数字化工厂中的工艺仿真技术研究

数字化工厂仿真解决方案

数字化工厂作为产品设计与制造的媒介逐渐成为一种新型的生产组织方式，它立足于产品整个周期的相关数据，以真实数据为依托，在虚拟环境中对生产全过程进行仿真、优化及重构。

数字化工厂以“数据驱动”为导向，分别从已经实施的CAD、PLM系统中获取产品相关数据，同时在ERP系统获取生产计划数据，基于仿真技术和虚拟现实技术的数字化工厂技术，对真实的产品制造过程进行严谨虚拟规划和仿真分析优化，分析过程在数字化环境中进行，并在分析后将仿真和优化结果反馈到相关系统，用来验证其可行性和系统生产能力。通过对生产过程的预测，对工艺过程进行优化，最终对生产决策进行裁决。

Tecnomatix是Siemens PLM Software提供的数字化制造解决方案，通过将制造规划包括从工艺布局规划和设计、工艺过程仿真和验证到制造执行与产品设计连接起来，实现在3D的环境下进行制造工艺过程的设计；用数字化的手段验证产品的制造工艺可行性；事先分析未来的生产系统的能力表现；快速输出各种定制类型的工艺文件。

Siemens PLM Software致力于将Tecnomatix数字化制造解决方案与Teamcenter产品全生命周期管理解决方案融合，将原Tecnomatix Process Designer模块与Teamcenter Manufacturing模块进行整合，形成一套在Teamcenter平台上统一管理数字化制

造的解决方案，全称：Teamcenter Manufaturing Process

Management（简称 MPM），是西门子公司针对制造业提供的产品生命周期管理（Product Lifecycle Management）的解决方案的内容之一，旨在建立一个数字化生产环境，管理产品制造的相关数据，实现设计/工艺一体化及管理，是目前市场上功能比较完备的一套制造解决方案。这样带来的好处是，设计人员和工艺人员可以在一个平台上共享设计数据和工艺数据，各自进行设计、仿真和管理。

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数字化技术模具设计与制造探索

随着社会经济的发展进步，科学技术的进一步发展推进了我国各类产品的更新换代速度，对模具生产企业也提出了更高的要求，比如要求模具制造朝着精密化方向发展，要缩短生产周期，提高生产效益等，我国高精度、大型而且繁复的模具制造水平也不断提高，相对于传统的模具设计与制造而言，基于数字化技术的模具设计与制造研究提高了精密性，改善了传统模具设计与制造过程中存在的问题，而且基于数字化技术的模具设计一定程度上提高了模具的研究设计和制造效益，因此，做好基于数字化技术的模具设计与制造研究至关重要。

1基于数字化的模具设计研究

1.1模具的设计方案分析（1）基于数字化技术的模具设计过程中，要重视对模具制造的工序优化设计。在数字化模具设计过程中，尤其要重视模具冲压板工艺的不断优化设计，简化模具制造工序，降低模具制造难度，还要重视模具生产制造的集约化生产模式的实现，保证在模具制造过程中其冲压成本的有效控制；（2）在数字化基础上进行模具设计，要重视先进的NC模面变间隙技术的应用研究，通过对模具制造过程中的零件精度、零件成形性以及零件材料的变化的有效控制，并对模具的模面变间隙进行技术性处理，有效降低模具生产制造时间，降低模具制造难度，进而提升模具生产制造的生产效益及生产质量；（3）基于数字化的模具设计过程中，要重视零件整体变形补偿技术的应用研究。比如，在模具生产过程中，可能会遇到一些尺寸较大而且平坦的零件，这会影响其在成形中的拉伸延长，而且其应用可能使整体刚性有所降低，特别是在零件的顶面，很容易造成坍塌现象，因此为了有效保证零件的应用质量，要重视利用零件整体性补偿技术的研究，对模具制造过程中的变形进行处理和控制。（4）基于数字化技术的模具设计要重视RE逆向工程技术的应用研究，RE逆向

