2 基于虛擬仿真技術的數字化模擬工廠

數字化模擬工廠是數字化工廠技術在制造規(guī)劃層的一個獨特視角?；谔摂M仿真技術的數字化模擬工廠是以產品全生命周期的相關數據為基礎，采用虛擬仿真技術對制造環(huán)節(jié)從工廠規(guī)劃、建設到運行等不同環(huán)節(jié)進行模擬、分析、評估、驗證和優(yōu)化，指導工廠的規(guī)劃和現場改善。

由于仿真技術可以處理利用數學模型無法處理的復雜系統(tǒng)，能夠準確地描述現實情況，確定影響系統(tǒng)行為的關鍵因素，因此該技術在生產系統(tǒng)規(guī)劃、設計和驗證階段有著重要的作用。正因為如此，數字化模擬工廠在現代制造企業(yè)中得到了廣泛的應用，典型應用包括：

(1)加工仿真，如加工路徑規(guī)劃和驗證、工藝規(guī)劃分析、切削余量驗證等。

(2)裝配仿真，如人因工程校核、裝配節(jié)拍設計、空間干涉驗證、裝配過程運動學分析等。

(3)物流仿真，如物流效率分析、物流設施容量、生產區(qū)物流路徑規(guī)劃等。

(4)工廠布局仿真，如新建廠房規(guī)劃、生產線規(guī)劃、倉儲物流設施規(guī)劃和分析等。

通過基于仿真模型的“預演”，可以及早發(fā)現設計中的問題，減少建造過程中設計方案的更改。韓國三星重工利用DELMIA軟件建立了完整的數字化造船系統(tǒng)，建立了虛擬船廠，可在虛擬環(huán)境下模擬整個造船過程。這套系統(tǒng)預計每年為企業(yè)減少730萬美元的開支。通過模擬仿真技術能夠迅速發(fā)現在持續(xù)運行的過程中出現的問題，而如果想要在現實的系統(tǒng)中發(fā)現這些問題，需要長期測試，花費高昂的成本。

南車青島四方機車采用虛擬仿真技術對高速列車生產環(huán)境進行了建模，并實現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象，減少了因工藝欠佳導致的裝配干涉產品返工的問題。三一重工開發(fā)了OSG技術的三維工廠布局規(guī)劃平臺(VR Layout)，在集團內部首次應用于其寧鄉(xiāng)產業(yè)園的工廠布局規(guī)劃，縮短了工廠建設周期，并節(jié)省了因設計缺陷產生的成本，如圖2所示。2011年，國內各工程設計院已逐步開始采用數字化工程設計及規(guī)劃技術來輔助規(guī)劃和建設新工廠，降低工程設計與規(guī)劃風險。

圖2 三一重工生產線規(guī)劃中的物流仿真

在仿真工具方面，工廠仿真領域的相關技術基本被國外產品壟斷，如達索公司的Delmia/Simulia、Siemens公司的Technomatix和PTC公司的Ployplan等。這些產品的特點在于與其同公司CAD/PLM系列產品的緊密集成。用于制造領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，用于車間物流仿真的Plant Simulation、Quest、Flexsim、Witness、Automod等。目前相關產品都在向三維模型方向發(fā)展，使得這些仿真工具展現方式更加靈活，分析功能更加強大。