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计算机仿真在制造业的应用
计算机仿真在制造业的应用【1】
摘 要：在现代新产品的设计、研究和开发中计算机仿真技术发挥着巨大的作用，它是设计、研究和开发工作必要的工具和手段，为整个制造产业带了一场革命。
未来的制造业，仿真技术和数字化设计将成为一种发展趋势。
计算机仿真技术不仅规模越来越大，并且更加集成化、智能化、可视化和交互化。
计算机仿真计算的发展以及在各行业的广泛应用，必将对我国制造业的产品开发产生巨大的推动力，也必将对民族工业的发展做出更大的贡献。
关键词：计算机;仿真;制造业
计算机仿真技术在制造业的作用越来越明显，它在产品设计和整个生产流程中都发挥着不可估量的作用。
这种技术的应用为开发和制造企业节约了大量的经费，减少了不必要的损失，大大缩短了产品的开发周期并提高了产品质量。
计算机仿真技术在日趋激烈的制造业竞争中占有越来越重要的地位。
现代制造业的飞速发展为计算机仿真技术带了新的机遇，同时也提出了新的要求。
我们放眼计算机仿真技术的发展历程，它已经突破了在传统领域的运用，发展到了产品的设计开发以及销售方面。
现代社会网络技术的发展也为计算机仿真技术开辟了新的发展空间，使得这种技术表现出许多新的特点。
如交互性、分布性，集成化等。
这也将成为计算机仿真技术新的应用趋势。
1 在制造业中，计算机仿真技术应用的分类
计算机仿真技术在制造业中按照模型种类，可大致分为三种，它以产品模型、开发模型以及制造系统模型为中心进行拓展。
1.1 仿真技术以产品模型为中心的应用。
在产品模型中，计算机仿真技术的应用对产品的静态与动态性能，可制造型、可装配性进行分析。
因为设计者在开发产品的时候，不仅要考虑它的实用功能和需求，还要考虑诸如外形，外观以及尺寸等方面的因素，而且还要考虑产品的可制造性，可批量生产或者是在装配、保养、维护等方面的因素。
这就需要计算机仿真技术在产品模型中发挥作用。
1.2 仿真技术以制造系统模型为中心的应用。
制造系统模型包括制造设备的高仿真智能运用、相对复杂的制造系统的模拟运行。
在检测设备的运行能力与实际运行状况时，如物料供给、资源分配或者是加工流程上发挥着巨大作用。
1.3 仿真技术以开发过程模型为中心的运用。
以开发模型为中心的仿真包括设计和制造过程的仿真。
很多产品的性能以及生产成本在设计阶段就基本定型了，设计阶段对于一种新产品的开发非常重要，它需要反复设计和试验，复杂的计算以及多学科的共同协作，这些特点决定产品的开发过程迫切需要一种能建立模型并仿真试验的计算机仿真技术。
而在制造过程中运用仿真技术将制造系统模型和产品模型结合到一起，多方位模拟，整体运算，再综合考虑库存、成本控制以及负载等因素，开发出合格的新产品。
2 在当代制造业中计算机仿真技术的广泛应用
计算机仿真技术是一门高新科学技术，在当代制造业中，产品的设计和制造都离不开它，尤其是一些诸如航空航天工业、国防工业等规模大，复杂性强的系统研发中，作用更加明显。
它作为一种新型的科学手段和工具，有效地减少了不必要的经济损失，节约了大量研究经费，并大大缩短了产品的开发周期和提高了产品质量。
计算机仿真技术贯穿于产品的设计、制造和测试运行的全过程。
当代企业的研发部门只有重视质量、成本、时间、服务和环境这五项指标，才能获得更好的发展。
这种需求也促进了计算机集成技术、模拟测试系统，仿真运行环境等技术的相互结合。
他们已经成为制造业不可缺少的重要技术手段。
上世纪八十年代以后，计算机仿真技术的发展越来越快，应用最为广泛的就是“虚拟制造”。
通过在计算机上模拟产品的设计和制造过程，提前发现在制造中可能出现的问题，减少不必要的经济损失。
虚拟运行环境，也称虚拟现实技术或者是灵境技术，它通过模拟人在自然环境中的感官和行动，实现高级人机互动，对产品的性能和运行状况进行测试。
