先进制造技术中的建模与仿真技术.doc

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1、先进制造技术中的建模与仿真技术摘要：21世纪的建模与仿真技术是信息技术和制造技术结合的桥梁，是先进制造领域的一项关键支撑技术。首先介绍了21世纪先进制造中的建模与仿真技术在先进制造屮的地位和作用，其次从系统工程和产品生命周期角度总结了建模与仿真技术的特点，最示，阐述了建模与仿真技术的发展方向。关键字：建模；仿真；先进制造技术；发展方向1引言制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。现代制造是大制造和全过程。“大制造”包括光机电产品的制造、

2、工业流程制造、材料制备等；“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括市场信息分析、产品决策、产品设计、加丁和制造过程、销伟和售后服务、报废产品处理和冋收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行T稈、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。建模与仿真作为一种重要手段，通常可以渗透到先进制造当屮去，并帮助先进制造实现集成，从而促进一些先进制造技术的发展。建模与仿真技术能通过现有的知识对产品实现过程

3、做出可靠的预测，大大促进了产品设计、过稈设计、过稈运行，英至企业管理水平的提高。摆脱了以往设计一物理试验一修改的产品开发过程，在产品设计阶段利用建模与仿真T具在虚拟环境下优化产品和过程设计，大大缩短产品开发周期，降低开发成本。据美国科学研究院工程技术委员会的测算，建模与仿真技术可提高产品质量5〜15倍，增加材料出品率25%,降低工程技术成木13%—30%,降低人工成5%—20%,提高投入设备利用率30%—60%,缩短产品设计和试制周期30%—60%等。建模与仿真技术是信息技术和制造技术结合的桥梁,是使企业产生最大经济效益的核心技术，是制造业的一项关键支撑技术.2建模与仿真技术

4、的地位和作用2.1现代集成制造中的建模与仿真技术我国863/CIMS主题结合国际上先进制造技术的发展，并结合多年的实践，提岀了以信息集成和系统优化为特征的"现代集成制造系统”理念（ContemporaryIntegratedManufacturingSystem,CIMS）。，在广度和深度上拓展了传统计算机集成制造的内涵。C1MS技术的发展从信息集成（以计算机集成制造为代表）、过稈集成（以并行丁稈为代表）和企业间集成（以敏捷制造、网络制造为代表）的集成优化发展的角度而划分为三个主要阶段。前者是后者的基础，同时，三类集成优化技术也还在不断发展Z屮。以信息集成为特征的CIMS阶段

5、主要解决企业屮各个自动化孤岛Z向的信息交换与共享，在这一阶段建模与仿真技术主要集屮在企业建模、产品建模与仿真、计划/管理/生产调度仿真等；以过稈集成为特征的CT.Ms阶段主要解决串行产品开发流程转变为并行开发流程、数字化产品定义、DFx工具和产品数据管理、计算机支持协同工作等问题。在这个阶段建模与仿真技术主要是包括产品建模与仿真、产品开发过程建模与仿真、生产调度仿真等;以企业间集成为特征的CIMS阶段主要解决是企业内外部资源的优化利用，关键技术包括信息集成、并行T程、虚拟制造、敏捷制造，以及资源优化（如EPR、供应链、电子商务等）。这一阶段建模与仿真技术主要包括生产线建模与仿

6、真、供需链建模与仿真、产品开发过程建模与仿真、产品与性能建模与仿真、生产调度建模与仿真等。从发展的历程来看，仿真技术应用的领域从传统的制造领域（生产计划制定、加工、装配、测试）正向产品设计开发和销伟领域扩展。总的来说，先进制造技术的发展，为计算机仿真的应用提供了新的舞台，也提出了更高的要求。2.2综合制造中的建模与仿真技术90年代初，由里海大学提岀的敏捷制造以及麻省理工学院提出的精良生产构成了美国制造技术发展战略的主体，并在国防制造领域制定了美国能源部牵头、各主要国防制造商参与的敏捷制造使能技术（TechnologiesEnablingAgileManufacturing,T

7、EAM）计划。1995年到1997年间，TEAM计划的全班人马完成了下一代制造计划（NextGenerationManufacturing—NGM）的最终报告，1998年开始，美国商务部、能源部、国家科学基金会和国防部高级研究与计划局在NGM计划研究成果的基础上，于1998年联合发起了综合制造技术指南仃ntegratedManufacturingTechnologyRoadmapping,IMTR）计划以制定制造技术研发战略。IMTR指南汇集了美国制造技术发展战略研究的嚴新成果，是美国目前正在执行屮的综