汽車制造工藝課件：汽車先進(jìn)制造工藝展望 -

12.1精益生產(chǎn)(LP)12.2敏捷制造(AM)12.3行工程(CE)12.4快速成形技術(shù)(RPM)12.5虛擬制造技術(shù)(VMT)

汽車先進(jìn)制造工藝展望汽車先進(jìn)制造工藝展望在現(xiàn)代制造戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸取計算機(jī)、信息、自動化、新材料和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品的研究與開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、管理和市場開發(fā)、售后服務(wù)，并取得社會經(jīng)濟(jì)效益的綜合技術(shù)，統(tǒng)稱為先進(jìn)制造技術(shù)(AMT)。12.1精益生產(chǎn)(LP)12.1.1精益生產(chǎn)基本概念

精益生產(chǎn)又稱精良生產(chǎn)，是20世紀(jì)50年代由日本工程師豐田英二和大野耐一根據(jù)當(dāng)時日本的實際情況：國內(nèi)市場很小，所需的汽車種類繁多，而又沒有足夠的資金和外匯購買西方最新技術(shù)，在豐田汽車公司創(chuàng)造的一種新的生產(chǎn)方式。這種生產(chǎn)方式既不同于歐洲的單件生產(chǎn)方式，也不同于美國的大批量生產(chǎn)方式，它綜合了單件生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)方式的優(yōu)點，使工廠的一切投入都大大減少，新產(chǎn)品的開發(fā)時間大大縮短，生產(chǎn)出的產(chǎn)品更多，而且質(zhì)量更好。這種生產(chǎn)方式到了20世紀(jì)60年代已經(jīng)成熟，從而不僅使豐田，而且使整個日本的汽車工業(yè)受益匪淺。12.1.2精益生產(chǎn)的內(nèi)涵1．精益生產(chǎn)的基本概念

精益生產(chǎn)，英文原意是“瘦型”生產(chǎn)方式。精益生產(chǎn)簡練的含義就是運(yùn)用多種現(xiàn)代管理方法和手段，以社會需求為依托，以充分發(fā)揮人的作用為根本，有效配置和合理使用企業(yè)資源為企業(yè)謀求經(jīng)濟(jì)效益的一種新型企業(yè)生產(chǎn)方式。2．精益生產(chǎn)方式的思維特點

之所以能產(chǎn)生精益生產(chǎn)方式，是由于精益生產(chǎn)發(fā)明人有一套完全的與眾不同的思維方式做指導(dǎo)。主要的思維方式有下述三點。(1)逆向思維方式

(2)逆境中的拼搏精神(3)無止境的盡善盡美追求

3．精益生產(chǎn)方式的特征

精益生產(chǎn)方式綜合了單件生產(chǎn)與大量生產(chǎn)的優(yōu)點，既避免了前者的高成本，又避免了后者的僵化，在內(nèi)容和應(yīng)用上具有如下的特征。(1)以銷售部門作為企業(yè)生產(chǎn)過程的起點，產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)品生產(chǎn)均以銷售為起點，按訂貨合同組織多品種小批量生產(chǎn)。(2)產(chǎn)品開發(fā)采用并行工程方法和主查制，確保高質(zhì)量、低成本，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，滿足用戶要求。(3)在生產(chǎn)制造過程中實行“拉動式”的準(zhǔn)時化生產(chǎn)，把上道工序推動下道工序的生產(chǎn)變?yōu)橄碌拦ば蛞罄瓌由系拦ば虻纳a(chǎn)，杜絕一切超前、超量生產(chǎn)。(4)以人為中心，充分調(diào)動人的潛能和積極性，普遍推行多機(jī)器操作，多工序管理，并把工人組成作業(yè)小組，不僅完成生產(chǎn)任務(wù)，而且參與企業(yè)管理，從事各種革新活動，提高勞動生產(chǎn)率。(5)追求無廢品、零庫存、零故障等目標(biāo)，降低產(chǎn)品成本，保證產(chǎn)品多樣化。(6)消除一切影響工作的“松弛點”，以最佳工作環(huán)境、最佳條件和最佳工作態(tài)度從事最佳工作，從而全面追求盡善盡美，適應(yīng)市場多元化要求，用戶需要什么則生產(chǎn)什么，需要多少就生產(chǎn)多少，達(dá)到以盡可能少的投入獲取盡可能多的產(chǎn)出。(7)把主機(jī)廠與協(xié)作廠之間存在的單純買賣關(guān)系變成利益共同的“共存共榮”的“血緣關(guān)系”。12.1.3精益生產(chǎn)模式精益生產(chǎn)要求不僅是在技術(shù)上實現(xiàn)制造過程和信息流的自動化及其集成。而更重要的是從系統(tǒng)工程的角度對企業(yè)的活動及其社會影響進(jìn)行全面的、整體的優(yōu)化。精益生產(chǎn)不僅著眼于技術(shù)，還充分考慮到組織和人的因素，在企業(yè)的受益者—顧客、職工、顧主(所有者)、供應(yīng)方和社會五方面的推動下建立其精益生產(chǎn)體系。

