計(jì)算機(jī)仿真及其在制造業(yè)中的應(yīng)用

何依林

摘要：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在整個(gè)制造業(yè)掀起了一場(chǎng)革命的浪潮，它成為現(xiàn)代企業(yè)開展設(shè)計(jì)、研發(fā)新產(chǎn)品不可缺少的工具和手段，發(fā)揮著重要的作用，仿真技術(shù)成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。將計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用于制造業(yè)不僅能夠節(jié)約經(jīng)費(fèi)、減少損失，還能夠在生產(chǎn)周期縮短的同時(shí)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步得到提高，因此，探究計(jì)算機(jī)仿真及其在制造業(yè)中的應(yīng)用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)；制造業(yè)；應(yīng)用

對(duì)于制造業(yè)而言，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)不僅突破了其在傳統(tǒng)領(lǐng)域的運(yùn)用，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售方面，作用也越來越重要，尤其是那些規(guī)模較大、復(fù)雜性較強(qiáng)的系統(tǒng)研發(fā)更是離不開計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，占據(jù)著主導(dǎo)地位，快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展空間更廣闊，將進(jìn)一步推動(dòng)制造業(yè)的發(fā)展。

一、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，根據(jù)問題對(duì)象的實(shí)際要求，建立真實(shí)的數(shù)學(xué)模型，并將其轉(zhuǎn)換成仿真模型，涉及到計(jì)算、控制等理論知識(shí)，是一門綜合性技術(shù)。安全、高效、不受環(huán)境條件約束的優(yōu)點(diǎn)突出，在各個(gè)行業(yè)、各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如國(guó)防、交通、能源等，成為設(shè)計(jì)、運(yùn)行、分析、評(píng)價(jià)、培訓(xùn)的重要工具。從計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)一誕生，就頗受關(guān)注和重視，在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中的地位和作用是極其重要的。

二、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用分類

1、以產(chǎn)品模型為中心的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入到產(chǎn)品模型中，主要是利用其分析產(chǎn)品的靜、動(dòng)態(tài)性能、可裝配性、可制造型等，使產(chǎn)品能夠更好的滿足需求。對(duì)于產(chǎn)品的的研發(fā)，既要考慮產(chǎn)品所達(dá)到的實(shí)用功能是否能滿足實(shí)際需求，還要考慮產(chǎn)品的外觀、尺寸，同時(shí)還要考慮可批量生產(chǎn)、維護(hù)等等諸多因素，而應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，這些工作顯得輕而易舉。

2、以制造系統(tǒng)模型為中心的應(yīng)用。制造系統(tǒng)模型既包括制造設(shè)備的高仿真智能運(yùn)用，還包括相對(duì)復(fù)雜的制造系統(tǒng)的模擬運(yùn)行，在檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行能力和監(jiān)控設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行狀況時(shí)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在物料的供給、資源的分配、加工的流程等方面發(fā)揮的作用是巨大的。

3、以開發(fā)過程模型為中心的應(yīng)用。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和制造過程中應(yīng)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是必然的。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，需要多個(gè)學(xué)科的共同協(xié)作，在此基礎(chǔ)上經(jīng)過反復(fù)設(shè)計(jì)、反復(fù)試驗(yàn)，以確定產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)成本，在這一階段，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。在制造過程中引入該技術(shù)，把制造系統(tǒng)和產(chǎn)品兩種模型有機(jī)結(jié)合在一起，完成全面運(yùn)算、多方位模擬的任務(wù)，并對(duì)庫存和成本控制等因素進(jìn)行綜合考慮，使開發(fā)的新產(chǎn)品能夠滿足需求。

三、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用

作為一種高新的科學(xué)技術(shù)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造業(yè)中應(yīng)用廣泛，涉及工業(yè)、醫(yī)療、軍事等行業(yè)，尤其是在航空、國(guó)防等中應(yīng)用價(jià)值很高。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在制造行業(yè)中，涵蓋了全過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、測(cè)試等，成為不可或缺的技術(shù)手段。

隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)越來越快的發(fā)展，“虛擬制造”成為最廣泛的應(yīng)用。在計(jì)算機(jī)上，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)以及制造的過程完整的模擬出來，從模擬的過程中，發(fā)現(xiàn)可能會(huì)出現(xiàn)的問題，從而進(jìn)行修改完善，使之得到優(yōu)化，既達(dá)到經(jīng)濟(jì)損失減少的目的，同時(shí)還能夠使生產(chǎn)效率提高，制造成本得到節(jié)約，產(chǎn)品的性能更加優(yōu)良。在制造業(yè)中引入虛擬制造技術(shù)，可以為產(chǎn)品的生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、傳感技術(shù)、高仿真技術(shù)等多種科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行綜合運(yùn)用，通過人機(jī)互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品性能的測(cè)試和監(jiān)測(cè)運(yùn)行狀況。計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用為用戶仿真出一個(gè)近乎真實(shí)的虛擬環(huán)境，模擬運(yùn)行出事物內(nèi)部各種關(guān)系的交互，供用戶體驗(yàn)，給用戶真實(shí)的感受，人機(jī)交流更先進(jìn)。在產(chǎn)品的各個(gè)階段，這種技術(shù)都予以支持，通過操作，使用者可以對(duì)產(chǎn)品的各個(gè)部件是否合格、性能是否穩(wěn)定、功能是否具有實(shí)用性進(jìn)行檢驗(yàn)。

隨著制造業(yè)的發(fā)展，虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)成為仿真技術(shù)應(yīng)用的新熱點(diǎn)。并行工程實(shí)現(xiàn)的是產(chǎn)品一體化，設(shè)計(jì)、開發(fā)、制造、使用過程并行運(yùn)作，集合了現(xiàn)代哲學(xué)、現(xiàn)代先進(jìn)組織思想等，它的運(yùn)用對(duì)虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)的發(fā)展起到了很大的促進(jìn)作用。一體化的并行工程將與產(chǎn)品相關(guān)的各種因素進(jìn)行了綜合的考慮，如投資、裝配、銷售等，這樣使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、開發(fā)間的矛盾得到了有效地解決。虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)以并行工程思想為指導(dǎo)，虛擬出一個(gè)幾乎真實(shí)的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境，產(chǎn)品開發(fā)人員可以對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行策劃、預(yù)測(cè)，避免設(shè)計(jì)的反復(fù)，避免資源浪費(fèi)，減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，及時(shí)檢驗(yàn)、優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，大大縮減產(chǎn)品開發(fā)的周期，為企業(yè)節(jié)省開發(fā)費(fèi)用。虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的延伸與拓展，是對(duì)其的重要發(fā)展，適用于產(chǎn)品制造復(fù)雜的過程，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益不可小覷。

如今，仿真技術(shù)的應(yīng)用有了更大的發(fā)展，從單一的系統(tǒng)走向開放復(fù)雜的大系統(tǒng)。DIS就是用網(wǎng)絡(luò)連接起不同地點(diǎn)的仿真設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，這是一種先進(jìn)的仿真技術(shù)。這種技術(shù)必須依靠大量、快速、高效的信息通道。

四、結(jié)論

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)我國(guó)社會(huì)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的提高有著重要的意義。作為一種綜合性的高新科學(xué)技術(shù)，發(fā)揮的作用越來越重要，仿真規(guī)模在不斷的擴(kuò)大，仿真功能也在不斷的強(qiáng)化，并在制造業(yè)中得到了飛速的發(fā)展，特別是在一些大規(guī)模、復(fù)雜性強(qiáng)的研發(fā)中更是必不可少的工具，它有效地減少了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，節(jié)省了大量的研發(fā)經(jīng)費(fèi)，使產(chǎn)品的開發(fā)周期大大縮減，產(chǎn)品質(zhì)量得到顯著提高。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)將進(jìn)一步提高我國(guó)產(chǎn)品的自主研發(fā)和生產(chǎn)能力，推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展。

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