1 引言

    隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)生了本質(zhì)的變化，企業(yè)要想在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟，要想讓自己的產(chǎn)品在外觀設(shè)計(jì)和性能要求等方面捕獲消費(fèi)者的購(gòu)買欲，在眾多眼花繚亂的產(chǎn)品中脫穎而出，就要以市場(chǎng)為中心，以用戶需求為導(dǎo)向，采用各種新概念、新思想、新方法、新技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)和制造模式進(jìn)行改進(jìn)，力求使產(chǎn)品在市場(chǎng)上具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力和生命力。在這種背景下，協(xié)同設(shè)計(jì)、虛擬制造被眾多企業(yè)廣泛采用，它要求企業(yè)共享產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造及生產(chǎn)組織的相關(guān)模型信息，借助建模及仿真技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品未來制造過程乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響進(jìn)行模擬，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、技術(shù)可行性、工藝質(zhì)量和生命周期等，以便在產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計(jì)初期能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，避免實(shí)際生產(chǎn)造成的損失，有助于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

2 虛擬制造技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展

    科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、市場(chǎng)化程度的加深和用戶多元化的需求在無形中推動(dòng)了企業(yè)生產(chǎn)模式的變革，早期的大規(guī)模、大批量的生產(chǎn)模式已遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需求，虛擬制造作為一種新的生產(chǎn)方式，在這種環(huán)境下破殼而出，向人們展示著它鮮活的生命力，圖1描述了虛擬制造的產(chǎn)生。

    圖1 虛擬制造的產(chǎn)生

    從圖中可以看出，在30～60年代企業(yè)追求的是規(guī)模效益，大規(guī)模、大批量、流水線生產(chǎn)成為制造業(yè)的主流；70年代成本戰(zhàn)更是成為企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，很多企業(yè)把低成本、高利潤(rùn)作為企業(yè)獲勝的標(biāo)準(zhǔn)；80年代隨著人們消費(fèi)觀念的改變，產(chǎn)品質(zhì)量成為企業(yè)盈利、吸引用戶的籌碼，很多企業(yè)都采用質(zhì)量控制技術(shù)、全面質(zhì)量管理技術(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)；進(jìn)入20世紀(jì)90年代，許多新概念、新觀點(diǎn)、新名詞爭(zhēng)先跳進(jìn)人們的視線，如：精益生產(chǎn)、并行工程、敏捷制造和虛擬制造等，它們各有側(cè)重，從不同角度，運(yùn)用不同的方式幫助企業(yè)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，提高產(chǎn)品在市場(chǎng)上的占有率。虛擬制造技術(shù)作為制造技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是現(xiàn)代生產(chǎn)的重要組成部分。在經(jīng)歷了規(guī)模競(jìng)爭(zhēng)、成本競(jìng)爭(zhēng)、質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)之后，虛擬制造更是憑借先進(jìn)的信息傳播手段和強(qiáng)大的無形資產(chǎn)的整合能力被很多企業(yè)采用，特別是制造型企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)乃至產(chǎn)品生命周期每一個(gè)環(huán)節(jié)，大膽嘗試應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，通過操縱和控制虛擬環(huán)境中的制造資源．對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬和仿真，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品制造過程的“預(yù)演”，幫助企業(yè)對(duì)產(chǎn)品的可加工性進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的日的，最大限度縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和降低經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。

3 基于PLM（產(chǎn)品生命周期管理）的企業(yè)虛擬制造體系的構(gòu)建

    3.1 PLM的內(nèi)涵

    PLM作為產(chǎn)品生命周期管理，已經(jīng)迅速?gòu)囊粋�(gè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦?jìng)爭(zhēng)必需品，對(duì)于這個(gè)發(fā)展很快，又比較陌生的信息化領(lǐng)域，很多人對(duì)于它的定義還很模糊，正所謂眾說紛紜，CIMdata認(rèn)為PLM是一種企業(yè)信息化的商業(yè)戰(zhàn)略。通過實(shí)施一整套的業(yè)務(wù)解決方案，把人、過程和信息有效地集成在一起，作用于整個(gè)企業(yè)，遍歷產(chǎn)品從概念到報(bào)廢的全生命周期，支持與產(chǎn)品相關(guān)的協(xié)作研發(fā)、管理和使用產(chǎn)品定義信息。Aberdeen認(rèn)為PLM是覆蓋了從產(chǎn)品誕生到消亡的產(chǎn)品生命周期全過程的、開放的、互操作的一整套應(yīng)用方案。Collaborative Visions則認(rèn)為PLM是一種極具潛力的商業(yè)IT戰(zhàn)略，它專注于解決企業(yè)如何在一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，開發(fā)和交付創(chuàng)新產(chǎn)品所關(guān)聯(lián)的所有重大問題。AMR的觀點(diǎn)PLM是一種技術(shù)輔助策略，把跨越業(yè)務(wù)流程和不同用戶群體的那些單點(diǎn)應(yīng)用集成起來。

