虛擬制造(VM)
(VMf Virtual Man,facturing)逞怨,籠統(tǒng)的理解是:在計(jì)算機(jī)內(nèi)構(gòu)造虛擬的生產(chǎn)系統(tǒng)模型,進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)過程的模擬福澡。
實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)具有對“物質(zhì)”叠赦、“信息”、“能源”進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能革砸,即投入原材料除秀、生產(chǎn)、信息電力等能源算利,制造出所需要的產(chǎn)品及與產(chǎn)品相關(guān)的信息册踩,并排放出作為副產(chǎn)品的余熱等能源泳姐。通常把在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的上述轉(zhuǎn)換活動(dòng)稱為制造。VM可以理解為將實(shí)際生產(chǎn)中的“物質(zhì)”和“能源”信息化囤檐,針對實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中的信息及被信息化的“物質(zhì)”和 “能源”實(shí)現(xiàn)與實(shí)際生產(chǎn)在信息上的等價(jià)轉(zhuǎn)換门烧,這樣的轉(zhuǎn)換形式稱為虛擬制造,即VM過程雖然沒有制造出實(shí)際產(chǎn)品膊护,但卻生成了有關(guān)產(chǎn)品的信息及制造產(chǎn)品所需的信息鹅棺。
(l)虛擬制造系統(tǒng)
基于信息變換等價(jià)性的實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)和虛擬制造系統(tǒng),在概念上也可進(jìn)一步被看成是由“物理系統(tǒng)”和“信息系統(tǒng)”組成的色矿,即生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部存在著設(shè)備原材料纪闽、產(chǎn)品等物理實(shí)體和生產(chǎn)計(jì)劃、任務(wù)書决癞、產(chǎn)品性能要求等信息實(shí)體委勤。普通車床由物理實(shí)體構(gòu)成的部分稱為“物理系統(tǒng)”(physical system);普通車床由信息實(shí)體構(gòu)成的部分稱為“信息系統(tǒng)”榴廷。普通車床生產(chǎn)系統(tǒng)由實(shí)施制造的物理系統(tǒng)和對物理系統(tǒng)進(jìn)行管理(包括計(jì)劃宴甩、控制)的信息系統(tǒng)構(gòu)成。工廠的生產(chǎn)車間可被看作物理系統(tǒng)钢战,而生產(chǎn)管理部門則可被認(rèn)為是信息系統(tǒng)的一部分沾尔。
物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)叉可分為真實(shí)物理系統(tǒng)( Real Physical System,RPS)弟头、虛擬物理系統(tǒng)(Virtual Physical System, VPS)和真實(shí)信息系統(tǒng)(Real Information System吩抓,RIS)、擬實(shí)信息系統(tǒng)(Vutualinformat/on System, WS)赴恨。普通車床若假定虛擬的物理和信息系統(tǒng)存在疹娶,剛有:
?真實(shí)物理系統(tǒng)(RPS)+真實(shí)信息系統(tǒng)( RIS):現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)系統(tǒng)。
?真實(shí)物理系統(tǒng)(RPs)+虛擬信息系統(tǒng)( VIS):生產(chǎn)計(jì)劃伦连、管理的部分為虛擬的生產(chǎn)系統(tǒng)雨饺。例如,用計(jì)算機(jī)對已建成的工廠進(jìn)行動(dòng)轉(zhuǎn)試驗(yàn)惑淳。
?虛擬物理系統(tǒng)(VPs)+真實(shí)信息系統(tǒng)(IUS):實(shí)施生產(chǎn)的部分為虛擬系統(tǒng)的生產(chǎn)系統(tǒng)额港,可以對新工廠的建議方案進(jìn)行事先評價(jià)。
?虛擬物理系統(tǒng)(VPs)+虛擬信息系統(tǒng)( VLS):在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的模型歧焦,基于模型通過仿真實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)系統(tǒng)移斩。
?虛擬制造系統(tǒng)必須是在上述組合系統(tǒng)中,至少有一個(gè)是虛擬系統(tǒng)倚舀。
√究蕖(2)虛擬制造系統(tǒng)的形式
從虛擬制造系統(tǒng)的形式看,可分為以下兩種形式。
1)計(jì)算機(jī)仿真
