产品制造中的建模仿真电话测试仪
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产品制造中的建模仿真
产品制造中的建模仿真 2011年12月09日 来源: 产品总是为特定的需求而存在,产品的制造过程是把特定的功能需求映射为模型并加以实现的过程。而以计算机技术为基础的建模和仿真是人类模型化思维的延伸,因此,建模和仿真在产品制造中具有重要的作用。 建模和仿真在产品制造中的应用大致包括三个方面:以产品模型为中心的仿真、以制造系统模型为中心的仿真和以产品开发过程模型为中心的仿真。这三方面的应用随着制造企业信息化进程的发展而发展,总的趋势是由局部到全局,由分散到集成,并更加注重可视化技术的应用及与用户之间的交互。三类模型及其仿真 模型是进行仿真的基础,仿真是模型在计算机上的运行。基于这种考虑,我们首先分析产品制造中所涉及的模型,并以模型分类为基础描述仿真的内容。 就产品制造中所涉及的模型种类来说,大致可以分为三类,即产品模型、制造系统模型和开发过程(包括设计、加工、装配、测试等)模型。其中产品模型是所有活动的目的和中心,制造系统模型是产品开发必须要考虑的约束,开发过程模型是产品开发的使能器,也是对产品开发活动进行管理和控制的基础。这里的制造系统是一个广义的概念,包括物料供应、加工、装配和检验等所有方面。仿真技术的应用正是以这三类模型为中心展开的:(1)以产品模型为中心的仿真 包括产品的静态和动态性能分析、产品的可制造性分析、产品的可装配性分析。在进行产品开发时,要考虑的不只局限于与功能需求有关的方面,如形状、尺寸、结构及各种物理特性,还要综合考虑诸如制造、装配、维护、成本等各方面的因素。因此,产品本身的仿真,如CAE、DFA等,是仿真技术在制造业应用的基本方面。(2)以制造系统模型为中心的仿真 包括对于复杂制造装备(如加工中心、机器人等)的仿真、对于复杂制造系统(柔性制造车间的设计和运行)的仿真。仿真的目的在于,确定设备能力和运行情况,包括加工路线、资源的分配、物料的供应等。(3)以开发过程模型为中心的仿真 包括设计过程的仿真和制造过程的仿真。产品的开发大致包括设计和制造两个阶段。在设计阶段,产品的性能和成本就基本上确定了,而正是因为设计阶段的重要性,以及设计过程中多学科协作和反复设计、试验带来的复杂性,设计过程的建模和仿真越来越受到人们的重视。仿真的目的在于缩短周期,降低成本。制造过程是仿真应用的传统方面,制造过程的仿真必须把产品模型和制造系统模型结合起来加以考虑,但它不仅仅是两者的简单相加,还需考虑控制策略、库存能力、负载能力等方面的问题。这三个方面的仿真是相互联系、相互影响的,有时在内容上还会有重叠。 发展历程 就仿真技术在制造业中应用的发展脉络来看,总的趋势是由局部到全局,由分散到集成,并更加注重可视化技术的应用及与用户之间的交互。仿真的集成化是统一、全面地考虑产品生命周期中所有因素的需要,也是局部、单点仿真应用不断发展、综合的结果。图1描述了三类模型的发展历程,图2描述了仿真应用的发展历程。几乎每一种制造技术的进步都带来了相应的模型和仿真应用的发展,而仿真又是以模型为基础的,所以,图1又是图2的基础。下面我们分别详细叙述每一类模型及其仿真的发展历程,以便更清楚地说明仿真技术逐步应用并走向集成化的过程。1.产品模型及其仿真 在传统的设计方式下,二维工程图是产品设计描述的基本方式。由于计算机绘图具有便于存储和修改等优点,最初的计算机应用便从二维计算机辅助设计开始,从而使产品模型第一次以数字的形式存在。虽然此时的产品模型只是二维几何模型,并没有太多的仿真应用,但它意味着一个质的飞跃,因为只有存在数字化的模型,才有可能应用仿真技术。 接下来是计算机技术在各个单点应用的铺开,如CAE(计算机辅助分析)、CAM(计算机辅助制造)、CAPP(计算机辅助工艺规划)等,从而形成完整的CAx系列。这个过程也是对产品描述逐步完善的过程,如CAE中包含了对于大量产品物理信息(力学、热学)的描述,CAPP是对产品工艺信息的描述。这一时期的仿真主要针对产品静态、动态性能的分析,如有限元分析。 随着单点应用的发展,逐渐形成了所谓的“自动化孤岛”,即由于缺乏集成,各个应用系统之间无法进行数据交换,从而造成大量的重复工作。CIMS(计算机集成制造系统)的概念就是在这种背景下提出来的,它主要强调物理层和应用层的信息交换。
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