虚拟制造技术（精选11篇）
虚拟制造技术 篇1
0 引言
随着当今制造业不断向自动化、复杂化和规模化方向发展,在实际产品生产过程实施之前,需要对实际生产系统进行准确详实的仿真和预测。从而按照TQCSE[1~3]现代企业的要求,即以最快的上市速度(T-time to market)、最好的质量(Q-quality)、最低的成本(C-cost)、最优的服务(S-service)和最佳的生产环境(Environment)来满足不同顾客的需求,使产品的实现具有快速和柔性的特征。又由于近年来计算机技术、网络技术、数据库技术,Agent技术和系统仿真技术的迅速发展,20世纪80年代首先由美国提出了虚拟制造技术这个全新的理念。因此说虚拟制造是现代科学技术和生产技术发展的必然结果,是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。主要能够有效地解决以下问题:
1)在无法投入大量的人力物力的情况下,在制造系统正式建立和运营之前,对其进行有效的评估和预测,从而降低制造系统的投资成本和风险。
2)在新产品开发的各个阶段,把握从开发设计、加工制造、市场运营、再回收等各阶段实际情况,及时有效地协调各方面的关系,以达到全体最优效益。
3)能够实现信息集成、技术集成、资源集成、智能集成、企业内部的各个工作机制的集成,实现分布式智能协同求解,达到全局最优的目的。
1 虚拟制造的内涵
虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游——设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成,将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段,通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。
虚拟制造是利用信息技术、仿真技术和计算机技术对现实制造活动中的人物、信息及制造过程进行全面的仿真,以预先发现制造过程中的问题,在产品实际生产前就预防措施,从而达到产品一次性制造成功,来达到降低成本、缩短产品开发周期和增强产品竞争力的目的。
虚拟制造是基于虚拟现实技术[4]来实现的。它是在一个统一的模型之下对设计和制造等过程集成,将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上,其目的是在产品设计阶段,借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期中各种对产品设计的影响、预测、检测、评价产品性能和产品可制造性等,从而更有效的、经济的、柔性的来进行生产,使得生产周期和成本最低、产品设计质量最优,生产效率最高。
它是多学科、多领域知识的综合,其产生的虚拟产品和虚拟制造系统,要在计算机上以直觉、生动精确的方式体现出来,它拥有产品和相关制造过程的全部信息,包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、相关知识和模型信息。虚拟制造系统按照功能归结为三种不同类型的子环境,共同构成中心三元耦合的、互相关联的系统模式。它们分别是:
1)虚拟制造设计中心:给设计者提供各种工具以便虚拟设计、虚拟制造,设计出符合设计准则的产品模型。
2)虚拟制造加工中心:研究开发产品制造过程模型和环境模型及分析各种可行的生产计划和工艺规化。
3)虚拟制造控制中心:评价产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略等。
2 虚拟制造技术的关键技术
虚拟制造技术是多学科技术的系统集成。其关键技术[5]主要包括建模技术、仿真技术、智能设计技术、可制造评价等。虚拟制造依靠建模与仿真技术来模拟制造、生产和装配过程,使设计者在计算机上模拟出产品的整个过程。建模与仿真是虚拟制造的基础,虚拟制造是建模与仿真的应用,它拓展了传统的建模与仿真。
2.1 建模技术
虚拟制造系统VMS是现实制造系统RMS在虚拟环境下的映射,是RMS的模型化、形式化的抽象的描述和表示。VMS的建模是生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系。
生产模型归纳为静态描述和动态描述两方面,静态描述是指系统生产能力和生产特征的描述。动态描述是指在已知系统状态和需求特征的基础上预测产品生产的全过程。
生产模型是在加工过程中,各类实体对象模型的集合。产品模型包括毛坯、中期产品模型、目标产品模型。对于一个VMS来说,只有具备完备的产品模型,才能使产品实施过程中的全部活动集成。
将工艺参数与影响制造的产品设计属性联系起来,反应生产模型与产品模型之间的交互作用,工艺模型必须具备以下功能:计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。
2.2 仿真技术
仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型,然后在分析的基础上运行此模型,从而得到系统一系列的统计信息。仿真的基本步骤是:研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果并分析。
产品制造过程仿真,可归结为制造系统仿真和加工过程仿真。产品仿真的基本思想是:通过对设计和产品加工过程等的仿真,在产品设计和生产的上游,对设计结果进行反馈和评估,实现产品的优化设计。加工过程仿真包括切削过程仿真、装配过程仿真及检验过程仿真等。
2.3 虚拟现实技术
虚拟现实技术[6]是一种由计算机生成的动态虚拟环境,人通过适当的接口置身其中,可以参与和操纵虚拟环境中的仿真物理模型,并且可以和过去的、现在的或虚拟的人物进行交互,它通过各种虚拟设备如立体显示系统、听觉系统、触觉系统与力反馈设备等刺激人体的各个感知器官,使人能与系统交互(interaction),产生沉浸感(immersion),对系统进行构想(imagination)。交互、沉浸感和构想是虚拟现实技术的基本特征。在生产过程中通过虚拟现实技术对产品及其制造过程的仿真,可以实现在实际生产活动开始之前完成产品生产的可行性分析,使人从主观上产生虚拟产品及制造过程的存在感,在虚拟制造环境中通过对“产品生命全程的预演”加深人们对制造过程的正确理解和直观感受。
虚拟制造是多学科、多领域的综合,虚拟产品及整体虚拟制造系统需要在计算机上以直观、生动的精确方式显现出来。因此,虚拟现实技术是虚拟制造的重要组成部分。
3 虚拟制造的应用
美国波音公司运用虚拟制造技术研制波音777喷气式客机,投资40亿美元,从1990年10月开始到1994年6月仅用了3年零8个月的时间就完成了研制。一次试飞成功,投入运营,其开发周期由原来的8年减至5年。
1993年初,日本大阪大学的岩田一明[7](kazuaki Iwata)博士及其领导的研究小组应用面向对象程序设计的方法与计算机三维建模技术开发了名为Virtual Works的软件工具。
1994年,日本Matsushita公司成功开发了基于虚拟空间支持工具的快速响应用户和市场需求的厨房设备生产系统[8]。该系统允许消费者在购买商品之前,在虚拟厨房环境中体验不同设备的功能,可以按照自己的喜好评价、选择和重组这些设备。用户的这些操作信息将被存储并通过网络发送到生产部门。
德国宝马汽车公司为车门装配设计的虚拟装配系统能识别语音输入完成相应操作,并能对干涉碰撞发声报警。
美国开发的虚拟原型制作系统,它允许设计者对这一原型进行评价,如对汽车的虚拟原型设计,设计者可以走入这一原型,测试汽车在虚拟公路上的行驶性能,体验驾驶者驾驶时的感觉,感受视野是否开阔等等。
世界最大的挖土机和建筑设备制造业企业Caterpillar Inc[9]将虚拟制造技术用于反铲装载机的开发,在虚拟环境下,技术人员推翻了原构想可行的三个方案中的两个不合理的设计方案,不仅确立了正确的设计方案,节约了研究其他两种机型所用的时间和费用,而且缩短了开发周期,降低了生产成本。
我国三一重机公司CAE工程师采用虚拟样机技术平台建立了单斗反铲液压挖掘机整机模型,得用机械、液压及控制系统模型进行联合仿真,在计算机上模拟挖掘、提升、转向、卸土等作业工况,对液压缸的摩擦力、油缸的动作速度、结构件的强度等级指标进行了仿真。通过调整液压元件各个参数,对液压系统进行了优化,进而提升了作业效率。该公司利用虚拟样机技术,结合Craig2Bampton模态综合法,对挖掘机的斗杆进行刚耦合分析及结构优化设计,解决了20吨级挖掘机斗杆开裂问题,成功研发了SY235型新产品。图1是20吨级新结构斗杆薄弱处的Mises应力的分析结果。
4 结束语
本文论述了虚拟制造的产生背景、虚拟制造的内涵及基本思想。指出虚拟制造的关键技术及虚拟制造技术在实际生产中的应用。它是未来制造业发展的趋势,采用虚拟制造系统来完成产品的整个生命周期的设计、生产、评价、检验等,达到缩短开发周期节约生产成本之目的。
通俗地说,虚拟制造就是在计算机上实现产品、生产系统的设计、开发、制造和质检的全过程。也就是说它是一种通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题的技术。它为工程师们提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境,使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地,发展到了全方位预报的新阶段。应用各种计算机技术、信息技术等实现面对产品全生命周期的开发设计及评价的系统过程。包括虚拟现实技术、智能化设计和仿真建模技术等。其中,建模、仿真技术是虚拟制造的核心技术。
随着计算机技术、信息技术及各种智能化技术的迅猛发展,必将使虚拟制造技术得到更为广泛的应用,从而推动与此项技术紧密相关的制造业及其它行业的飞速发展。
参考文献
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[10]戴晴华,易迪生,田文胜,等.虚拟制造技术及其在工程机械中的应用[J].中国机械工程学报,2010,8(2):184-189.
