基于PLM的企业虚拟制造体系的构建

基于PLM的企业虚拟制造体系的构建随着全球竞争的日益加剧，虚拟制造作为一种新的制造模式，成为众多企业追逐的焦点。文章从虚拟制造的产生和发展出发，结合PLM(ProductionLifecycleManagement，产品生命周期管理)的全新理念，提出了基于PLM的虚拟制造体系的4层结构，并对功能及相关支撑软件进行了详细介绍，从而实现对企业虚拟制造体系的构建，大大缩短产品设计、开发和制造时间，快速响应市场需求，满足现代生产的需要。1引言随着科学技术的发展和人们生活水平的不断提高，产品市场发生了本质的变化，企业要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，要想让自己的产品在外观设计和性能要求等方面捕获消费者的购买欲，在众多眼花缭乱的产品中脱颖而出，就要以市场为中心，以用户需求为导向，采用各种新概念、新思想、新方法、新技术对产品设计、开发和制造模式进行改进，力求使产品在市场上具有较强的竞争力和生命力。在这种背景下，协同设计、虚拟制造被众多企业广泛采用，它要求企业共享产品的设计、制造及生产组织的相关模型信息，借助建模及仿真技术，对产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响进行模拟，预测产品性能、技术可行性、工艺质量和生命周期等，以便在产品开发和设计初期能及时发现问题，解决问题，避免实际生产造成的损失，有助于企业的长远发展。2虚拟制造技术的产生和发展科学技术的发展、市场化程度的加深和用户多元化的需求在无形中推动了企业生产模式的变革，早期的大规模、大批量的生产模式已远不能满足市场需求，虚拟制造作为一种新的生产方式，在这种环境下破壳而出，向人们展示着它鲜活的生命力，图1描述了虚拟制造的产生。点击图片查看大图图1虚拟制造的产生从图中可以看出，在30～60年代企业追求的是规模效益，大规模、大批量、流水线生产成为制造业的主流；70年代成本战更是成为企业竞争的焦点，很多企业把低成本、高利润作为企业获胜的标准；80年代随着人们消费观念的改变，产品质量成为企业盈利、吸引用户的筹码，很多企业都采用质量控制技术、全面质量管理技术对产品质量严格把关；进入20世纪90年代，许多新概念、新观点、新名词争先跳进人们的视线，如：精益生产、并行工程、敏捷制造和虚拟制造等，它们各有侧重，从不同角度，运用不同的方式帮助企业增强竞争力，提高产品在市场上的占有率。虚拟制造技术作为制造技术与仿真技术相结合的产物，是现代生产的重要组成部分。在经历了规模竞争、成本竞争、质量竞争之后，虚拟制造更是凭借先进的信息传播手段和强大的无形资产的整合能力被很多企业采用，特别是制造型企业在产品设计、制造、生产乃至产品生命周期每一个环节，大胆尝试应用虚拟制造技术，以虚拟现实和仿真技术为基础，通过操纵和控制虚拟环境中的制造资源．对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上进行模拟和仿真，从而实现对产品制造过程的“预演”，帮助企业对产品的可加工性进行评价，达到优化设计的日的，最大限度缩短产品开发时间和降低经营风险。3基于PLM（产品生命周期管理）的企业虚拟制造体系的构建3.1PLM的内涵PLM作为产品生命周期管理，已经迅速从一个竞争优势转变为竞争必需品，对于这个发展很快，又比较陌生的信息化领域，很多人对于它的定义还很模糊，正所谓众说纷纭，CIMdata认为PLM是一种企业信息化的商业战略。通过实施一整套的业务解决方案，把人、过程和信息有效地集成在一起，作用于整个企业，遍历产品从概念到报废的全生命周期，支持与产品相关的协作研发、管理和使用产品定义信息。