通過上述分析可以看出，提高企業(yè)的競爭力不僅取決于新技術(shù)、新的經(jīng)營管理模式和組織結(jié)構(gòu)，而且還與能否最大限度地調(diào)動和發(fā)揮人的作用相關(guān)，以人這個最具柔性和潛力的因素為中心，是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。精益生產(chǎn)方式把人作為這個體系的中心，從此取代了過去那種“機(jī)器中心論”、“全盤自動化”以及“無人化工廠”的思想。如果把精益生產(chǎn)體系看作一幢大廈，大廈的基礎(chǔ)就是在計算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)支持下的小組工作方式和并行工程，大廈的支柱就是準(zhǔn)時生產(chǎn)、成組技術(shù)(GT)和全面質(zhì)量管理。精益生產(chǎn)是屋頂，如圖12.1所示。12.1.4精益生產(chǎn)的主要內(nèi)容精益生產(chǎn)方式的應(yīng)用涉及到企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、制造和經(jīng)營管理的各個方面，主要是改進(jìn)企業(yè)生產(chǎn)勞動組織和現(xiàn)場管理，徹底消除生產(chǎn)制造過程中的無效勞動和浪費(fèi)，科學(xué)、合理地組織與配置生產(chǎn)要素，增強(qiáng)企業(yè)適應(yīng)市場的應(yīng)變能力，取得更高經(jīng)濟(jì)效益。1．主查制的開發(fā)組織，并行式的開發(fā)程序2．拉動式的生產(chǎn)管理3．以人本管理為根本的勞動組織體制4．簡化產(chǎn)品檢驗環(huán)節(jié)，強(qiáng)調(diào)一體化的現(xiàn)場質(zhì)量管理5．總裝廠與協(xié)作廠之間的相互依存6．以顧客為中心的銷售策略12.2敏捷制造(AM)12.2.1.敏捷制造的提出20世紀(jì)60、70年代，隨著日本工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，日本的各種生產(chǎn)管理技術(shù)和理論也在不斷地走向成熟，JIT(準(zhǔn)時生產(chǎn))、TQC(全面質(zhì)量管理)等管理方法與理論陸續(xù)提出。這些不斷發(fā)展的理論又反過來支撐著日本經(jīng)濟(jì)特別是工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，將美國等老牌資本主義國家拋在了身后。因此，1991年，由美國國防制造技術(shù)計劃秘書辦公室資助，由美國海軍制造技術(shù)辦公室和美國里海(Lehigh)大學(xué)的亞柯卡(Iacocca)研究所簽訂合同，開展未來制造技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略的研究。12.2.2敏捷制造的內(nèi)涵1．敏捷制造的基本概念美國工程師學(xué)會(ASME)主辦的《機(jī)械工程》雜志1994年期對敏捷制造進(jìn)行了如下定義：“敏捷制造就是指制造系統(tǒng)在滿足低成本和高質(zhì)量的同時，對變幻莫測的市場需求的快速反應(yīng)”。敏捷制造是在無法預(yù)測和持續(xù)變化的市場環(huán)境中保持并不斷提高企業(yè)的快速反應(yīng)和竟?fàn)幠芰?，通過綜合運(yùn)用在計算機(jī)技術(shù)基礎(chǔ)下迅猛發(fā)展的產(chǎn)品制造、信息集成和通信技術(shù)，充分利用企業(yè)之間以及企業(yè)內(nèi)部的各種資源，結(jié)成針對某種產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計與制造的全球企業(yè)動態(tài)聯(lián)盟。并以最快、最經(jīng)濟(jì)的方式開發(fā)產(chǎn)品，推向市場。2．敏捷制造的特點

