時(shí)間：2023-03-20 16:13:34
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關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械產(chǎn)品；機(jī)械設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TH166文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡(jiǎn)介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國(guó)防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)
隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場(chǎng)要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時(shí)間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來(lái)滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行的，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要提前對(duì)設(shè)計(jì)中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進(jìn)行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的后期才能暴露出來(lái)或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來(lái)。如果設(shè)計(jì)的零件已經(jīng)開(kāi)始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴(yán)重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝比較粗糙、開(kāi)發(fā)的效率低、花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)、耗費(fèi)的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測(cè)性市場(chǎng)中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時(shí)信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機(jī)械制造的先進(jìn)性，信息化的使用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)十分重要。
1虛擬機(jī)械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計(jì)技術(shù)性不強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念比較保守，設(shè)計(jì)的手段主要依靠的是粗略的計(jì)算和估算，主要是在較多的簡(jiǎn)化和靜止化假設(shè)中完成機(jī)械工程的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較大的隨意性，并且設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過(guò)程還對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計(jì)的過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、設(shè)計(jì)過(guò)程靜態(tài)性和設(shè)計(jì)理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計(jì)精確性、以數(shù)據(jù)知識(shí)工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)需要對(duì)必要的信息進(jìn)行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)值運(yùn)算的方式，當(dāng)然也會(huì)對(duì)CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等進(jìn)行大量的應(yīng)用。虛擬機(jī)械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)的模型進(jìn)行虛擬分析的一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機(jī)械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應(yīng)用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來(lái)，可以通過(guò)對(duì)零件模型的建立，隨后對(duì)零件進(jìn)行虛擬裝配，并對(duì)各零件部位之間的裝配間隙進(jìn)行干涉、對(duì)裝配的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢查，對(duì)零件設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計(jì)要求，可以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)方便及時(shí)更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計(jì)圖和裝配圖，達(dá)到設(shè)計(jì)、裝配和制造檢驗(yàn)的協(xié)調(diào)。
2虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵
虛擬制造技術(shù)包含了許多方面，主要有設(shè)計(jì)技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過(guò)程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對(duì)虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動(dòng)態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面的預(yù)測(cè)。在制造過(guò)程中我們將種種實(shí)體對(duì)象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對(duì)產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對(duì)于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過(guò)程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)
仿真指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡(jiǎn)潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒(méi)有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長(zhǎng)時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對(duì)人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過(guò)程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過(guò)程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。加工過(guò)程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過(guò)程是相對(duì)獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過(guò)程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺(jué)，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺(jué)。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
3機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹
虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中被稱作機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來(lái)的一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。在計(jì)算機(jī)建立樣機(jī)模型后，對(duì)模型的多種動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行具體的分析，最后對(duì)樣機(jī)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機(jī)。通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用，簡(jiǎn)化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，有效縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間，最大程度降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達(dá)和高等院校及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)者都對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了引入并運(yùn)用在自身產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)
中應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性等均可以實(shí)現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)
4.1強(qiáng)大的通用性和分析處理復(fù)雜問(wèn)題的能力
虛擬樣機(jī)技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運(yùn)動(dòng)力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件主要運(yùn)用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個(gè)構(gòu)件都有六個(gè)自由度是它的核心，還要要求其對(duì)多余的自由度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)其具有良好的通用性，達(dá)到適用性強(qiáng)的目的。與此同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)還對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機(jī)械系統(tǒng)建模帶來(lái)便利
傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)建模中要先建立運(yùn)動(dòng)分析，隨后在運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導(dǎo)。但是圖形的分析和公式的推導(dǎo)過(guò)程往往比較復(fù)雜，并且錯(cuò)誤率高。同樣的建模過(guò)程中設(shè)計(jì)人員只需要將機(jī)械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實(shí)施輸入，其后的建模和求解只需要計(jì)算來(lái)完成就可以了，極大地幫助設(shè)計(jì)人員承擔(dān)了許多的設(shè)計(jì)難度。
4.3強(qiáng)大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。但是運(yùn)用虛擬樣機(jī)計(jì)算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員直觀地看到機(jī)械設(shè)計(jì)的性能和運(yùn)動(dòng)效果。
5結(jié)語(yǔ)
虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工程機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、試制等一系列過(guò)程的直觀性。實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來(lái)前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實(shí)中的硬件產(chǎn)品，更方便地對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進(jìn)行評(píng)估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)可以適應(yīng)市場(chǎng)的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，不僅不會(huì)造成實(shí)際物質(zhì)的浪費(fèi)，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開(kāi)了機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的全新局面。
參考文獻(xiàn)
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摘要：隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，制造行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，先進(jìn)的制造技術(shù)不斷地被應(yīng)用于生產(chǎn)，大大地提高了工作效率，本文對(duì)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成和特點(diǎn)作了分析。