虚拟制造技术 篇2
一、虚拟制造技术的产生的背景
随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益激烈，顾客需求日趋多样化。由于制造业产品价值链上的产品设计开发和销售服务环节变得相对重要，现代的制造企业产品的上市速度、产品质量、生产成本和售后服务成为决定企业经营成败的关键，为此产生了许多新的制造技术和制造系统，如柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS）等。今天的制造业已经成为同时对物质、信息和知识进行处理的产业。然而，这些系统仍然存在着一些问题，如：系统投资较大、周期较长，系统的效益和风险有效的评估可操作性差；不能确实有效地协调设计与制造各阶段的关系，以寻求企业整体全局最优效益。随着计算机网络和虚拟现实等先进技术的出现，虚拟制造技术应运而生，它的诞生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果，是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。
二、虚拟制造的内涵
1、虚拟制造的定义。虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开发、制造以及管理与控制等制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。也就是说虚拟制造是对实际制造进行抽象、分析、综合、得到实际产品的全数字化模型，其最终目标是反作用于实际制造过程，用来指导生产实践。
虚拟制造技术可以分为三大类：一是以设计为中心的虚拟制造技术；二是以生产为中心的虚拟制造技术；三是以控制为中心的虚拟制造技术。
2、虚拟制造的技术特征。虚拟制造与实际制造相比，它具有如下主要特征：
（1）高度集成。虚拟制造中产品设计与制造过程是在虚拟的产品数字化模型中进行产品设计、制造、测试等过程，并且在虚拟的制造环境中检验其设计、加工、装配和操作。因此，易于综合运用系统工程知识、并行工程和人—机工程等多学科先进技术，实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人—机集成。
（2）敏捷灵活。开发的产品（部件）可存放在计算机里，既节省仓储费用，利于产品再次快速改型设计，从而大幅度缩短了生产准备周期，降低了成本，提高了产品从设计、制造到销售全过程的整体性和敏捷性。
（3）分布合作。虚拟制造通过Internet可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一产品模型上同时工作，相互交流，实现资源共享，发挥各自特长，实现异地设计、制造，从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化，将制造业信息化与知识化融为一体。
三、虚拟制造技术对发展我制造业的作用
1、减少资源浪费，实现绿色制造。绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使产品在从设计、制造、包装、运输、使用到报废的`整个产品生命周期中，对环境的影响（负作用）最小，资源的使用效率最高。而虚拟制造技术的应用对整个制造工艺来说减少了废弃物，这要比处理工厂已经排放的废弃物大大节省开支，它将成为绿色制造的一部分。
2、规避生产要素缺乏、生产成本过高的局面。在实际生产前，在不消耗资源和能量的情况下验证产品方案。在虚拟制造环境下，工程设计人员可以直接对设计出的产品进行各项实验，检查产品各方面的技术性能等，还可以对生产的组织和进度安排进行实验，确立合理的进度表等。这样就可大大降低生产成本，减少新产品开发的投资。
3、敏捷转换产品生产，快速满足市场需求。虚拟制造是“核心”企业按市场需求决定委托加工的任务单，将设计、生产、组装的全部或部分任务外包给其他企业来完戎，而虚拟企业中的成员企业均拥有各自的优势资源、核心技术，是专业程度很高的企业，容易对产品的某一零部件进行改进和创新，能敏捷地转换不同类型产品的生产，从而快速满足市场需求。
4、增强企业柔性和抗市场风险能力。“虚拟制造”能按市场需求决定委托加工的任务单，当产品的市场需求减少时，可以迅速降低委托加工量，而不用承担生产过剩的风险。显然，这部分风险分散转嫁给了委托加工企业。但由于受委托方往往是专业化的加工企业，对分散转嫁的风险具有较强的应变能力，常能在短时间内改变生产加工产品内容。
5、突破中小企业的规模瓶颈。虚拟企业内部交易是一种“准市场交易”，它比纯市场交易稳定，又比一体化企业内部交易灵活，集合了市场和企业的双重优势。企业通过虚拟制造有效避免或降低了在纯市场、信息不对称条件下寻求生产要素、进行交易的高成本，从而提升了产品在市场中的竞争力。企业突破传统发展模式、扩大规模、跳跃发展成为可能。
6、通过分析设计的可制造性，虚拟制造可以提高产品设计质量、减少设计缺陷、优化产品性能。
四、结论
虚拟制造技术是虚拟现实技术和计算机仿真技术在制造领域的综合发展及应用，它为制造业带来全新的概念。它既是一项先进制造技术又是一种先进制造理念，这项新兴的制造技术为制造业的发展指明了方向，减少了资源浪费，实现了绿色制造，使制造业达到了前所未有的高度集成化与优化，为先进制造技术的进一步发展提供了更广阔的空间，是现代制造业信息化过程中不可逾越的阶段。
参考文献：
[1]长城企业战略研究所课题组，制造业模式的历史演变与虚拟制造模式产生的历史背景[J]、经济研究参考， 2001
[2]曹岩：虚拟制造的实施研究[J]、制造业自动化，1999，6
[3]肖田：虚拟制造的定义与关曹岩、键技术[J]、清华大学学报，1998，10
虚拟制造技术 篇3
关键词： 模具实训 教学改革 虚拟制造
1.引言