構(gòu)造有關(guān)生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型恒欣,通過仿真實(shí)現(xiàn)虛擬制造移良。生產(chǎn)設(shè)備、工廠組織髓界、產(chǎn)品均是虛擬的辰稽。
2)遙控制造
由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)將載域上分散的生產(chǎn)設(shè)備結(jié)合起來,進(jìn)行集成管理和運(yùn)行咪犹。普通車床生產(chǎn)設(shè)備和產(chǎn)品是實(shí)際存的爷瓜,而工廠組織是假想(虛擬)的。
從研究的方法手段來看遭屑,主要有以下六種形式:
1)產(chǎn)品建模
以產(chǎn)品模型設(shè)備模型為核心“進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)享偎、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度贴袖、設(shè)備布局漏匹、控制等的仿真。
2)生產(chǎn)過程仿真
對切削裝配等生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真质窒。
3)設(shè)備仿真
杌器人等生產(chǎn)設(shè)備離線仿真硫朦、動(dòng)態(tài)特性分析和模擬。
4)物流仿真
物流規(guī)劃背镇、ACV(自動(dòng)搬運(yùn)車)仿真等咬展。
5)機(jī)器控制
遙控操作,虛擬制造設(shè)備(Virtual Manufacturing Device瞒斩,VMD)開放式系統(tǒng)控制器 ( Open System Controller)等破婆。
6)人工虛擬現(xiàn)實(shí)
用計(jì)算機(jī)圖形( cc)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),使操作者身臨虛擬制造系統(tǒng)胸囱,以進(jìn)行操作訓(xùn)練荠割。
(3)虛擬制造系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域
VM的實(shí)現(xiàn)將會(huì)對制造業(yè)中日益自動(dòng)化、復(fù)雜化旺矾、大規(guī)模化的制造系統(tǒng)進(jìn)行更為詳細(xì)的設(shè)計(jì)夺克、仿真及評價(jià)箕宙,并能夠?qū)崿F(xiàn)在信息空間里對大規(guī)模、復(fù)雜铺纽,隨時(shí)間變化的生產(chǎn)系統(tǒng)給予明確的“規(guī)定”柬帕、“推定”、“預(yù)測”诫瑞,其主要應(yīng)用領(lǐng)域有以下幾方面秃囚。
1)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)規(guī)劃
通過VM的應(yīng)用喘玄,實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)(包括系統(tǒng)組成测佣、功能醒横、動(dòng)作)的更為詳細(xì)的、多方位忽件、整個(gè)生命周期下的設(shè)計(jì)和計(jì)劃禁舌。
2)工廠運(yùn)轉(zhuǎn)
未來的工廠將是一個(gè)信息化的工廠,VM系統(tǒng)可很方便地接受涌俘、處理工廠中的各種信息权煎,并可做出適當(dāng)?shù)慕忉屢约皩?shí)現(xiàn)對工廠狀態(tài)監(jiān)測及異常診斷。
3)生產(chǎn)預(yù)測
VM系統(tǒng)可以在實(shí)際生產(chǎn)之前實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的預(yù)測昔永,包括交貨期狱揩、生產(chǎn)產(chǎn)量、質(zhì)量缺钓、設(shè)備狀態(tài)等彻犁。
4)生產(chǎn)教育
實(shí)現(xiàn)對工廠生產(chǎn)人員的操作訓(xùn)練,異常工藝時(shí)的應(yīng)急處理訓(xùn)練等慷吊,另外袖裕,對于不具備大規(guī)模生產(chǎn)設(shè)備的大學(xué),可以進(jìn)行生產(chǎn)系統(tǒng)的謾計(jì)溉瓶、運(yùn)轉(zhuǎn)等練習(xí)急鳄。
虛擬制造系統(tǒng)將使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)堰酿、管理疾宏、信息處理及其各自相關(guān)的領(lǐng)域更加緊密地結(jié)合起來,所要實(shí)現(xiàn)的制造系統(tǒng)將更具有柔性触创、更富有效率坎藐,同時(shí)也將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)通信、網(wǎng)絡(luò)哼绑、數(shù)據(jù)庫岩馍、人工智能等關(guān)聯(lián)技術(shù)的發(fā)展,最終實(shí)現(xiàn)提高制造業(yè)國際競爭力的目標(biāo)抖韩。
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