虚拟工厂规划过程模型

虚拟工厂规划过程模型IS□作为计算机辅助生产工程的主要手段仿真技术被广泛地应用于制造系统规划过程.利用离散事件仿真，通过对制造系统逻辑层仿真，可实现对制造系统动态性能的仿真评价与优化.利用三维可视化仿真技术，通过对制造系统物理层仿真,可辅助制造系统进行布局优化、人机分析以及机器人路径仿真等[1,2].美国Geogia理工大学研究了制造系统仿真建模方法,并基于Quest和VirtualNC,对一条电子装配生产线建模.利用工艺过程的可视化来辅助模型的检验，并测试了不同在制品控制策略对制造系统整体性能的影响[3].美国Illinois大学的工业虚拟现实研究所开展了工厂和工艺建模项目，开发了齿轮制造工厂原型.通过基于遗传算法的块布局和物流设计算法，可以辅助进行布局和物流规划的决策[4].美国纽约州立大学开发了VR-Fact系统，用于虚拟工厂的车间布局设计，基于单聚类分析算法，形成制造单元，进行零件物流分析[5].然而,目前还缺乏虚拟环境下制造系统规划过程建模方法的研究.本文研究层次化虚拟工厂规划过程建模方法，以实现虚拟环境下，工艺规划、工厂布局规划以及生产系统动态评价等虚拟工厂规划过程的系统描述，进而提高企业在制上海宇龙软件工程有限公司虚拟工厂一校内加工制造工厂生产、管理过程体验环境学校内建立加工制造工厂生产、管理过程体验环境的必要性：随着职业学校数控技术专业的高速发展，全国范围内职业学校数控技术专业学生数量剧增，目前这些学生学习的专业知识和技能都是在数控机床上加工零件的操作技能。数控技术专业学生毕业以后，其中部分人员直接从事数控加工操作工作，也有部分学生毕业后不再直接从事数控加工操作工作，而是转到与制造、加工相关的岗位，如工艺、管理、生产辅助等岗位工作。现代企业的工作环境是一个完整的、各岗位紧密配合、环环相扣的系统。为了让这些学生进入企业后能够尽快适应这些岗位，融入企业的工作环境，跟上企业的生产节奏，有必要在学校阶段学习相关内容，了解制造加工企业的生产、管理过程，掌握各基本岗位的工作要求和操作技能。这个学习过程除了在课堂上讲授相关知识外，更重要的是让学生参与这个过程，通过实践学习。从理论上讲，到企业实习应该是一个理想手段。但是受到各种条件的限制，让学生能够在企业参与到整个系统中去学习，在相当一段时间内不能实现。因此有必要在学校内建立一个能让数控技术专业学生都能全程参与的加工制造工厂的生产、管理过程体验环境，这是一个提高数控技术专业学生综合能力的一个必不可少的学习环境。校内加工制造工厂生产、管理过程体验环境的功能：这个生产、管理过程体验环境应该提供一个零件从订单开始到检验完毕后入库整个生产链上的各个基本岗位、完整的现代生产管理系统、在各个岗位上要提供可供操作使用的设备和工具，让学生学习、掌握这些设备基本操作技能。为各岗位提供相应的资源库，资源库提供该岗位的工作标准、技术标准以及学习内容。此外，体验环境还要符合低成本运行、环保、能够与课堂教学融合、为学生提供自我学习的条件以及管理方便等要求。这个体验环境的管理架构应该来自于企业，并且具有先进性。一个先进的制造企业的管理系统中往往包含了企业管理和生产管理等不同的子系统，针对职业学校数控技术专业学生上海宇龙软件工程有限公司的专业特点，这个校内体验环境的管理系统为一个生产管理系统。体验环境内设置八个类别的岗位：生产准备岗位1：工艺编制和编程生产准备岗位2：材料准备生产准备岗位3：刀具准备生产辅助岗位：物流生产制造岗位1：机床操作，零件加工生产制造岗位2：质量检查生产制造岗位3：成品入库辅助管理岗位：安全员各岗位的责能及工作流程：生产准备/工艺编制：根据订单编制制造工艺和数控机床加工程序，产生工艺单输入生产管理系统，由系统分发到各岗位生产准备/编程：根据订单、工艺单和零件图编制数控机床加工程序，产生程序及程序清单进入数控程序库，由数控机床操作工在加工前通过网络获取。生产准备/材料准备：根据订单、零件图从仓库取出毛坯，放入物流小车生产准备/刀具准备：根据工艺和程序清单提前把每个工序需要的刀具准备好，包括测量刀具长度并做好标签。准备好的刀具放入物流小车生产辅助/物流：搬运工负责运送毛坯、半成品和刀具。每个工序完工后输入管理系统的完工信息成为物流指令。搬运工根据管理系统传达的物流指令把需要运送的物品送到指定的工位。