關(guān)鍵詞：集成；系統(tǒng)；技術(shù)構(gòu)成
一、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的含義與定位
現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)(ContemporaryIntegratedManufacutringSystem)是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，它不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中相關(guān)思想的精華，從信息集成、過(guò)程集成向企業(yè)集成方向迅速發(fā)展，在先進(jìn)制造技術(shù)中處于核心地位。具體地說(shuō)，它將傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代信息技術(shù)、管理技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關(guān)的組織、經(jīng)營(yíng)、管理和技術(shù)有機(jī)集成和優(yōu)化運(yùn)行。在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)量?jī)?yōu)、成本低的目的，進(jìn)而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。
二、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成
先進(jìn)制造技術(shù)(AMTAdvancedManufacturingTechnology)作為一個(gè)專有名詞目前還沒(méi)有準(zhǔn)確的定義。通過(guò)對(duì)其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認(rèn)識(shí)是：先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，并取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。其具有如下一些特點(diǎn)：
1、從以技術(shù)為中心向以人為中心轉(zhuǎn)變，使技術(shù)的發(fā)展更加符合人類社會(huì)的需要；
2、從強(qiáng)調(diào)專業(yè)化分工向模糊分工、一專多能轉(zhuǎn)變，使勞動(dòng)者的聰明才智能夠得到充分發(fā)揮；
3、從金字塔的多層管理結(jié)構(gòu)向扁平的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，減少層次和中間環(huán)節(jié)；
4、從傳統(tǒng)的順序工作方式向并行工作方式轉(zhuǎn)變，縮短工作周期，提高工作質(zhì)量；
5、從按照功能劃分部門(mén)的固定組織形式向動(dòng)態(tài)的自主管理的小組工作方式轉(zhuǎn)變。
通過(guò)對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的定義和特點(diǎn)的分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進(jìn)制造技術(shù)的絕大部分特點(diǎn)，只不過(guò)先進(jìn)制造技術(shù)所涉及的范圍要比現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)大，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)在吸收計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動(dòng)并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動(dòng)態(tài)聯(lián)盟的研究工作，并不斷吸收先進(jìn)制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗(yàn)和先進(jìn)思想，將它們進(jìn)行推廣應(yīng)用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進(jìn)制造技術(shù)的核心。
（1）并行工程(CEConcurrentEngineering)并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過(guò)程(包括制造過(guò)程和支持過(guò)程)的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開(kāi)發(fā)人員在一開(kāi)始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求。為了達(dá)到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)不同部門(mén)人員的協(xié)同工作；為了達(dá)到產(chǎn)品的一次設(shè)計(jì)成功，減少反復(fù)，它在許多部分應(yīng)用了仿真技術(shù)；主模型的建立、局部仿真的應(yīng)用等都包含在虛擬制造技術(shù)中，可以說(shuō)并行工程的發(fā)展為虛擬制造技術(shù)的誕生創(chuàng)造了條件，虛擬制造技術(shù)將是以并行工程為基礎(chǔ)的，并行工程的進(jìn)一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。同時(shí)，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)支持下，將原來(lái)分別進(jìn)行的工作在時(shí)間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術(shù)，并吸收了當(dāng)前迅速發(fā)展的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)秀成果，使其成為先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)。
（2）虛擬制造(VMVirtualManufacturing)虛擬制造利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及制造過(guò)程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而使產(chǎn)品一次性制造成功，達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。
（3）敏捷制造(AMAgileManufacturing)敏捷制造是以競(jìng)爭(zhēng)力和信譽(yù)度為基礎(chǔ)的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來(lái)增強(qiáng)整體競(jìng)爭(zhēng)能力，對(duì)用戶需求作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。為了達(dá)到快速應(yīng)變能力，虛擬企業(yè)的建立是關(guān)鍵技術(shù)，其核心是虛擬制造技術(shù)，即敏捷制造是以虛擬制造技術(shù)為基礎(chǔ)的。敏捷制造是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)從信息集成發(fā)展到企業(yè)集成的必由之路，它的發(fā)展水平代表了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展水平，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)；機(jī)械制造；機(jī)械產(chǎn)品；機(jī)械設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A中圖分類號(hào)：TH166文章編號(hào)：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡(jiǎn)介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國(guó)防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)
隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場(chǎng)要求產(chǎn)品生產(chǎn)廠商要以最快的速度、最優(yōu)的品質(zhì)、最短的研發(fā)時(shí)間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來(lái)滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計(jì)的具體要求進(jìn)行的，在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要提前對(duì)設(shè)計(jì)中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進(jìn)行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的后期才能暴露出來(lái)或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來(lái)。如果設(shè)計(jì)的零件已經(jīng)開(kāi)始投入生產(chǎn)了，那么損失就更加嚴(yán)重了。產(chǎn)品的質(zhì)量在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的工藝比較粗糙、開(kāi)發(fā)的效率低、花費(fèi)時(shí)間比較長(zhǎng)、耗費(fèi)的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測(cè)性市場(chǎng)中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時(shí)信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機(jī)械制造的先進(jìn)性，信息化的使用對(duì)于現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)十分重要。
1虛擬機(jī)械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計(jì)技術(shù)性不強(qiáng)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)觀念比較保守，設(shè)計(jì)的手段主要依靠的是粗略的計(jì)算和估算，主要是在較多的簡(jiǎn)化和靜止化假設(shè)中完成機(jī)械工程的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)具有較大的隨意性，并且設(shè)計(jì)的關(guān)鍵過(guò)程還對(duì)設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計(jì)的過(guò)程很難實(shí)現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計(jì)的相關(guān)技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、設(shè)計(jì)過(guò)程靜態(tài)性和設(shè)計(jì)理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計(jì)精確性、以數(shù)據(jù)知識(shí)工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計(jì)方式的發(fā)展，虛擬計(jì)算機(jī)技術(shù)需要對(duì)必要的信息進(jìn)行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和數(shù)值運(yùn)算的方式，當(dāng)然也會(huì)對(duì)CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等進(jìn)行大量的應(yīng)用。虛擬機(jī)械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對(duì)計(jì)算機(jī)的模型進(jìn)行虛擬分析的一種計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機(jī)械制造環(huán)境，主要包括了各種仿真、分析、應(yīng)用等工具以及信息模型和控制工具等。虛擬制造需要經(jīng)歷的主要階段有裝配產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來(lái)，可以通過(guò)對(duì)零件模型的建立，隨后對(duì)零件進(jìn)行虛擬裝配，并對(duì)各零件部位之間的裝配間隙進(jìn)行干涉、對(duì)裝配的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)檢查，對(duì)零件設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤及時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計(jì)要求，可以依靠計(jì)算機(jī)技術(shù)方便及時(shí)更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計(jì)圖和裝配圖，達(dá)到設(shè)計(jì)、裝配和制造檢驗(yàn)的協(xié)調(diào)。
2虛擬制造技術(shù)的關(guān)鍵
虛擬制造技術(shù)包含了許多方面，主要有設(shè)計(jì)技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過(guò)程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對(duì)虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹：
2.1虛擬技術(shù)中的建模技術(shù)
