【正文】 個交互式的、良好的用戶界面，實現(xiàn)CAD，CAM，CAE的系統(tǒng)集成，有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫和知識庫，使小組人員能同時以不同角度參與或解決各自的設(shè)計問題?！　?實施CE的必要條件與步驟　　實施CE必須具備下列條件：①上層管理部門的切實支持；②建立多學(xué)科小組；③計算機(jī)技術(shù)的支持；④應(yīng)用工具的支持。3 CE的實施框架　　當(dāng)企業(yè)具備實施CE的必備條件后，為實現(xiàn)CE目標(biāo)，要構(gòu)成一個能協(xié)調(diào)地支持企業(yè)中管理、設(shè)計、制造、技術(shù)等活動的、由人、方法、工具等組成的、完整的一體化系統(tǒng)框架——“CE實施框架”。　　(1)框架的主要性能能及時、盡早、完整、持續(xù)地掌握客戶的要求與優(yōu)先考慮的問題；并行、一體化地將要求轉(zhuǎn)化成最優(yōu)的產(chǎn)品定義制造過程及支持過程；持續(xù)地評價和完善產(chǎn)品過程和支持。　　(2)以人為主導(dǎo)的組織管理子框架該子框架包括：組成一個一體化的、分層次的行政指揮系統(tǒng)；建立多學(xué)科、多功能小組／小組群；企業(yè)組織和文化作相應(yīng)改變。　　(4)方法集子框架該子框架用于協(xié)助解決CE實施中遇到的下列三項任務(wù)：①了解客戶要求。③改進(jìn)過程。 虛擬制造系統(tǒng)一、虛擬制造技術(shù)(Virtual Manufacturing Technology)　　虛擬制造技術(shù)(VMT)可以通俗而形象地理解為：在計算機(jī)上模擬產(chǎn)品的制造和裝配全過程?！　√摂M制造技術(shù)是一種軟件技術(shù)，它填補(bǔ)了CAD／CAM技術(shù)與生產(chǎn)過程和企業(yè)管理之間的技術(shù)鴻溝，把企業(yè)的生產(chǎn)和管理活動在產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前就在計算機(jī)屏幕上加以顯示和評價，使工程師能夠預(yù)見可能發(fā)生的問題和后果?！　∫胩摂M制造技術(shù)應(yīng)該是一個漸進(jìn)的過程，它的首要前提是已經(jīng)掌握CAD／CAM技術(shù)并積累了一定的經(jīng)驗。二、虛擬制造系統(tǒng)(Virtual Manufacturing System)　　虛擬制造系統(tǒng)(VMS)是基于虛擬制造技術(shù)(VMT)實現(xiàn)的制造系統(tǒng)，是現(xiàn)實制造系統(tǒng)RMS(Real Manufacturing System)在虛擬環(huán)境下的映射，而現(xiàn)實制造系統(tǒng)是物質(zhì)流、信息流、能量流在控制機(jī)的協(xié)調(diào)與控制下在各個層次上進(jìn)行相應(yīng)的決策，實現(xiàn)從投入到輸出的有效的轉(zhuǎn)變，而其中物質(zhì)流及信息流協(xié)調(diào)工作是其主體?！　PS由存在于現(xiàn)實中的物質(zhì)實體組成，這些物質(zhì)實體可以是材料、零部件、產(chǎn)品、機(jī)床、夾具、機(jī)器人、傳感器、控制器等?！　IS由許多信息、信息處理和決策活動組成，如設(shè)計、規(guī)劃、調(diào)度、控制、評估信息，它不僅包括設(shè)計制造過程的靜態(tài)信息，而且還包括制造過程的動態(tài)信息。如果所返回的狀態(tài)報告與RPS返回的狀態(tài)報告一致，那么，這種模擬RPS響應(yīng)的計算機(jī)系統(tǒng)稱為虛擬物理系統(tǒng)VPS(Virtual Physical System)。這些抽象模型與真實實體一一對應(yīng)，并具有與真實實體相同的性能、行為和功能。這種能夠模擬RIS并為RPS產(chǎn)生控制命令的計算機(jī)系統(tǒng)就稱為虛擬信息系統(tǒng)VIS(Virtual Information System)。VMS不消耗現(xiàn)實資源和能量，所生產(chǎn)的產(chǎn)品是可視的虛擬產(chǎn)品，具有真實產(chǎn)品所必須具有的特征，它是一個數(shù)字產(chǎn)品。在信息集成的基礎(chǔ)上，通過組織管理、技術(shù)、資源和人機(jī)集成實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的集成?；谔摂M制造系統(tǒng)的全面集成如圖96所示。