時間：2023-03-20 16:13:34
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關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；現(xiàn)代機械工程設(shè)計；機械制造；機械產(chǎn)品；機械設(shè)計
文獻標(biāo)識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機械設(shè)計
隨著知識經(jīng)濟和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(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)時間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計的具體要求進行的，在機械設(shè)計的過程中需要提前對設(shè)計中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來。如果設(shè)計的零件已經(jīng)開始投入生產(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)計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測性市場中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現(xiàn)代機械工程設(shè)計十分重要。
1虛擬機械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機械設(shè)計技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計技術(shù)性不強，傳統(tǒng)的設(shè)計觀念比較保守，設(shè)計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設(shè)中完成機械工程的設(shè)計，傳統(tǒng)設(shè)計具有較大的隨意性，并且設(shè)計的關(guān)鍵過程還對設(shè)計者的經(jīng)驗和設(shè)計習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計的過程很難實現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計的相關(guān)技術(shù)可以很好地實現(xiàn)設(shè)計經(jīng)驗依賴性強、設(shè)計過程靜態(tài)性和設(shè)計理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計精確性、以數(shù)據(jù)知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計方式的發(fā)展，虛擬計算機技術(shù)需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計方案和數(shù)值運算的方式，當(dāng)然也會對CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等進行大量的應(yīng)用。虛擬機械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設(shè)計技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機械制造環(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、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機械設(shè)計人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態(tài)實現(xiàn)檢查，對零件設(shè)計中的錯誤及時發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計要求，可以依靠計算機技術(shù)方便及時更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計圖和裝配圖，達到設(shè)計、裝配和制造檢驗的協(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)計技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進行詳細的介紹：
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、計算機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)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動態(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)上對產(chǎn)品的整個過程進行全面的預(yù)測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對產(chǎn)品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現(xiàn)產(chǎn)品實施過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，它可以運用抽象的技術(shù)實現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進行聯(lián)系，最終實現(xiàn)對產(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)
仿真指的是通過計算機實現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對模型進行應(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，它對實際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計算機的計算能力進行應(yīng)用，實現(xiàn)在短時間內(nèi)完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術(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、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計交互行為仿真等。方便對設(shè)計結(jié)果的評價，及時進行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統(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的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(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)境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現(xiàn)對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。
3機械虛擬樣機技術(shù)介紹
虛擬樣機技術(shù)在機械工程設(shè)計中被稱作機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計算機技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計算機輔助技術(shù)。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態(tài)性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現(xiàn)改進。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術(shù)的作用，簡化了機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費用，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計產(chǎn)品實現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達和高等院校及設(shè)計和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計者都對該技術(shù)進行了引入并運用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟和生產(chǎn)效益。在機械工程設(shè)計
中應(yīng)用仿真技術(shù)對零件進行設(shè)計、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)件的運動性等均可以實現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢
4.1強大的通用性和分析處理復(fù)雜問題的能力
虛擬樣機技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運動力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對復(fù)雜機械系統(tǒng)進行自動建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機技術(shù)軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個構(gòu)件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現(xiàn)其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術(shù)還對機械系統(tǒng)的詳細環(huán)節(jié)進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機械系統(tǒng)建模帶來便利
傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎(chǔ)上進行動力分析，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)過程往往比較復(fù)雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設(shè)計人員只需要將機械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設(shè)計人員承擔(dān)了許多的設(shè)計難度。
4.3強大的后期處理能力
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)驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計人員直觀地看到機械設(shè)計的性能和運動效果。
5結(jié)語
虛擬制造技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)代工程機械工程設(shè)計領(lǐng)域中的設(shè)計、試制等一系列過程的直觀性。實現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，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)實中的硬件產(chǎn)品，更方便地對設(shè)計產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進行評估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計可以適應(yīng)市場的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實技術(shù)和計算機仿真技術(shù)在機械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計算機虛擬設(shè)計技術(shù)的幫助下實現(xiàn)對眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計，不僅不會造成實際物質(zhì)的浪費，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機械制造和設(shè)計的全新局面。
參考文獻
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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，本文對現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的構(gòu)成和特點作了分析。
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)是計算機集成制造系統(tǒng)新的發(fā)展階段，在繼承計算機集成制造系統(tǒng)優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，它不斷吸收先進制造技術(shù)中相關(guān)思想的精華，從信息集成、過程集成向企業(yè)集成方向迅速發(fā)展，在先進制造技術(shù)中處于核心地位。具體地說，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)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)進行有機地結(jié)合，通過計算機技術(shù)使企業(yè)產(chǎn)品在全生命周期中有關(guān)的組織、經(jīng)營、管理和技術(shù)有機集成和優(yōu)化運行。在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期中實現(xiàn)信息化、智能化、集成優(yōu)化，達到產(chǎn)品上市快、服務(wù)好、質(zhì)量優(yōu)、成本低的目的，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。
二、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)成
先進制造技術(shù)(AMTAdvancedManufacturingTechnology)作為一個專有名詞目前還沒有準(zhǔn)確的定義。通過對其內(nèi)涵和特征的研究，目前共同的認識是：先進制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機械、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、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務(wù)的制造全過程，以實現(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)濟效果的制造技術(shù)的總稱。其具有如下一些特點：
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的需要；
2、從強調(diào)專業(yè)化分工向模糊分工、一專多能轉(zhuǎn)變，使勞動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的固定組織形式向動態(tài)的自主管理的小組工作方式轉(zhuǎn)變。
通過對先進制造技術(shù)的定義和特點的分析發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)擁有先進制造技術(shù)的絕大部分特點，只不過先進制造技術(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)在吸收計算機集成制造系統(tǒng)的優(yōu)秀成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推動并行工程、虛擬制造、敏捷制造和動態(tài)聯(lián)盟的研究工作，并不斷吸收先進制造技術(shù)中的成功經(jīng)驗和先進思想，將它們進行推廣應(yīng)用，由此使現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)成為先進制造技術(shù)的核心。
（1）并行工程(CEConcurrentEngineering)并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。它要求產(chǎn)品開發(fā)人員在一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進度計劃和用戶要求。為了達到并行的目的，必須建立高度集成的主模型，通過它來實現(xiàn)不同部門人員的協(xié)同工作；為了達到產(chǎn)品的一次設(shè)計成功，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，并行工程的進一步發(fā)展就是虛擬制造技術(shù)。同時，并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技術(shù)支持下，將原來分別進行的工作在時間和空間上交叉、重迭，充分利用了原有技術(shù)，并吸收了當(dāng)前迅速發(fā)展的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)秀成果，使其成為先進制造技術(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)、計算機技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而使產(chǎn)品一次性制造成功，達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強產(chǎn)品競爭力的目的。
（3）敏捷制造(AMAgileManufacturing)敏捷制造是以競爭力和信譽度為基礎(chǔ)的，選擇合作者組成虛擬公司，分工合作，為同一目標(biāo)共同努力來增強整體競爭能力，對用戶需求作出快速反應(yīng)，以滿足用戶的需要。為了達到快速應(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)代機械工程設(shè)計；機械制造；機械產(chǎn)品；機械設(shè)計
文獻標(biāo)識碼：A中圖分類號：TH166文章編號：1009-2374（2016）05-0073-02
作者簡介：伊紀(jì)斌（1994-），男，山東淄博人，山東理工大學(xué)國防教育學(xué)院學(xué)生，研究方向：機械設(shè)計
隨著知識經(jīng)濟和工業(yè)制造的快速發(fā)展，現(xiàn)代化的市場要求產(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)時間、最低的成本消耗和最佳的服務(wù)來滿足顧客的需求。傳統(tǒng)設(shè)計一般是在圖紙結(jié)合產(chǎn)品的特性和設(shè)計的具體要求進行的，在機械設(shè)計的過程中需要提前對設(shè)計中的設(shè)備裝配的干擾因素的不確定進行考慮，但是產(chǎn)品在裝配中的缺陷只有在產(chǎn)品開發(fā)的后期才能暴露出來或者在產(chǎn)品的試制階段和裝配中顯現(xiàn)出來。如果設(shè)計的零件已經(jīng)開始投入生產(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)計和制造方式上不能得到很好的保證，并且傳統(tǒng)設(shè)計的工藝比較粗糙、開發(fā)的效率低、花費時間比較長、耗費的資金比較大。在變化速度快、持續(xù)性發(fā)展和不可預(yù)測性市場中難以適應(yīng)。因此，企業(yè)的生產(chǎn)活動需要具備高度的柔性和快速的反應(yīng)，與此同時信息技術(shù)的飛速發(fā)展保證了機械制造的先進性，信息化的使用對于現(xiàn)代機械工程設(shè)計十分重要。
