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轧辊虚拟制造技术初探

2012/9/7    来源:万方数据    作者:杨仙  赵振学  王俊伟      
关键字:轧辊虚拟制造  虚拟制造技术  仿真技术  
轧辊虚拟制造是在计算机上用虚拟的轧机模型、虚拟的钢带和虚拟的轧辊来模拟和预估轧辊的功能、性能及加工性等方面可能存在的问题,通过综合运用仿真、建模和分析技术及工具来执行轧辊制造过程。文章从焊管制造行业的角度出发,介绍了轧辊虚拟制造技术的定义、分类,阐述了轧辊虚拟制造技术的特点,讨论了轧辊虚拟制造的建模、仿真和虚拟现实技术。

0 引言

    虚拟制造技术是近几年出现的先进制造技术之一。它以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持,在产品设计或制造系统的物理实现之前,就能使人体会或感受到未来产品的性能以及制造系统的状态,从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。轧辊虚拟制造的提出,是对传统轧辊制造业的革命,是企业以CAD/CAM/CAE/PDM等信息集成为基础的一种新的制造技术。轧辊虚拟制造技术的应用将会对未来轧辊制造业的发展产生深远影响。

    网上轧辊虚拟制造技术是应用计算机技术对轧辊的设计、加工、装配等工序统一建模,形成虚拟的生产过程,使得焊管或冷弯型钢厂家可以在不同的地区甚至不同的国家通过Internet进行设计、加工,共享同一轧辊产品的模型,从而大大提高轧辊设计、制造效率,降低生产成本

1 轧辊虚拟制造技术的定义、分类

    1.1 轧辊虚拟制造技术的定义

    国内外关于虚拟制造的定义有许多版本,至今仍在讨论中。而轧辊虚拟制造更是新鲜事物,笔者综合目前国际上比较权威的有代表性的文献,并结合轧辊制造的实际情况,对轧辊虚拟制造给出如下定义:轧辊虚拟制造是轧辊实际制造过程在计算机上的本质实现,即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在计算机上群组协同工作,实现轧辊的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质实现,以增强制造过程各阶段的决策控制能力。从以上定义可以看出,轧辊虚拟制造是在计算机上用虚拟的轧机模型、虚拟的钢带和虚拟的轧辊模拟和预估轧辊的功能、性能及加工性等各方面可能存在的问题,通过综合运用仿真、建模和分析技术及工具来执行轧辊制造过程,以便提高人们的预测和决策水平,使轧辊设计和制造走出主要依赖于经验的传统模式,实现轧辊开发全过程的信息、功能和过程集成,把轧辊开发过程中的设计、制造及装配、生产调度、质量管理等环节有机地集成起来,发展到全方位预报的新阶段。

    1.2 轧辊虚拟制造技术的分类

    轧辊的制造过程不仅包含轧辊的设计、加工、装配,还包含对企业生产活动的组织与控制。所以,我们把轧辊虚拟制造划分为三类:以设计为中心的轧辊虚拟制造、以生产为中心的轧辊虚拟制造和以控制为中心的轧辊虚拟制造。

    1.2.1 以设计为中心的轧辊虚拟制造

    以设计为中心的轧辊虚拟制造强调以统一制造信息模型为基础,对数字化轧辊模型进行仿真与分析、优化,进行轧辊的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装配性分析,以获得对轧辊的设计评估与性能预测结果。

    1.2.2 以生产为中心的轧辊虚拟制造

    以生产为中心的轧辊虚拟制造是在企业资源的约束条件下,对企业的生产过程进行仿真,对不同的加工过程及其组合进行优化。它对轧辊的“可生产性”进行分析与评估,对制造资源和环境进行优化组合,通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。

    1.2.3 以控制为中心的轧辊虚拟制造

    以控制为中心的轧辊虚拟制造是将仿真技术引入控制模型,提供模拟实际生产过程的虚拟环境,使企业在考虑车间控制行为的基础上对轧辊制造过程进行优化控制。

    以上三种虚拟制造分别侧重于轧辊制造过程的不同阶段,它们都是以计算机建模、仿真技术为重要的实现手段,通过对轧辊制造过程进行统一建模,用仿真支持设计过程、模拟制造过程,进行成本估算和生产调度。

2 轧辊虚拟制造技术的特点

    与传统制造相比较,轧辊虚拟制造的主要特点是:

    (1)轧辊产品与制造环境是虚拟模型。在计算机上对虚拟模型进行产品设计、制造、测试,甚至设计人员或用户可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作,而不依赖于传统的方式对轧辊进行反复修改,同时还可将已开发的产品(成套轧辊)存放在计算机里,不仅能大大节省仓储费用,而且能根据用户需求或市场变化快速改变设计,快速投人批量生产,从而大幅度压缩新产品的开发时间,提高质量,降低成本。

    (2)可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个轧辊模型上同时工作,相互交流,信息共享,从而减少大量的文档生成及其传播的时间和误差,使轧辊的开发方便快捷。

    (3)将仿真技术用于轧辊制造过程模型,能够低费用、快速地评价不同的工艺方案。同时可以及早发现轧辊产品开发设计制造过程中的问题,实现及时的反馈和更正,避免时间和材料的浪费,而且可“连续”仿真,使得实际生产周期中轧辊模型不间断地优化,直到获得满意的方案。

 

责任编辑:程玥
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