虛擬指的是在系統(tǒng)中將現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)映射到虛擬環(huán)境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS建模的主要內(nèi)容有生產(chǎn)模型建立、產(chǎn)品模型建立、工藝模型建立的信息化體系結(jié)構(gòu)的建立。生產(chǎn)模型中有靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動(dòng)態(tài)描述是在已經(jīng)被得知的系統(tǒng)狀態(tài)和需求的性質(zhì)上對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行全面的預(yù)測(cè)。在制造過(guò)程中我們將種種實(shí)體對(duì)象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對(duì)產(chǎn)品的明細(xì)、形狀特征等方面進(jìn)行描述。對(duì)于VMS而言，要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品實(shí)施過(guò)程的全部繼承必須具備完整的產(chǎn)品模型。因此在虛擬制造中的產(chǎn)品模型不再是單一和靜止的，它可以運(yùn)用抽象的技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進(jìn)行聯(lián)系，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品模型和生產(chǎn)模型之間相互作用的反映。
2.2虛擬制造技術(shù)中的仿真技術(shù)
仿真指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象化和簡(jiǎn)潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對(duì)模型進(jìn)行應(yīng)用，最終得到相應(yīng)的系統(tǒng)性性能分析。仿真主要以系統(tǒng)模型為主體的研究方法，它對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒(méi)有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對(duì)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力進(jìn)行應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)完成在實(shí)際工作中需要很長(zhǎng)時(shí)間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時(shí)間，最大化地避免了對(duì)人力、物力和資金的投入以及浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)技術(shù)還有很好的仿真修復(fù)功能，最大化地保證了方案的最優(yōu)。仿真技術(shù)過(guò)程的主要步驟有系統(tǒng)研究、數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)模型建立、仿真算法的確定、仿真模型的計(jì)算、仿真模型的運(yùn)行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過(guò)程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計(jì)交互行為仿真等。方便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果的評(píng)價(jià)，及時(shí)進(jìn)行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤。加工過(guò)程的仿真主要有切削、裝配、檢驗(yàn)及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過(guò)程是相對(duì)獨(dú)立的，兩者不能實(shí)現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過(guò)程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的目的是改善計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)的可操作性，它是在對(duì)計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)和多種顯示以及控制等接口設(shè)備的基礎(chǔ)上，以交互的三維環(huán)境為人提供沉浸體驗(yàn)的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)主要由圖形系統(tǒng)和多種接口設(shè)備組成，使人在虛擬環(huán)境中感受到真實(shí)的沉浸感覺(jué)，交互性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中有操作者、機(jī)器和人機(jī)接口。它幫助提升人和計(jì)算機(jī)間的和諧度，同時(shí)也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達(dá)到身臨其境的沉浸感覺(jué)。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。
3機(jī)械虛擬樣機(jī)技術(shù)介紹
虛擬樣機(jī)技術(shù)在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中被稱作機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來(lái)的一種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)。在計(jì)算機(jī)建立樣機(jī)模型后，對(duì)模型的多種動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行具體的分析，最后對(duì)樣機(jī)方案實(shí)現(xiàn)改進(jìn)。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機(jī)。通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù)的作用，簡(jiǎn)化了機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程，有效縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間，最大程度降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本和費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達(dá)和高等院校及設(shè)計(jì)和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)者都對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了引入并運(yùn)用在自身產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效益。在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)工序等方面的選用以及工藝參數(shù)、加工工藝、裝配工藝等構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)性等均可以實(shí)現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機(jī)械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢(shì)
4.1強(qiáng)大的通用性和分析處理復(fù)雜問(wèn)題的能力
虛擬樣機(jī)技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運(yùn)動(dòng)力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對(duì)復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件主要運(yùn)用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個(gè)構(gòu)件都有六個(gè)自由度是它的核心，還要要求其對(duì)多余的自由度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)其具有良好的通用性，達(dá)到適用性強(qiáng)的目的。與此同時(shí)，虛擬樣機(jī)技術(shù)還對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的詳細(xì)環(huán)節(jié)進(jìn)行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機(jī)械系統(tǒng)建模帶來(lái)便利
傳統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)建模中要先建立運(yùn)動(dòng)分析，隨后在運(yùn)動(dòng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力分析，這中間需要許多的圖形分析和公式推導(dǎo)。但是圖形的分析和公式的推導(dǎo)過(guò)程往往比較復(fù)雜，并且錯(cuò)誤率高。同樣的建模過(guò)程中設(shè)計(jì)人員只需要將機(jī)械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實(shí)施輸入，其后的建模和求解只需要計(jì)算來(lái)完成就可以了，極大地幫助設(shè)計(jì)人員承擔(dān)了許多的設(shè)計(jì)難度。
4.3強(qiáng)大的后期處理能力
在傳統(tǒng)的分析方法上通常得出的是大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的理解還要依靠豐富的經(jīng)驗(yàn)和理論。但是運(yùn)用虛擬樣機(jī)計(jì)算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計(jì)人員直觀地看到機(jī)械設(shè)計(jì)的性能和運(yùn)動(dòng)效果。
5結(jié)語(yǔ)
虛擬制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代工程機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的設(shè)計(jì)、試制等一系列過(guò)程的直觀性。實(shí)現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來(lái)前，可以在虛擬的制造環(huán)境中生成產(chǎn)品的原型，更好地替代現(xiàn)實(shí)中的硬件產(chǎn)品，更方便地對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進(jìn)行評(píng)估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)可以適應(yīng)市場(chǎng)的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實(shí)技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在機(jī)械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)的幫助下實(shí)現(xiàn)對(duì)眾多產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，不僅不會(huì)造成實(shí)際物質(zhì)的浪費(fèi)，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開(kāi)了機(jī)械制造和設(shè)計(jì)的全新局面。
參考文獻(xiàn)
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論文語(yǔ)種：中文
您的研究方向：管理
是否有數(shù)據(jù)處理要求：否
您的國(guó)家：北京
您的學(xué)校背景：北京理工大學(xué)
要求字?jǐn)?shù)：6000 (開(kāi)題報(bào)告)
論文用途：碩士畢業(yè)論文
是否需要盲審(博士或碩士生有這個(gè)需要)：否
補(bǔ)充要求和說(shuō)明：先要一個(gè)開(kāi)題報(bào)告! 正式畢業(yè)論文的要求 學(xué)校還沒(méi)通知 開(kāi)題報(bào)告要求 見(jiàn) 附件 題目方向是 三維制造工藝 對(duì)機(jī)加企業(yè)(車間) 的影響 或 數(shù)字化制造 對(duì)機(jī)加企業(yè)(車間)的影響 (最好是針對(duì)航天制造企業(yè))
北京理工大學(xué)研究生院工程碩士學(xué)位論文開(kāi)題報(bào)告：基于三維模型的工藝對(duì)技術(shù)對(duì)航天制造企業(yè)生產(chǎn)效率的影響
一、學(xué)位論文選題的目的和意義
1.1 選題背景
進(jìn)入21世紀(jì),數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在國(guó)際航空制造業(yè)新產(chǎn)品研制中發(fā)展迅猛,傳統(tǒng)的以模擬量傳遞為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)制造手段，已經(jīng)逐漸被以數(shù)字量傳遞為基礎(chǔ)的數(shù)字化手段所代替,通過(guò)全面采用數(shù)字化產(chǎn)品定義、數(shù)字化預(yù)裝配、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、并行工程和虛擬制造技術(shù),極大縮短了機(jī)型研制周期、提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
二、本選題研究領(lǐng)域歷史、現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)分析
三、研究方案
四、研究計(jì)劃進(jìn)度表
五、經(jīng)費(fèi)預(yù)算
六、參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】先進(jìn)制造技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)；關(guān)鍵技術(shù)
【中圖分類號(hào)】TH16 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A
【文章編號(hào)】1007―4309（2010）10―0086―2
