虛擬工廠規(guī)劃過程模型

虛擬工廠規(guī)劃過程模型IS□作為計算機輔助生產(chǎn)工程的主要手段仿真技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于制造系統(tǒng)規(guī)劃過程.利用離散事件仿真，通過對制造系統(tǒng)邏輯層仿真，可實現(xiàn)對制造系統(tǒng)動態(tài)性能的仿真評價與優(yōu)化.利用三維可視化仿真技術(shù)，通過對制造系統(tǒng)物理層仿真,可輔助制造系統(tǒng)進行布局優(yōu)化、人機分析以及機器人路徑仿真等[1,2].美國Geogia理工大學(xué)研究了制造系統(tǒng)仿真建模方法,并基于Quest和VirtualNC,對一條電子裝配生產(chǎn)線建模.利用工藝過程的可視化來輔助模型的檢驗，并測試了不同在制品控制策略對制造系統(tǒng)整體性能的影響[3].美國Illinois大學(xué)的工業(yè)虛擬現(xiàn)實研究所開展了工廠和工藝建模項目，開發(fā)了齒輪制造工廠原型.通過基于遺傳算法的塊布局和物流設(shè)計算法，可以輔助進行布局和物流規(guī)劃的決策[4].美國紐約州立大學(xué)開發(fā)了VR-Fact系統(tǒng)，用于虛擬工廠的車間布局設(shè)計，基于單聚類分析算法，形成制造單元，進行零件物流分析[5].然而,目前還缺乏虛擬環(huán)境下制造系統(tǒng)規(guī)劃過程建模方法的研究.本文研究層次化虛擬工廠規(guī)劃過程建模方法，以實現(xiàn)虛擬環(huán)境下，工藝規(guī)劃、工廠布局規(guī)劃以及生產(chǎn)系統(tǒng)動態(tài)評價等虛擬工廠規(guī)劃過程的系統(tǒng)描述，進而提高企業(yè)在制上海宇龍軟件工程有限公司虛擬工廠一校內(nèi)加工制造工廠生產(chǎn)、管理過程體驗環(huán)境學(xué)校內(nèi)建立加工制造工廠生產(chǎn)、管理過程體驗環(huán)境的必要性：隨著職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)專業(yè)的高速發(fā)展，全國范圍內(nèi)職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生數(shù)量劇增，目前這些學(xué)生學(xué)習(xí)的專業(yè)知識和技能都是在數(shù)控機床上加工零件的操作技能。數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生畢業(yè)以后，其中部分人員直接從事數(shù)控加工操作工作，也有部分學(xué)生畢業(yè)后不再直接從事數(shù)控加工操作工作，而是轉(zhuǎn)到與制造、加工相關(guān)的崗位，如工藝、管理、生產(chǎn)輔助等崗位工作。現(xiàn)代企業(yè)的工作環(huán)境是一個完整的、各崗位緊密配合、環(huán)環(huán)相扣的系統(tǒng)。為了讓這些學(xué)生進入企業(yè)后能夠盡快適應(yīng)這些崗位，融入企業(yè)的工作環(huán)境，跟上企業(yè)的生產(chǎn)節(jié)奏，有必要在學(xué)校階段學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，了解制造加工企業(yè)的生產(chǎn)、管理過程，掌握各基本崗位的工作要求和操作技能。這個學(xué)習(xí)過程除了在課堂上講授相關(guān)知識外，更重要的是讓學(xué)生參與這個過程，通過實踐學(xué)習(xí)。從理論上講，到企業(yè)實習(xí)應(yīng)該是一個理想手段。但是受到各種條件的限制，讓學(xué)生能夠在企業(yè)參與到整個系統(tǒng)中去學(xué)習(xí)，在相當(dāng)一段時間內(nèi)不能實現(xiàn)。因此有必要在學(xué)校內(nèi)建立一個能讓數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生都能全程參與的加工制造工廠的生產(chǎn)、管理過程體驗環(huán)境，這是一個提高數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生綜合能力的一個必不可少的學(xué)習(xí)環(huán)境。