虚拟制造体系结构优化策略

为了实现“在计算机里进行制造”的目的，虚拟制造技术必须提供从产品设计到生产计划和制造过程优化的建模和模拟环境。由于虚拟制造系统的复杂性，人们从不同角度构建了许多不同的虚拟制造系统体系结构。图5-1所示为清华大学国家CIMS工程技术中心提出的虚拟制造体系结构，它是一个基于PDM集成的虚拟加工、虚拟生产和虚拟企业的系统框架结构，归纳出虚拟制造的目标是对产品的“可制造性”“可生产性”和“可合作性”的决策支持。

虚拟制造事实上研究的是产品的可制造性，所谓“可制造性”是指所设计的产品（包括零件、部件和整机）的可加工性（铸造、冲压、焊接、切削等）和可装配性；而“可生产性”是指企业在已有资源（如设备、人力、原材料等）的约束条件下，如何优化生产计划和调度，以满足市场或顾客的要求；考虑到制造技术的发展，虚拟制造还应对被喻为21世纪的制造模式“敏捷制造”提供支持，即为企业动态联盟的“可合作性”提供支持。而且上述三个方面对一个企业来说是相互关联的，应该形成一个集成的环境。因此，应从三个层次（即虚拟开发、虚拟生产和虚拟企业）开展产品全过程的虚拟制造技术及其集成的虚拟制造环境的研究，包括产品全信息模型、支持各层次虚拟制造的技术并开发相应的支撑平台，以及支持三个平台及其集成的产品数据管理技术。

(www.xing528.com)

图5-1　虚拟制造的体系结构示例

虚拟加工平台支持产品的并行设计、工艺规划、加工、装配及维修过程，进行可加工性分析（包括性能分析、费用估计、工时估计等）。它是以全信息模型为基础的众多仿真分析软件的集成，包括力学、热力学、运动学、动力学等可制造性分析。虚拟加工平台的内容包括：①基于产品技术复合化的产品设计与分析，除了几何造型与特征造型等环境外，还有运动学、动力学、热力学模型分析环境等；②基于仿真的零部件制造设计与分析，包括工艺生成优化、工具设计优化、刀位轨迹优化、控制代码优化等；③基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验——虚拟加工、虚拟机器人等；④材料加工成形仿真，包括产品设计、加工成形温度场、应力场、流动场的分析，加上加工工艺优化等；⑤产品虚拟装配，根据产品设计的形状特征、精度特征、三维真实地模拟产品的装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。