1虛擬機械制造技術(shù)
以往傳統(tǒng)的機械設(shè)計技術(shù)的設(shè)備條件比較差，設(shè)計技術(shù)性不強，傳統(tǒng)的設(shè)計觀念比較保守，設(shè)計的手段主要依靠的是粗略的計算和估算，主要是在較多的簡化和靜止化假設(shè)中完成機械工程的設(shè)計，傳統(tǒng)設(shè)計具有較大的隨意性，并且設(shè)計的關(guān)鍵過程還對設(shè)計者的經(jīng)驗和設(shè)計習(xí)慣具有很大的依賴性。設(shè)計的過程很難實現(xiàn)合理、高效和準(zhǔn)確。但是在現(xiàn)代化虛擬設(shè)計的相關(guān)技術(shù)可以很好地實現(xiàn)設(shè)計經(jīng)驗依賴性強、設(shè)計過程靜態(tài)性和設(shè)計理念隨意性向現(xiàn)代化設(shè)計精確性、以數(shù)據(jù)知識工程和專家系統(tǒng)為保證的設(shè)計方式的發(fā)展，虛擬計算機技術(shù)需要對必要的信息進行檢索、分析和收集。最終找出最優(yōu)的設(shè)計方案和數(shù)值運算的方式，當(dāng)然也會對CAD技術(shù)和人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等進行大量的應(yīng)用。虛擬機械制造技術(shù)主要是在虛擬環(huán)境下對計算機的模型進行虛擬分析的一種計算機設(shè)計技術(shù)。該技術(shù)集成并綜合應(yīng)用了綜合性的機械制造環(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、動態(tài)仿真、回收利用。依靠虛擬制造技術(shù)，機械設(shè)計人員不需要將所有的零件設(shè)備生產(chǎn)制造出來，可以通過對零件模型的建立，隨后對零件進行虛擬裝配，并對各零件部位之間的裝配間隙進行干涉、對裝配的狀態(tài)實現(xiàn)檢查，對零件設(shè)計中的錯誤及時發(fā)現(xiàn)，如果零件不符合設(shè)計要求，可以依靠計算機技術(shù)方便及時更改模型，最后形成新的零部件設(shè)計圖和裝配圖，達到設(shè)計、裝配和制造檢驗的協(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)計技術(shù)的提出、產(chǎn)品制造過程的抽取、原模型的建立、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、建模仿真等。下面就對虛擬制造技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)進行詳細的介紹：
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、計算機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)描述和動態(tài)描述兩種。靜態(tài)描述主要是關(guān)于對系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性。動態(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)上對產(chǎn)品的整個過程進行全面的預(yù)測。在制造過程中我們將種種實體對象總的稱之為產(chǎn)品模型。在產(chǎn)品的模型建立中需要對產(chǎn)品的明細、形狀特征等方面進行描述。對于VMS而言，要實現(xiàn)產(chǎn)品實施過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，它可以運用抽象的技術(shù)實現(xiàn)各種模型面貌的提取。工藝模型主要指的是在制造過程中對產(chǎn)品的工藝參數(shù)和關(guān)于產(chǎn)品功能的各種因素進行聯(lián)系，最終實現(xiàn)對產(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)
仿真指的是通過計算機實現(xiàn)復(fù)雜現(xiàn)實系統(tǒng)的抽象化和簡潔化最終形成的系統(tǒng)模型，并且在仿真的基礎(chǔ)上對模型進行應(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，它對實際的生產(chǎn)系統(tǒng)沒有直接的干擾作用，并且仿真系統(tǒng)可以對計算機的計算能力進行應(yīng)用，實現(xiàn)在短時間內(nèi)完成在實際工作中需要很長時間的工作，有效縮短了生產(chǎn)決策的時間，最大化地避免了對人力、物力和資金的投入以及浪費。計算機技術(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、仿真模型的計算、仿真模型的運行、結(jié)果的輸出和分析。仿真在產(chǎn)品的制造過程主要被分為制造的仿真和加工的仿真。在系統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)中主要涉及的是產(chǎn)品建模、設(shè)計交互行為仿真等。方便對設(shè)計結(jié)果的評價，及時進行反饋，降低產(chǎn)品設(shè)計中的錯誤。加工過程的仿真主要有切削、裝配、檢驗及焊接、壓力加工和鑄造等。以上兩種仿真過程是相對獨立的，兩者不能實現(xiàn)集成，而VM中應(yīng)建立全面過程的統(tǒng)一仿真。
2.3虛擬制造中的虛擬現(xiàn)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)的目的是改善計算機的交互方式，提高計算機的可操作性，它是在對計算機圖形系統(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的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(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)境中感受到真實的沉浸感覺，交互性計算機系統(tǒng)是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的基礎(chǔ)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中有操作者、機器和人機接口。它幫助提升人和計算機間的和諧度，同時也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下實現(xiàn)對真實世界的模擬。在用戶交互輸入以及輸出修改虛擬環(huán)境的條件下，使人達到身臨其境的沉浸感覺。VM的關(guān)鍵技術(shù)之一就是虛擬現(xiàn)實技術(shù)。
3機械虛擬樣機技術(shù)介紹
虛擬樣機技術(shù)在機械工程設(shè)計中被稱作機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，它是20世紀(jì)80年代在計算機技術(shù)的快速發(fā)展中發(fā)展起來的一種計算機輔助技術(shù)。在計算機建立樣機模型后，對模型的多種動態(tài)性能進行具體的分析，最后對樣機方案實現(xiàn)改進。用數(shù)字化模型代替物理性的樣機。通過虛擬樣機技術(shù)的作用，簡化了機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，有效縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間，最大程度降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和費用，實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)性能的提升，使設(shè)計產(chǎn)品實現(xiàn)最優(yōu)化和最具創(chuàng)新性。綜合以上優(yōu)勢，該技術(shù)一經(jīng)出現(xiàn)就受到了眾多工業(yè)發(fā)達和高等院校及設(shè)計和生產(chǎn)企業(yè)的重視，許多著名的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計者都對該技術(shù)進行了引入并運用在自身產(chǎn)品的開發(fā)中，并且取得了極好的經(jīng)濟和生產(chǎn)效益。在機械工程設(shè)計中應(yīng)用仿真技術(shù)對零件進行設(shè)計、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)件的運動性等均可以實現(xiàn)建模仿真。
4虛擬制造技術(shù)在機械工程中發(fā)揮的優(yōu)勢
4.1強大的通用性和分析處理復(fù)雜問題的能力
虛擬樣機技術(shù)建立和發(fā)展的基礎(chǔ)是分析力學(xué)和多體運動力學(xué)，該技術(shù)的關(guān)鍵是對復(fù)雜機械系統(tǒng)進行自動建模。因此，大多數(shù)的虛擬樣機技術(shù)軟件主要運用的是帶約束乘子的微分代數(shù)混合方程。令每個構(gòu)件都有六個自由度是它的核心，還要要求其對多余的自由度進行限制，實現(xiàn)其具有良好的通用性，達到適用性強的目的。與此同時，虛擬樣機技術(shù)還對機械系統(tǒng)的詳細環(huán)節(jié)進行考慮，具體指彈性、接觸和摩擦等因素。
4.2為機械系統(tǒng)建模帶來便利
傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)建模中要先建立運動分析，隨后在運動分析的基礎(chǔ)上進行動力分析，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)過程往往比較復(fù)雜，并且錯誤率高。同樣的建模過程中設(shè)計人員只需要將機械的構(gòu)成方式和連接方法以及相應(yīng)的物理參數(shù)實施輸入，其后的建模和求解只需要計算來完成就可以了，極大地幫助設(shè)計人員承擔(dān)了許多的設(shè)計難度。
4.3強大的后期處理能力
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)驗和理論。但是運用虛擬樣機計算軟件為復(fù)雜性的數(shù)據(jù)提供了可視化技術(shù)，使得設(shè)計人員直觀地看到機械設(shè)計的性能和運動效果。