敏捷制造(AgileManufacturing-AM)是美國為重振其在制造業(yè)中的領(lǐng)導(dǎo)地位而提出的一種新的制造模式。它的特點可概括為:通過先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、先進(jìn)的管理技術(shù)和高素質(zhì)人員的集成，著眼于獲取企業(yè)的長期經(jīng)濟(jì)效益;用全新的產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品生產(chǎn)的組織管理方法，來對市場需求和用戶要求做出靈敏和有效的響應(yīng)。具體地講，它具有以下特點：(1)對產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計、制造全過程的要求(2)多變的動態(tài)組織結(jié)構(gòu)(3)戰(zhàn)略著眼點在于長期獲取經(jīng)濟(jì)效益(4)實現(xiàn)技術(shù)、管理和人的有效集成(5)充分利用人的因素，強(qiáng)調(diào)以“人”為中心12.2.3敏捷制造的一般實施方法從系統(tǒng)化的角度看，敏捷制造的一般實施方法可山五個層次組成，即企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略層、企業(yè)的敏捷化建設(shè)及經(jīng)營策略變更層、企業(yè)技術(shù)準(zhǔn)備層、敏捷制造系統(tǒng)構(gòu)建層、敏捷制造系統(tǒng)運(yùn)行與管理層。企業(yè)敏捷制造戰(zhàn)略層的主要任務(wù)是進(jìn)行企業(yè)的競爭優(yōu)勢分析與評估，以便確認(rèn)企業(yè)在實施敏捷化工程中的目標(biāo)體系