Aberdeen认为PLM是覆盖了从产品诞生到消亡的产品生命周期全过程的、开放的、互操作的一整套应用方案。CollaborativeVisions则认为PLM是一种极具潜力的商业IT战略，它专注于解决企业如何在一个可持续发展的基础上，开发和交付创新产品所关联的所有重大问题。AMR的观点PLM是一种技术辅助策略，把跨越业务流程和不同用户群体的那些单点应用集成起来。对于PLM的定义还有很多，定义的侧重点也有所不同，不论PLM是一种商业策略，还是一种业务手段，对于企业来说最根本的一点是如何应用？使之更好的融入企业现有的生产模式当中，帮助企业开拓潜在的业务，从时间上覆盖产品的设计、制造、装配、销售等产品生命周期的各个环节，从而缩短产品的研发速度，快速响应用户需求。图2展示了产品从设计、制造、一直到使用的各个环节，为企业虚拟制造体系的构建做好准备工作。点击图片查看大图图2产品生命周期管理的内容3.2基于PLM的企业虚拟制造体系的构建企业对于市场竞争的第一反应就是战略调整，其中包括管理方法的改进、管理策略的调整、技术体系的优化、重组、引入新的生产模式等都成为企业应对市场竞争的强有力措施。在市场竞争的驱使下，虚拟制造成为企业竞相追逐的焦点。基于产品生命周期的企业虚拟制造体系的构建如图3所示，主要涉及产品开发的整个生命周期，包括产品决策、设计、制造、测试、使用等，通过系统捕捉、管理、访问和集成不同客户的需求，并及时将分析后的需求数据通过基础层、数据层、应用层、界面层的相互作用，实现信息传递、共享，使设计人员在产品设计初期就能准确掌握市场需求和发展动向，并在虚拟的制造环境下，以CAD/CAE/CAM等各种仿真软件为支撑如图4所示，通过计算机网络，实现产品设计、性能分析、制造装配等，从而缩短产品上市时间、快速响应市场需求。点击图片查看大图图3基于产品生命周期的虚拟制造体系结构点击图片查看大图图4虚拟制造支撑软件基础层：是虚拟制造体系的最底层，由企业基本网络和数据交换协议组成，承担着数据信息交换、传输和资源共享的重担，为企业虚拟制造体系的构建提供了最底层的支持。数据层：主要由数据库系统、知识库系统及其他软硬件层和环境组成，其中知识库系统集成了海量的与设计、制造相关的理论知识、实验数据、定理、运算法则及常识性知识等，方便设计人员查阅、使用；数据库系统则包括面向PLM产品设计数据库、环境影响评价数据库、材料选择数据库等重要的虚拟制造的支撑数据库，这些数据库和知识库是虚拟制造顺利、有效实施的依据和准则。应用层：主要包括虚拟产品设计系统、虚拟工艺设计系统、虚拟制造执行系统、虚拟装配系统、虚拟测试系统、虚拟使用系统、虚拟回收系统。以产品的全局最优化为目标，以计算机支持的仿真技术为前提，对产品设计、制造、回收等全生命周期进行统一建模，在应用层，大量使用各种建模、仿真、分析技术和工具，结合用户需求先做出三维模型，然后通过虚拟仿真技术，对虚拟产品原型的结构、功能、性能等在虚拟环境下进行仿真，对于可能出现的问题，予以及时有效的解决。界面层：借助界面层，设计人员可以在产品设计开发初期让用户参与进来，这样用户需求通过界面层传递给设计人员，设计人员在接到用户反馈和用户需求信息后，实时调整设计方案，提高产品竞争力。4结论虚拟制造作为一种新的制造模式，深受企业的青睐。企业设计开发人员可以在虚拟制造环境下，结合用户需求，借助CAD/CAE/CAM基础软件、仿真软件和建模技术对产品设计、开发、制造等各个环节进行仿真，优化资源，对于可能出现的问题，设计人员可以及时调整、修改设计方案，避免实际投产损失，在时间上大大缩短设计开发周期，加快产品上市速度，从而可以帮助企业实现快速设计、快速生产、快速响应。