5結(jié)語
虛擬制造技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)代工程機械工程設(shè)計領(lǐng)域中的設(shè)計、試制等一系列過程的直觀性。實現(xiàn)了在產(chǎn)品真正制造出來前，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)實中的硬件產(chǎn)品，更方便地對設(shè)計產(chǎn)品的性能和可生產(chǎn)性進行評估，極大地縮短了產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)周期，最大化地節(jié)約了產(chǎn)品開發(fā)的成本，保證產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計可以適應(yīng)市場的靈活性的變化。虛擬制造技術(shù)是現(xiàn)實技術(shù)和計算機仿真技術(shù)在機械制造中的綜合應(yīng)用。在現(xiàn)代化計算機虛擬設(shè)計技術(shù)的幫助下實現(xiàn)對眾多產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計，不僅不會造成實際物質(zhì)的浪費，并且還能更直觀地了解產(chǎn)品生產(chǎn)的具體情況，打開了機械制造和設(shè)計的全新局面。
參考文獻
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論文語種：中文
您的研究方向：管理
是否有數(shù)據(jù)處理要求：否
您的國家：北京
您的學(xué)校背景：北京理工大學(xué)
要求字?jǐn)?shù)：6000 (開題報告)
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需要)：否
補充要求和說明：先要一個開題報告! 正式畢業(yè)論文的要求 學(xué)校還沒通知 開題報告要求 見 附件 題目方向是 三維制造工藝 對機加企業(yè)(車間) 的影響 或 數(shù)字化制造 對機加企業(yè)(車間)的影響 (最好是針對航天制造企業(yè))
北京理工大學(xué)研究生院工程碩士學(xué)位論文開題報告：基于三維模型的工藝對技術(shù)對航天制造企業(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
進入21世紀(jì),數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在國際航空制造業(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)展趨勢分析
三、研究方案
四、研究計劃進度表
五、經(jīng)費預(yù)算
六、參考文獻
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【關(guān)鍵詞】先進制造技術(shù)；發(fā)展趨勢；關(guān)鍵技術(shù)
【中圖分類號】TH16 【文獻標(biāo)識碼】A
【文章編號】1007―4309（2010）10―0086―2
先進制造技術(shù)AMT（Advanced Manufacturing Technology）是傳統(tǒng)制造技術(shù)在不斷吸收機械、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、制造、檢測、管理和售后服務(wù)的全過程。它是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)展而來的，保留了過去制造技術(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，先進制造技術(shù)的發(fā)展，大體經(jīng)歷了四個階段：
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)控機床、加工中心和工業(yè)機器人為代表的。
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或半自動物流輸送組合而成的，但特點仍然是分布式生產(chǎn)過程。
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、計算機集成控制為特點的。
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)計智能化、單元加工過程智能化和系統(tǒng)整體管理智能化為特征的。
一、先進制造技術(shù)的特點
目前，每一個國家都處于全球化市場中，先進制造技術(shù)的競爭是面向全球的。一個國家的先進制造技術(shù)對該國制造業(yè)在全球范圍市場的競爭力發(fā)揮著非常重要和不可替代的作用。先進制造技術(shù)的目標(biāo)是要提高產(chǎn)品對動態(tài)多變的市場的適應(yīng)能力以及競爭能力，同時實現(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，而是覆蓋了市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù)，以及回收再生的全過程，概括起來有以下特點：
（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。
（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）機電產(chǎn)品和先進制造技術(shù)將把智能化、數(shù)字化作為發(fā)展方向。
（5）以提高對市場快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)將超速發(fā)展。
（6）先進制造技術(shù)的發(fā)展越來越離不開信息技術(shù)，信息技術(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。
（7）21世紀(jì)的企業(yè)面臨著要在管理方面進行創(chuàng)新的新課題。
（8）現(xiàn)代設(shè)計技術(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)計技術(shù)、優(yōu)良性能設(shè)計基礎(chǔ)技術(shù)、競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術(shù)、全壽命周期設(shè)計技術(shù)。）
二、當(dāng)前先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢
市場需求的個性化與多樣化趨勢越來越明顯，精密化、綠色化、智能化、信息化、虛擬化將成為未來先進制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢。其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
（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。數(shù)字化制造技術(shù)具有較多的優(yōu)點，如使市場多樣化和個性化的需求得到滿足；能夠?qū)κ袌鲎鞒隹焖俚捻憫?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，又便于通過計算機控制產(chǎn)品，對信息進行處理和傳遞。隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，制造業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)越來越離不開Internet技術(shù)，Internet技術(shù)是實現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)，是其重要的支撐平臺?；赪eb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，在未來生產(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)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持等）各個環(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)的自動化和柔性化水平得到進一步的提高，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)
目前已進入納米級加工時代，加工精度和表面粗糙度分別達到了0.025μm和0．0045μm。超精切削厚度由目前的紅外波段向可見光波段甚至更短波段近；超精加工機床向多功能模塊化方向發(fā)展；超精加工材料由金屬擴大到非金屬。
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
市場競爭和新的產(chǎn)品、技術(shù)和材料的發(fā)展對新型加工設(shè)備的研究與開發(fā)起著推動作用，如“并聯(lián)桁架式結(jié)構(gòu)數(shù)控機床”的發(fā)展就是一個典型的例子。它采用六個軸長短的變化，以實現(xiàn)刀具相對于工件的加工位姿的變化，是對傳統(tǒng)機床結(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)計技術(shù)，既能夠保證產(chǎn)品在生命周期內(nèi)環(huán)保和對人類健康無危害，又能保證低能耗和高資源利用率。
2.綠色制造技術(shù)，使整個制造的過程對環(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)實技術(shù)（Virtual Reality Technology）越來越被廣泛地應(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)品原型進行試驗，并且預(yù)測和評價其性能和可制造性。