先進(jìn)制造技術(shù)AMT（Advanced Manufacturing Technology）是傳統(tǒng)制造技術(shù)在不斷吸收機(jī)械、材料、電子、信息、能源和現(xiàn)代化管理等領(lǐng)域的成果上產(chǎn)生的，它被綜合應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理和售后服務(wù)的全過(guò)程。它是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，保留了過(guò)去制造技術(shù)中的有效要素，是制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的完整的技術(shù)群，先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，大體經(jīng)歷了四個(gè)階段：
第一階段（20世紀(jì)60―70年代）：柔性制造單元（CAD/CAM），它是以數(shù)控機(jī)床、加工中心和工業(yè)機(jī)器人為代表的。
第二階段（20世紀(jì)70―80年代）：柔性制造系統(tǒng)（FMS），它是以柔性制造單元加上自動(dòng)或半自動(dòng)物流輸送組合而成的，但特點(diǎn)仍然是分布式生產(chǎn)過(guò)程。
第三階段（20世紀(jì)80―90年代）：集成階段（CIMS），是以信息、工藝、物流、計(jì)算機(jī)集成控制為特點(diǎn)的。
第四階段（20世紀(jì)90年代至今）：智能集成制造系統(tǒng)階段，是以設(shè)計(jì)智能化、單元加工過(guò)程智能化和系統(tǒng)整體管理智能化為特征的。
一、先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)
目前，每一個(gè)國(guó)家都處于全球化市場(chǎng)中，先進(jìn)制造技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)是面向全球的。一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造技術(shù)對(duì)該國(guó)制造業(yè)在全球范圍市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力發(fā)揮著非常重要和不可替代的作用。先進(jìn)制造技術(shù)的目標(biāo)是要提高產(chǎn)品對(duì)動(dòng)態(tài)多變的市場(chǎng)的適應(yīng)能力以及競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)。它不局限于制造工藝，而是覆蓋了市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)，以及回收再生的全過(guò)程，概括起來(lái)有以下特點(diǎn)：
（1）成形和加工技術(shù)日趨精密化。
（2）企業(yè)裝備將以制造工藝、設(shè)備和工廠的柔性與可重構(gòu)性作為顯著特點(diǎn)。
（3）虛擬制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)將被廣泛應(yīng)用。
（4）機(jī)電產(chǎn)品和先進(jìn)制造技術(shù)將把智能化、數(shù)字化作為發(fā)展方向。
（5）以提高對(duì)市場(chǎng)快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)將超速發(fā)展。
（6）先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越離不開(kāi)信息技術(shù)，信息技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
（7）21世紀(jì)的企業(yè)面臨著要在管理方面進(jìn)行創(chuàng)新的新課題。
（8）現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。（現(xiàn)代技術(shù)的內(nèi)涵即為：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、優(yōu)良性能設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)、競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)創(chuàng)建技術(shù)、全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)。）
二、當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
市場(chǎng)需求的個(gè)性化與多樣化趨勢(shì)越來(lái)越明顯，精密化、綠色化、智能化、信息化、虛擬化將成為未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)。其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（一）信息化
近幾年，信息技術(shù)和制造技術(shù)的不斷融合，使得數(shù)字化成為制造業(yè)日益發(fā)展的趨勢(shì)。數(shù)字化制造技術(shù)具有較多的優(yōu)點(diǎn)，如使市場(chǎng)多樣化和個(gè)性化的需求得到滿足；能夠?qū)κ袌?chǎng)作出快速的響應(yīng)，使生產(chǎn)成本得以降低；能夠提高產(chǎn)品精度和可靠性；等等。數(shù)字化產(chǎn)品既方便、直觀，又便于通過(guò)計(jì)算機(jī)控制產(chǎn)品，對(duì)信息進(jìn)行處理和傳遞。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，制造業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)越來(lái)越離不開(kāi)Internet技術(shù)，Internet技術(shù)是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是其重要的支撐平臺(tái)。基于Web技術(shù)的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換轉(zhuǎn)換系統(tǒng)等成為產(chǎn)品的主流。據(jù)專家預(yù)測(cè)，在未來(lái)生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位的將是基于網(wǎng)絡(luò)制造的分布式網(wǎng)絡(luò)化生產(chǎn)系統(tǒng)。因此，先進(jìn)制造技術(shù)將把以微電子技術(shù)、軟件技術(shù)為核心，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為特征的信息化制造技術(shù)作為重要的發(fā)展方向。
（二）智能化
智能化就是應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、發(fā)貨、支持等）各個(gè)環(huán)節(jié)的智能化，如生產(chǎn)設(shè)備的智能化，人與制造系統(tǒng)的融合及人在其中智能的充分發(fā)揮等。智能化能夠使制造系統(tǒng)的自動(dòng)化和柔性化水平得到進(jìn)一步的提高，使生產(chǎn)系統(tǒng)的適應(yīng)與判斷能力更加完善。
（三）精密化
超高速切削、超精密加工技術(shù)以及發(fā)展新一代制造裝備成為了加工制造技術(shù)的發(fā)展方向。
1.超精密加工技術(shù)
目前已進(jìn)入納米級(jí)加工時(shí)代，加工精度和表面粗糙度分別達(dá)到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見(jiàn)光波段甚至更短波段近；超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。
2.超高速切削
目前，鋁合金超高速切削的切削速度已超過(guò)1 600m/min，鑄鐵、超耐熱鎳合金、鈦合金的速度分別為1 500m/min、300m/min和200m/min。超高速切削的發(fā)展已轉(zhuǎn)移到一些難加工材料的切削加工上。
3.新一代制造裝備的發(fā)展
市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和新的產(chǎn)品、技術(shù)和材料的發(fā)展對(duì)新型加工設(shè)備的研究與開(kāi)發(fā)起著推動(dòng)作用，如“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床”的發(fā)展就是一個(gè)典型的例子。它采用六個(gè)軸長(zhǎng)短的變化，以實(shí)現(xiàn)刀具相對(duì)于工件的加工位姿的變化，是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)床結(jié)構(gòu)方案的突破。
（四）綠色化
由于資源與環(huán)境的約束日益嚴(yán)格，21世紀(jì)的制造業(yè)要以綠色制造為重要特征。與此相適應(yīng)的，綠色制造技術(shù)的發(fā)展也將是快速的。主要表現(xiàn)為：
1.綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)，既能夠保證產(chǎn)品在生命周期內(nèi)環(huán)保和對(duì)人類健康無(wú)危害，又能保證低能耗和高資源利用率。
2.綠色制造技術(shù)，使整個(gè)制造的過(guò)程對(duì)環(huán)境所造成的不利影響最小，廢棄物和有害物質(zhì)的排放量最少，資源利用效率最高。
3.產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造，它主要包括以設(shè)計(jì)產(chǎn)品和處理材料為主的生產(chǎn)系統(tǒng)工廠和以處理循環(huán)產(chǎn)品生命周期結(jié)束時(shí)的材料為主的恢復(fù)系統(tǒng)工廠。如汽車等產(chǎn)品的拆卸、回收技術(shù)和生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)。
（五）虛擬化
在制造業(yè)中，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Virtual Reality Technology）越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用，它主要包括兩部分，即虛擬企業(yè)和虛擬制造技術(shù)。虛擬制造技術(shù)是在產(chǎn)品真正制出之前，先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型進(jìn)行試驗(yàn)，并且預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)其性能和可制造性。
三、未來(lái)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)
（一）虛擬制造VM（virtual manufacturing）
VM技術(shù)的發(fā)展是以仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)VR（virtual reality）技術(shù)為基礎(chǔ)的。VM技術(shù)是在虛擬條件下模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、營(yíng)銷的全過(guò)程，并預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)，從而使產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期得以縮短，使制造過(guò)程得以優(yōu)化。VM技術(shù)是工程設(shè)計(jì)的一次革命性的進(jìn)步，它的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，如快速設(shè)計(jì)與快速原型、面向裝配或制造的設(shè)計(jì)、產(chǎn)品維護(hù)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)入市場(chǎng)的并行處理和人員培訓(xùn)等領(lǐng)域。
（二）智能制造IM（intelligent manufacturing）
智能制造技術(shù)是一門(mén)綜合技術(shù)。之所以這么說(shuō)，是因?yàn)樗峭ㄟ^(guò)自動(dòng)化技術(shù)、制造技術(shù)、系統(tǒng)工程和人工智能等學(xué)科互相交織和滲透形成的一門(mén)技術(shù)。智能設(shè)計(jì)、智能裝配、智能加工、智能控制、智能工藝規(guī)劃、智能調(diào)度與管理、智能測(cè)量與診斷等都屬于智能制造技術(shù)的范疇。對(duì)于制造系統(tǒng)集成自動(dòng)化和柔性自動(dòng)化來(lái)說(shuō)智能制造是其新發(fā)展，也是其重要組成部分，智能傳感與檢測(cè)是智能制造的重點(diǎn)。
（三）納米制造
20世紀(jì)出現(xiàn)了一種高新技術(shù)，即納米技術(shù)。它的加工精度或尺寸為0.1nm―100nm。而納米制造是納米技術(shù)與制造技術(shù)相融合而產(chǎn)生的，精密加工、超精加工、微細(xì)加工和超微細(xì)加工都屬于納米制造。常用的制造技術(shù)有聚焦離子束工藝等。
（四）綠色制造GM（green manufacturing）
綠色制造是一種現(xiàn)代制造模式，它綜合考慮資源消耗和環(huán)境影響，其目的是使產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中（包括從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理）做到對(duì)資源利用率最高，對(duì)環(huán)境的不利影響最小，并優(yōu)化協(xié)調(diào)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。目前綠色制造受到了全球制造業(yè)的關(guān)注，因?yàn)槲磥?lái)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展離不開(kāi)綠色制造，綠色制造已成為先進(jìn)制造技術(shù)的主要內(nèi)容，也是各國(guó)支持和優(yōu)先發(fā)展的研究項(xiàng)目。
四、結(jié)論
我國(guó)將先進(jìn)制造技術(shù)列入“九五”科技規(guī)劃和15年科技發(fā)展規(guī)劃中。21世紀(jì)的今天，經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程日益加快，隨之而來(lái)的日益加劇的制造業(yè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)，實(shí)際上是以先進(jìn)制造技術(shù)為競(jìng)爭(zhēng)核心的。在這樣的大環(huán)境、大背景下，我國(guó)不僅要迎接挑戰(zhàn)，而且要抓住機(jī)遇，要不斷地對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)，要在技術(shù)、機(jī)制、管理以及人才等方面進(jìn)行創(chuàng)新，只有這樣我國(guó)才能實(shí)現(xiàn)躋身世界制造強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)。