模具被称为“工业母机”，机电新产品的开发往往取决于模具的研发能力。现有的模具学习模式主要是学生分批分组地进实验室动手操作，对于经费充足且学生生源比较少的学校，现有模式切实可行。但随着目前各大高校招生规模逐渐增加，师生比例严重失衡，学生再像传统实训模式那样一个一个地走进实验室进行实训教学，显然会大大增加时间成本和经济成本。塑料注塑成型过程中设备成本较高，少则十万左右，贵则五六十万，单一的设备不能满足实训教学的需求。以普通模具实训为例，选修该教学课程试验96人，每批学生8人，共需12批次。一个注塑产品从开始到冷却结束约需10分钟，一大节课90分钟，也就是说，每批次学生仅能完成注塑一个产品过程，完全不能满足培养学生由验证性实验到设计性实验的实训出发点。如果减少每批次人数到4人，增大批次次数到24次，老师和学生的时间成本就会大大增加一倍。另外，塑料材料在注塑的过程中会发出刺鼻的味道，对使用者造成影响，对人体造成一定的损害。因此，迫切需要对目前的实训教学模式进行改革。
2.实训教学平台构建
2.1实训平台系统组成
该实训平台主要由教师模块、服务器模块和学生模块三部分构成。该平台中教师模块设有教师客户端和助教客户端，教师客户端主要用于向学生发出任务指令，指导学生对实训教学内容进行操作和学习，助教客户端用于教师助理辅助教师完成教学任务，教师助理在教师缺席时行使教师职责。服务器模块主要用于对学生实训教学知识的获取进行指导、训练，最终达到掌握知识点的目的，该模块的实现基于虚拟制造技术来模拟模具成型工艺实际过程及模具设计实际效果。学生模块中的学生客户端主要用于对教师客户端任务指令的反馈。教师模块、服务器模块和学生模块三大模块通过网络连接组成一个闭环网络，教师教学通过教师客户端发出指令，学生在学生客户端接收到教学指令，根据自己的时间安排在服务器模块上完成学习内容。客户端主要是电脑或手机等多媒体终端。
服务器模块包括五大子模块：理论学习子模块、实践教学子模块、实训子模块、创新子模块和考核子模块。这五大模块的连接顺序为顺序连接，采用MATLAB软件设计形成，每个子模块相互关联又可独立运行。服务器模块可以根据实训教学的不同内容选取配有不同内容的子模块。理论学习子模块，主要用于学生对模具成型工艺及模具设计基础理论的学习，学生可以依据自身实际情况有选择地进行基础理论学习，避免理论知识掌握程度不同的学生学习进度一样，浪费时间；基础良好的学生可以选择略过此步骤，基础相对薄弱的学生可以快速对该部分知识进行掌握。实践教学子模块中包含视频、图片和文字数据库对模具成型工艺及模具设计进行虚拟演示、说明，并对实际的案例给予讲解。实训子模块中包含详细的塑料注塑成型工艺虚拟过程演示及虚拟过程操作，且配有操作步骤语音提示，用于学生的实际案例训练。创新子模块主要是针对注塑缺陷进行原因分析和解释，用于指导学生虚拟设计新型的模具结构，这是本实训平台的一大亮点，其他的教学方法不可比拟。考核子模块用于对学生的考评，学生可以依据考核的结果进行有选择的重复学习，教师也可在教师客户端看到考核成绩，并对学生学习成绩给予评定，同时对学生下一步学习进行指导。
该实训平台的另一亮点是学生可以申请多次考核，直到掌握知识点。子模块设有考试题库，学生可以申请进行考核，但总次数不能超过三次，教师考核时由系统随机选取出考试试题，测试平均值作为最后考核结果。
2.2教学案例分析
教师通过教师模块发生任务指令，如汽车灯罩注塑的学习，学生由学生模块接收到任务指令，根据自己的时间安排，选择适合自己的进度进行学习。如学生A欲选择周三下午七八小节进行学习，因为自己没有电脑工具进行该课程的学习，所以用手机向平台教师模块客户端发出预约请求，任课教师根据自己或助教的时间安排反馈给学生A，学生A按照自己的预约时间进入平台服务器模块开始学习。
首先学生A根据自己的学习基础，进入理论学习子模块，了解、加深、巩固塑料基础知识，如聚乙烯、聚丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯等，然后对注塑机和注塑模具知识进行复习，再对注塑成型工艺知识进行课程学习的前期预习；然后是实践教学模块，搜索操作工程案例库，选择汽车零部件，找到本节课的学习任务汽车灯罩，通过动画学习汽车前大灯的主要组成，包括近光灯、远光灯、示宽灯和转向灯等；在掌握汽车灯罩理论的基础上，进入实训子模块的学习，实训工艺流程中系统会提示马达是否加热等，当加热温度升高到250℃时，系统提示可以进行下步操作，学生根据上面对注塑工艺流程的知识掌握，依次进行合模、座台进、射出、保压、冷却、储料、射退、开模、顶出等工艺步骤来完成汽车灯罩产品的注塑；如果在操作过程中流程出现操作失误，系统会进行语音提示，同时待样品注塑结束，系统会对注塑过程中涉及的核心工艺进行讲解；在实训的基础上，学生A可以进行下步创新子模块的学习，通过对自己注塑的汽车灯罩产品进行观察，发现有气孔和熔接焊现象发生，分析认为成型不良的原因可能与模具浇注系统的结构参数设计缺陷有很大关系或者是模具排气不良、脱模剂使用不当、塑件结构设计不合理等因素有关；学生A经过分析提出在设计过程中对塑件壁厚进行改善，减少浇口数目，对浇口位置进行改进及提出设置辅助流道等方法；在兴趣和知识点掌握的基础上，学生A也可以进行民生用品或工具螺丝刀、耳麦的学习；最后，学生A向考核子模块发出申请考核，教师客户端或助教客户端发出随机出题指令，学生A完成任务结束提交自己的成果，教师模块给出考核成绩，如果学生A觉得由于掌握知识点不到位，考核成绩不理想，可以再次申请学习和考核，教师也可在教师客户端看到考核成绩，并对学生A学习成绩给予评定，同时对学生A下一步学习进行指导，通过该实训平台反复学习，学生A完成模具成型工艺及模具设计内容的学习并掌握相关知识。
3.结语
虚拟制造技术促进了学习交流方式的变革，该平台的设计不受时间和空间的限制、可操作性强、适合不同学习成绩的学生自己选择学习内容，并且学生可以进行自我考核，同时在教学过程中实验过程无污染、时间成本和经济成本低，学生由“灌鸭式”被动学习变成自主学习，为学生提供轻松的学习环境条件，增强学生获取知识的效果。虚拟制造技术教学开创了教育改革的实验教学新局面，促进了人才的培养优化与拔高环节，目的在于培养杰出的社会主义接班人，是教育培养的核心理念和未来发展方向的体现。
参考文献：
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[2]单岩，苗盈，赵悦.基于虚拟现实的新型模具专业教学与实训平台应用[J].模具工业，2013，39（2）：70-72.