三、未來先進制造技術(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、制造、測試、營銷的全過程，并預(yù)測和評價有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)和性能指標(biāo)，從而使產(chǎn)品開發(fā)周期得以縮短，使制造過程得以優(yōu)化。VM技術(shù)是工程設(shè)計的一次革命性的進步，它的應(yīng)用范圍是非常廣泛的，如快速設(shè)計與快速原型、面向裝配或制造的設(shè)計、產(chǎn)品維護、產(chǎn)品設(shè)計進入市場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)是一門綜合技術(shù)。之所以這么說，是因為它是通過自動化技術(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技術(shù)。智能設(shè)計、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、智能測量與診斷等都屬于智能制造技術(shù)的范疇。對于制造系統(tǒng)集成自動化和柔性自動化來說智能制造是其新發(fā)展，也是其重要組成部分，智能傳感與檢測是智能制造的重點。
（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、微細加工和超微細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)品在整個生命周期中（包括從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理）做到對資源利用率最高，對環(huán)境的不利影響最小，并優(yōu)化協(xié)調(diào)企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益。目前綠色制造受到了全球制造業(yè)的關(guān)注，因為未來制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展離不開綠色制造，綠色制造已成為先進制造技術(shù)的主要內(nèi)容，也是各國支持和優(yōu)先發(fā)展的研究項目。
四、結(jié)論
我國將先進制造技術(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)濟全球化進程日益加快，隨之而來的日益加劇的制造業(yè)領(lǐng)域的競爭，實際上是以先進制造技術(shù)為競爭核心的。在這樣的大環(huán)境、大背景下，我國不僅要迎接挑戰(zhàn)，而且要抓住機遇，要不斷地對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)進行改造，發(fā)展先進制造技術(shù)，要在技術(shù)、機制、管理以及人才等方面進行創(chuàng)新，只有這樣我國才能實現(xiàn)躋身世界制造強國的目標(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；企業(yè)經(jīng)營發(fā)展趨勢
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，現(xiàn)代企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化趨勢?，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。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，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。
企業(yè)經(jīng)營是個系統(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)營在研發(fā)、生產(chǎn)、銷售方面呈現(xiàn)出的虛擬化趨勢。
二、企業(yè)組織發(fā)展趨勢
（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、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?；ヂ?lián)網(wǎng)使企業(yè)能夠在全球范圍進行經(jīng)營活動。信息網(wǎng)是一個開放的、經(jīng)過資格認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，是動態(tài)的伙伴關(guān)系網(wǎng)絡(luò)。信息網(wǎng)的成員可以通過互聯(lián)網(wǎng)進行E-mail、聲音郵件、音頻會議、視頻會議等的通訊?；ヂ?lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)使得企業(yè)能夠跨越地理邊界，甚至國際邊界,在不同的文化氛圍、市場疆域中合作與交流。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)，其機構(gòu)所在地是存在的。企業(yè)在運作時也有完整的功能產(chǎn)生，如生產(chǎn)、營銷、財務(wù)、設(shè)計等。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)來實現(xiàn)。功能虛擬的企業(yè)，雖然在靜態(tài)、孤立考察時，是很小或者較小的企業(yè)，但在運作時，相應(yīng)于不同的市場機遇，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)先進的企業(yè)。功能虛擬化的核心思想的通俗表達就是“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)計開發(fā)產(chǎn)品和營銷），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)計開發(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，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，把耐克看作虛擬企業(yè)時，應(yīng)該將整個由外包形成的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或企業(yè)集團看作一個虛擬企業(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)金字塔式的等級管理體系（又稱科層管理）向簡化等級、強調(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)越來越不適應(yīng)變化無窮、競爭激烈的市場要求，促成了從金字塔等級企業(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，實施嚴(yán)格職能定位、縱向管理和逐級負責(zé)模式。在行業(yè)發(fā)展平衡、可預(yù)測性大時是有效的，但同時也產(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，市場越來越多變，競爭越來越激烈，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)市場變化的能力。
計算機、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)是計算機網(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)外的界限進行交流。如企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）使成千上萬的員工可以同時分享信息，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)商之間隨時交流信息。在網(wǎng)絡(luò)化的企業(yè)中，人不在作為大機器上的一個被割裂的螺絲釘，而是作為網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點，通過計算機系統(tǒng)來全面感知公司的運作，各種虛擬的以任務(wù)為中心的團隊不斷地與財務(wù)、人力資源、原材料及供應(yīng)商進行交流，和分銷網(wǎng)絡(luò)及顧客交流，從而能夠主動地對市場迅速做出反應(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。高度知識化的企業(yè)可以是這類虛擬企業(yè)。例如，有的企業(yè)家組織人員開發(fā)軟件時，只是在某個臨時辦事處的基礎(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，而是把軟件開發(fā)工作包給若干個程序編制員（可能處在不同的省、市）。在辦事處，可能最多只能找到一個程序員，該程序員既不是領(lǐng)導(dǎo)也不是總經(jīng)理，只是負責(zé)整個項目的協(xié)調(diào)工作。
三、企業(yè)經(jīng)營發(fā)展趨向
（一）虛擬研究開發(fā)
虛擬研究開發(fā)有兩種含義：其一，企業(yè)的研究開發(fā)在以計算機網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)平臺構(gòu)筑的虛擬空間中進行，直到最后一刻才變成實體方案設(shè)計（狹義上的虛擬企業(yè)）；其二，企業(yè)將研究開發(fā)業(yè)務(wù)外包給其他企業(yè)，企業(yè)內(nèi)部不進行研究開發(fā)（“業(yè)務(wù)外包”型虛擬企業(yè)）。本文主要探討虛擬研究開發(fā)的第一種含義，即在以計算機網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)平臺構(gòu)筑的虛擬網(wǎng)絡(luò)空間中進行的研究開發(fā)。
企業(yè)的研究開發(fā)主要包括三個階段：發(fā)現(xiàn)、調(diào)查和用戶測試。發(fā)現(xiàn)是指一種新觀點的形成；調(diào)查是對發(fā)現(xiàn)的新觀點加以證明，對發(fā)現(xiàn)過程中提出的所有問題作出可行的回答；用戶測試是對用戶進行觀點的測試。