企業(yè)的敏捷化建設(shè)及經(jīng)營策略變更層的主要任務(wù)則是分析企業(yè)的過程與功能，以便判斷是否及如何對企業(yè)資源尤其是核心資源進(jìn)行凋整，為企業(yè)重組提供必要的工程依據(jù)。此外，如何建立適應(yīng)于相應(yīng)的調(diào)整策略的員工培訓(xùn)體系亦占據(jù)重要位置。圖12.2展示了上述五個層面所涉及到的基本內(nèi)容以及敏捷制造環(huán)境建立的一般流程。12.2.4敏捷制造對制造業(yè)影響敏捷制造不是憑空產(chǎn)生的，是制造型企業(yè)為適應(yīng)經(jīng)濟(jì)全球化和先進(jìn)制造技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，它的基本思想和方法可以應(yīng)用于絕大多數(shù)類型的行業(yè)和企業(yè)。制造型企業(yè)采用敏捷制造策略后，將在以下幾個方面會引起明顯的變革：(1)聯(lián)合競爭不同行業(yè)和規(guī)模的企業(yè)將會聯(lián)合起來構(gòu)造敏捷制造環(huán)境。(2)技術(shù)和能力交叉敏捷制造策略將促進(jìn)制造技術(shù)和管理模式的交流和發(fā)展。(3)環(huán)境意識加強(qiáng)企業(yè)將采用綠色設(shè)計和綠色制造技術(shù)。(4)信息成為商品在構(gòu)成敏捷制造支撐環(huán)境的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上會出現(xiàn)各種信息中介服務(wù)機(jī)構(gòu)。12.3并行工程(CE)隨著信息時代的到來，世界大大變小了，這一切極大地加速了世界市場的形成和發(fā)展；而世界市場的形成與發(fā)展又使得在世界范圍內(nèi)的市場競爭變得越來越激烈。竟?fàn)幱欣谕苿由鐣倪M(jìn)步，使技術(shù)得到空前的發(fā)展；但同時，競爭也是殘酷無情的，適者生存，給企業(yè)造成了嚴(yán)酷的生存環(huán)境。不論一個企業(yè)原來的基礎(chǔ)如何，是處于先進(jìn)、落后還是中間，都遵循著同一競爭尺度，即用戶選擇原則。隨著競爭的激烈，競爭的焦點變?yōu)樵谧疃痰臅r間(Time)開發(fā)出高質(zhì)量(Quality)、低成本(Cost)、環(huán)境污染最小(Environment)的產(chǎn)品并提供良好的服務(wù)(Service)，即所謂的企業(yè)核心競爭力TQCSE。1.并行工程的概念并行工程是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造和支持過程)進(jìn)行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化的工作模式，這種模式力圖使開發(fā)者從一開始就考慮到產(chǎn)品全生命周期中的所有因索，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度和用戶需求。圖12.3和圖12.4所示為傳統(tǒng)串行設(shè)計和并行設(shè)計的框圖。它對傳統(tǒng)的模式?jīng)_擊主要表現(xiàn)在如下幾個方面。(1)組織方面。(2)管理方面。(3)技術(shù)方面。2.并行工程的特點采用并行工程技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)具有以下一些特點。(1)在產(chǎn)品設(shè)計期間，并行地處理整個產(chǎn)品生命周期中的關(guān)系，體現(xiàn)了小組合作、信任及其共享的價值，因而消除了由串行過程引起的孤立、分散及其“拋過墻”綜合癥。(2)在產(chǎn)品開發(fā)過程中，開發(fā)人員被劃分成許多小組，通過并行規(guī)劃，這些小組將并行工作最大限度地集中起來作并行處理，(3)在設(shè)計一開始就考慮到影響產(chǎn)品質(zhì)量的所有因素。(4)這種方法強(qiáng)調(diào)用戶呼聲，對用戶更加負(fù)責(zé)。3.并行工程的4個關(guān)鍵要素(1)產(chǎn)品開發(fā)隊伍重構(gòu)(2)產(chǎn)品開發(fā)過程重構(gòu)過程重構(gòu)應(yīng)當(dāng)考慮下列因素：

①明確責(zé)任，劃分產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)流程。

②產(chǎn)品開發(fā)過程由串行改為并行二

③對IPT成員素質(zhì)的要求。

④不同層次的IPT對協(xié)同環(huán)境的要求。

⑤盡量利用己有的資源。(3)數(shù)字化產(chǎn)品定義(4)協(xié)同工柞環(huán)境12.4快速成形技術(shù)(RPM)12.4.1快速成形概述1．RPM技術(shù)產(chǎn)生背景

隨著全球市場一體化的形成，制造業(yè)的競爭越來越激烈，產(chǎn)品的開發(fā)速度日益成為市場競爭的主要焦點。在此情況下，自主快速開發(fā)產(chǎn)品(快速設(shè)計和快速工模具制造)的能力，成為制造業(yè)全球競爭的實力基礎(chǔ)。同時，制造業(yè)為滿足日益變化的用戶需求，又要求制造技術(shù)有較強(qiáng)的靈活性，能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)而不增加產(chǎn)品的成本。因此，開發(fā)產(chǎn)品的速度和制造技術(shù)的柔性就顯得十分重要。從技術(shù)發(fā)展角度看，計算機(jī)、CAD、材料、激光等技術(shù)的發(fā)展為新的制造技術(shù)的產(chǎn)生奠定了基礎(chǔ)。2．快速成形定義