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關(guān)鍵詞：虛擬網(wǎng)絡(luò)；虛擬企業(yè)；企業(yè)組織發(fā)展趨勢(shì)；企業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展趨勢(shì)
一、引言
以虛擬企業(yè)為主要模式，以虛擬網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品或技術(shù)為平臺(tái)，現(xiàn)代企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)?，F(xiàn)代企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化不僅體現(xiàn)在內(nèi)部組織的網(wǎng)絡(luò)化，在企業(yè)外部也呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。本文以虛擬企業(yè)為主要模式探討企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)，從企業(yè)組織發(fā)展史角度闡述企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。
企業(yè)經(jīng)營(yíng)是個(gè)系統(tǒng)工程，涉及研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等諸多方面。本文探討企業(yè)經(jīng)營(yíng)在研發(fā)、生產(chǎn)、銷售方面呈現(xiàn)出的虛擬化趨勢(shì)。
二、企業(yè)組織發(fā)展趨勢(shì)
（一）企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化
企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化主要是指企業(yè)間的契約性協(xié)作與聯(lián)盟。企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)是企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化的最主要形式。與新經(jīng)濟(jì)相聯(lián)系的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)主要有：虛擬企業(yè)、外包或下包的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、供應(yīng)鏈準(zhǔn)一體化協(xié)調(diào)、企業(yè)集團(tuán)、戰(zhàn)略聯(lián)盟和企業(yè)集群等。
互聯(lián)網(wǎng)、信息網(wǎng)為企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化提供了平臺(tái)?；ヂ?lián)網(wǎng)使企業(yè)能夠在全球范圍進(jìn)行經(jīng)營(yíng)活動(dòng)。信息網(wǎng)是一個(gè)開(kāi)放的、經(jīng)過(guò)資格認(rèn)證的潛在合作伙伴的集合，包括基礎(chǔ)信息技術(shù)和加盟企業(yè)的完整信息資料庫(kù)，是動(dòng)態(tài)的伙伴關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。信息網(wǎng)的成員可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行E-mail、聲音郵件、音頻會(huì)議、視頻會(huì)議等的通訊?；ヂ?lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)使得企業(yè)能夠跨越地理邊界，甚至國(guó)際邊界,在不同的文化氛圍、市場(chǎng)疆域中合作與交流。正是由于互聯(lián)網(wǎng)、信息網(wǎng)等的存在，企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化成為可能。
功能虛擬化的虛擬企業(yè)是企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化的典型形式。功能虛擬化的虛擬企業(yè)，其機(jī)構(gòu)所在地是存在的。企業(yè)在運(yùn)作時(shí)也有完整的功能產(chǎn)生，如生產(chǎn)、營(yíng)銷、財(cái)務(wù)、設(shè)計(jì)等。但在本企業(yè)內(nèi)僅保留核心或關(guān)鍵功能，而其他功能則根據(jù)業(yè)務(wù)需要，借助外部企業(yè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。功能虛擬的企業(yè)，雖然在靜態(tài)、孤立考察時(shí)，是很小或者較小的企業(yè)，但在運(yùn)作時(shí)，相應(yīng)于不同的市場(chǎng)機(jī)遇，它可以迅速演化成任意規(guī)模的、集中了各類核心能力的技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)。功能虛擬化的核心思想的通俗表達(dá)就是“去掉四肢，留下大腦”。企業(yè)擁有核心能力、執(zhí)行關(guān)鍵功能（如設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品和營(yíng)銷），將次要功能（如加工制作）交給有契約聯(lián)系的其他企業(yè)去做。耐克公司是這種類型的典型代表。耐克公司本身僅保留了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，加工制造外包給了全球各地的制造加工企業(yè)。把耐克公司看作功能虛擬化的虛擬企業(yè)時(shí)，是把耐克以及受耐克公司委托制造耐克產(chǎn)品的所有公司或工廠都看作虛擬企業(yè)的組成部分，而不是把耐克公司看作功能虛擬的“頭腦型虛擬企業(yè)”。也就是說(shuō)，把耐克看作虛擬企業(yè)時(shí)，應(yīng)該將整個(gè)由外包形成的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或企業(yè)集團(tuán)看作一個(gè)虛擬企業(yè)，而不是僅僅將核心企業(yè)自身看作功能虛擬的虛擬企業(yè)。
（二）企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化
先從整體上探討網(wǎng)絡(luò)化在企業(yè)管理史上的地位，如表1所示：
從表1可知，現(xiàn)代企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化是以知識(shí)為基礎(chǔ)、以虛擬企業(yè)為主要模式，從傳統(tǒng)金字塔式的等級(jí)管理體系（又稱科層管理）向簡(jiǎn)化等級(jí)、強(qiáng)調(diào)相互聯(lián)系與合作的管理體系轉(zhuǎn)變。
內(nèi)部龐大、體系復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)越來(lái)越不適應(yīng)變化無(wú)窮、競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)要求，促成了從金字塔等級(jí)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)向網(wǎng)絡(luò)型企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。金字塔結(jié)構(gòu)包含許多層次，實(shí)施嚴(yán)格職能定位、縱向管理和逐級(jí)負(fù)責(zé)模式。在行業(yè)發(fā)展平衡、可預(yù)測(cè)性大時(shí)是有效的，但同時(shí)也產(chǎn)生了，大量例行程序消耗了企業(yè)的資源。企業(yè)規(guī)模越大，內(nèi)部能耗、僵化性就越嚴(yán)重。而在企業(yè)外部，市場(chǎng)越來(lái)越多變，競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，客觀上要求變革傳統(tǒng)的企業(yè)組織結(jié)構(gòu)，使企業(yè)具備適應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。
計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革提供了可能。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)化的技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)工具和產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)工具使得人們能夠超越組織內(nèi)外的界限進(jìn)行交流。如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）使成千上萬(wàn)的員工可以同時(shí)分享信息，電子數(shù)據(jù)交換(EDI)技術(shù)使企業(yè)和顧客之間信息同步,企業(yè)外部網(wǎng)（Extranet）使企業(yè)和供應(yīng)商之間隨時(shí)交流信息。在網(wǎng)絡(luò)化的企業(yè)中，人不在作為大機(jī)器上的一個(gè)被割裂的螺絲釘，而是作為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)全面感知公司的運(yùn)作，各種虛擬的以任務(wù)為中心的團(tuán)隊(duì)不斷地與財(cái)務(wù)、人力資源、原材料及供應(yīng)商進(jìn)行交流，和分銷網(wǎng)絡(luò)及顧客交流，從而能夠主動(dòng)地對(duì)市場(chǎng)迅速做出反應(yīng)。
組織結(jié)構(gòu)虛擬化的虛擬企業(yè)是企業(yè)組織結(jié)構(gòu)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)化的最典型、最極端的形式。組織虛擬化的虛擬企業(yè)中，找不到辦公大樓，而是通過(guò)信息網(wǎng)絡(luò)和契約關(guān)系把相關(guān)的、分布于不同地方的資源連接起來(lái)。高度知識(shí)化的企業(yè)可以是這類虛擬企業(yè)。例如，有的企業(yè)家組織人員開(kāi)發(fā)軟件時(shí)，只是在某個(gè)臨時(shí)辦事處的基礎(chǔ)上成立“虛擬企業(yè)”，并不按照常規(guī)的模式租用辦公大樓、購(gòu)置設(shè)備、招聘人員、發(fā)展出科層制的組織關(guān)系，而是把軟件開(kāi)發(fā)工作包給若干個(gè)程序編制員（可能處在不同的省、市）。在辦事處，可能最多只能找到一個(gè)程序員，該程序員既不是領(lǐng)導(dǎo)也不是總經(jīng)理，只是負(fù)責(zé)整個(gè)項(xiàng)目的協(xié)調(diào)工作。
三、企業(yè)經(jīng)營(yíng)發(fā)展趨向
（一）虛擬研究開(kāi)發(fā)
虛擬研究開(kāi)發(fā)有兩種含義：其一，企業(yè)的研究開(kāi)發(fā)在以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)平臺(tái)構(gòu)筑的虛擬空間中進(jìn)行，直到最后一刻才變成實(shí)體方案設(shè)計(jì)（狹義上的虛擬企業(yè)）；其二，企業(yè)將研究開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)外包給其他企業(yè)，企業(yè)內(nèi)部不進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)（“業(yè)務(wù)外包”型虛擬企業(yè)）。本文主要探討虛擬研究開(kāi)發(fā)的第一種含義，即在以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)平臺(tái)構(gòu)筑的虛擬網(wǎng)絡(luò)空間中進(jìn)行的研究開(kāi)發(fā)。
企業(yè)的研究開(kāi)發(fā)主要包括三個(gè)階段：發(fā)現(xiàn)、調(diào)查和用戶測(cè)試。發(fā)現(xiàn)是指一種新觀點(diǎn)的形成；調(diào)查是對(duì)發(fā)現(xiàn)的新觀點(diǎn)加以證明，對(duì)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中提出的所有問(wèn)題作出可行的回答；用戶測(cè)試是對(duì)用戶進(jìn)行觀點(diǎn)的測(cè)試。
發(fā)現(xiàn)逐步從實(shí)體世界向虛擬世界轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)方法是通過(guò)量的不斷積累而形成。它要求研究人員在自己的研究領(lǐng)域掌握前沿的思想和觀點(diǎn)，不斷地出席會(huì)議、閱讀報(bào)紙、與同事進(jìn)行探討，從而能夠認(rèn)識(shí)、鑒定、吸收新的發(fā)現(xiàn)并將其運(yùn)用到規(guī)劃和方案設(shè)計(jì)中。計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用并不能改變信息加工和處理的過(guò)程。研究人員正在將大量的研究方法直接與互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合。在以互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)形成的虛擬世界中，研究人員能夠在現(xiàn)有水平上吸收更多的經(jīng)驗(yàn)。例如，IBM在互聯(lián)網(wǎng)上公布從美國(guó)專利局獲得的所有詳細(xì)信息。研究人員要了解研究領(lǐng)域的最新動(dòng)態(tài)，查詢最新專利信息，可以上IBM的信息專利網(wǎng)patents.省略/ibm.html。如此，研究人員能夠自幾分鐘內(nèi)完成以前需要花幾天、甚至幾個(gè)星期才能完成的工作。