發(fā)現(xiàn)逐步從實體世界向虛擬世界轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)方法是通過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，不斷地出席會議、閱讀報紙、與同事進行探討，從而能夠認識、鑒定、吸收新的發(fā)現(xiàn)并將其運用到規(guī)劃和方案設(shè)計中。計算機和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用并不能改變信息加工和處理的過程。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。例如，IBM在互聯(lián)網(wǎng)上公布從美國專利局獲得的所有詳細信息。研究人員要了解研究領(lǐng)域的最新動態(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、甚至幾個星期才能完成的工作。
調(diào)查逐漸從實體世界向虛擬世界轉(zhuǎn)移。傳統(tǒng)的調(diào)查是在實體世界中進行，不斷采用實體物質(zhì)制造新模型，經(jīng)常直接與有關(guān)部門人員或者目標(biāo)顧客群面對面交流，從而改進產(chǎn)品和服務(wù)。傳統(tǒng)的調(diào)查方式既耗時又耗錢。計算機和互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，使得企業(yè)能夠在虛擬世界中完成調(diào)查的過程。只要將數(shù)據(jù)輸入到計算機，通過有關(guān)軟件程序，就能生成相應(yīng)的模型，而不必實體制造。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行。波音777式客機就是最典型的例子。設(shè)計師采用由法國的Dassault系統(tǒng)研制計算機輔助三維互動應(yīng)用（CATIA）產(chǎn)品，將1700個波音飛機工作站和全世界范圍內(nèi)500個供應(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)實物飛機模型之前就能對一些觀點和想法加以肯定和否決，缺點和錯誤在整個研發(fā)過程早期就被指出。
虛擬科研開發(fā)的極端是按照客戶的需求設(shè)計產(chǎn)品，用戶測試過程融入到虛擬發(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)使得通過互聯(lián)網(wǎng)可以為每個滑雪者設(shè)計個性化產(chǎn)品?；┱咔脫翩I盤，說出想法，幾天后，產(chǎn)品就會送到。
（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)在以計算機網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為平臺營造的虛擬空間中進行，直到最后一刻才變成實體服務(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)部分或全部進行弱化，實行委托協(xié)作加工，而對業(yè)務(wù)鏈上游的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計，下游的市場營銷(包括售后服務(wù))等環(huán)節(jié)進行強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)移動的外在表現(xiàn)形式。對優(yōu)勢企業(yè)而言，其移動趨向于產(chǎn)業(yè)鏈的中高端，最終達到對整個產(chǎn)業(yè)鏈的掌控；對一般中小企業(yè)、弱勢企業(yè)而言，其移動趨向于產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，成為產(chǎn)業(yè)鏈的一個環(huán)節(jié)或某個環(huán)節(jié)的若干部分，最終其“附生”于優(yōu)勢企業(yè)，從而形成一個有活力的產(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)計制造。指銷售商購買制造商的設(shè)計資料讓代工企業(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、檢測等工序交由自己控制。
虛擬制造能夠增進企業(yè)效率。其途徑主要有以下幾個方面：一是精簡機構(gòu)，減少冗員，降低人工成本和運營成本。二是減少固定資產(chǎn)和原材料投入，轉(zhuǎn)嫁并分散風(fēng)險，提高資金周轉(zhuǎn)率及投資回報率。部分或全部加工業(yè)務(wù)實行外包后，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，原材料采購、物流管理可以由承包商負責(zé)，使前期資金投入減到最小。企業(yè)也不必擔(dān)心銷售淡季工廠內(nèi)人手及設(shè)備冗余，銷售旺季時人員設(shè)備又嫌不足，從而提高企業(yè)的市場的應(yīng)變能力。三是集中資源，促進研發(fā)和銷售，或進行企業(yè)購并，實現(xiàn)低成本快速擴張。
虛擬制造模式正越來越多被歐美企業(yè)逐步采用。美國的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)展中國家的企業(yè)，只保留研究開發(fā)、服務(wù)等核心業(yè)務(wù)，以增進企業(yè)效率。例如，IBM在2005年上半年將臺式機、筆記本的生產(chǎn)制造業(yè)務(wù)出售給中國大陸的聯(lián)想，IBM逐步向僅進行研發(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)品銷售在以計算機網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)為平臺營造的虛擬空間中進行，直到最后一刻才變成實體服務(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、旅游等服務(wù)企業(yè)也采用相同的模式銷售產(chǎn)品。計算機網(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)上零售商幾乎沒有庫存，直接根據(jù)客戶的需要向上游廠商訂購產(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。對該意義上虛擬銷售的分析可以參照第三節(jié)對功能虛擬型虛擬企業(yè)的分析以及本節(jié)中對虛擬生產(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。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生命周期,包括綠色設(shè)計、綠色制造、綠色包裝、綠色維護和綠色回收、再處理等階段,并結(jié)合鍛模、沖壓模、注塑模具自身的特點,具體闡述了基于綠色制造的模具設(shè)計與制造的原則與方法。指出了模具的設(shè)計和先進制造技術(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;先進制造技術(shù)
制造業(yè)是社會經(jīng)濟向前快速發(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程中,將會給生態(tài)環(huán)境帶來了不同程度的污染。對于制造業(yè)來說,未來所面臨解決的重大問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)運而生,其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中,對環(huán)境的負影響最小,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:一是制造問題,包括產(chǎn)品生命周期全過程;二是環(huán)境影響問題;三是資源優(yōu)化問題。綠色制造就是這三部分內(nèi)容的交叉和有機集成。
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,已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的模具設(shè)計過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)境屬性和對資源、能源造成的浪費。模具工業(yè)作為制造業(yè)的一個重要組成部分,并且在我國得到迅猛發(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”不僅僅指在使用時對環(huán)境的影響小,還應(yīng)是從制造到報廢的整個生命周期內(nèi)對環(huán)境的破壞是最小的。因此,模具的綠色制造設(shè)計要求設(shè)計者在構(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]。總的來說,模具綠色制造的整個生命周期包括綠色設(shè)計、綠色制造、綠色包裝、綠色維護和綠色回收、再處理等階段。
1.1模具的綠色設(shè)計:模具綠色設(shè)計對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)計的第一步。模具材料的“綠色程度”對最終產(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;是易加工和加工過程中無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避免使用電鍍外,也可采用鎳磷鍍替代電鍍鉻,因為鎳磷鍍在對氯化氫氣體的防腐上要優(yōu)于電鍍鉻,且前者對環(huán)境的危害也要小于后者。
1.1.2延長壽命的模具設(shè)計:延長產(chǎn)品壽命是綠色制造的主要手段之一。對于鍛造模具,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、在一副鍛模上開設(shè)兩個終鍛模膛分別單獨使用等。對于沖壓模具,如沖壓間隙值的合理選取、盡量壓縮凸模工作部分長度、采用彈性卸料板、改進凸(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提高模具的利用率。對于注塑模具,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題,提高模具壽命。