[3]李金国，林康，花丹红.模具虚拟实训平台构建[J].实验室研究与探索，2014，33（9）：98-101.
[4]付金所.虚拟制造在汽车覆盖件模具制造中的应用[J].科技创新导报，2015，2：114.
虚拟制造技术 篇4
同一般冲压件相比,覆盖件具有材料薄,结构尺寸大和表面质量要求高等特点,特别是汽车车体、车门等大面积覆盖件的工艺设计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。其表面质量、尺寸形状、产品刚性、工艺性等方面的要求较高。近年来,汽车覆盖件对于压铸模、冲压模的质量、寿命和复杂程度提出了越来越高的要求。通过虚拟制造技术模拟汽车覆盖件的生产过程,能够及时发现生产工艺等方面的不足,对于模具改进、工艺优化等提供了更加高效和方便的选择。
2 汽车车门及其的虚拟制造
2.1 应用UG进行汽车车门及其拉延模具的设计
汽车覆盖件及其冲模结构设计的过程不同于手工设计,它不是先设计一个完整严格的装配图,再绘制零件图。而是首先选择一个预先制定好的规范化的典型结构组合,然后设计冲模零件,最后再将零件拼装成装配图。因此,应尽量最大限度的总结设计经验,制定冲模设计规范,以便建立设计模型。同时在虚拟制造过程中,充分发挥数据库和图形库的功能,自动检索、查询全部设计用的数据表格及标准零件的信息。此外,选择一个合适的图形系统更是至关重要。
2.1.1 结构尺寸参数
汽车覆盖件拉延模的凸模、凹模、压料圈和固定座都采用铸件,要求既要尽量减轻重量又要有足够的强度,因此铸件上非重要部位应挖空,影响到铸件强茺的部位应加添立筋。
冲模的闭合高度应适应双动压力机的规格。内滑块除凸模上装有固定座外还备有垫板,垫板与内滑块紧固,固定座安装在垫板上。在人工安装时要求固定座上平面高于压料圈上平面350mm以上,便于安装工卧装。外滑块备有下垫板、下台面和上垫板。上垫板紧固在外滑块上,压料圈安装在上垫板上。
2.1.2 凹模与凸模结构
凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉延圆角。压料圈首先行程入下到下极点,将拉延毛坯压紧在凹模压料面上并保持不动,这时运动着凸模行程往下,对拉延毛坯进行拉延直到下极点,拉延毛坯通过凹模圆角拉入凹模,拉延或凸模形状。凸模形状就是拉延件内表面形状,拉延件形状都是凸形的。拉延件上的装饰棱线、装饰筋条、装饰凹坑、加强筋、装配用凸包、装配用凹坑等一般都是在拉延模上一次成形出,拉延件的反拉延也是在拉延模上成形出。因此凹模结构除凹模压料面和凹模圆角外,在凹模里装有成形用的凸模或凹模也属于凹模结构的一部分。得到凹模和凸模的模具模型如图2所示。
2.2 模具虚拟装配
模具装配的质量好坏,对于模具的技术状态、使用寿命以及制件的质量都有很大的影响。因此,装配工作应在装配工艺规程指导下进行。由于模具的生产属于单件小批量生产,故在装配时,模具零件加工误差的累积会直接影响模具装配精度。冲模的装配,最主要的是保证凸凹模的对中,使间隙均匀。为此,总装前必须认真考虑上、下模的装配顺序,否则可能出现不便于调整间隙的情况。上下模的装配顺序与模具的类型和结构有关。通常是看上下模的主要零部件中哪一位置所受的限制大,就作为装配的基准件先装,再以它来调整别的零件的位置。
虚拟环境下装配过程用户从传统装配造型过程中的繁琐的操作中解脱出来,通过自动的配合约束满足特征元素的装配,从而大大简化了装配过程,使得装配过程更加趋于自然,并通过干涉碰撞检测,对装配过程的问题进行实时反馈。
装配的具体步骤为:(1)确定基准零件与装配零件。(2)确定特征配合对(3)建立特征元素对之间的约束(4)建立零件之间的约束。装配过程的结束,可以随操作过程结束而终止,也可由用户抓握一个新的零件而终止。一旦装配过程要结束,系统要搜集整理已有特征对的约束,并将其存入到装配约束模型,从而建立零件之间的约束。
3 模具的数控加工
在虚拟制造的整个过程,数控加工是必不可少的一个环节,也是非常重要的一个环节。设计的零件是否有很好的加工工艺性,或者是否能够加工出来,这些通过数控加工这一环节来体现。更重要的是使设计的零件的在实际装配时,能否达到合理的装配要求,以及装配好以后能否达到加工满足要求的零件的目的,所以零件的虚拟加工的作用是不言而喻的。这样就可以减少实际生产的费用,提高生产的效率。
另外,如果对于形面的光洁度要求非常高,则在精加工时留余量0.02mm,进行光整加工处理。下面以门板的拉延模具的凸模的粗加工为例来说明曲面的数控加工仿真。
4 总结
借助计算机技术,采用虚拟制造技术,能大大提高设计的效率,降低传统模具的周期长,花费大等缺点。本文介绍了虚拟制造技术的特点和发展现状,指出了虚拟制造技术在汽车覆盖件生产中应用方法和步骤,并以汽车车门的拉延模具为例,运用UG进行了汽车车门及其凹凸模具的虚拟制造过程。本文的研究对于汽车覆盖件的虚拟生产具有借鉴意义。
参考文献
[1]张树生,杨茂奎,朱名铨等.虚拟制造技术[M].陕西:西北工业大学出版社,2006.