    對(duì)于PLM的定義還有很多，定義的側(cè)重點(diǎn)也有所不同，不論P(yáng)LM是一種商業(yè)策略，還是一種業(yè)務(wù)手段，對(duì)于企業(yè)來說最根本的一點(diǎn)是如何應(yīng)用？使之更好的融入企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)模式當(dāng)中，幫助企業(yè)開拓潛在的業(yè)務(wù)，從時(shí)間上覆蓋產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、裝配、銷售等產(chǎn)品生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而縮短產(chǎn)品的研發(fā)速度，快速響應(yīng)用戶需求。圖2展示了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、一直到使用的各個(gè)環(huán)節(jié)，為企業(yè)虛擬制造體系的構(gòu)建做好準(zhǔn)備工作。

    圖2 產(chǎn)品生命周期管理的內(nèi)容

    3.2 基于PLM的企業(yè)虛擬制造體系的構(gòu)建

    企業(yè)對(duì)于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的第一反應(yīng)就是戰(zhàn)略調(diào)整，其中包括管理方法的改進(jìn)、管理策略的調(diào)整、技術(shù)體系的優(yōu)化、重組、引入新的生產(chǎn)模式等都成為企業(yè)應(yīng)對(duì)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的強(qiáng)有力措施。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的驅(qū)使下，虛擬制造成為企業(yè)競(jìng)相追逐的焦點(diǎn)。

    基于產(chǎn)品生命周期的企業(yè)虛擬制造體系的構(gòu)建如圖3所示，主要涉及產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)生命周期，包括產(chǎn)品決策、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試、使用等，通過借助PLM系統(tǒng)捕捉、管理、訪問和集成不同客戶的需求，并及時(shí)將分析后的需求數(shù)據(jù)通過基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層、界面層的相互作用，實(shí)現(xiàn)信息傳遞、共享，使設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就能準(zhǔn)確掌握市場(chǎng)需求和發(fā)展動(dòng)向，并在虛擬的制造環(huán)境下，以CAD/CAE/CAM等各種仿真軟件為支撐如圖4所示，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、性能分析、制造裝配等，從而縮短產(chǎn)品上市時(shí)間、快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。

    圖3 基于產(chǎn)品生命周期的虛擬制造體系結(jié)構(gòu)

    圖4 虛擬制造支撐軟件

    基礎(chǔ)層：是虛擬制造體系的最底層，由企業(yè)基本網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)交換協(xié)議組成，承擔(dān)著數(shù)據(jù)信息交換、傳輸和資源共享的重?fù)?dān)，為企業(yè)虛擬制造體系的構(gòu)建提供了最底層的支持。

    數(shù)據(jù)層：主要由數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、知識(shí)庫系統(tǒng)及其他軟硬件層和環(huán)境組成，其中知識(shí)庫系統(tǒng)集成了海量的與設(shè)計(jì)、制造相關(guān)的理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、定理、運(yùn)算法則及常識(shí)性知識(shí)等，方便設(shè)計(jì)人員查閱、使用；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)則包括面向PLM產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫、環(huán)境影響評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫、材料選擇數(shù)據(jù)庫等重要的虛擬制造的支撐數(shù)據(jù)庫，這些數(shù)據(jù)庫和知識(shí)庫是虛擬制造順利、有效實(shí)施的依據(jù)和準(zhǔn)則。

    應(yīng)用層：主要包括虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)、虛擬工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)、虛擬制造執(zhí)行系統(tǒng)、虛擬裝配系統(tǒng)、虛擬測(cè)試系統(tǒng)、虛擬使用系統(tǒng)、虛擬回收系統(tǒng)。以產(chǎn)品的全局最優(yōu)化為目標(biāo)，以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為前提，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、回收等全生命周期進(jìn)行統(tǒng)一建模，在應(yīng)用層，大量使用各種建模、仿真、分析技術(shù)和工具，結(jié)合用戶需求先做出三維模型，然后通過虛擬仿真技術(shù)，對(duì)虛擬產(chǎn)品原型的結(jié)構(gòu)、功能、性能等在虛擬環(huán)境下進(jìn)行仿真，對(duì)于可能出現(xiàn)的問題，予以及時(shí)有效的解決。

    界面層：借助界面層，設(shè)計(jì)人員可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)初期讓用戶參與進(jìn)來，這樣用戶需求通過界面層傳遞給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員在接到用戶反饋和用戶需求信息后，實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

4 結(jié)論

    虛擬制造作為一種新的制造模式，深受企業(yè)的青睞。企業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)人員可以在虛擬制造環(huán)境下，結(jié)合用戶需求，借助CAD/CAE/CAM基礎(chǔ)軟件、仿真軟件和建模技術(shù)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行仿真，優(yōu)化資源，對(duì)于可能出現(xiàn)的問題，設(shè)計(jì)人員可以及時(shí)調(diào)整、修改設(shè)計(jì)方案，避免實(shí)際投產(chǎn)損失，在時(shí)間上大大縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期，加快產(chǎn)品上市速度，從而可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)、快速生產(chǎn)、快速響應(yīng)。

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本文標(biāo)題：基于PLM的企業(yè)虛擬制造體系的構(gòu)建

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