校內(nèi)加工制造工廠生產(chǎn)、管理過程體驗環(huán)境的功能：這個生產(chǎn)、管理過程體驗環(huán)境應(yīng)該提供一個零件從訂單開始到檢驗完畢后入庫整個生產(chǎn)鏈上的各個基本崗位、完整的現(xiàn)代生產(chǎn)管理系統(tǒng)、在各個崗位上要提供可供操作使用的設(shè)備和工具，讓學(xué)生學(xué)習(xí)、掌握這些設(shè)備基本操作技能。為各崗位提供相應(yīng)的資源庫，資源庫提供該崗位的工作標準、技術(shù)標準以及學(xué)習(xí)內(nèi)容。此外，體驗環(huán)境還要符合低成本運行、環(huán)保、能夠與課堂教學(xué)融合、為學(xué)生提供自我學(xué)習(xí)的條件以及管理方便等要求。這個體驗環(huán)境的管理架構(gòu)應(yīng)該來自于企業(yè)，并且具有先進性。一個先進的制造企業(yè)的管理系統(tǒng)中往往包含了企業(yè)管理和生產(chǎn)管理等不同的子系統(tǒng)，針對職業(yè)學(xué)校數(shù)控技術(shù)專業(yè)學(xué)生上海宇龍軟件工程有限公司的專業(yè)特點，這個校內(nèi)體驗環(huán)境的管理系統(tǒng)為一個生產(chǎn)管理系統(tǒng)。體驗環(huán)境內(nèi)設(shè)置八個類別的崗位：生產(chǎn)準備崗位1：工藝編制和編程生產(chǎn)準備崗位2：材料準備生產(chǎn)準備崗位3：刀具準備生產(chǎn)輔助崗位：物流生產(chǎn)制造崗位1：機床操作，零件加工生產(chǎn)制造崗位2：質(zhì)量檢查生產(chǎn)制造崗位3：成品入庫輔助管理崗位：安全員各崗位的責(zé)能及工作流程：生產(chǎn)準備/工藝編制：根據(jù)訂單編制制造工藝和數(shù)控機床加工程序，產(chǎn)生工藝單輸入生產(chǎn)管理系統(tǒng)，由系統(tǒng)分發(fā)到各崗位生產(chǎn)準備/編程：根據(jù)訂單、工藝單和零件圖編制數(shù)控機床加工程序，產(chǎn)生程序及程序清單進入數(shù)控程序庫，由數(shù)控機床操作工在加工前通過網(wǎng)絡(luò)獲取。生產(chǎn)準備/材料準備：根據(jù)訂單、零件圖從倉庫取出毛坯，放入物流小車生產(chǎn)準備/刀具準備：根據(jù)工藝和程序清單提前把每個工序需要的刀具準備好，包括測量刀具長度并做好標簽。準備好的刀具放入物流小車生產(chǎn)輔助/物流：搬運工負責(zé)運送毛坯、半成品和刀具。每個工序完工后輸入管理系統(tǒng)的完工信息成為物流指令。搬運工根據(jù)管理系統(tǒng)傳達的物流指令把需要運送的物品送到指定的工位。生產(chǎn)制造/機床操作，零件加工：機床操作工的工作是裝夾工件、刀具，從服務(wù)器上取得加工程序、對程序修改參數(shù)，零件加工，加工質(zhì)量自檢生產(chǎn)制造/質(zhì)量檢查：對全部工序完成的零件檢驗，形成質(zhì)量報告生產(chǎn)制造/成品入庫：把合格的產(chǎn)品放入倉庫上海宇龍軟件工程有限公司虛擬工廠一校內(nèi)生產(chǎn)、管理過程體驗環(huán)境的有效載體虛擬工廠是采用信息技術(shù)，集合企業(yè)管理的經(jīng)驗，設(shè)計，數(shù)控，測量等專業(yè)技術(shù)以及教學(xué)需求而開發(fā)的校內(nèi)生產(chǎn)、管理體驗環(huán)境。虛擬工廠的運行模式：課堂家庭圖書館校園網(wǎng)虛擬工廠學(xué)生宿舍學(xué)生可以在任何一個能夠上網(wǎng)的地點使用IE瀏覽器經(jīng)過身份認通過校園網(wǎng)后進入虛擬工廠。學(xué)生進入虛擬工廠后可以完成下列工作：個人工作方式：數(shù)控機床仿真操作練習(xí)數(shù)控編程練習(xí)CAD/CAM三座標測量儀仿真操作練習(xí)刀具測量仿真操作練習(xí)數(shù)控機床仿真加工自測協(xié)同工作方式：以小組為單位完成訂單，體驗企業(yè)的生產(chǎn)、管理過程，掌握各崗位的工作要求、基本操作技能以及各崗位之間的協(xié)作。一般以3?5個學(xué)生組成一個小組共同完成一個訂單，每個訂單包括數(shù)個零件，每個零件有2?3個需要使用不同的機床進行加工的工序；（可以隨意組合）。在完成一個訂單的過程中，各個崗位的工作量不同，順序上也有先后，所以一個人可以承擔(dān)多個崗位：一個同學(xué)擔(dān)當(dāng)編程/工藝/編制生產(chǎn)調(diào)度計劃/成品入庫；一個同學(xué)擔(dān)當(dāng)編程/物流/安全員；一個同學(xué)擔(dān)當(dāng)?shù)毒邷蕚?