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工程技术主要是用来再现产品设计过程中，其有利于生产模具的改型设计，以及模具新产品研发及其质量的检测等，RE逆向工程技术在数字化模具生产制造中的应用，有利于在保障模具制造质量的前提下，节省模具生产制造时间，进而提升模具的生产制造效益。1.2数字化模具的结构设计分析基于数字化的模具结构设计过程中，需要注意如下4个方面。（1）数字化模具的结构设计过程中，要重视创建三维实体，模具生产制造设计可以充分利用CAD技术，建立所生产的模具的三维实体模型，相对于传统的模仿工程图纸的三维图模式，这种技术更直观、立体地构建了模具的模型，而且有利于将模具生产的真实状态显现出来，有利于发现目录生产制造过程中可能出现的问题，并及时解决，进而提升模具的生产质量。（2）数字化模具的结构设计时，要善于从模具设计资料库中寻找有用的信息，一般在模具的设计过程中会利用的模具设计资料库主要有基本结构库、典型结构库、标准件库以及冲压设备资料库等，一般系列化零件、装配参数化零件要到标准库件资料库里查找相关资料，典型结构资料库以及冲压设备库可以提供可行性参考。善于利用各类资料库的信息资源，有利于提升模具生产效益。（3）数字化模具结构设计过程中，可以应用自动冲压过程仿真，一般模具生产过程中，各个零件的形态以及运行状况较为复杂，借助仿真冲压线过程有利于在模具生产过程中直观、真实地看到各个部件在整个过程中的位置关系，这更方便对可能还会干涉到各部件性能发挥的问题进行改进，对模具的生产结构设计进行优化。（4）在模具结构设计过程中，要重视端拾机构的及时检修，尽可能地规避模具在生产制造过程中的连线调试，避免影响模具的正常制造，这有利于在保证模具生产质量的同时，减少生产时间，有利于模具生产成本控制。

- 1 - 数字化工厂实践指南 plant simulation 系统仿真与建模

本指南旨在介绍数字化工厂实践中的一个重要工具——plantsimulation系统仿真与建模。通过本指南，读者可以了解系统仿真与建模在数字化工厂中的应用、原理、方法和技巧。本指南包括以下内容：

1. 数字化工厂概述

1.1 数字化工厂的定义和特点

1.2 数字化工厂的优势和挑战

2. 系统仿真与建模概述

2.1 系统仿真与建模的定义和特点

2.2 系统仿真与建模在数字化工厂中的应用

3. plant simulation系统介绍

3.1 plant simulation系统的概述

3.2 plant simulation系统的特点和优势

4. plant simulation系统建模流程

4.1 plant simulation系统建模的基本流程

4.2 plant simulation系统建模中的关键技巧

5. plant simulation系统仿真案例分析

5.1 案例1：生产线优化

5.2 案例2：物流流程优化

5.3 案例3：生产调度优化

6. 总结与展望 - 2 - 6.1 数字化工厂实践中的问题和挑战

6.2 数字化工厂实践的未来发展趋势

通过本指南，读者可以掌握数字化工厂实践中系统仿真与建模的基本原理、方法和技巧，了解plant simulation系统的特点和优势，掌握plant simulation系统建模的流程和关键技巧，并能够通过案例分析解决数字化工厂实践中的实际问题。

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基于模型的数字化制造工程技术

作者：罗恒雨 刘德庆

来源：《CAD/CAM与制造业信息化》2014年第09期

一、引言图以

基于模型的定义（Model Based Definition，MBD）技术是以三维数模完整地表达产品形状、尺寸、公差和制造技术要求等产品定义信息的方法。它不是简单地将传统二维图纸上的信息搬到三维模型中，而是充分利用了三维模型的表达能力，通过图形和文字直接或间接地揭示了一个物料项的物理和功能需求，是一种便于理解且效率很高的设计信息表达方式。MBD技术的出现虽然只有几年时间，但行业得到了迅速地推广和应用。MBD技术引起的制造过程变革，使得产品生命周期的所有过程发生彻底的变化，也将驱动整个企业的业务管理理念和企业构架的再造，从而走向基于模型的数字化制造工程（Model Based Manufacturing Engineering，MBE）技术时代。3D打印、快速原型等可以从3D设计模型直接、快速地制作出成品的各种先进制造工艺技术的出现，为虚拟的三维数模落地转化成现实的物理产品提供了有效手段，从而进一步推动MBD和MBE技术在制造过程中的推广应用与深入发展，将使数字化技术成为制造创新的强大动力。

二、MBE的内涵

在产品研发的全生命周期中，产品设计环节通过MBD方法形成产品MBD模型，成为后继包括工艺设计仿真、产品制造、产品检测、产品使用维护、工装设计、工装工艺设计、工装制造以及工装检测等所有环节的工作依据。在产品开发团队的协同工作过程中，形成的产品MBD模型包含了相关的工艺信息，不仅满足了工艺性要求，还成为工装人员开展工装设计的直接依据。工艺设计人员依据产品MBD模型在三维环境中开展工艺设计，结合工装MBD模型和设备MBD模型，建立以工艺活动为中心的产品、工装和工艺数据组织模型，对产品制造过程进行规划仿真，分析检测产品与工装资源之间的碰撞与干涉情况，确保产品结构与工装结构设计的合理性、工艺操作过程的可行性与准确性，并最终输出各类三维工艺设计仿真（Model Based Process Planning，MBP）模型，成为后继产品制造、检测和使用维护环节的操作依据。同时，对于工装工艺设计，也有相同的设计过程，并形成工装MBP模型，成为工装制造和检测的操作依据。因此，在产品研发的上下游之间，传统由图样、技术文档和报告等形式为载体的信息传递模式转变为如图1所示的以MBD、MBP模型为载体的信息传递模式。