根據(jù)制造企業(yè)策略，基于虛擬制造系統(tǒng)，在信息集成和功能集成的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的集成。圖96 基于虛擬制造　　(2)實現(xiàn)虛擬產(chǎn)品設(shè)計／虛擬制造仿真閉環(huán)產(chǎn)品開發(fā)模式。虛擬制造系統(tǒng)能夠在產(chǎn)品開發(fā)的各個階段，根據(jù)用戶對產(chǎn)品的要求，對虛擬產(chǎn)品原型的結(jié)構(gòu)、功能、性能、加工、裝配制造過程以及生產(chǎn)過程在虛擬環(huán)境下進(jìn)行仿真，并根據(jù)產(chǎn)品評價體系提供的方法、規(guī)范和指標(biāo)，為設(shè)計修改和優(yōu)化提供指導(dǎo)和依據(jù)。又由于開發(fā)進(jìn)程的加快，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個解決方案的比較和選擇?！　?4)提高企業(yè)自我調(diào)節(jié)、自我完善、自我改造和自我發(fā)展的能力。　　根據(jù)對虛擬制造系統(tǒng)功能的討論，我們提出了一種虛擬制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，如圖97所示。VMS和RMS有相似的功能，其區(qū)別主要是VMS生產(chǎn)數(shù)字產(chǎn)品，而不生產(chǎn)真實產(chǎn)品?！　?2)結(jié)構(gòu)相似性VMS的結(jié)構(gòu)應(yīng)與相應(yīng)的RMS在結(jié)構(gòu)上是相似的，結(jié)構(gòu)相似性可提供給用戶一種直觀方式進(jìn)行定義、組織和修改等。在建立制造系統(tǒng)的各種抽象模型時，應(yīng)采用模塊化方法或面向?qū)ο蠹夹g(shù)，注重各種模型與模塊的重用性和重組性，注重各種模塊之間的組合能力?！　?5)智能化實現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的智能化，著重實現(xiàn)虛擬環(huán)境下分布式并行處理的智能協(xié)同求解和虛擬環(huán)境下系統(tǒng)全局的最優(yōu)決策。開發(fā)環(huán)境分為三個層次：目標(biāo)系統(tǒng)層、虛擬制造模型層和模型構(gòu)造層。有兩種通用模型：產(chǎn)品／過程模型和活動模型。　　產(chǎn)品／過程模型按自然規(guī)律描述可實現(xiàn)每一物品及其特征，如物體的干涉、重力的影響等。過程模型描述產(chǎn)品屬性、功能及每一制造工藝的執(zhí)行，過程模型包括像牛頓動力學(xué)這種很有規(guī)律的過程也包括像金屬切削、成形這種很復(fù)雜的工藝過程。這些模型應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品類型、工業(yè)和國家的不同而不同，但是通過使用低層的模型構(gòu)造層容易實現(xiàn)各種模型的建立與擴(kuò)展?！　?3)目標(biāo)系統(tǒng)層根據(jù)市場變化、用戶需求，通過低層的虛擬制造模型層來組成各種專用的VMS。研究工作所面對的是多學(xué)科的交叉、多種高新技術(shù)的融合，需要研究和解決的問題很多。主要內(nèi)容有：　　(1)虛擬制造系統(tǒng)的理論體系?！　?2)基于分布式并行處理環(huán)境下的虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結(jié)構(gòu)(VMS—OSA)的研究。主模型像一座立交橋，能以此為中心通向設(shè)計、制造、生產(chǎn)管理等各個環(huán)節(jié)并為其提供服務(wù)?！　?4)虛擬環(huán)境下分布式并行處理的分布式智能協(xié)同求解技術(shù)與系統(tǒng)?！　?6)RMS和VMS之間的映射，虛擬設(shè)備、虛擬傳感器、虛擬單元、虛擬生產(chǎn)線、虛擬車間及虛擬工廠(公司)的建立，以及各種虛擬設(shè)備的重用性和重組性技術(shù)?！　?8)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬環(huán)境及虛擬制造過程中的人機(jī)協(xié)同求解?！　?10)虛擬公司的組織、調(diào)度及控制策略與技術(shù)?！?先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢 制造戰(zhàn)略的變遷 21世紀(jì)對先進(jìn)制造技術(shù)的挑戰(zhàn) 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢 制造戰(zhàn)略的變遷　　近年來，由于市場競爭的沖擊和信息技術(shù)的推動，制造企業(yè)正經(jīng)歷著一場重大變革，制造企業(yè)的戰(zhàn)略也發(fā)生了很大的變化。