機床A操作工；一個同學(xué)擔(dān)當(dāng)質(zhì)量檢查/機床B操作工；一個同學(xué)擔(dān)當(dāng)材料準備/機床C操作工；其中有的工作（如工藝、生產(chǎn)調(diào)度計劃）可以集體討論，一個人操作。工作期間管理系統(tǒng)將根據(jù)工作進度在各計算機上提出工作要求，當(dāng)每個崗位完成工作后，也要在各自的計算機上提交完工報告。物流崗位根據(jù)生產(chǎn)計劃和工藝單按時把虛擬的刀具、毛坯和在制件送到指定的位置編程工序使用CAD/CAM軟件編程，完成后把程序存放在數(shù)據(jù)庫中各工序的機床操作工將根據(jù)工藝單到數(shù)據(jù)庫獲取加工程序，刀具只能使用由刀具準備選擇并測量完畢經(jīng)由物流送來的刀具，毛坯只能取到物流送來的毛坯或在制件。機床操作工在虛擬機床上完成零件裝卸、裝刀、獲取程序，參數(shù)設(shè)置、零件加工自檢等工作。刀具準備崗位根據(jù)工藝單準備刀具，使用虛擬對刀儀的測量刀具長度質(zhì)量檢查崗位使用三座標測量儀仿真軟件測量零件，填寫質(zhì)量報告安全員負責(zé)監(jiān)督各崗位的人員的安全生產(chǎn)狀態(tài)每個學(xué)生使用一臺計算機，每臺計算機根據(jù)使用者承擔(dān)的角色可以被指定為一個或幾個崗位。上海宇龍軟件工程有限公司虛擬工廠的特點：把原來只能在課堂上完成的工作擴展到網(wǎng)絡(luò)所到之處，減少時間、空間的限制，為學(xué)生創(chuàng)造更好的自學(xué)環(huán)境。在現(xiàn)在的模式下學(xué)生進行數(shù)控編程、仿真操作練習(xí)只能在計算機房/課堂上進行，而通過虛擬工廠，上述時間、空間的限制將不復(fù)存在，學(xué)生可以自由選擇時間地點進行數(shù)控編程、仿真加工的練習(xí)和模擬考試。由于學(xué)?，F(xiàn)有的實訓(xùn)室是按照數(shù)控機床操作技能實訓(xùn)的需求進行設(shè)備配備和空間布置的，因此，現(xiàn)有的實訓(xùn)室既無法提供整個生產(chǎn)鏈上的各個崗位，也無法滿足多個小組同時展開協(xié)同工作。虛擬工廠提供了整個生產(chǎn)鏈所需要的各個崗位、足夠數(shù)量的設(shè)備和管理系統(tǒng)，在虛擬工廠中就能夠逼真地模擬參與到企業(yè)的生產(chǎn)、管理中去。每組學(xué)生在虛擬工廠中完成一個訂單的全過程只需3?4個課時，有利于教學(xué)計劃組織。整個系統(tǒng)在計算機上實現(xiàn)，實現(xiàn)了與課堂教育的融合。虛擬工廠的運行成本低，環(huán)保，安全，高效率，管理方便這些優(yōu)點是顯而易見的。虛擬工廠的構(gòu)成：廠房：廠房包括加工車間，原材料庫，成品庫，刀具庫，辦公室加工設(shè)備：數(shù)控車，加工中心，多軸加工機床；測量設(shè)備：對刀儀，三座標測量儀；輔助設(shè)備：送料小車等；軟件：CAD/CAM軟件；軟件：Office軟件；倉庫管理系統(tǒng)，對虛擬工廠的原材料庫，成品庫，刀具庫進行管理；生產(chǎn)管理系統(tǒng)，對生產(chǎn)進度和設(shè)備使用實現(xiàn)管理；資源庫。對虛擬工廠構(gòu)成部分的基本要求：操作者能夠在虛擬工廠內(nèi)瀏覽，工作人員在其崗位上可見，人員和物料小車都可以移動；倉庫需由計算機倉庫管理系統(tǒng)管理和控制；加工設(shè)備均為可操作的仿真機床，工件可在虛擬工廠的各類機床上實現(xiàn)多工序加工，包括在虛擬工廠的三座標測量儀上測量，能夠通過送料上海宇龍軟件工程有限公司小車在各崗位輸送；為了便于學(xué)生在虛擬工廠中學(xué)習(xí)數(shù)控編程和數(shù)控機床操作，提供模擬考試的試題和自評功能。CAD/CAM軟件和office軟件為學(xué)校已使用或?qū)⒉捎玫漠a(chǎn)品；CAD/CAM軟件用于計算機輔助設(shè)計和數(shù)控編程；Office軟件用于制作各類表單，如工藝單，材料單，刀具單……，這些表單將在虛擬工廠的各崗位間流轉(zhuǎn)。在規(guī)定的權(quán)限內(nèi)可以對表單編輯和修改。倉庫管理系統(tǒng)，具備對物品的查詢、進出庫管理功能，能夠?qū)μ摂M倉庫物品出入庫實現(xiàn)