它综合运用了计算机图形学、高仿真技术以及计算机传感技术等多种科学技术手段。
“灵境感”和“交互感”是虚拟现实技术的基本特征。
通过计算机虚拟现实技术，将事物内部各种关系的交互与真实作用模拟运行，仿真出一个几乎真实的虚拟环境让用户体验，从而使用户的感受更加真实，人机交流的方式更为先进。
这种计算机虚拟现实技术，可以支持产品的各个阶段，客户可以通过虚拟的现实环境，验证产品的各个部件是否合格，产品的性能是否稳定，功能是否能够满足人们的日常需要。
随着当代制造业的发展，人们开始对仿真技术的另一个应用热点，即虚拟产品开发技术越来越重视。
并行工程的运用促进了虚拟产品开发技术的出现和发展。
并行工程思想将现代哲学、文化等与现代先进组织思想集合起来，将产品的设计、制造、使用和支持过程并行运作，进行一体化的设计和开发。
并行工程从产品开发之初就将投资、制造、装配以及销售维护等产品生命周期中各种因素考虑在内，有效地解决了产品设计与开发之间存在的矛盾。
而虚拟产品开发技术就是在并行工程思想的指导下，将计算机辅助设计、CS和大型的产品数字化管理系统综合运用，虚拟一个产品的开发环境。
方便产品开发人员在近乎真实的环境下进行策划、设计和预测产品在现实环境中的性能及其他状况，将产品在现实工况下的真实运行能力，这样就可以避免反复设计，不断变更设计方案，避免因反复制作样机而造成的资源浪费和经济损失;方便对产品的设计进行检验、指导和优化，使产品的开发周期大大缩减，从而节省了大笔开发费用。
在计算机仿真技术的发展中，虚拟产品开发技术是又一重要发展，它深入到产品复杂的制造过程中，产生的经济效益不可小觑。
现在，仿真技术的应用已经从单一的系统走向开放复杂的大系统。
当仿真对象分布于广阔的时空领域，仿真任务要求将不同地理位置、不同类型(包括人在内)的仿真对象构成一个统一整体进行仿真时，产生了分布交互化仿真(DIS――Districted InteractiveSimulation)。
这种仿真系统里包含有不同类型的实体―虚体、真实实体和构造实体，这些实体可以基于不同目的系统、不同年代的技术、不同厂商的产品和不同产品组成，并允许它们交互操作。
DIS实现用计算机网络将不同地点的仿真设备连接起来，通过实体间的数据交换构成时空到合成仿真环境的一种先进仿真技术。
在这种复杂的分布综合的系统进行实时仿真时，必须提供快速、高效、大量的信息通道和相应的处理。
美国是最早研究这种技术并投入使用的国家，已经完成了多项基于虚拟仿真的DIS工程项目，相关的协议与标准已经完成或正在完成。
在制造行业，已经产生了类似于DIS的虚拟研究开发中心或虚拟企业。
香港生产力促进局和香港城市大学共建的快速科技中心就是一个虚拟研究开发中心。
此外，为了适应快速变化的世界市场，克服单个企业难以在短期内具备所需资源的局限性，出现了在一定时限内，为了某一市场机遇，通过网络临时联结的一种动态联盟――虚拟企业。
美国波音(BOEING)公司可以把777飞机的研制、生产做到几乎“无图纸”的程度。
波音777飞机的研制、整机设计、装配、部件测试以及各种试飞，都是由计算机完成的。
它能将开发周期从原来的8年缩短到5年，节约了数百万美元经费。
3 结论
当代制造业中，计算机仿真技术已经成为一种综合性的高新科学技术，它综合了计算机技术、计算机辅助设计技术、多媒体技术、网络技术、信息技术、软件工程、数字化控制技术等多种科学技术，在制造业中发挥着越来越大的作用，在一些大型的复杂形同研发中，更是必不可少的重要工具，它有效地减少了企业的经济损失，节省了大量的研发经费，使产品的开发周期大大缩减，产品质量得到显著提高。
参考文献：
[1]吴秀平，梅江平.大批量、多类型电池自动分选装备的建模与仿真[J].组合机床与自动化加工技术，2008，4.