[2]陈定方,罗亚波.虚拟设计[M].北京:机械工业出版社,2002.
虚拟制造技术 篇5
请报告
项目编制单位：北京智博睿投资咨询有限公司
资金申请报告编制大纲（项目不同会有所调整）第一章 虚拟现实项目概况 1.1虚拟现实项目概况
1.1.1虚拟现实项目名称 1.1.2建设性质
1.1.3虚拟现实项目承办单位 1.1.4虚拟现实项目负责人
1.1.5虚拟现实项目建设地点
1.1.6虚拟现实项目目标及主要建设内容
1.1.7投资估算和资金筹措
1.2.8虚拟现实项目财务和经济评论
1.2虚拟现实项目建设背景
1.3虚拟现实项目编制依据以及研究范围
1.3.1国家政策、行业发展规划、地区发展规划
1.3.2项目单位提供的基础资料
1.3.3研究工作范围
1.4申请专项资金支持的理由和政策依据
第二章 承办企业的基本情况 2.1 概况 2.2 财务状况
2.3单位组织架构
第三章 虚拟现实产品市场需求及建设规模 3.1市场发展方向
3.2虚拟现实项目产品市场需求分析
3.3市场前景预测
3.4虚拟现实项目产品应用领域及推广
3.4.1产品生产纲领
3.4.2产品技术性能指标。
3.4.3产品的优良特点及先进性
3.4.4虚拟现实产品应用领域
3.4.5虚拟现实应用推广情况
第四章 虚拟现实项目建设方案
4.1虚拟现实项目建设内容
4.2虚拟现实项目建设条件
4.2.1建设地点
4.2.2原辅材料供应
4.2.3水电动力供应
4.2.4交通运输
4.2.5自然环境
4.3工程技术方案
4.3.1指导思想和设计原则 4.3.2产品技术成果与技术规范
4.3.3生产工艺技术方案
4.3.4生产线工艺技术方案
4.3.5生产工艺
4.3.5安装工艺
4.4设备方案
4.5工程方案
4.5.1土建
4.5.2厂区防护设施及绿化
4.5.3道路停车场
4.6公用辅助工程
4.6.1给排水工程
4.6.2电气工程
4.6.3采暖、通风
4.6.4维修
4.6.5通讯设施
4.6.6蒸汽系统
4.6.7消防系统
第五章 虚拟现实项目建设进度
第六章 虚拟现实项目建设条件落实情况 6.1环保
6.2节能
6.2.1能耗情况
6.2.2节能效果分析
6.3招投标
6.3.1总则
6.3.2项目采用的招标程序
6.3.3招标内容
第七章 资金筹措及投资估算 7.1投资估算
7.1.1编制依据
7.1.2编制方法
7.1.3固定资产投资总额
7.1.4建设期利息估算
7.1.5流动资金估算
7.2资金筹措
7.3投资使用计划
第八章 财务经济效益测算
8.1财务评价依据及范围
8.2基础数据及参数选取 8.3财务效益与费用估算
8.3.1年销售收入估算
8.3.2产品总成本及费用估算
8.3.3利润及利润分配
8.4财务分析
8.4.1财务盈利能力分析
8.4.2财务清偿能力分析
8.4.3财务生存能力分析
8.5不确定性分析
8.5.1盈亏平衡分析
8.5.2敏感性分析
8.6财务评价结论
第九章 虚拟现实项目风险分析及控制
9.1风险因素的识别
9.2风险评估
9.3风险对策研究
第十章 附件
10.1企业投资项目的核准或备案的批准文件； 10.2有贷款需求的项目须出具银行贷款承诺函； 10.3项目自有资金和自筹资金的证明材料； 10.4环保部门出具的环境影响评价文件的批复意见；
10.5城市规划部门出具的城市规划选址意见（适用于城市规划区域内的投资项目）；
10.6有新增土地的建设项目，国土资源部门出具的项目用地预审意见；
10.7节能审查部门出具的节能审查意见； 10.8项目开工建设的证明材料；
“虚拟制造”呼之欲出 篇6
“PLM正在迅速地从一个竞争优势转变为竞争必需品，像ERP一样，PLM将成为企业未来发展的必由之路。”在“2009年大中华区PLM高峰论坛”上，记者听到了这样一个观点。
而PLM作为一种理念，它本身正在不断变化与延伸。如同其他行业追求虚拟化技术一样，在PLM领域，虚拟制造成为众多企业追求的方向。然而，“虚拟制造”是一种什么模式，它能够给企业带来那些方便？“2009年大中华区PLM高峰论坛”展示了最新的PLM平台和虚拟制造的应用，它们的出现预示着“虚拟制造”离我们更近了。
市场不可预估
中国在20年的时间内确立了“世界工厂”的地位，得益于依靠国内大量的廉价劳动力来降低成本。但是如今劳动力成本的增加以及印度、越南等国家的崛起，“中国制造”的成本优势正在慢慢丧失。而在全球金融危机的影响下，这种现象更为凸显。
为此，如何从“中国制造”转向“中国创造”又被提上了日程。从我国的制造业发展来看，PLM将会成为“中国制造”转向“中国创造”的助推器。
那么PLM是怎样的一种技术呢？据介绍，PLM紧紧围绕产品，对从用户需求、订单信息、产品开发、工艺规划、生产制造、使用维护、回收再利用等生命周期各个阶段产品数据的生成、变化进行科学高效的管理，以达到缩短产品上市周期、保证产品质量、降低产品成本等目的。