調(diào)查逐漸從實(shí)體世界向虛擬世界轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的調(diào)查是在實(shí)體世界中進(jìn)行，不斷采用實(shí)體物質(zhì)制造新模型，經(jīng)常直接與有關(guān)部門(mén)人員或者目標(biāo)顧客群面對(duì)面交流，從而改進(jìn)產(chǎn)品和服務(wù)。傳統(tǒng)的調(diào)查方式既耗時(shí)又耗錢(qián)。計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，使得企業(yè)能夠在虛擬世界中完成調(diào)查的過(guò)程。只要將數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)，通過(guò)有關(guān)軟件程序，就能生成相應(yīng)的模型，而不必實(shí)體制造。研究人員之間的討論，與目標(biāo)客戶的交流可以在互聯(lián)網(wǎng)形成的虛擬空間中進(jìn)行。波音777式客機(jī)就是最典型的例子。設(shè)計(jì)師采用由法國(guó)的Dassault系統(tǒng)研制計(jì)算機(jī)輔助三維互動(dòng)應(yīng)用（CATIA）產(chǎn)品，將1700個(gè)波音飛機(jī)工作站和全世界范圍內(nèi)500個(gè)供應(yīng)商聯(lián)系在一起。虛擬空間能夠有助于有關(guān)人員相互合作、交流。在還未研制生產(chǎn)實(shí)物飛機(jī)模型之前就能對(duì)一些觀點(diǎn)和想法加以肯定和否決，缺點(diǎn)和錯(cuò)誤在整個(gè)研發(fā)過(guò)程早期就被指出。
虛擬科研開(kāi)發(fā)的極端是按照客戶的需求設(shè)計(jì)產(chǎn)品，用戶測(cè)試過(guò)程融入到虛擬發(fā)現(xiàn)和調(diào)查中。例如，滑雪工具的生產(chǎn)者正試圖提供一套系統(tǒng)使得通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)可以為每個(gè)滑雪者設(shè)計(jì)個(gè)性化產(chǎn)品?；┱咔脫翩I盤(pán)，說(shuō)出想法，幾天后，產(chǎn)品就會(huì)送到。
（二）虛擬生產(chǎn)
虛擬生產(chǎn)，又稱虛擬制造，有兩種含義：其一，企業(yè)的服務(wù)提供或產(chǎn)品生產(chǎn)在以計(jì)算機(jī)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)營(yíng)造的虛擬空間中進(jìn)行，直到最后一刻才變成實(shí)體服務(wù)或產(chǎn)品；其二，企業(yè)將生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)外包給其他企業(yè)，企業(yè)內(nèi)部不進(jìn)行生產(chǎn)制造。我們將主要探討第二種意義上的虛擬生產(chǎn)，即生產(chǎn)或制造業(yè)務(wù)外包。
生產(chǎn)業(yè)務(wù)外包是企業(yè)把業(yè)務(wù)鏈的中間制造環(huán)節(jié)部分或全部進(jìn)行弱化，實(shí)行委托協(xié)作加工，而對(duì)業(yè)務(wù)鏈上游的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，下游的市場(chǎng)營(yíng)銷(包括售后服務(wù))等環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化的一種虛擬制造管理模式。
虛擬制造是產(chǎn)業(yè)鏈上各種要素定期、定向在全球范圍內(nèi)移動(dòng)的外在表現(xiàn)形式。對(duì)優(yōu)勢(shì)企業(yè)而言，其移動(dòng)趨向于產(chǎn)業(yè)鏈的中高端，最終達(dá)到對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的掌控；對(duì)一般中小企業(yè)、弱勢(shì)企業(yè)而言，其移動(dòng)趨向于產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，成為產(chǎn)業(yè)鏈的一個(gè)環(huán)節(jié)或某個(gè)環(huán)節(jié)的若干部分，最終其“附生”于優(yōu)勢(shì)企業(yè)，從而形成一個(gè)有活力的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。
虛擬制造主要有以下三種形式：一是定牌制造，又稱OEM制造。指核心企業(yè)把設(shè)計(jì)好的產(chǎn)品交由專業(yè)制造承包商生產(chǎn)，并在最終產(chǎn)品上打上核心企業(yè)的知名品牌。二是定牌設(shè)計(jì)制造。指銷售商購(gòu)買制造商的設(shè)計(jì)資料讓代工企業(yè)組織產(chǎn)品生產(chǎn)制造，打上自己品牌對(duì)外銷售。三是工序外包制造，通常指核心企業(yè)把一些粗加工及技術(shù)含量低的工序擴(kuò)散到周邊人力成本低廉地區(qū)的企業(yè)代為加工，把關(guān)鍵工序如精加工、裝配、檢測(cè)等工序交由自己控制。
虛擬制造能夠增進(jìn)企業(yè)效率。其途徑主要有以下幾個(gè)方面：一是精簡(jiǎn)機(jī)構(gòu)，減少冗員，降低人工成本和運(yùn)營(yíng)成本。二是減少固定資產(chǎn)和原材料投入，轉(zhuǎn)嫁并分散風(fēng)險(xiǎn)，提高資金周轉(zhuǎn)率及投資回報(bào)率。部分或全部加工業(yè)務(wù)實(shí)行外包后，核心企業(yè)用于生產(chǎn)設(shè)備、廠房等方面的固定資產(chǎn)投入可以削減甚至不用再投入，避免盲目鋪攤子。同時(shí)，原材料采購(gòu)、物流管理可以由承包商負(fù)責(zé)，使前期資金投入減到最小。企業(yè)也不必?fù)?dān)心銷售淡季工廠內(nèi)人手及設(shè)備冗余，銷售旺季時(shí)人員設(shè)備又嫌不足，從而提高企業(yè)的市場(chǎng)的應(yīng)變能力。三是集中資源，促進(jìn)研發(fā)和銷售，或進(jìn)行企業(yè)購(gòu)并，實(shí)現(xiàn)低成本快速擴(kuò)張。
虛擬制造模式正越來(lái)越多被歐美企業(yè)逐步采用。美國(guó)的IBM、耐克公司以及一些汽車廠商正在將制造業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移或外包給發(fā)展中國(guó)家的企業(yè)，只保留研究開(kāi)發(fā)、服務(wù)等核心業(yè)務(wù)，以增進(jìn)企業(yè)效率。例如，IBM在2005年上半年將臺(tái)式機(jī)、筆記本的生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)出售給中國(guó)大陸的聯(lián)想，IBM逐步向僅進(jìn)行研發(fā)、服務(wù)等高增值業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型。
（三）虛擬銷售
虛擬銷售有兩種含義：其一，企業(yè)的服務(wù)或產(chǎn)品銷售在以計(jì)算機(jī)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為平臺(tái)營(yíng)造的虛擬空間中進(jìn)行，直到最后一刻才變成實(shí)體服務(wù)或產(chǎn)品；其二，企業(yè)將銷售業(yè)務(wù)外包給其他企業(yè)，企業(yè)內(nèi)部不進(jìn)行銷售。
先分析第一種意義上的虛擬銷售。傳統(tǒng)意義上的銷售遵循標(biāo)準(zhǔn)的商品銷售和配送模式。制造商通過(guò)地區(qū)分布廣泛的中間商（批發(fā)商、零售商、分銷商等）銷售產(chǎn)品。保險(xiǎn)、旅游等服務(wù)企業(yè)也采用相同的模式銷售產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)與應(yīng)用使得企業(yè)可以縮減銷售的中間環(huán)節(jié)，甚至實(shí)現(xiàn)零中間環(huán)節(jié)的直接銷售。第三節(jié)中介紹的虛擬銷售網(wǎng)絡(luò)就屬于該意義上的虛擬銷售。虛擬銷售在零售業(yè)中最為盛行。虛擬銷售的網(wǎng)上零售商幾乎沒(méi)有庫(kù)存，直接根據(jù)客戶的需要向上游廠商訂購(gòu)產(chǎn)品，然后向顧客配送貨物。
第二種意義上的虛擬銷售是一種類型的業(yè)務(wù)外包。對(duì)該意義上虛擬銷售的分析可以參照第三節(jié)對(duì)功能虛擬型虛擬企業(yè)的分析以及本節(jié)中對(duì)虛擬生產(chǎn)或制造的分析。
四、小結(jié)
互聯(lián)網(wǎng)、信息網(wǎng)為企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化提供了平臺(tái)。功能虛擬化的虛擬企業(yè)是企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)化的典型形式。
虛擬研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和銷售不僅涉及狹義上的虛擬企業(yè)，而且“業(yè)務(wù)外包”型虛擬企業(yè)。
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【摘要】在對(duì)綠色制造概念介紹的基礎(chǔ)上,介紹了模具綠色制造的整個(gè)生命周期,包括綠色設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色包裝、綠色維護(hù)和綠色回收、再處理等階段,并結(jié)合鍛模、沖壓模、注塑模具自身的特點(diǎn),具體闡述了基于綠色制造的模具設(shè)計(jì)與制造的原則與方法。指出了模具的設(shè)計(jì)和先進(jìn)制造技術(shù)與綠色思想的結(jié)合是模具工業(yè)的發(fā)展必然。
【關(guān)鍵詞】綠色制造;模具;先進(jìn)制造技術(shù)
制造業(yè)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)向前快速發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè),制造業(yè)在將制造資源轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品以及隨后產(chǎn)品的使用和廢棄后的處理過(guò)程中,將會(huì)給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了不同程度的污染。對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō),未來(lái)所面臨解決的重大問(wèn)題是如何減少資源的消耗和盡可能少地產(chǎn)生環(huán)境污染。因而綠色制造(GreenManufacturing)應(yīng)運(yùn)而生,其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中,對(duì)環(huán)境的負(fù)影響最小,資源使用效率最高[1-2]。綠色制造主要包括以下幾方面內(nèi)容:一是制造問(wèn)題,包括產(chǎn)品生命周期全過(guò)程;二是環(huán)境影響問(wèn)題;三是資源優(yōu)化問(wèn)題。綠色制造就是這三部分內(nèi)容的交叉和有機(jī)集成。
模具是制造業(yè)中使用量大、影響面廣的工具產(chǎn)品,是工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的基礎(chǔ)工藝裝備。它的生產(chǎn)技術(shù)水平的高低,已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)過(guò)程一般僅僅需要考慮模具產(chǎn)品的基本屬性,如模具的功能、質(zhì)量、成本和壽命等等,而很少、甚至不考慮它的環(huán)境屬性和對(duì)資源、能源造成的浪費(fèi)。模具工業(yè)作為制造業(yè)的一個(gè)重要組成部分,并且在我國(guó)得到迅猛發(fā)展,因而在模具行業(yè)中提倡綠色制造尤為重要。
1模具的綠色制造
由綠色制造的概念可知,“綠色模具”不僅僅指在使用時(shí)對(duì)環(huán)境的影響小,還應(yīng)是從制造到報(bào)廢的整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境的破壞是最小的。因此,模具的綠色制造設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)者在構(gòu)思階段就要優(yōu)先考慮模具產(chǎn)品的環(huán)境屬性(模具的可拆卸性、可再次回收性等等),然后再考慮原有應(yīng)該考慮的模具產(chǎn)品應(yīng)用的基本屬性[3]。總的來(lái)說(shuō),模具綠色制造的整個(gè)生命周期包括綠色設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色包裝、綠色維護(hù)和綠色回收、再處理等階段。
1.1模具的綠色設(shè)計(jì):模具綠色設(shè)計(jì)對(duì)模具綠色制造有著非常重要的地位,這一步解決的好壞直接影響到最終利用模具加工產(chǎn)品的綠色生產(chǎn)問(wèn)題。
1.1.1模具材料的選擇:模具材料的選擇是模具產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步。模具材料的“綠色程度”對(duì)最終產(chǎn)品的“綠色性能”具有非常重要的影響。因此,綠色模具設(shè)計(jì)必須建立在綠色模具材料基礎(chǔ)上。綠色模具材料應(yīng)是低能耗、低成本的材料,尤其是少污染的材料;是易加工和加工過(guò)程中無(wú)污染或少污染的材料;是易回收處理、可重復(fù)多次使用或可降解的材料。比如,可選擇優(yōu)質(zhì)鏡面模具鋼加工型腔,輔之以良好的拋光手段;直接用不銹鋼材料來(lái)加工防腐的模具,以替代表面處理的方式。另外除在材料上選用不銹鋼來(lái)避免使用電鍍外,也可采用鎳磷鍍替代電鍍鉻,因?yàn)殒嚵族冊(cè)趯?duì)氯化氫氣體的防腐上要優(yōu)于電鍍鉻,且前者對(duì)環(huán)境的危害也要小于后者。
1.1.2延長(zhǎng)壽命的模具設(shè)計(jì):延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命是綠色制造的主要手段之一。對(duì)于鍛造模具,在提高模具壽命方面已有很多的措施,如正確選擇分模面位置、選擇適當(dāng)?shù)娘w邊槽、選擇合適噸位的鍛造設(shè)備、在一副鍛模上開(kāi)設(shè)兩個(gè)終鍛模膛分別單獨(dú)使用等。對(duì)于沖壓模具,如沖壓間隙值的合理選取、盡量壓縮凸模工作部分長(zhǎng)度、采用彈性卸料板、改進(jìn)凸(凹)模的結(jié)構(gòu)如采用一模多形、一形兩用和拼裝式模具來(lái)提高模具的利用率。對(duì)于注塑模具,如采用隨形冷卻水道可提高注塑精度和模具使用壽命;將模具型芯由整體結(jié)構(gòu)改為鑲拼式結(jié)構(gòu),可解決模具的變形問(wèn)題,提高模具壽命。