[2]尚炜，宁汝新.一种以拓扑结构信息为骨架的线缆数字化模型[J].计算机集成制造系统，2012，12.
[3]来炳恒，李昌华，赵佳.虚拟现实技术在建筑中的应用[J].安徽建筑，2010，4.
计算机仿真在制造业的应用与发展【2】
摘 要
随着我国科学技术的快速发展，使得我国的计算机仿真技术得到了质的变化，并且，它也是当前我国信息化社会下的产物。
另外，我国本来就是一个制造业大国，通过把计算机仿真技术应用到我国制造业的发展中具有非常重要的作用。
本论文对系统仿真类型进行了简单介绍，接下来，对计算机仿真在制造业中的应用及发展现状进行了详细的概述，最后对计算机仿真技术的热点以及对我国制造业的影响进行了研究，希望本论文的研究工作能够为我国计算机仿真技术在制造业中的应用与发展提供一点借鉴意义。
【关键词】计算机仿真技术 信息化 制造业
1 对系统仿真类型进行概述
顾名思义，“仿真”就是对现实世界的物体进行模拟的一种状态，使其达到逼真的情形。
在工程技术领域，经常采用系统仿真技术来研究相关事物，如通过系统模型的相关实验来研究设计或者存在的某个系统。
表1为系统仿真分类表。
2 对计算机仿真技术在制造业中的应用以及发展现状进行概述
由于我国是一个制造业大国，并且制造业在我国的国民经济收入中也占很大的比例，因此，国家及企业都非常重视我国制造业技术的发展。
随着我国科学技术及制造业的进步，使得CIMS、NC、FMS、CAPP、MRP等都得到了快速发展。
而系统仿真技术作为工程领域里面的一个重要手段，其被大量应用到我国制造业进行研究及实践，从而产生出一些先进制造技术。
对于系统仿真技术而言，如果从本质上面来讲，其就是通过建立仿真模型，然后再对仿真模型不断进行实践模拟的一种先进技术。
它的实现过程主要是由仿真语言、计算机高级语言、以及计算机仿真软件来实现，具体情况如上图2-1所示。
可以很明�@的看出，对于一个典型的仿真软件来讲，它主要包括程序包、仿真语言、仿真环境三种不同的形式，它的覆盖功能也不是完全相同的，并且，从下到上是大致的反映了计算机仿真软件的一个发展情况。
随着相关技术的发展，直到上个世纪80年代后期，出现了一体化的仿真环境。
随着我国计算机技术的进一步发展，开始出现了面向对象的并发执行机制，这样，就非常容易的实现在数据库管理的基础之上来对实验及模型数据、以及实验仿真的结果等进行统一的管理，与此同时，人工智能等相关的先进技术也开始应用到仿真建模、运行以及对仿真的结果进行分析之中。
另外，广义的制造系统的相关仿真器也开始大量出现，在某种程度上面很好的实现了对制造系统进行的非语言建模、以及模型数据驱动等相关的重要功能。
比较典型的一体化仿真软件有TESS等，广义的仿真器有FATOR等。
3 计算机仿真研究的热点以及对我国制造业的相关影响
自从上世纪末以来，随着我国制造业的竞争不断加剧，产品生产周期不断缩短，这样就导致系统仿真技术不断向横向的方向发展，在制造业里面比较典型的就是“虚拟制造技术”的发展。
根据虚拟制造的概念可以得知，需要先采取计算机来模拟整个产品的设计及制造过程，这样便于发现各种问题，并且在产品制造之前就把问题解决掉，从而提高生产效率及产品质量。
随着制造业的发展，仿真技术在我国制造行业里面的又一个重要研究热点诞生，即虚拟产品的开发(VPD)，它最早是来源于并行工程的思想。
并行工程技术(CE)在对产品进行开发之前就对产品的整个生命周期进行全面的考虑，这样，对解决相关产品的设计以及开发之间的矛盾是非常有益的。
而虚拟产品开发是在并行工程的指导下，把大规模的产品数据管理系统以及CAD等产品设计系统等进行综合起来，从而进一步的形成虚拟产品的开发环境，这样就可以在该环境下进行产品的策划、设计等，以及预测产品在真实环境下的相关特征、功能及性能等，这样在进行实际设计、生产的过程中，可以减少反复或者变更等的次数。
VPD技术能够深入到各种复杂产品的制造之中，从而为企业产生巨大的经济效益。
随着计算机技术的高度快速发展，对仿真技术的相关应用已由单一的形式向复杂性的方向进行发展。