日前，“RapidPrototyping”一詞已不能完全表達(dá)出各種成形系統(tǒng)、成型材料及成形工藝等所包含的內(nèi)容。因此，關(guān)于什么是“RapidPratvtyping”，美國制造工程師協(xié)會(SME)對RP技術(shù)進(jìn)行了定義：“RP系統(tǒng)依據(jù)二維CAD模型數(shù)據(jù)、CT和MRI掃描數(shù)據(jù)和由三維實物數(shù)字化系統(tǒng)創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，把所得數(shù)據(jù)分成一系列二維平面，又按相同序列沉積或固化出物理實體”。3．快速成形原理首先由三維CAD軟件設(shè)計出所需要零件的計算機(jī)二維曲面或?qū)嶓w模型(亦稱電子模型)；然后根據(jù)工藝要求，按一定的規(guī)則在向?qū)⑵浒茨骋缓穸冗M(jìn)行分層，將原來的三維電子模型變成一系列的二維平面信息；再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加人合適的加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼；最后在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式，連續(xù)有序地加工出每個層片，并使它們自動粘接而成型。圖12.5所示為快速成形原理框圖。12.4.2快速成形工藝方法RPM技術(shù)的具體工藝不下30余種，最為成熟的有以下四種：1.立體印刷(SL-StereoLithography)SL快速成形技術(shù)最早是由美國3DSystem公司開發(fā)的，它的工作原理為：如圖12.6所示，由一個掃描激光頭，發(fā)出紫外激光束在液態(tài)紫外光敏樹脂的表層進(jìn)行掃描，掃描的軌跡及激光有無均由計算機(jī)控制，液態(tài)樹脂表層受光束照射的那些點發(fā)生聚合反應(yīng)形成固態(tài)。2.分層實體制造(LOM-LaminatedObjectManufacturing)LOM快速成形技術(shù)最早是由美國Helisys公司開發(fā)的。該項技術(shù)將薄片材料，如紙、塑料薄膜等一層一層地堆疊起來，激光束只需掃描和切割每一層的邊沿，而不必像SL技術(shù)那樣，要對整個表面層進(jìn)行掃描，如圖12.7所示。3.選擇性激光燒結(jié)(SLS-SelectiveLaserSintering)SLS技術(shù)最早由美國得克薩斯大學(xué)開發(fā)，并由DTM公司將其推向市場。SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。其原理為：如圖12.8，將材料粉末鋪灑在已成形零件的上表面，并刮平；在計算機(jī)的控制下，用高強(qiáng)度的