圖98　美國制造戰(zhàn)略的變遷　　今天，每一個企業(yè)都企圖以高科技含量、高質(zhì)量和快速開發(fā)能力使自己的產(chǎn)品具有競爭能力?！　∑渲凶钪匾哪芰κ莿?chuàng)新能力，企業(yè)創(chuàng)新不僅是指產(chǎn)品設(shè)計上的創(chuàng)新，更重要的是制造觀念的更新、組織的重構(gòu)，經(jīng)營方式的重組才能保證產(chǎn)品的創(chuàng)新得以很快地實現(xiàn)，迅速進(jìn)入市場。一種產(chǎn)品、一種工藝方法沿用十幾年的時代已經(jīng)一去不復(fù)返了?！　‖F(xiàn)階段成功企業(yè)的制造戰(zhàn)略特征可歸納為：　　同時注意提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本和及時交貨；與消費(fèi)者保持密切的聯(lián)系，及時獲得市場信息，對市場作出快速響應(yīng)；與供應(yīng)商建立更密切的聯(lián)系，以壓縮產(chǎn)品庫存，降低生產(chǎn)成本；為質(zhì)量利益而利用先進(jìn)制造技術(shù)；在組織上縱向減少層次，橫向減少部門；新的人力資源政策，要讓工人理解全部生產(chǎn)過程，意識到自己與企業(yè)利益相關(guān)，命運(yùn)與共，應(yīng)吸收職工參與決策，分享利潤，并給予職工保障；先進(jìn)制造技術(shù)系統(tǒng)的設(shè)計和運(yùn)行充分考慮到了人的特點(diǎn)，從而使企業(yè)中各類人員都有機(jī)會充分展示自己的才華?！　?2)邊際成本減少。　　(4)生產(chǎn)調(diào)整時間縮短。　　　(6)更頻繁的產(chǎn)品改進(jìn)。　　(8)與客戶的聯(lián)系更迅速，定單處理更快?！　?10)并行工作時間增加。 21世紀(jì)對先進(jìn)制造技術(shù)的挑戰(zhàn)　　制造技術(shù)要適應(yīng)21世紀(jì)社會發(fā)展的需求，面臨以下挑戰(zhàn)：　　(1)信息時代的挑戰(zhàn)人類社會自20世紀(jì)90年代已開始進(jìn)入信息時代，信息產(chǎn)業(yè)成為21世紀(jì)全球經(jīng)濟(jì)中最寵大、最具活力的產(chǎn)業(yè)。　　21世紀(jì)的制造業(yè)正在從以機(jī)器為特征的傳統(tǒng)技術(shù)時代向著以信息為特征的系統(tǒng)技術(shù)時代邁進(jìn)?！　?2)有限的資源與日益增長的環(huán)保壓力的挑戰(zhàn)地球作為宇宙中的一個村落已日益變得更小，環(huán)境污染正威脅著人類的生存，而有限的資源正威脅著人類的繼續(xù)發(fā)展。綠色制造是21世紀(jì)制造技術(shù)的一個重要特征?！　?3)制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)隨著世界自由貿(mào)易體制的進(jìn)一步完善以及全球交通運(yùn)輸體系和通信網(wǎng)絡(luò)的建立，國際經(jīng)濟(jì)合作與交往日趨緊密，全球產(chǎn)業(yè)界進(jìn)入結(jié)構(gòu)大調(diào)整的重要時期，世界正在形成一個統(tǒng)一的大市場。制造技術(shù)的發(fā)展必須與此適應(yīng)，新的先進(jìn)制造生產(chǎn)模式必將是全球化的生產(chǎn)模式。 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢　　為適應(yīng)21世紀(jì)對制造技術(shù)的需要，未來先進(jìn)制造技術(shù)的總趨勢是向系統(tǒng)化、集成化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：　　(1)設(shè)計方法和手段的現(xiàn)代化，它突出反映在數(shù)值仿真或虛擬現(xiàn)實技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代產(chǎn)品建模理論的發(fā)展上?！　?3)由簡單的、具體的、細(xì)節(jié)的設(shè)計轉(zhuǎn)向復(fù)雜的總體設(shè)計和決策，要通盤考慮包括設(shè)計、制造、檢測、銷售、使用、維修、報廢等階段的產(chǎn)品的整個生命周期。