1.1.3模具的可回收性設(shè)計:模具的回收性設(shè)計是指在模具產(chǎn)品綠色的設(shè)計初期充分考慮產(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)濟評估以及回收性的結(jié)構(gòu)框架設(shè)計等有關(guān)一系列問題。這樣就可在后續(xù)生產(chǎn)中盡可能節(jié)約材料,減少浪費。因此,因避免或不要過多使用銅、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)再回收過程中不相兼容的材料;多使用無需特殊工具的連接件;設(shè)計時盡可能允許使用現(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:模具可拆卸性對于模具綠色制造來說是很重要的。當(dāng)模具在使用過程中部分零部件由于承受過大的摩擦與沖擊磨損較大時,只需更換這部分零部件模具仍可使用。此外,有時只要更換凸、凹模即可實現(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,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)計初期就要考慮模具結(jié)構(gòu)易于拆卸,維護方便,這樣就便于在后續(xù)回收處理中再利用。因此,在模具設(shè)計時應(yīng)盡可能選擇通用結(jié)構(gòu),以便更換;在滿足強度要求的前提下,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;不用或少用過盈配合;采用組合模架。
1.1.5模具設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化:無論是鍛造、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)計向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、系列化方向發(fā)展,便于采用和購買模許多規(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)件又可由專門的廠家、企業(yè)通過社會化分工進行生產(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)計速度,縮短了設(shè)計周期,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)計走向全盤自動化的重大措施。采用CAD/CAPP/CAM技術(shù),可實現(xiàn)少圖紙或無圖紙加工和管理,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現(xiàn)提供可能,可縮短模具設(shè)計與制造周期,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)計和開發(fā)的新模式,它的核心是并行一體化設(shè)計,強調(diào)產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程同時交叉進行,即在設(shè)計階段就要考慮整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有環(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)品整個生命周期的各個部分的小組成員必須協(xié)同工作。對于模具設(shè)計,不但需要模具設(shè)計小組成員之間進行討論,協(xié)調(diào)產(chǎn)品的設(shè)計任務(wù),而且其他部門如工藝、制造、質(zhì)量等小組也要參與產(chǎn)品的設(shè)計工作,對產(chǎn)品設(shè)計方案提出修改意見等,從而使得整個模具設(shè)計工作一次成功。
1.1.8其他綠色設(shè)計:鍛造、沖壓車間是機械工廠的高噪聲車間之一。大量的鍛壓設(shè)備在生產(chǎn)運轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的強烈噪聲,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,在進行模具設(shè)計的時候,必須對噪聲加以控制和消減。對于鍛造設(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。對于沖壓設(shè)備,消減聲源噪聲的措施有:用V帶傳動代替齒輪傳動;以摩擦離合器代替剛性離合器;采用鑄鐵機身以增加壓力機的剛性和減震能力;作好飛輪等回轉(zhuǎn)體的動平衡等等?？刂圃肼晜鞑サ耐緩接性谳S承和軸承座之間加彈性襯套;在壓力機產(chǎn)生噪聲的主要部位加蓋隔聲罩;采用具有油減震器的無沖擊模架等等。對于注塑模具,澆道設(shè)計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%。如果達不到,就要考慮進一步優(yōu)化澆道設(shè)計和調(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,在產(chǎn)品價格競爭日益激烈的今天,這一點尤為重要。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:在模具綠色制造過程中,采用綠色制造工藝也是實現(xiàn)模具綠色制造的一個重要環(huán)節(jié),它是一種既能提高經(jīng)濟效益,又能同時減少環(huán)境影響的工藝技術(shù)。近來年,隨著先進制造技術(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集計算機、激光、數(shù)控及精密傳動等技術(shù)于一體的先進制造技術(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)品的開發(fā)速度。而以RP&M原型作母模來翻制模具的快速模具制造技術(shù),進一步發(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)品開發(fā)研制的成本和投資風(fēng)險,縮短了新產(chǎn)品研制和投放市場的周期,在小批量、多品種、改型快的現(xiàn)代模具制造模式下具有強勁的發(fā)展勢頭。
1.2.2虛擬制造技術(shù)(VirtualManufacturing)[1]:
虛擬制造是對制造過程中的各個環(huán)節(jié),包括產(chǎn)品的設(shè)計、加工、裝配,乃至企業(yè)的生產(chǎn)組織管理與調(diào)度進行統(tǒng)一建模,形成一個可運行的虛擬制造環(huán)境,以專門的虛擬軟件技術(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,實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、性能分析、工藝決策、制造裝配和質(zhì)量檢驗,從而縮短模具產(chǎn)品的設(shè)計與制造周期,降低開模的開發(fā)成本,提高快速響應(yīng)市場變化的能力。
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
速銑削來代替電加工;對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間以及有關(guān)材料的消耗,這對保護環(huán)境的貢獻是不言而喻的。同時,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程中涉及到的綠色問題,它著重從保護環(huán)境的角度出發(fā),盡可能使模具產(chǎn)品進入銷售、使用、廢棄的物流過程中,其對環(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。具體來講,第一方面就是在模具遠程配送過程中,在不影響包裝強度的前提下盡可能使用一些常見的木制材料(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)品的外包裝精美問題,只關(guān)心產(chǎn)品的內(nèi)在保護質(zhì)量。第二方面就是要合理設(shè)計包裝箱內(nèi)部結(jié)構(gòu),從而簡化包裝復(fù)雜度。即多個零件盡量在一個包裝箱中放置。同時,為了避免零件之間在運輸過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)濟補償。這樣的處理表面上看會使初期的成本可能有所增加,但從長遠來考慮,這也是節(jié)省成本的好方法。
1.4模具的綠色維護:在模具的使用過程中,由于其特殊性,要經(jīng)常進行模具的修模工序。因此,同模具綠色制造過程一樣,修模過程也需要進行綠色處理。比如,在進行尺寸修模時,盡可能進行人工修護,少用或不用機加工;少用或不用有害溶液對模具進行表面處理,如鹽酸或甲醇等;在維護模具表面硬度方面,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。如何對廢棄模具進行回收處理,這是目前一直困擾模具行業(yè)無法得到解決的問題。提出模具綠色制造問題,很大一部分原因就是要有效地解決這個問題。如果模具在設(shè)計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單,即只需根據(jù)模具的具體磨損情況,有針對性地進行拆卸,取其可用部分,進行適當(dāng)修護加工,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：在機械設(shè)計中引入CAD技術(shù)，可以解決機械企業(yè)中重復(fù)性設(shè)計多、信息資源利用率低的難題，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，具有巨大的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景。
1 CAD技術(shù)的發(fā)展
