崔建亭

（上海交通大學(xué),上海 200000）

計算機仿真在制造業(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)中引入計算機仿真技術(shù)在減少損失、節(jié)約經(jīng)費、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算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用分類，其次對計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用進行了描述，最后對計算機仿真在制造業(yè)中的應(yīng)用發(fā)展方向進行了概括。

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

1　引言

隨著全球經(jīng)濟一體化的不斷發(fā)展，我國的經(jīng)濟實力在不斷地增強，我國的生產(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)過程中可能造成產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題，嚴重制約生產(chǎn)效率[1]。而計算機仿真技術(shù)的出現(xiàn)，為生產(chǎn)制造存在的問題帶來了新方向。計算機仿真技術(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)計和制造都要依靠計算機仿真技術(shù)來實現(xiàn)，特別是對于一些大規(guī)模、復(fù)雜性強的系統(tǒng)研發(fā)具有明顯的作用。

2　計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用分類

對計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，按照模型進行分類可以分為產(chǎn)品模型、開發(fā)模型、制造系統(tǒng)模型三類。

（1）計算機仿真計算在產(chǎn)品模型為中心的應(yīng)用：在產(chǎn)品模型引入計算機仿真技術(shù)可以對產(chǎn)品的靜態(tài)及動態(tài)性能、可制造型、可裝配性等情況進行分析。一個產(chǎn)品的研究與開發(fā)，需要考慮其實用功能、實際需求、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，計算機仿真技術(shù)很好的完成這些工作，在產(chǎn)品模型中發(fā)揮作用。

（2）計算機仿真技術(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)備的高仿真智能運用。復(fù)雜制造系統(tǒng)的模擬等過程，計算機仿真系統(tǒng)在檢測設(shè)備的運行能力、監(jiān)控設(shè)備的實際運行狀況中發(fā)揮著巨大的作用。

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

3　計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用

計算機仿真技術(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)用價值。計算機仿真技術(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、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量。在制造行業(yè)中，計算機仿真技術(shù)涵蓋了產(chǎn)品的設(shè)計、制造、測試運行的全過程，已經(jīng)成為了制造業(yè)不可或缺的重要技術(shù)手段。

計算機仿真技術(shù)中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以使用戶通過電腦屏幕進入一個三維世界，其可以為產(chǎn)品提供一個可視化的三維環(huán)境，對物體進行交互操作，從而對質(zhì)量和數(shù)量進行綜合決策，這種可視化的解決策略可以對快速化及批量化生產(chǎn)的發(fā)展起到推動作用[2]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)人機互動，對產(chǎn)品的性能和運行狀況進行測試與監(jiān)控，這種技術(shù)將計算機圖文學(xué)、高仿真技術(shù)、計算機傳感技術(shù)等多種技術(shù)手段進行了結(jié)合，這種技術(shù)對產(chǎn)品的各個階段都可以進行支持，使用者通過操作可以檢驗產(chǎn)品的各個部件是否合格，檢驗產(chǎn)品的各個性能進的穩(wěn)定性，檢驗產(chǎn)品功能的實用性。

計算機仿真技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)將三維模型和虛擬仿真進行有有效的集成，從而可以對實際世界中的物體進行操作，是一種計算機輔助系統(tǒng)技術(shù)，是一種實現(xiàn)生產(chǎn)制造過程的應(yīng)用技術(shù)[3]。虛擬制造技術(shù)在制造業(yè)中的引入可以實現(xiàn)實際生產(chǎn)線或車間中少人力、物力、財力并在短時間內(nèi)進行產(chǎn)品的設(shè)計驗證[4]，為產(chǎn)品的生產(chǎn)奠定堅實的基礎(chǔ)。

通過計算機虛擬仿真技術(shù)可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)問題進行發(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)中計算機仿真技術(shù)的研究展望

計算機仿真技術(shù)實現(xiàn)了企業(yè)的生產(chǎn)過程的信息化、數(shù)字化、以及網(wǎng)絡(luò)化，為企業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計與制造提供了包含生產(chǎn)源、工藝流程、管理等多種動態(tài)信息的分析方法。在傳統(tǒng)的制造方法卻無法對生產(chǎn)線進行快速化設(shè)計，無法進行小批量多品種的產(chǎn)品的生產(chǎn)，對于產(chǎn)品的設(shè)計、制造、控制都很難達到預(yù)期的效果，而計算機仿真技術(shù)的引入就可以很好地解決這些問題。

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?、圖形化集成建模仿真軟件，可以搭建系統(tǒng)仿真模型，通過參數(shù)輸入而獲得系統(tǒng)的參數(shù)輸出，對制造企業(yè)的實際生產(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，計算機仿真技術(shù)會不斷的發(fā)展，三維建模軟件與物流仿真軟件會得到更好的結(jié)合，并以快速、簡單的建模建立、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)中計算機仿真技術(shù)的發(fā)展方向。

5　結(jié)論

計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中得到飛速的發(fā)展，最主要的原因是其對我國社會的發(fā)展和經(jīng)濟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)揮著越來越重要的作用。，在一些大規(guī)模、復(fù)雜性強的研發(fā)中更是必不可少的工具。計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的仿真規(guī)模在不斷的擴大，仿真功能也在不斷的強化，大力的推進計算機仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用，對提高我國產(chǎn)品的自主生產(chǎn)力，推動我國制造業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

參考文獻：

[1]王偉,黃召明,何純等.虛擬仿真在高速列車生產(chǎn)過程中的應(yīng)用[J].自動化與儀表,2012（09）：1-5.

[2]D.Schaefer, C.Borgmann, D.Scheffter.Factory Planning and the Potential of Virtual Reality[C].Conference at Chalmers, Cotheenburg, Sweden, 2001.

[3]潘軍,范秀敏,馬登哲等.虛擬設(shè)計中仿真優(yōu)化決策的不確定性管理[J].計算機集成制造系統(tǒng),2004,10（05）：537-543.

[4]彭文利,張定華,姚倡鋒等.面向制造資源優(yōu)化配置的制造過程協(xié)同管理研究[J].制造業(yè)自動化,2005,27（10）：17-21.