2 基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字化模擬工廠

數(shù)字化模擬工廠是數(shù)字化工廠技術(shù)在制造規(guī)劃層的一個獨特視角。基于虛擬仿真技術(shù)的數(shù)字化模擬工廠是以產(chǎn)品全生命周期的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用虛擬仿真技術(shù)對制造環(huán)節(jié)從工廠規(guī)劃、建設(shè)到運行等不同環(huán)節(jié)進行模擬、分析、評估、驗證和優(yōu)化，指導(dǎo)工廠的規(guī)劃和現(xiàn)場改善。

由于仿真技術(shù)可以處理利用數(shù)學(xué)模型無法處理的復(fù)雜系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地描述現(xiàn)實情況，確定影響系統(tǒng)行為的關(guān)鍵因素，因此該技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計和驗證階段有著重要的作用。正因為如此，數(shù)字化模擬工廠在現(xiàn)代制造企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，典型應(yīng)用包括：

(1)加工仿真，如加工路徑規(guī)劃和驗證、工藝規(guī)劃分析、切削余量驗證等。

(2)裝配仿真，如人因工程校核、裝配節(jié)拍設(shè)計、空間干涉驗證、裝配過程運動學(xué)分析等。

(3)物流仿真，如物流效率分析、物流設(shè)施容量、生產(chǎn)區(qū)物流路徑規(guī)劃等。

(4)工廠布局仿真，如新建廠房規(guī)劃、生產(chǎn)線規(guī)劃、倉儲物流設(shè)施規(guī)劃和分析等。

通過基于仿真模型的“預(yù)演”，可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的問題，減少建造過程中設(shè)計方案的更改。韓國三星重工利用DELMIA軟件建立了完整的數(shù)字化造船系統(tǒng)，建立了虛擬船廠，可在虛擬環(huán)境下模擬整個造船過程。這套系統(tǒng)預(yù)計每年為企業(yè)減少730萬美元的開支。通過模擬仿真技術(shù)能夠迅速發(fā)現(xiàn)在持續(xù)運行的過程中出現(xiàn)的問題，而如果想要在現(xiàn)實的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)這些問題，需要長期測試，花費高昂的成本。

南車青島四方機車采用虛擬仿真技術(shù)對高速列車生產(chǎn)環(huán)境進行了建模，并實現(xiàn)了建模裝配仿真及物流仿真，減少了因零件返工配送不足造成的停工現(xiàn)象，減少了因工藝欠佳導(dǎo)致的裝配干涉產(chǎn)品返工的問題。三一重工開發(fā)了OSG技術(shù)的三維工廠布局規(guī)劃平臺(VR Layout)，在集團內(nèi)部首次應(yīng)用于其寧鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)園的工廠布局規(guī)劃，縮短了工廠建設(shè)周期，并節(jié)省了因設(shè)計缺陷產(chǎn)生的成本，如圖2所示。2011年，國內(nèi)各工程設(shè)計院已逐步開始采用數(shù)字化工程設(shè)計及規(guī)劃技術(shù)來輔助規(guī)劃和建設(shè)新工廠，降低工程設(shè)計與規(guī)劃風(fēng)險。

圖2 三一重工生產(chǎn)線規(guī)劃中的物流仿真

在仿真工具方面，工廠仿真領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)基本被國外產(chǎn)品壟斷，如達索公司的Delmia/Simulia、Siemens公司的Technomatix和PTC公司的Ployplan等。這些產(chǎn)品的特點在于與其同公司CAD/PLM系列產(chǎn)品的緊密集成。用于制造領(lǐng)域的仿真軟件還有很多，如用于裝配仿真的EM Assembly、DMU，用于公差分析的3DCS、eM—TolMate等，用于車間物流仿真的Plant Simulation、Quest、Flexsim、Witness、Automod等。目前相關(guān)產(chǎn)品都在向三維模型方向發(fā)展，使得這些仿真工具展現(xiàn)方式更加靈活，分析功能更加強大。