設(shè)計時不單純追求某項性能指標(biāo)的先進(jìn)和高低，而注意考慮市場、價格、安全、美學(xué)、資源、環(huán)境等方面影響。展望21世紀(jì)，成形制造技術(shù)正在從接近零件形狀(Near Net Shape Process)向直接制成工件即精密成形或稱凈成形(Net Shape Process)的方向發(fā)展?！　?2)精密塑性成形技術(shù)?！　?加工制造技術(shù)向著超精密、超高速以及發(fā)展新一代制造裝備的方向發(fā)展　　(1)超精密加工技術(shù)　　一般認(rèn)為加工精度為3～03 μm的加工稱為精密加工，加工精度達(dá)03～003 μm時就稱為超精密加工，而加精度高于003 μm(30納米)稱之為納米加工?！　?3)新一代制造裝備的發(fā)展市場競爭和新產(chǎn)品、新技術(shù)、新材料的發(fā)展推動著新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)，其中典型的例子是“并聯(lián)桁架結(jié)構(gòu)式數(shù)控機(jī)床”(或俗稱“六腿”機(jī)床)的發(fā)展?！　?制造技術(shù)專業(yè)、學(xué)科的界限逐步淡化、消失，新型制造技術(shù)不斷得到發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)的不斷發(fā)展　　在制造技術(shù)內(nèi)部，冷熱加工之間，加工、檢測、物流、裝配過程之間，設(shè)計、材料應(yīng)用、加工制造之間，其界限均逐步淡化、逐步走向一體化。　　一個典型的例子是快速原型／零件制造(RP)技術(shù)的產(chǎn)生，是近20年制造領(lǐng)域的一個重大突破，它可以自動而迅速地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)的功能的原型或直接制造零件，淡化了設(shè)計、制造的界限。目前的主要方法有：立體印刷(SLA)，采用紫外線光源逐層對光敏樹脂掃描而成形；分層實體制造(LOM)，對紙進(jìn)行逐層切割并粘接而成形；選擇性激光燒結(jié)(SLS)；熔化沉積制造(FDM)，采用蠟絲等材料逐層噴射并凝固成形?！　√摂M制造技術(shù)將在產(chǎn)品真正制造出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型(Softprototype)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品(Hardprototype)進(jìn)行試驗，對其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測和評價，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場變化能力。其含義是：為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到不同公司臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間的約束、靠計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實體。DNM既比較符合我國國情，又比籠統(tǒng)地稱虛擬企業(yè)更加切合實際，為人們理解和接受。21世紀(jì)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重要趨勢是先進(jìn)制造生產(chǎn)模式獲得不斷發(fā)展。初期的CIMS以較高的自動化程度為特征，在實驗過程遇到困難。預(yù)計21世紀(jì)的CIMS將是智能制造系統(tǒng)，它體現(xiàn)了制造系統(tǒng)化、自動化、智能化綜合發(fā)展。它的基本原則是“消滅一切浪費(fèi)”和“不斷改善”，其主要支柱是準(zhǔn)時制作業(yè)(JIT)、全面質(zhì)量管理(TQC)、成組技術(shù)(GT)、彈性作業(yè)人數(shù)和尊重人性。　　敏捷制造(AM)是1991年提出的，1992年美國政府將其作為“21世紀(jì)制造企業(yè)的戰(zhàn)略”。敏捷制造將成為21世紀(jì)制造企業(yè)的主導(dǎo)模式?！　?2)從金字塔式的多層次生產(chǎn)結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。　　(4)從按功能劃分部門的固定組織形式向動態(tài)的、自主管理的小組工作組織形式轉(zhuǎn)變。29 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