基于虚拟现实技术的数字车间布局设计与管理系统研究与应用

    1引言
   
    车间作为生产制造企业的物化中心，更作为制造系统中最根本的产品物化单元，在制造系统以及生产企业中的作用日益突出，它的工作性能和组织的生产方式与采用的制造技术密切相关，并将直接影响到产品的制造能力、开发周期、生产产品的成本以及产品的质量Ll]0随着大规模生产模式被多品种、小批t的生产模式代替，制造企业需要进行业务变更。增加生产管理的柔性，同时，用户对产品的要求逐渐由产品数量.转变为对产品交货时间、产品质量、成本以及售后服务的综合实力的要求，这就要求企业不断挖掘生产潜力。一方面企业可以新建车间，另一方面可对现有车间进行优化改造，以降低生产成本，快速响应市场的变化，润足客户需求，以创造出尽可能高的经济效益。
   
    目前，很多车间布局设计和算法研究还停留在二维设计，不能够与车间的生产计划、调度管理等进行有机结合，一旦车间布局要进行变更，车间生产就不能顺利进行。为此，我们开发了基于SolidWorks的三维数字车间布局设计与管理系统。如果要新建车间或者是对现有车间进行优化改造，本系统可实现参数驱动车间设备三维模型，快速形成不同的可视化布局方案，并对不同方案进行动态仿真以及算法研究，根据三维仿真结果选取最佳布局方案。
   
    2数字车间的概念
   
    数字车间又称虚拟数字车间)是面向动态多变的市场需求，根据企业的生产规划目标，由企业内部同一车间或不同车间的部分资源，在计算机信息与控制网络的支持下，组织形成的一种相对稳定的、具有某种独立加工功能的逻辑实体，它是虚拟企业的基本构成成分。它不仅对加工任务进行优化计划和分解，而且对加工设备进行优化组合，动态形成敏捷化制造单元。它强调加工设备的协调与合作，采用虚拟制造单元的形式，也就是加工设备在物理位置上不变，而在生产组织和管理逻辑上则随着加工任务的变化而改变。通过对加工设备进行优化组合，从而实现资源的动态柔性配置，对变化的任务做出及时响应。
   
    3数字车间布局设计与管理系统
   
    (l)数字车间布局设计与管理系统功能结构
   
    本系统是基于Visual Basic语言(用于界面和参数设计)和SolidWorks造型工具(用于车间三维建模)开发的，包括的功能模块有:车间管理、机床库管理、机床刀夹具管理、零部件管理和生产线管理。图1为数字车间布局设计与管理系统主界面:

    其中车间管理主要是实现使用者对整个车间所有数据库的浏览，利用虚拟现实技术对车间进行布局并能够实现实时车间漫游，观察车间布局状况，查看生产任务和对其他车间实现信息共享;机床库管理主要是建立了包括普通机床、数控机床和加工中心等机床三维模型，以方便查询、增加和删除机床信息;机床刀夹具管理主要对所有机床的刀具和夹具进行统一管理，并实现了刀具和夹具的参数化设计;零部件管理主要是对机床零件、生产零件及车间内的其他零部件进行统一管理;生产线管理包括查看已有生产线和布置新的生产线，可以根据生产工艺从机床库及零部件库中调用机床和零部件，从而自动生成车间模型。其功能结构图如图2所示:

    (2)车间管理
   
    其子系统分为四个方面，分别是:车间生产任务，车间调度，车间数据管理和车间漫游(车间布局管理)。此部分操作界面和应用程序的设计是本数字车间布局设计与管理系统的重要组成部分，也为今后的功能扩展留出了很大的空间。
   
    随着生产车间所生产的零件逐渐朝着小批量、多品种的趋势发展，某一个车间生产的产品也不仅仅是单一的零件，其生产线也具有较大的柔性，能够生产的品种也较多，所以对车间的生产计划进行统一管理势在必行。生产计划是整个数字车间生产的起点，也是整个车间运行的基本依据。生产计划制订得好坏也直接影响到企业的经济效益。如生产计划有所变更，可在车间生产任务模块内对生产计划进行修改或完全改变生产计划。