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中起到作用。產(chǎn)品的制造過(guò)程引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是利用仿真技術(shù)將制造系統(tǒng)模型和產(chǎn)品模型進(jìn)行有效的結(jié)合，進(jìn)行多方位的模擬、全面的運(yùn)算，以及全面的考慮生產(chǎn)批量、產(chǎn)品成本等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)出合格并且滿足需求的產(chǎn)品。

3　計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)作為一種高新的科學(xué)技術(shù)在制造業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)、軍事、醫(yī)療等汗液都有應(yīng)用，特別是在航空行業(yè)、國(guó)防行業(yè)等大規(guī)模、復(fù)雜的系統(tǒng)研發(fā)中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造行業(yè)中的應(yīng)用可以減少不必要的損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量。在制造行業(yè)中，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)涵蓋了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試運(yùn)行的全過(guò)程，已經(jīng)成為了制造業(yè)不可或缺的重要技術(shù)手段。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以使用戶通過(guò)電腦屏幕進(jìn)入一個(gè)三維世界，其可以為產(chǎn)品提供一個(gè)可視化的三維環(huán)境，對(duì)物體進(jìn)行交互操作，從而對(duì)質(zhì)量和數(shù)量進(jìn)行綜合決策，這種可視化的解決策略可以對(duì)快速化及批量化生產(chǎn)的發(fā)展起到推動(dòng)作用[2]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，對(duì)產(chǎn)品的性能和運(yùn)行狀況進(jìn)行測(cè)試與監(jiān)控，這種技術(shù)將計(jì)算機(jī)圖文學(xué)、高仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)傳感技術(shù)等多種技術(shù)手段進(jìn)行了結(jié)合，這種技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)階段都可以進(jìn)行支持，使用者通過(guò)操作可以檢驗(yàn)產(chǎn)品的各個(gè)部件是否合格，檢驗(yàn)產(chǎn)品的各個(gè)性能進(jìn)的穩(wěn)定性，檢驗(yàn)產(chǎn)品功能的實(shí)用性。

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)將三維模型和虛擬仿真進(jìn)行有有效的集成，從而可以對(duì)實(shí)際世界中的物體進(jìn)行操作，是一種計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)技術(shù)，是一種實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造過(guò)程的應(yīng)用技術(shù)[3]。虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的引入可以實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)線或車間中少人力、物力、財(cái)力并在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證[4]，為產(chǎn)品的生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬仿真技術(shù)可以對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)問(wèn)題進(jìn)行發(fā)現(xiàn)與優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)效率和節(jié)約制造成本。

4　制造業(yè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的研究展望

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程的信息化、數(shù)字化、以及網(wǎng)絡(luò)化，為企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造提供了包含生產(chǎn)源、工藝流程、管理等多種動(dòng)態(tài)信息的分析方法。在傳統(tǒng)的制造方法卻無(wú)法對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行快速化設(shè)計(jì)，無(wú)法進(jìn)行小批量多品種的產(chǎn)品的生產(chǎn)，對(duì)于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、控制都很難達(dá)到預(yù)期的效果，而計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的引入就可以很好地解決這些問(wèn)題。

現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣發(fā)的物流仿真軟件有DEL-MIA/QUEST、EMPlant等，這些軟件都是面向?qū)ο蟮摹D形化集成建模仿真軟件，可以搭建系統(tǒng)仿真模型，通過(guò)參數(shù)輸入而獲得系統(tǒng)的參數(shù)輸出，對(duì)制造企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)具有很高的參考性。隨著仿真軟件在制造業(yè)中的需求的不斷增大，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)會(huì)不斷的發(fā)展，三維建模軟件與物流仿真軟件會(huì)得到更好的結(jié)合，并以快速、簡(jiǎn)單的建模建立、工藝仿真以及優(yōu)化算法等一步一步的集成，這將是制造業(yè)中計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展方向。

5　結(jié)論

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中得到飛速的發(fā)展，最主要的原因是其對(duì)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的提高具有重要的意義?，F(xiàn)在段，在制造業(yè)中仿真技術(shù)是一種具備綜合性、高科技的基本保障，并發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。，在一些大規(guī)模、復(fù)雜性強(qiáng)的研發(fā)中更是必不可少的工具。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的仿真規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，仿真功能也在不斷的強(qiáng)化，大力的推進(jìn)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，對(duì)提高我國(guó)產(chǎn)品的自主生產(chǎn)力，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

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