“PLM不仅仅是一种技术，更代表一整套商业流程。”一位业内专家强调，PLM是组织制造企业和其扩展企业的产品信息中枢，它所带来的产品和生产过程的创新，是许多公司初始阶段的基础。
“随着PLM 2.0时代的来临，国内更多不同类型的行业也已经开始利用产品生命周期管理方案实现创新，其中包括消费品包装、高科技、时装、建筑、能源、造船、生命科学等行业。”达索系统大中华区总经理赵恒告诉记者，包括联想、上海汽车、长城汽车、依波表、烟台莱佛士船厂在内的众多国内知名企业都已经部署了PLM解决方案。
数据显示，2008年全球PLM市场增长了6%，其中中国市场的增长率约为14%。2008年，国内外PLM厂商在中国的增长都十分明显: 法国达索系统公司在中国实现了40%以上的增长、PTC中国区的增长速度也达到了28%、Extech单纯的PLM业务增长就达到了30%，整体业务（包括ERPMES等）则在25%左右、神舟软件增长21%、CAXA的增长在30%上下、Altair中国的增长在40%到50%之间、LMS中国区业务在40%以上、Delcam中国取得了45%的增长、上海思普比2007年增长了55%……
尽管PLM在中国取得了很大进展，但就目前而言，PLM在企业中的应用仍方兴未艾，有着广阔的发展前景。
“虚拟制造”革命
PLM系统会影响企业与供应商、销售渠道和客户之间的联接点，而在有些情况下，产业的界限已经被打破。“PLM 系统正在改变竞争规模、自动化和弹性之间的关系，并可能带来深远的影响。”赵恒表示，而这些恐怕要“虚拟制造”来出色地完成。
可以想像，未来连接客户与供应商的跨企业PLM 系统将可能越来越普遍，PLM 系统会将企业、客户、供应商更密切地联系起来，PLM系统将不仅整合一个企业内部的业务流程，而且将开始实现多个企业间的跨企业业务流程的整合。
据介绍，2008年，美国西雅图北郊的波音制造工厂里举行了一场史无前例的庆典——波音公司的划时代产品787“梦想飞机”的下线仪式。如同10年前的波音777飞机一样，787引起了全球的期待和兴奋。
不同的是，波音777的意义在于它是第一款采用数字样机设计的产品，由5000个工程师用了300万个原件，花了5年的时间创造出来。而波音787飞机能够载入史册，则得益于它对虚拟制造等前沿技术的应用。
今天，全球七大汽车集团已经通过广泛应用虚拟制造，实现了将新型号的研发制造周期由数十个月降低为半年。快速消费品行业也通过虚拟制造降低成本、提高研发效率、提高产品质量。
在中国，虚拟制造应用方兴未艾，然而，有人预测它将见证“中国制造”向“中国创造”的改变。
上海现代建筑设计集团有50多年的建筑设计史，是全国前三甲的建筑设计公司，许多上海的地标建筑都是从这里设计出来的。
然而，近来许多建筑设计挑战正困扰着中国的工程师们。“在进行创新建筑外形设计时，越来越多的客户要求缩短产品设计周期，客户期望值变高导致更改频繁，加上工程的同步勘测、设计与施工等使建筑设计对IT的依赖性非常高。”上海现代建筑设计集团副总工程师兼集团信息中心总工程师王国俭说，建筑设计正由传统2D设计向3D进化。
“以前，每年要几百个工程，几十万张图纸都通过文件夹收藏起来，这种传统方式不仅不好管理、保存，也不便于知识库的积累。”为此，在设计工作中，王国俭引进了高端CAD工具、高端CAE工具、设计流程管理系统以及创新设计展示工具等，使设计流程更加规范化。“在虚拟的世界中进行设计，我们在建筑设计领域开了一个头。”
去年完成首飞的、我国第一架具有自主知识产权的支线客机ARJ21“翔凤客机”，就是应用达索系统虚拟设计、制造、协同管理平台的成功实例。
达索系统全球总裁兼执行长Bernard Charles说道: “我们实现了以3D的方式带来高度的可视化，从产品分析、采购、设计到最后的销售、维护、支持工作，通过一个虚拟世界来协作创新。”
链 接
虚拟创造“网上世博会”
2010年上海世博会的最大亮点，就是实现了世博会158年历史以来的第一个“网上世博会”。
“网上世博会是互联网时代的必然产物，即使我们中国这次不做，其他国家也一定会做的。” 上海世博会宣传部副部长、网上世博会项目总监王立平告诉记者。
借由互联网多元、互动、覆盖面广的特性，网上世博会将通过多媒体、达索系统3DVIA Virtools 等Web3D技术，搭建网上园区和展馆，让人们在电脑前就可以轻松漫游，实时参与线上和展馆现场的各类互动活动。
“网上世博会并非实体世博会的简单复制，而是其导引、延伸和补充，通过三维虚拟的方式，对实体世博会进行全面的展示。”王立平说，预计网上世博会将吸引至少1亿浏览人次，成为有史以来参观者最多、最广的世博盛会; 在实体的世博会结束后，网上世博会也将永久保存，成为“永不落幕的世博会”。