由于现代制造企业面向全国甚至全世界，因此，它的仿真对象也是分布在不同的时空，在这样的背景下就产生了分布交互化仿真技术(DIS)。
对于这种仿真系统来讲，它所包括的内容有：构造实体、实体-虚体、真实方面的实体等，并且，这些实体是可以基于不同时期的相关技术、不同产品的相互组成、不同的系统方面的目的、以及不同生产厂家的相关技术等，对于这样的复杂情况是允许他们进行交换操作的。
分布交互化仿真技术(DIS)通过采用计算机网络将分布在不同地点的仿真设备进行连接起来，这样便可以通过实体之间的数据方面的交换构成时空到合成仿真环境的一种比较先进的仿真技术。
如今，在我国制造业中已经产生了虚拟企业或者类似于DIS的虚拟研究开发中心等。
就目前来讲，比较出名的就是香港城市大学与香港生产力方面的促进局共同构建的快速科技中心，它就是虚拟研究开发中心。
由于当今社会是动态快速发展变化的，人们的需求更多转向个性化、多样化等方向，因此，对于制造企业来讲，它们就要抓住市场的需求，然后采取方式(如柔性生产制造)来快速响应市场需求，这样才能够为企业获取更多的市场利润，但是，通常情况之下，由于企业在短期内存在相关资源欠缺等方面的局限性，在这样的背景下，企业要想获得市场机会，它们就有可能通过互联网来临时连接成一种动态方面的联盟-也就是所谓的虚拟企业。
4 结束语
随着我国社会的不断发展，导致计算机仿真技术的发展也日新月异。
在制造业中，对于整个产品的生命周期来讲，仿真技术都表现出其强大的发展潜力。
在当今制造业竞争激烈的社会，计算机仿真技术在制造领域的应用及发展在不断的扩展，其功能也更多的面向可视化、智能化生产、绿色制造等方面不断发展。
参考文献
[1]戴金海等.并行工程与仿真技术[J].计算机仿真，2013(23)：54-59.
[2]熊光楞.计算机仿真及其在制造业中的应用[J].计算机仿真，2012，2(14)：20-27.
[3]郑力，卢继平等.虚拟制造技术[J].计算机辅助设计与制造，2013(09)：62-67.
[4]王涛等.并行工程环境下的集成化装配设计系统[A].并行工程关键技术论文集[C]，2011：162-167.
计算机集成制造系统在机械制造业的应用【3】
摘 要：近年来，随着计算机技术的飞速发展，传统的机械加工制造技术发生了极为广泛的变化。
计算机辅助制造系统的集成，可实现产品订货、设计、制造、管理和销售过程的高度自动化和总体最优化，从而提高企业的竞争能力和生存能力。
关键词：计算机集成制造系统;计算机辅助制造;TQCS;数据库
在日趋激烈的竞争市场和科研发展的不断推动下，机械加工制造业不断吸收机械、电子、信息材料、能源及现代管理技术的最新成果，将其综合应用于机械制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁无污染和灵活的柔性生产。
一、计算机集成制造系统及其特征
1.计算机集成制造系统定义
计算机集成制造系统(Computer Integrated Making System，简称CIMS)又称计算机综合制造系统。
在产品生命周期中，各项作业都已有了其相应的计算机辅助系统，如计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算机辅助工艺规划(CAPP)、计算机辅助测试(CAT)、计算机辅助质量控制(CAQ)等。
2.计算机集成制造系统特征
与传统机械制造技术相比，计算机集成技术具有如下特征：
(1)传统机械制造技术的学科、专业单一，界限分明，而计算机集成制造系统技术的引入及与传统机械制造技术的结合，形成能驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的多学科交叉的生产制造系统。
(2)传统制造技术一般仅指加工制造过程的工艺方法，而计算机制造系统技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修的全过程，强调了“市场―产品设计―制造―市场”的一体化，以实现“TQCS”生产的综合指标为宗旨，进而满足不断的多样化需求。
