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(gè)獨(dú)特視角?；谔摂M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(duì)制造環(huán)節(jié)從工廠規(guī)劃、建設(shè)到運(yùn)行等不同環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬、分析、評(píng)估、驗(yàn)證和優(yōu)化，指導(dǎo)工廠的規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)改善。

由于仿真技術(shù)可以處理利用數(shù)學(xué)模型無(wú)法處理的復(fù)雜系統(tǒng)，能夠準(zhǔn)確地描述現(xiàn)實(shí)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(jì)和驗(yàn)證階段有著重要的作用。正因?yàn)槿绱耍瑪?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(yàn)證、工藝規(guī)劃分析、切削余量驗(yàn)證等。

(2)裝配仿真，如人因工程校核、裝配節(jié)拍設(shè)計(jì)、空間干涉驗(yàn)證、裝配過(guò)程運(yùn)動(dòng)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(cāng)儲(chǔ)物流設(shè)施規(guī)劃和分析等。

通過(guò)基于仿真模型的“預(yù)演”，可以及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，減少建造過(guò)程中設(shè)計(jì)方案的更改。韓國(guó)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(gè)造船過(guò)程。這套系統(tǒng)預(yù)計(jì)每年為企業(yè)減少730萬(wàn)美元的開(kāi)支。通過(guò)模擬仿真技術(shù)能夠迅速發(fā)現(xiàn)在持續(xù)運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，而如果想要在現(xiàn)實(shí)的系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題，需要長(zhǎng)期測(cè)試，花費(fèi)高昂的成本。

南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)采用虛擬仿真技術(shù)對(duì)高速列車(chē)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行了建模，并實(shí)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(wèn)題。三一重工開(kāi)發(fā)了OSG技術(shù)的三維工廠布局規(guī)劃平臺(tái)(VR Layout)，在集團(tuán)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(jì)缺陷產(chǎn)生的成本，如圖2所示。2011年，國(guó)內(nèi)各工程設(shè)計(jì)院已逐步開(kāi)始采用數(shù)字化工程設(shè)計(jì)及規(guī)劃技術(shù)來(lái)輔助規(guī)劃和建設(shè)新工廠，降低工程設(shè)計(jì)與規(guī)劃風(fēng)險(xiǎn)。

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(guó)外產(chǎn)品壟斷，如達(dá)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(diǎn)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(chē)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(qiáng)大。