激光器在剛鋪的新層上掃描出零件截面；4.熔融沉積成形(FDM-FusedDepositionModeling)熔融沉積成形FDM工藝由美國學(xué)者Dr.ScottCrump于1988年研制成功。它是一種不使用激光器加工的方法。其原理：如圖12.9所示，噴頭在計算機(jī)控制下作x-y聯(lián)動及z向運(yùn)動，絲材在噴頭中被加熱到溫度略高于其熔點，通過帶有一個微細(xì)噴嘴的噴頭擠噴出來。12.4.3快速原型技術(shù)的特點及應(yīng)用領(lǐng)域由以上各種工藝的原理可以看出，快速原型技術(shù)有一個共同的特點，即先將產(chǎn)品零件作分層處理，然后再一層層地疊加，這決定了快速原型技術(shù)有以下特點：(1)可以加工出任意形狀的產(chǎn)品零部件。(2)可以加工多種材料，以得到不同的機(jī)械性能和熱特性的工件。(3)不需要制造專用的模具、夾具。(4)不需要專門設(shè)計圖紙。(5)不需要編制工藝文件。(6)非常適合于計算機(jī)集成制造。(7)速度快。(8)成本幾乎與零件的復(fù)雜程度和生產(chǎn)批量無關(guān)。12.4.4RPM技術(shù)的發(fā)展趨勢RPM是面向產(chǎn)業(yè)界的高新綜合技術(shù)，它無疑將繼續(xù)獲得越來越廣泛的應(yīng)用。國外有人預(yù)測：快速原型技術(shù)將成為一種一般性的加工方法。這一技術(shù)在我國許多行業(yè)也有巨大的的潛在市場。目前，快速原型技術(shù)最突出的問題是，所制原型零件的物理性能較差，成形機(jī)的價格較高，運(yùn)行成本較高，零件精度低，表面粗糙度高，成形材料仍然有限。12.5虛擬制造技術(shù)(VMT)20世紀(jì)90年代以來，對市場的快速響應(yīng)(交貨期)成為企業(yè)競爭的焦點，于是敏捷制造、智能制造、虛擬制造(VM)等新概念、新的生產(chǎn)組織方式、新的生產(chǎn)模式相繼出現(xiàn)。企業(yè)的柔性和快速響應(yīng)市場的能力成為競爭能力的主要標(biāo)志。一些學(xué)者預(yù)測，21世紀(jì)初是技術(shù)創(chuàng)新的年代，就是以高新技術(shù)、新穎的產(chǎn)品去開拓市場，創(chuàng)新將是主要標(biāo)志。因此，知識的獲取和創(chuàng)新、信息的交流和技術(shù)的合作都是本世紀(jì)市場競爭的熱點問題。虛擬制造技術(shù)就是根據(jù)企業(yè)競爭的需求，在強(qiáng)調(diào)柔性和快速的前提下，于20世紀(jì)80年代提出來的，并隨著計算機(jī)技術(shù)、特別是信息技術(shù)的迅速發(fā)展，在90年代得到了人們的極大重視，獲得迅速發(fā)展。12.5.1虛擬制造概述1．虛擬制造技術(shù)與虛擬制造系統(tǒng)虛擬制造技術(shù)(VirtualManufacturingTechnolog，VMT)是由多學(xué)科先進(jìn)知識形成的綜合系統(tǒng)技術(shù)，是以計算機(jī)仿真技術(shù)為前提，對設(shè)計、制造等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建模，在產(chǎn)品設(shè)計階段，實時地并行地模擬出產(chǎn)品未來制造全過程及其對產(chǎn)品設(shè)計的影響，預(yù)測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的制造性，從而更有效、更經(jīng)濟(jì)地靈活地組織制造生產(chǎn)，使工廠和車間的資源得到合理配置，以達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本的最小化，產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的最優(yōu)化，生產(chǎn)效率的最高化之目的。2．虛擬制造的特點(1)虛擬制造是實際制造過程在計算機(jī)上的映射和本質(zhì)表現(xiàn)，即采用計算機(jī)仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在計算機(jī)上群組協(xié)同工作，實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程。(2)虛擬制造雖然不是實際的制造，但卻實現(xiàn)實際制造的本質(zhì)過程。(3)產(chǎn)品設(shè)計與制造是在虛擬環(huán)境下進(jìn)行的，在計算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計、制造、測試，甚至設(shè)計人員或用戶可“進(jìn)入”虛擬的制造環(huán)境檢驗其設(shè)計、加工、裝配和操作。(4)可使分布在不同地點、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個產(chǎn)品模型上協(xié)同工作。3．虛擬制造的內(nèi)涵如果將實際制造系統(tǒng)RMS抽象成由實際物理系統(tǒng)RPS(RealPhysicalSystem)、實際信息系統(tǒng)RIS(RealInformationSystem)實際控制系統(tǒng)RCS(RealContmlSystem)組成的，可以簡單標(biāo)識為：RMS={RPS，RIS,，RCS}RPS包括所有的制造物理實體，例如材料、機(jī)床、機(jī)器人、夾具、控制器等RIS包括信息處理和決策，如調(diào)度、計劃、設(shè)計。RIS通過RCS與RPS交換信息。那么，我們可以將實際制造系統(tǒng)映射到基于虛擬制造技術(shù)的虛擬制造系統(tǒng)，虛擬制造系統(tǒng)可以表示為：VMS={VPS，VIS，VCS}其中VPS是虛擬物理系統(tǒng)，VIS為虛擬信息系統(tǒng)，VCS是虛擬控制系統(tǒng)。4．虛擬制造的效果虛擬制造可以為企業(yè)帶來六個方面的主要效果:(1)提供影響產(chǎn)品性能、制造成木、生產(chǎn)周期的相關(guān)信息，以便使決策者能夠正確地處理產(chǎn)品的性能、制造成本、生產(chǎn)進(jìn)度和風(fēng)險之間的平衡關(guān)系。(2)提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)呈，減少設(shè)計缺陷，優(yōu)化產(chǎn)品性能。(3)提高工藝規(guī)劃和加工過程的合理性，優(yōu)化制造過程及提高制造質(zhì)量。(4)通過生產(chǎn)計劃的仿真，可以優(yōu)化資源配置和物流管理，實現(xiàn)柔性制造和敏捷制造，降低生產(chǎn)成本。(5)通過提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和縮短開發(fā)周期以及提高企業(yè)的柔性。(6)通過虛擬企業(yè)的概念以及具體的實踐組成的快速響應(yīng)部隊，能在競爭中為企業(yè)把握機(jī)遇和帶來優(yōu)勢。12.5.2虛擬制造的研究內(nèi)容虛擬制造的主要研究內(nèi)容可以分為三個方而：虛擬制造的理論體系、虛擬產(chǎn)品設(shè)計、虛擬產(chǎn)品制造。1．虛擬制造的理論體系合理的體系能為虛擬制造的后續(xù)發(fā)展提供一個邏輯嚴(yán)密、開放性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊的基礎(chǔ)，同時有助于理順VM單元技術(shù)間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。(1)開放機(jī)理(2)分布機(jī)理(3)動態(tài)機(jī)理(4)并行機(jī)理(5)集成機(jī)理(6)人機(jī)和諧機(jī)理2．虛擬產(chǎn)品設(shè)計建立產(chǎn)品的功能和結(jié)構(gòu)信息模型，同時對產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、性能進(jìn)行仿真，作為對設(shè)計的指導(dǎo)和對用戶需求的預(yù)評估。(1)虛擬產(chǎn)品建模理論(2)并行設(shè)計過程及管理