(3)生产规模的扩大及最佳技术经济效果的追求，使计算机集成制造系统技术更加重视技术与管理的结合，重视制造过程的组织和管理体制的简化及合理化，产生了一系列技术与管理相结合的新的生产方式。
二、计算机集成制造系统组成及应用
1.计算机集成制造系统的组成
计算机集成制造系统的主要技术基础是柔性制造系统，是集成化的柔性制造系统。
作为一个复杂系统的集成，计算机集成制造系统必须是有层次的。
其组成如图1所示,一般分为五层：
(1)第一层为工厂层，它是决策工厂的整体资源、生产活动和经营管理的最高层。
(2)第二层为车间层，又称为区间层，这里的车间并不是目前工厂中“车间”概念，车间层仅表示它要执行工厂整体活动中的某部分功能，进行资源调配和任务管理。
(3)第三层为单元层，这一层将支配一个产品的加工或装配过程。
(4)第四层为工作站层，这将协调站内的一组设备。
(5)第五层为设备层，这是一些具体的设备，如机床、测量机等，将执行具体的加工，装配或测量任务。
按照上述层级原理组成的计算机集成制造系统，一般可看成是由管理信息系统、计算机辅助工程系统、生产过程控制和管理系统及物料的储存、运输和保障系统等四个子系统和一个数据库组成的大系统。
如图2所示：
2.计算机集成制造系统的应用
(1)管理信息系统。
这是生产系统的最高层次，是企业的灵魂，它将对生产进行战略决策和宏观管理。
它根据市场需求和物质供应等信息，从全局和长远的观点出发，通过决策模型来决定投资策略和生产计划。
同时，将决策结果的信息和数据，通过数据库和通信网络与各子系统进行联系和交换，对各子系统进行管理。
(2)计算机辅助工程系统。
这是企业产品研究的开发系统，并能进行生产技术的准备工作。
能根据决策信息进行产品的计算机辅助设计，对零件、产品的使用性能、结构、强度等进行分析计算，利用成组技术的方法对零件、刀具和其他信息进行分类和编码，并在此基础上进行零件加工的计算机辅助工艺设计和编制数控加工程序，以及进行相应的工、夹具设计等生产技术准备工作。
(3)生产过程控制与管理系统。
它从数据库中取出由管理信息系统和计算机辅助工程系统中传出的相应的信息数据，对生产过程进行实时控制和管理，并把生产中出现的新信息通过数据库反馈给有关的子系统，如产品质量问题，生产统计数据，废次品率等，以便决策机构作出相应的反应，及时调整生产。
(4)物料的储存、运输和保障系统。
这是组织原材料和配件的供应，成品和半成品的管理与输送及各功能部门与车间之间的物流系统。
(5)数据库。
计算机集成制造系统中的数据库涉及的部门繁多，含有不同类型、不同逻辑结构和物理结构的数据及不同语言和不同定义等。
因此，除各部门经常使用的某些信息可由中央数据库统一管理外，一般都在各部门或地区内建立专用的数据库，即在整个系统中建立一个分布或数据库。
三、计算机辅助制造
利用计算机分析结构将产品的设计信息自动地转换成制造信息，以控制产品的加工、装配、检验、试验、包装等全过程，以及与这些过程有关的全部物流系统和初步的生产调度，这就是计算机辅助制造。
计算机辅助制造的应用可以概括为两大类。
一类是计算机直接与制造过程连接，对制造过程及其设备实施监视和控制，这是计算机辅助制造的直接应用。
另一类是计算机不直接与制造过程连接，而是用计算机提供生产计划、进行技术准备和发出各种指令和信息，以便使生产资源和管理更为有效，从而对制造过程进行支持，这是计算机辅助制造的间接应用。
目前，计算机集成制造系统已经实现了在计算机网络及分布式数据库支持下，将不同类型的计算机及设备控制器按信息共享，柔性生产的目的集成起来，从而形成了从工程设计、生产调度与控制加工制造的集成试验制造系统，建立了包括加工制造、物料储存、刀具与夹具管理及测量等8个工作站的柔性制造单元，实现了车间层、工作站层、设备层的递阶调度与控制。
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