生产制造/机床操作，零件加工：机床操作工的工作是装夹工件、刀具，从服务器上取得加工程序、对程序修改参数，零件加工，加工质量自检生产制造/质量检查：对全部工序完成的零件检验，形成质量报告生产制造/成品入库：把合格的产品放入仓库上海宇龙软件工程有限公司虚拟工厂一校内生产、管理过程体验环境的有效载体虚拟工厂是采用信息技术，集合企业管理的经验，设计，数控，测量等专业技术以及教学需求而开发的校内生产、管理体验环境。虚拟工厂的运行模式：课堂家庭图书馆校园网虚拟工厂学生宿舍学生可以在任何一个能够上网的地点使用IE浏览器经过身份认通过校园网后进入虚拟工厂。学生进入虚拟工厂后可以完成下列工作：个人工作方式：数控机床仿真操作练习数控编程练习CAD/CAM三座标测量仪仿真操作练习刀具测量仿真操作练习数控机床仿真加工自测协同工作方式：以小组为单位完成订单，体验企业的生产、管理过程，掌握各岗位的工作要求、基本操作技能以及各岗位之间的协作。一般以3〜5个学生组成一个小组共同完成一个订单，每个订单包括数个零件，每个零件有2〜3个需要使用不同的机床进行加工的工序；（可以随意组合）。在完成一个订单的过程中，各个岗位的工作量不同，顺序上也有先后，所以一个人可以承担多个岗位：一个同学担当编程/工艺/编制生产调度计划/成品入库；一个同学担当编程/物流/安全员；一个同学担当刀具准备/机床A操作工；一个同学担当质量检查/机床B操作工；一个同学担当材料准备/机床C操作工；其中有的工作（如工艺、生产调度计划）可以集体讨论，一个人操作。工作期间管理系统将根据工作进度在各计算机上提出工作要求，当每个岗位完成工作后，也要在各自的计算机上提交完工报告。物流岗位根据生产计划和工艺单按时把虚拟的刀具、毛坯和在制件送到指定的位置编程工序使用CAD/CAM软件编程，完成后把程序存放在数据库中各工序的机床操作工将根据工艺单到数据库获取加工程序，刀具只能使用由刀具准备选择并测量完毕经由物流送来的刀具，毛坯只能取到物流送来的毛坯或在制件。机床操作工在虚拟机床上完成零件装卸、装刀、获取程序，参数设置、零件加工自检等工作。刀具准备岗位根据工艺单准备刀具，使用虚拟对刀仪的测量刀具长度质量检查岗位使用三座标测量仪仿真软件测量零件，填写质量报告安全员负责监督各岗位的人员的安全生产状态每个学生使用一台计算机，每台计算机根据使用者承担的角色可以被指定为一个或几个岗位。上海宇龙软件工程有限公司虚拟工厂的特点：把原来只能在课堂上完成的工作扩展到网络所到之处，减少时间、空间的限制，为学生创造更好的自学环境。在现在的模式下学生进行数控编程、仿真操作练习只能在计算机房/课堂上进行，而通过虚拟工厂，上述时间、空间的限制将不复存在，学生可以自由选择时间地点进行数控编程、仿真加工的练习和模拟考试。由于学校现有的实训室是按照数控机床操作技能实训的需求进行设备配备和空间布置的，因此，现有的实训室既无法提供整个生产链上的各个岗位，也无法满足多个小组同时展开协同工作。虚拟工厂提供了整个生产链所需要的各个岗位、足够数量的设备和管理系统，在虚拟工厂中就能够逼真地模拟参与到企业的生产、管理中去。每组学生在虚拟工厂中完成一个订单的全过程只需3〜4个课时，有利于教学计划组织。整个系统在计算机上实现，实现了与课堂教育的融合。虚拟工厂的运行成本低，环保，安全，高效率，管理方便这些优点是显而易见的。虚拟工厂的构成：厂房：厂房包括加工车间，原材料库，成品库，刀具库，办公室加工设备：数控车，加工中心，多轴加工机床；测量设备：对刀仪，三座标测量仪；辅助设备：送料小车等；软件：CAD/CAM软件；软件：Office软件；仓库管理系统，对虚拟工厂的原材料库，成品库，刀具库进行管理；生产管理系统，对生产进度和设备使用实现管理；资源库。对虚拟工厂构成部分的基本要求：操作者能够在虚拟工厂内浏览，工作人员在其岗位上可见，人员和物料小车都可以移动；仓库需由计算机仓库管理系统管理和控制；加工设备均为可操作的仿真机床，工件可在虚拟工厂的各类机床上实现多工序加工，包括在虚拟工厂的三座标测量仪上测量，能够通过送料上海宇龙软件工程有限公司小车在各岗位输送；为了便于学生在虚拟工厂中学习数控编程和数控机床操作，提供模拟考试的试题和自评功能。CAD/CAM软件和office软件为学校已使用或将采用的产品；CAD/CAM软件用于计算机辅助设计和数控编程；Office软件用于制作各类表单，如工艺单，材料单，刀具单……，这些表单将在虚拟工厂的各岗位间流转。在规定的权限内可以对表单编辑和修改。仓库管理系统，具备对物品的查询、进出库管理功能，能够对虚拟仓库物品出入库实现