CAD(Computer Aided Design)是計算機輔助設(shè)計的英文縮寫，是利用計算機強大的圖形處理能力和數(shù)值計算能力，輔助工程技術(shù)人員進行工程或產(chǎn)品的設(shè)計與分析，達到理想的目的，并取得創(chuàng)新成果的一種技術(shù)。自1950年計算機輔助設(shè)計（CAD）技術(shù)誕生以來，已廣泛地應(yīng)用于機械、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)計效率飛速地提高?，F(xiàn)已將計算機輔助制造技術(shù)（Com-puter Aided Manufacturing，CAM）和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)（Product Data Management，PDM）及計算機集成制造系統(tǒng)（Computer Itegrated manufacturing system，CIMS）集于一體。
產(chǎn)品設(shè)計是決定產(chǎn)品命運的研究，也是最重要的環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的設(shè)計工作決定著產(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，以提高新時代制造業(yè)對市場變化和小批量、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)計技術(shù)、智能活動是由設(shè)計專家系統(tǒng)完成。這種系統(tǒng)能夠模擬某一領(lǐng)域內(nèi)專家設(shè)計的過程，采用單一知識領(lǐng)域的符號推理技術(shù)，解決單一領(lǐng)域內(nèi)的特定問題。該系統(tǒng)把人工智能技術(shù)和優(yōu)化、有限元、計算機繪圖等技術(shù)結(jié)合起來，盡可能多地使計算機參與方案決策、性能分析等常規(guī)設(shè)計過程，借助計算機的支持，設(shè)計效率有了大大地提高。
2 三維CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的優(yōu)點
通過實際應(yīng)用三維CAD系統(tǒng)軟件，筆者體會到三維CAD系統(tǒng)軟件比二維CAD在機械設(shè)計過程中具有更大的優(yōu)勢，具體表現(xiàn)在以下幾點:
2.1 零件設(shè)計更加方便
使用三維CAD系統(tǒng)，可以裝配環(huán)境中設(shè)計新零件，也可以利用相鄰零件的位置及形狀來設(shè)計新零件，既方便又快捷，避免了單獨設(shè)計零件導(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程通過動畫演示出來，使人一目了然。
2.2 裝配零件更加直觀
在裝配過程中，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候，可清楚地看到內(nèi)部的裝配結(jié)構(gòu)。整個機器裝配模型完成后還能進行運動演示，對于有一定運動行程要求的，可檢驗行程是否達到要求，及時對設(shè)計進行更改，避免了產(chǎn)品生產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)需要修改甚至報廢。
2.3 縮短了機械設(shè)計周期
采用三維CAD技術(shù)，機械設(shè)計時間縮短了近1/3，大幅度地提高了設(shè)計和生產(chǎn)效率。在用三維CAD系統(tǒng)進行新機械的開發(fā)設(shè)計時，只需對其中部分零部件進行重新設(shè)計和制造，而大部分零部件的設(shè)計都將繼承以往的信息，使機械設(shè)計的效率提高了3~5倍。同時，三維CAD系統(tǒng)具有高度變型設(shè)計能力，能夠通過快速重構(gòu)，得到一種全新的機械產(chǎn)品。
2.4 提高機械產(chǎn)品的技術(shù)含量和質(zhì)量
由于機械產(chǎn)品與信息技術(shù)相融合，同時采用CAD CIMS組織生產(chǎn)，機械產(chǎn)品設(shè)計有了新發(fā)展。三維CAD技術(shù)采用先進的設(shè)計方法，如優(yōu)化、有限元受力分析、產(chǎn)品的虛擬設(shè)計、運動方針和優(yōu)化設(shè)計等，保證了產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。同時，大型企業(yè)數(shù)控加工手段完善，再采用CAD/CAPP/CAM進行機械零件加工，一致性很好，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量。
3 CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的應(yīng)用
3.1 零件與裝配圖的實體生成
3.1.1 零件的實體建模。CAD的三維建模方法有三種，即線框模型、表面模型和實體模型。在許多具有實體建模功能的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。對簡單的零件，可通過對其進行結(jié)構(gòu)分析，將其分解成若干基本體，對基本體進行三維實體造型，之后再對其進行交、并、差等布爾運算，便可得出零件的三維實體模型。
對于有些復(fù)雜的零件，往往難以分解成若干個基本體，使組合或分解后產(chǎn)生的基本體過多，導(dǎo)致成型困難。所以，僅有基本體系還不能完全滿足機器零件三維實體造型的要求。為此，可在二維幾何元素構(gòu)造中先定義零件的截面輪廓，然后在三維實體造型中通過拉伸或旋轉(zhuǎn)得到新的“基本體”，進而通過交、并、差等得到所需要零件的三維實體造型。
3.1.2 實體裝配圖的生成。在零件實體構(gòu)造完成后，利用機器運動分析過程中的資料，在運動的某一位置，按各零件所在的坐標(biāo)進行“裝配”，這一過程可用CAD軟件的三維編輯功能實現(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，從普通機床到數(shù)控機床和加工中心，從人工設(shè)計和制圖到CAD/CAM/CAE，制造業(yè)正向數(shù)字化和計算機化方向發(fā)展。同時，模具CAD/CAM技術(shù)、模具激光快速成型技術(shù)(RPM)等，幾乎覆蓋了整個現(xiàn)代制造技術(shù)。
一個完整的CAD/CAM軟件系統(tǒng)是由多個功能模塊組成的。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、動態(tài)顯示等。這些模塊應(yīng)以工程數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，進行統(tǒng)一管理，而實體造型是工程數(shù)據(jù)的主要來源之一。
3.3 機械CAE軟件的應(yīng)用
機械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、強度設(shè)計評價與壽命預(yù)估、動力學(xué)/運動學(xué)仿真等。CAD技術(shù)在解決造型問題后，才能由CAE解決設(shè)計的合理性、強度、剛度、壽命、材料、結(jié)構(gòu)合理性、運動特性、干涉、碰撞問題和動態(tài)特性等。
4 CAD前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢
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。一個友好的、智能化的工作環(huán)境可以開拓設(shè)計師的思路，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、動態(tài)導(dǎo)航器等一系列人性化的功能，為設(shè)計師提供了方便。此外，筆輸入法草圖識別、語言識別和特征手勢建模等新技術(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)計是一個含有高度智能的人類創(chuàng)造性活動。智能CAD/CAM是發(fā)展的必然方向。智能設(shè)計在運用知識化、信息化的基礎(chǔ)上，建立基于知識的設(shè)計倉庫，及時準(zhǔn)確地向設(shè)計師提品開發(fā)所需的知識和幫助，智能地支持設(shè)計人員，同時捕獲和理解設(shè)計人員意圖、自動檢測失誤，回答問題、提出建議方案等。并具有推理功能，使設(shè)計新手也能做出好的設(shè)計來，現(xiàn)代設(shè)計的核心是創(chuàng)新設(shè)計，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、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)實技術(shù)
虛擬現(xiàn)實技術(shù)在CAD中已開始應(yīng)用，設(shè)計人員在虛擬世界中創(chuàng)造新產(chǎn)品，可以從人機工程學(xué)角度檢查設(shè)計效果，可直接操作模擬對象，檢驗操作是否舒適、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動機構(gòu)的碰撞等問題，及早看到新產(chǎn)品的外形，從多方面評價所設(shè)計的產(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的過程.虛擬制造用虛擬原型取代物理原型進行加工、測試、仿真和分析，以評價其性能，可制造性、可裝配性、可維護性和成本、外觀等，基于虛擬樣機的試驗仿真分析，可以在真實產(chǎn)品制造之前發(fā)現(xiàn)并解決問題，從而降低產(chǎn)品成本.虛擬制造、虛擬工廠、動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟將成為CAD技術(shù)在電子商務(wù)時代繼續(xù)發(fā)展的一個重要方向.另外，隨著協(xié)同技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、概念設(shè)計面向產(chǎn)品的整個生命周期設(shè)計理論和技術(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)，實現(xiàn)真正的全數(shù)字化設(shè)計和制造，已成為機械設(shè)計制造業(yè)的發(fā)展趨勢。
參考文獻
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