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当计算机仿真在制造业的应用与发展

发布时间:2021-09-14 23:24:16 阅读: 来源:跳线机厂家

计算机仿真在制造业的应用与发展

1 系统仿真类型介绍 “仿真”一词译自英语单词“Simulatio2016年n”,有时也译作“模拟”,是“模仿真实世界”的意思。

在工程技术界,系统仿真是通过对系统模型实验,去研究一个存在或设计中的系统。表1所列是系统仿真的仿真类型、模型类型、计算机类型和经济性。表1 系统仿真分类表仿真类型模型类型计算机类型经济性物理仿真

(模拟仿真)物理模型模拟计算机费用很高半物理仿真

(混合仿真)物理-数

学模型混合计算机费用中等计算机仿真

(数字仿真)数学模型数字计算机费用不高

由表1可见,计算机仿真已成为系统仿真的一个重要分支,系统仿真很大程度上指的就是计算机仿真。计算机仿真技术的发展与控制工程、系统工程及计算机工程的发展有着密切的联系。一方面,控制工程、系统工程的发展,促进了仿真技术的广泛应用;另一方面,计算机的出现以及计算机技术的发展,又为仿真技术的发展提供了强大的支撑。计算机仿真一直作为一种必不可少的工具,在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥着重要的作用。 2 计算机仿真在制造业的应用和发展现状 制造业在国民经济中一般都占有最大的比重,自70年代以来,全球性的市场竞争日益激烈,产品消费结构不断向多元化、个性化方向发展,产品的更新期和交货期都在缩短,一些自动化技术如CAD、CAM、CAPP、NC、FMS、MRPⅡ及CIMS都得到快速发展。系统仿真作为一种重要手段,通常可以渗透到它们当中去,并帮助它们实现集成,从而促进了并与行业火伴共同开发创新、可延续发展的胶粘剂解决方案一些先进制造技术的发展。在50年代,最引人注目的仿真领域是火炮控制和飞行控制系统;60年代,是火箭和导弹控制系统;70年代是航天、核能和经济管理系统;到80年代,最引人注目的仿真领域就逐步转向了制造系统,并且呈现出一种生机勃勃的局面。

从本质上讲,仿真技术就是建立仿真模型和对模型实验的一种技术。计算机仿真过程的实现一般都可由计算机高级语言、仿真语言和仿真软件来完成(如图1所示)。典型的仿真软件有仿真环境、仿真语言和程序包3种形式,其功能覆盖是不完全相同的。从下到上,大体反映了仿真软件的发展过程。到80年代中后期,开始出现了一体化仿真环境。现在,面向制造系统的仿真出现了一体化支撑软件,实现了仿真建模、仿真运行、输出分析的集成环境,仿真监控运用了并发执行机制,在数据库管理的基础上实现了模型数据、实验数据、仿真结果的统一管理,人工智能技术也应用在仿真建模、仿真运行和仿真结果的分析中。此外,广义制造系统仿真器的出现,实现了对某类制造系统的非语言建模、模型数据驱动等功能。这类典型的一体化仿真软件有TESS,IBIS;广义仿真器有AUTOMODⅡ,FATOR,GEMS,WITNESS等〔1〕。图1 典型仿真软件的功能覆盖3 计算机仿真的研究热点及对制造业的影响 80年代以来,系统仿真不断地朝着纵、横方向发展,在制造业方面,一个比较明显的进展就是“虚拟制造”。 根据虚拟制造的概念,整个产品的设计和制造首先在计算机上进行,这样可以发现并解决该产品在制造之前可能出现的各种问题。

虚拟现实技术(VR——Virtual Reality)亦称虚拟环境技术、灵境技术,是一种最有效地模仿人在高低温实验机适用于工业产品高温、低温的可靠性实验自然环境中的视、听、动等行为的高级人机交互技术。它是在综合计算机图形学、计算机仿真技术、传感技术等多门科学技术的基础上发展起来的。它有2个基本特征,即“灵境感(Immersive)”和“交互感(Interactive)”。通过这2个基本特征,虚拟现实技术能描述事物内部及其相互间真实的作用和交互,使用户仿佛置身于一个虚拟的世界中,从而拉近了用户与环境之间的距离,改变了把扬臂提升1扬角α人机交流的方式〔2〕。利用VR技术的这些特性,可以对产品的各个阶段提供支持,例如在虚拟环境下设计产品及其生产流水线,测试和装配产品的零部件,客户可以验证产品是否符合要求等。

近年来,计算机仿真技术在制造业应用的另一个研究热点——虚拟产品开发也是引人注目的。虚拟产品开发(VPD——Virtual Product Development)首先源于并行工程(CE——Concurrent Engineer)思想。这种思想将现代先进的组织形式跟现代的哲学、文化混合为一体,是对产品设计及其相关过程(制造过程、使用过程和支持过程)进行并行的、一体化设计的一种系统化工作模式。CE能在产品开发一开始就考虑到投资、生产制造、装配、销售和维护以及报废等产品的整个生命周期的所有因素,这对解决产品设计与开发的矛盾是非常有益的。VPD就是在CE方法论的指导下,把CAD、CS和大规模产品数据管理系统综合起来,形成一个虚拟产品开发环境,使产品开发人员能够在这种环境下策划产品、设计产品、预测产品在真实环境下的性能、特征以及真实工况下所具

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