1.1.3模具的可回收性設(shè)計(jì):模具的回收性設(shè)計(jì)是指在模具產(chǎn)品綠色的設(shè)計(jì)初期充分考慮產(chǎn)品中所用各種材料的回收、再利用的可能性、回收處理的方法、回收性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)估以及回收性的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)等有關(guān)一系列問(wèn)題。這樣就可在后續(xù)生產(chǎn)中盡可能節(jié)約材料,減少浪費(fèi)。因此,因避免或不要過(guò)多使用銅、鉛等有害或?qū)Νh(huán)境有重污染的材料;盡可能減少所用材料的種類;避免使用與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)再回收過(guò)程中不相兼容的材料;多使用無(wú)需特殊工具的連接件;設(shè)計(jì)時(shí)盡可能允許使用現(xiàn)有的一些可重復(fù)利用的零部件等。
1.1.4模具的可拆卸性設(shè)計(jì):模具可拆卸性對(duì)于模具綠色制造來(lái)說(shuō)是很重要的。當(dāng)模具在使用過(guò)程中部分零部件由于承受過(guò)大的摩擦與沖擊磨損較大時(shí),只需更換這部分零部件模具仍可使用。此外,有時(shí)只要更換凸、凹模即可實(shí)現(xiàn)一種新產(chǎn)品的生產(chǎn)。如果模具不具備可拆卸性不僅回造成大量可重復(fù)零部件材料的浪費(fèi),而且因廢棄物處理不好導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而在設(shè)計(jì)初期就要考慮模具結(jié)構(gòu)易于拆卸,維護(hù)方便,這樣就便于在后續(xù)回收處理中再利用。因此,在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能選擇通用結(jié)構(gòu),以便更換;在滿足強(qiáng)度要求的前提下,盡量采用可拆卸聯(lián)接(如螺紋聯(lián)接),不用焊接、鉚接、膠接等;不用或少用過(guò)盈配合;采用組合模架。
1.1.5模具設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化:無(wú)論是鍛造、沖壓模還是塑料模,都有必要向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,模具標(biāo)準(zhǔn)化是組織模具專業(yè)化生產(chǎn)的前提,而模具的專業(yè)化生產(chǎn)是提高模具質(zhì)量、縮短模具制造周期、降低成本的關(guān)鍵。模具設(shè)計(jì)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,便于采用和購(gòu)買模許多規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)模架及其它標(biāo)準(zhǔn)件,而這些模架及標(biāo)準(zhǔn)件又可由專門(mén)的廠家、企業(yè)通過(guò)社會(huì)化分工進(jìn)行生產(chǎn),從而使有限的資源得到優(yōu)化配置。另外,模具各結(jié)構(gòu)單元的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化,可使生產(chǎn)其的夾具數(shù)量大為減少,從而節(jié)約資源,并且加快了設(shè)計(jì)速度,縮短了設(shè)計(jì)周期,方便加工管理。
1.1.6模具CAD/CAPP/CAM一體化:模具CAD/CAPP/CAM是模具設(shè)計(jì)走向全盤(pán)自動(dòng)化的重大措施。采用CAD/CAPP/CAM技術(shù),可實(shí)現(xiàn)少圖紙或無(wú)圖紙加工和管理,一方面,節(jié)約用紙即節(jié)約資源和能源;另一方面,模具CAD/CAPP/CAM一體化也為并行工程的實(shí)現(xiàn)提供可能,可縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期,提高模具研制的成功率及模具質(zhì)量。
1.1.7模具的綠色并行工程:綠色并行工程是現(xiàn)代綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的新模式,它的核心是并行一體化設(shè)計(jì),強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程同時(shí)交叉進(jìn)行,即在設(shè)計(jì)階段就要考慮整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有環(huán)節(jié)和因素,如質(zhì)量、成本、用戶要求、環(huán)境影響、資源消耗狀況等。因此,涉及產(chǎn)品整個(gè)生命周期的各個(gè)部分的小組成員必須協(xié)同工作。對(duì)于模具設(shè)計(jì),不但需要模具設(shè)計(jì)小組成員之間進(jìn)行討論,協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)任務(wù),而且其他部門(mén)如工藝、制造、質(zhì)量等小組也要參與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作,對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案提出修改意見(jiàn)等,從而使得整個(gè)模具設(shè)計(jì)工作一次成功。
1.1.8其他綠色設(shè)計(jì):鍛造、沖壓車間是機(jī)械工廠的高噪聲車間之一。大量的鍛壓設(shè)備在生產(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中所產(chǎn)生的強(qiáng)烈噪聲,危害工人的健康,影響了生產(chǎn)效率,干擾了環(huán)境的安寧。因此,在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須對(duì)噪聲加以控制和消減。對(duì)于鍛造設(shè)備,如使用排氣消聲器、用液壓模鍛錘代替蒸空模鍛錘等等。對(duì)于沖壓設(shè)備,消減聲源噪聲的措施有:用V帶傳動(dòng)代替齒輪傳動(dòng);以摩擦離合器代替剛性離合器;采用鑄鐵機(jī)身以增加壓力機(jī)的剛性和減震能力;作好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動(dòng)平衡等等。控制噪聲傳播的途徑有在軸承和軸承座之間加彈性襯套;在壓力機(jī)產(chǎn)生噪聲的主要部位加蓋隔聲罩;采用具有油減震器的無(wú)沖擊模架等等。對(duì)于注塑模具,澆道設(shè)計(jì)上要注意澆道凝料與塑料制品的體積比率,一般應(yīng)小于30%。如果達(dá)不到,就要考慮進(jìn)一步優(yōu)化澆道設(shè)計(jì)和調(diào)整型腔數(shù)量,或者采用熱流道技術(shù)。熱流道技術(shù)在塑料原料的節(jié)約上有突出的優(yōu)勢(shì),在產(chǎn)品價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的今天,這一點(diǎn)尤為重要。因此近幾年該技術(shù)的應(yīng)用得到快速普及。
1.2模具的綠色制造工藝:在模具綠色制造過(guò)程中,采用綠色制造工藝也是實(shí)現(xiàn)模具綠色制造的一個(gè)重要環(huán)節(jié),它是一種既能提高經(jīng)濟(jì)效益,又能同時(shí)減少環(huán)境影響的工藝技術(shù)。近來(lái)年,隨著先進(jìn)制造技術(shù)在模具行業(yè)的推廣,模具行業(yè)也向著綠色制造工藝方向努力。目前,在模具行業(yè)中應(yīng)用的較為典型的先進(jìn)制造技術(shù)有:
1.2.1快速原型制造(RapidPrototypingManufacturing,RP&M)[4-5]:
快速原型制造是一項(xiàng)集計(jì)算機(jī)、激光、數(shù)控及精密傳動(dòng)等技術(shù)于一體的先進(jìn)制造技術(shù),其在原理上突破了傳統(tǒng)加工技術(shù)采用材料“去除”的原則,而采用材料“逐層堆積”的原理,能根據(jù)產(chǎn)品的CAD數(shù)據(jù),快速地制造出具有一定結(jié)構(gòu)和功能的原型,甚至產(chǎn)品,由此可有效地加快新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。而以RP&M原型作母模來(lái)翻制模具的快速模具制造技術(shù),進(jìn)一步發(fā)揮了快速成型技術(shù)的優(yōu)越性,可在短期內(nèi)迅速推出滿足用戶需求的產(chǎn)品,大幅度降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研制的成本和投資風(fēng)險(xiǎn),縮短了新產(chǎn)品研制和投放市場(chǎng)的周期,在小批量、多品種、改型快的現(xiàn)代模具制造模式下具有強(qiáng)勁的發(fā)展勢(shì)頭。
1.2.2虛擬制造技術(shù)(VirtualManufacturing)[1]:
虛擬制造是對(duì)制造過(guò)程中的各個(gè)環(huán)節(jié),包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、加工、裝配,乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進(jìn)行統(tǒng)一建模,形成一個(gè)可運(yùn)行的虛擬制造環(huán)境,以專門(mén)的虛擬軟件技術(shù)為支撐,借助高性能的硬件,在虛擬制造環(huán)境中生成數(shù)字化產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析、工藝決策、制造裝配和質(zhì)量檢驗(yàn),從而縮短模具產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期,降低開(kāi)模的開(kāi)發(fā)成本,提高快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。
1.2.3高速切削(HighSpeedMachining,HSM):
高速切削在模具領(lǐng)域的應(yīng)用主要是加工復(fù)雜曲面[6],其中高速銑削(也稱為硬銑削,HardMilling,HM)可以把復(fù)雜形面加工得非常光滑。加工表面粗糙度值很小、淺腔大曲率半徑的模具完全可用高
速銑削來(lái)代替電加工;對(duì)深腔小曲率半徑的模具可用高速銑削加工作為粗加工和半精加工,而電加工只作為精加工。這樣可大大節(jié)約電火花和拋光的時(shí)間以及有關(guān)材料的消耗,這對(duì)保護(hù)環(huán)境的貢獻(xiàn)是不言而喻的。同時(shí),極大地縮短了加工周期,提高了加工效率,降低了加工成本。
1.3模具的綠色包裝:模具的綠色包裝是模具銷售過(guò)程中涉及到的綠色問(wèn)題,它著重從保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā),盡可能使模具產(chǎn)品進(jìn)入銷售、使用、廢棄的物流過(guò)程中,其對(duì)環(huán)境資源消耗和廢棄物產(chǎn)生量最小。模具的綠色包裝主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容:模具包裝材料的選擇、模具包裝結(jié)構(gòu)和模具包裝材料的回收。具體來(lái)講,第一方面就是在模具遠(yuǎn)程配送過(guò)程中,在不影響包裝強(qiáng)度的前提下盡可能使用一些常見(jiàn)的木制材料(如合成板),這是由于模具產(chǎn)品不同于其他一些精制產(chǎn)品,它不太注重產(chǎn)品的外包裝精美問(wèn)題,只關(guān)心產(chǎn)品的內(nèi)在保護(hù)質(zhì)量。第二方面就是要合理設(shè)計(jì)包裝箱內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而簡(jiǎn)化包裝復(fù)雜度。即多個(gè)零件盡量在一個(gè)包裝箱中放置。同時(shí),為了避免零件之間在運(yùn)輸過(guò)程中互相摩擦造成磨損而影響模具產(chǎn)品表面質(zhì)量,可在其中多放置一些軟性材料來(lái)隔離。第三方面就是要在包裝箱上注明包裝材料的可回收性標(biāo)志及回收處理方式。如果用戶不能處理或難處理的,可注明可寄回原處處理,并給予一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。這樣的處理表面上看會(huì)使初期的成本可能有所增加,但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)考慮,這也是節(jié)省成本的好方法。
1.4模具的綠色維護(hù):在模具的使用過(guò)程中,由于其特殊性,要經(jīng)常進(jìn)行模具的修模工序。因此,同模具綠色制造過(guò)程一樣,修模過(guò)程也需要進(jìn)行綠色處理。比如,在進(jìn)行尺寸修模時(shí),盡可能進(jìn)行人工修護(hù),少用或不用機(jī)加工;少用或不用有害溶液對(duì)模具進(jìn)行表面處理,如鹽酸或甲醇等;在維護(hù)模具表面硬度方面,盡可能減少熱處理工序等等。
1.5模具的綠色回收、再處理:由于新產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)以及產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐不斷加快,舊產(chǎn)品模具必將被逐一淘汰。如何對(duì)廢棄模具進(jìn)行回收處理,這是目前一直困擾模具行業(yè)無(wú)法得到解決的問(wèn)題。提出模具綠色制造問(wèn)題,很大一部分原因就是要有效地解決這個(gè)問(wèn)題。如果模具在設(shè)計(jì)和制造階段就采用了綠色概念,則后續(xù)的回收處理就比較簡(jiǎn)單,即只需根據(jù)模具的具體磨損情況,有針對(duì)性地進(jìn)行拆卸,取其可用部分,進(jìn)行適當(dāng)修護(hù)加工,就可應(yīng)用到新模具產(chǎn)品上,而剩余部分則可作廢料處理。
論文摘要：在機(jī)械設(shè)計(jì)中引入CAD技術(shù)，可以解決機(jī)械企業(yè)中重復(fù)性設(shè)計(jì)多、信息資源利用率低的難題，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。
1 CAD技術(shù)的發(fā)展
CAD(Computer Aided Design)是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的英文縮寫(xiě)，是利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理能力和數(shù)值計(jì)算能力，輔助工程技術(shù)人員進(jìn)行工程或產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析，達(dá)到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)誕生以來(lái)，已廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、化工、航空航天以及能源交通等領(lǐng)域，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Product Data Management，PDM）及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一體。