(3)面向設(shè)計過程的智能仿真3．虛擬產(chǎn)品制造虛擬產(chǎn)品制造在真實產(chǎn)品投產(chǎn)之前，就在VMS中模擬出產(chǎn)品未來的制造過程。(1)建立統(tǒng)一的虛擬制造分布式仿真模型

(2)制造系統(tǒng)離散事件建模與仿真在制造系統(tǒng)模型的支持下，調(diào)度方案通過面向?qū)ο蟮碾x散事件仿真器進(jìn)行調(diào)度全過程的仿真運(yùn)行，提供工藝和調(diào)度的集成以及并行決策的反饋支持，同時預(yù)測調(diào)度成本和調(diào)度時間，建立虛擬生產(chǎn)調(diào)度的方法、規(guī)則、模糊判斷等知識庫。(3)多級分布式仿真集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)根據(jù)統(tǒng)一的虛擬制造分布式仿真模型，建立分布式仿真集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，為制造系統(tǒng)仿真工具和各個加工制造過程仿真工具的有機(jī)集成提供支持，研究面向設(shè)計方案評價的集成方法，建立面向生產(chǎn)的虛擬產(chǎn)品制造集成體系。12.5.3虛擬制造的技術(shù)體系虛擬制造涉及到整個產(chǎn)品生命周期中的各個方面，即產(chǎn)品設(shè)計、制造的所有活動，不僅要用到制造企業(yè)的所有傳統(tǒng)技術(shù)，而且還需要開發(fā)VMS特有新技術(shù)與新方法，尤其是需要虛擬制造環(huán)境下新的建模與仿真技術(shù)。1994年7月12日13日在美國俄亥俄(Ohio)的代頓(Dayton)召開的VirtualManufacturingUserWorkshop會議上提出了9個技術(shù)領(lǐng)域，16項技術(shù)。1994年10月25日～26日在同一地點召開的VirtualManufacturingTechnicalWorkshop會議上又將技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展為13個，技術(shù)項目擴(kuò)展為44項。如何有效地組織、開發(fā)這許許多多的虛擬制造技術(shù)是實施虛擬制造系統(tǒng)的關(guān)鍵之一。為了有效地管理、組織、開發(fā)、使用虛擬制造技術(shù)，確保虛擬制造系統(tǒng)的實施，構(gòu)建虛擬制造的體系如圖12.10所示。1．建模技術(shù)群建模技術(shù)群是指用來開發(fā)VMS中各種模型的所有技術(shù)與方法建模技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。建模問題包括:表達(dá)、表述語言、抽象、聯(lián)合、標(biāo)準(zhǔn)、重用性、多用性和配置控制。重要的建模技術(shù)有：基于約束的參數(shù)化特征3D建模技術(shù)、具有變量推理的產(chǎn)品定義模型技術(shù)、面向CE適用于VMS的產(chǎn)生式工藝設(shè)計技術(shù)、基于物理學(xué)的過程建模技術(shù)、面向?qū)ο蟮膭討B(tài)功能語言和基于事件的建模技術(shù)、制造過程的計算機(jī)特征化技術(shù)(包括制造過程中影響材料轉(zhuǎn)化變量的捕捉、測量和分析，以及創(chuàng)建基于實際車間數(shù)據(jù)的這些過程的通用模型的技術(shù)和方法)。根據(jù)建模對象的不同，建模技術(shù)可以分為：①產(chǎn)品和過程模型的建模技術(shù)；②虛擬車間的建模技術(shù)；③虛擬公司的建模技術(shù)。(1)產(chǎn)品和過程模型的建模技術(shù)