產(chǎn)品設(shè)計(jì)是決定產(chǎn)品命運(yùn)的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作決定著產(chǎn)品75%的成本。目前，CAD系統(tǒng)已由最初的僅具數(shù)值計(jì)算和圖形處理功能的CAD系統(tǒng)發(fā)展成為結(jié)合人工智能技術(shù)的智能CAD系統(tǒng)（ICAD）(Intelligent CAD)。21世紀(jì)，ICAD技術(shù)將具備新的特征和發(fā)展方向，以提高新時(shí)代制造業(yè)對(duì)市場(chǎng)變化和小批量、多品種要求的迅速響應(yīng)能力。
以智能CAD（ICAD）為代表的現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、智能活動(dòng)是由設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計(jì)的過(guò)程，采用單一知識(shí)領(lǐng)域的符號(hào)推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問(wèn)題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計(jì)算機(jī)繪圖等技術(shù)結(jié)合起來(lái)，盡可能多地使計(jì)算機(jī)參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計(jì)過(guò)程，借助計(jì)算機(jī)的支持，設(shè)計(jì)效率有了大大地提高。
2 三維CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的優(yōu)點(diǎn)
通過(guò)實(shí)際應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)軟件，筆者體會(huì)到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中具有更大的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn):
2.1 零件設(shè)計(jì)更加方便
使用三維CAD系統(tǒng)，可以裝配環(huán)境中設(shè)計(jì)新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來(lái)設(shè)計(jì)新零件，既方便又快捷，避免了單獨(dú)設(shè)計(jì)零件導(dǎo)致裝配的失敗。資源查找器中的零件回放還可以把零件造型的過(guò)程通過(guò)動(dòng)畫(huà)演示出來(lái)，使人一目了然。
2.2 裝配零件更加直觀
在裝配過(guò)程中，資源查找器中的裝配路徑查找器記錄了零件之間的裝配關(guān)系，若裝配不正確即予以顯示，另外，零件還可以隱藏，在隱藏了外部零件的時(shí)候，可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個(gè)機(jī)器裝配模型完成后還能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)演示，對(duì)于有一定運(yùn)動(dòng)行程要求的，可檢驗(yàn)行程是否達(dá)到要求，及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報(bào)廢。
2.3 縮短了機(jī)械設(shè)計(jì)周期
采用三維CAD技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了近1/3，大幅度地提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行新機(jī)械的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，只需對(duì)其中部分零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和制造，而大部分零部件的設(shè)計(jì)都將繼承以往的信息，使機(jī)械設(shè)計(jì)的效率提高了3~5倍。同時(shí)，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計(jì)能力，能夠通過(guò)快速重構(gòu)，得到一種全新的機(jī)械產(chǎn)品。
2.4 提高機(jī)械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量
由于機(jī)械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時(shí)采用CAD CIMS組織生產(chǎn)，機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)方針和優(yōu)化設(shè)計(jì)等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量。同時(shí)，大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM進(jìn)行機(jī)械零件加工，一致性很好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
3 CAD技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用
3.1 零件與裝配圖的實(shí)體生成
3.1.1 零件的實(shí)體建模。CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實(shí)體模型。在許多具有實(shí)體建模功能的CAD軟件中，都有一些基本體系。如在AutoCAD的三維實(shí)體造型模塊中，系統(tǒng)提供了六種基本體系，即立方體、球體、圓柱體、圓錐體、環(huán)狀體和楔形體。對(duì)簡(jiǎn)單的零件，可通過(guò)對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對(duì)基本體進(jìn)行三維實(shí)體造型，之后再對(duì)其進(jìn)行交、并、差等布爾運(yùn)算，便可得出零件的三維實(shí)體模型。
對(duì)于有些復(fù)雜的零件，往往難以分解成若干個(gè)基本體，使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過(guò)多，導(dǎo)致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機(jī)器零件三維實(shí)體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實(shí)體造型中通過(guò)拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進(jìn)而通過(guò)交、并、差等得到所需要零件的三維實(shí)體造型。
3.1.2 實(shí)體裝配圖的生成。在零件實(shí)體構(gòu)造完成后，利用機(jī)器運(yùn)動(dòng)分析過(guò)程中的資料，在運(yùn)動(dòng)的某一位置，按各零件所在的坐標(biāo)進(jìn)行“裝配”，這一過(guò)程可用CAD軟件的三維編輯功能實(shí)現(xiàn)。
3.2 模具CAD/CAM的集成制造
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，制造行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，從普通機(jī)床到數(shù)控機(jī)床和加工中心，從人工設(shè)計(jì)和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業(yè)正向數(shù)字化和計(jì)算機(jī)化方向發(fā)展。同時(shí)，模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)(RPM)等，幾乎覆蓋了整個(gè)現(xiàn)代制造技術(shù)。
一個(gè)完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個(gè)功能模塊組成的。如三維繪圖、圖形編輯、曲面造型、仿真模擬、數(shù)控加工、有限元分析、動(dòng)態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行統(tǒng)一管理，而實(shí)體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來(lái)源之一。
3.3 機(jī)械CAE軟件的應(yīng)用
機(jī)械CAE系統(tǒng)的主要功能是:工程數(shù)值分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與壽命預(yù)估、動(dòng)力學(xué)/運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問(wèn)題后，才能由CAE解決設(shè)計(jì)的合理性、強(qiáng)度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運(yùn)動(dòng)特性、干涉、碰撞問(wèn)題和動(dòng)態(tài)特性等。
4 CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)
4.1 圖形交互技術(shù)
CAD軟件是產(chǎn)品創(chuàng)新的工具，務(wù)求易學(xué)好用，得心應(yīng)手。一個(gè)友好的、智能化的工作環(huán)境可以開(kāi)拓設(shè)計(jì)師的思路，解放大腦，讓他把精力集中到創(chuàng)造性的工作中。因此，智能化圖標(biāo)菜單、“拖放式”造型、動(dòng)態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計(jì)師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識(shí)別、語(yǔ)言識(shí)別和特征手勢(shì)建模等新技術(shù)也正在研究之中。
4.2 智能CAD技術(shù)
CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用逐步深入，逐漸提出智能化需求.設(shè)計(jì)是一個(gè)含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動(dòng)。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計(jì)在運(yùn)用知識(shí)化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識(shí)的設(shè)計(jì)倉(cāng)庫(kù)，及時(shí)準(zhǔn)確地向設(shè)計(jì)師提品開(kāi)發(fā)所需的知識(shí)和幫助，智能地支持設(shè)計(jì)人員，同時(shí)捕獲和理解設(shè)計(jì)人員意圖、自動(dòng)檢測(cè)失誤，回答問(wèn)題、提出建議方案等。并具有推理功能，使設(shè)計(jì)新手也能做出好的設(shè)計(jì)來(lái)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)的核心是創(chuàng)新設(shè)計(jì)，人們正試圖把創(chuàng)新技法和人工智能技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用到CAD技術(shù)中，用智能設(shè)計(jì)、智能制造系統(tǒng)去創(chuàng)造性指導(dǎo)解決新產(chǎn)品、新工程和新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)制造，這樣才能使我們的產(chǎn)品、工程和系統(tǒng)有創(chuàng)造性。
4.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)
虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在CAD中已開(kāi)始應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機(jī)工程學(xué)角度檢查設(shè)計(jì)效果，可直接操作模擬對(duì)象，檢驗(yàn)操作是否舒適、方便，及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)空間布局中的干涉和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的碰撞等問(wèn)題，及早看到新產(chǎn)品的外形，從多方面評(píng)價(jià)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品.虛擬產(chǎn)品建模就是指建立產(chǎn)品虛擬原理或虛擬樣機(jī)的過(guò)程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進(jìn)行加工、測(cè)試、仿真和分析，以評(píng)價(jià)其性能，可制造性、可裝配性、可維護(hù)性和成本、外觀等，基于虛擬樣機(jī)的試驗(yàn)仿真分析，可以在真實(shí)產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，從而降低產(chǎn)品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動(dòng)態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時(shí)代繼續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要方向.另外，隨著協(xié)同技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計(jì)面向產(chǎn)品的整個(gè)生命周期設(shè)計(jì)理論和技術(shù)的成熟和發(fā)展，利用基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAPP/CAM/PDM/ERP集成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計(jì)和制造，已成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
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