產(chǎn)品和過程建模是虛擬制造技術(shù)與系統(tǒng)的核心技術(shù)之一。在VMS中，產(chǎn)品和過程模型以虛擬產(chǎn)品主模型的方式構(gòu)造與組織。(2)虛擬車間模型的建模技術(shù)

虛擬車間模型主要由設(shè)備模型、車間布局模型、生產(chǎn)調(diào)度模型、制造過程模型、過程監(jiān)控模型以及這些模型之間的關(guān)聯(lián)模型(元模型)等組成。(3)虛擬公司的建模技術(shù)2．仿真技術(shù)群仿真技術(shù)群是指運(yùn)行和操作構(gòu)成VMS各種模型的所有方法與技術(shù)。VM是基于模型的制造，仿真技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。仿真技術(shù)是在計算機(jī)中表達(dá)一個物理系統(tǒng)或環(huán)境的能力。3．控制技術(shù)群控制技術(shù)群是指建模過程、仿真過程所用到的各種管理、組織與控制技術(shù)與方法。主要包括：①模型部件的組織、調(diào)度策略及交換技術(shù)；②仿真過程的工作流程與信息流程控制；③VMS方法論；④概念設(shè)計與制造方法、加工過程、成本估計集成技術(shù)；⑤集成動態(tài)的、分布式的、協(xié)作模型的集成技術(shù)；⑥實現(xiàn)最佳設(shè)計的沖突求解技術(shù)；⑦基于仿真的推理技術(shù)；⑧模型及仿真結(jié)果的驗證、確認(rèn)技術(shù)。4．支撐技術(shù)群支撐技術(shù)群是指支持VMS開發(fā)、控制與運(yùn)行取得進(jìn)步的基礎(chǔ)性技術(shù)。主要包括：①數(shù)據(jù)庫技術(shù)；②人工智能技術(shù)；③系統(tǒng)集成技術(shù)；④分布式并行智能協(xié)同求解技術(shù)；⑤綜合可視化技術(shù)等。12.5.4虛擬制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)虛擬制造系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)由三層構(gòu)成，分別是：經(jīng)營決策層、產(chǎn)品決策層和生產(chǎn)決策層，如圖12.11所示。(1)經(jīng)營決策層

根據(jù)用戶需求和市場信息、本企業(yè)的資源及技術(shù)條件等情況，做出生產(chǎn)產(chǎn)品的種類、規(guī)模、性能、規(guī)格等決策。(2)產(chǎn)品決策層

根據(jù)上層所做出的生產(chǎn)產(chǎn)品的性能、規(guī)格做出產(chǎn)品總體方案決策，并對其性能做出初步評價，對其成本做出初步預(yù)估。(3)生產(chǎn)決策層

根據(jù)下層決策和企業(yè)人力、物力及技術(shù)資源與水平等情況，做出產(chǎn)品開發(fā)計劃、生產(chǎn)任務(wù)規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度計劃等決策，并在計算機(jī)上實現(xiàn)其制造過程，生產(chǎn)出數(shù)字產(chǎn)品，通過對數(shù)字產(chǎn)品的工作過程仿真，對產(chǎn)品性能做出合理的評價。12.5.5虛擬制造環(huán)境與平臺從產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程來看，“虛擬制造”應(yīng)包括產(chǎn)品的“制造性”、“生