电子SMT虚拟制造技术的研究 篇7
在国内, 电子SMT虚拟制造方面的研究只是刚刚起步, 其研究也多数是在原先的cad/cae/cam和仿真等基础上进行的, 目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段, 系统地研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和国内环境的结合上。清华大学cims工程研究中心虚拟制造研究室是国内最早开展虚拟制造研究的机构之一, 主要进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究;浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、虚拟工作台、虚拟产品装配等研究;西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究;西北工业大学进行了虚拟样机的研究。国内在虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、信息技术、应用网络技术等单元技术方面的研究都很活跃, 但研究的进展和研究的深度还属于初期阶段, 与国际的研究水平尚有很大的差距。我国的研究多集中于高等院校和少量的研究所, 企业和公司介入的较少。
电子SMT虚拟制造是一门新兴的、综合性的先进制造技术, 目前, 大部分高职院校设立SMT电子制造相关培训, 但无实验设备和条件, 即使已有SMT生产线的, 也无资金或产品让学生开动生产线, 学生只能走马观花式地参观, 没有真正得到训练。再有国家劳动部门的职业技能认证也只有电工、电装工、焊接工等低端工种, 没有SMT相应的高端工种, 影响了学生和企业对电子SMT教育的认同度。在电子类专业工程实训和SMT实际生产中, 为了能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程, 了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术, 建立电子SMT虚拟制造系统和SMT认证培训是最好的解决思路。
2电子产品PCB设计与制造
包括PCB可制造性分析和PCB设计静态仿真, PCB可制造性分析根椐用户设计的Protel或Mentor电路PCB文件, 自动检测出用户设计电路的错误;PCB设计静态仿真直观显示设计的PCB板组装后的情况 (基板、器件、焊膏、焊点、胶点) 。
3电子SMT工艺设计与管理
包括SMT工艺设计和仿真、MIS管理, SMT工艺设计和仿真通过PCB设计的Demo板, 依据总体设计中元器件数据库、电路布线、工艺材料和现有SMT设备的实际情况来设计SMT生产线工艺流程, 根据所设计的工艺流程, 对其进行动态仿真, 让学生直观选择组装方式, 进行设备选择和产能估算, 最后确定自动化程度和工艺要求;MIS管理主要包括两方面:一是了解品质管理和国际、国内的SMT标准。二是SMT印刷管理、SMT贴片管理、回流炉管理、SMT文件及资料管理、SMT设备管理。
4电子SMT虚拟制造系统及其关键技术
包括丝印机、点胶机、贴片机、回流焊机、波峰焊机, AOI检测机等虚拟制造及其关键技术。
电子SMT虚拟制造系统主要在SMT关键设备编程设计和制造之间建立联系, 将SMT关键设备的生产过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来, 取代传统的试机过程, 缩短开发周期、降低成本、提高生产效率。下面以丝印机和贴片机为例:
丝印机主要对主流机型包括MPM、DEK和GKG丝印机进行CAM程式编程, 再进行模板设计, 最后模拟丝印机的界面、编程过程及控制参数的设置。
贴片机主要对主流机型包括YAMAHA、SAMSUNG、JUKI、FUJI、PANASONIC和SIEMENS贴片机进行编程, 贴片机虚拟系统包括模拟编程模块、贴片机2d/3d仿真模块、贴片程序优化模块和贴装数据库模块。贴片编程首先通过EDA电路设计的数据导入确定贴片坐标, 然后根据基板信息对标号Fiducial定位, 设置Mark点, 最后通过输入的元器件信息确定送料器的分配、生成贴装程序并调用程序进行生产动态模拟仿真。
5 SMT技术资格认证培训
包括技术员 (中职) 、见习工程师 (高职) 、助理工程师 (本科) 、工程师 (企业) 和高级工程师 (企业) 五个等级的资格认证培训。
考试分专业知识和实际操作两部分, 专业知识主要考查考生SMT电子制造的基础知识能力、综合运用能力、以及解决问题的能力。实际操作着重考查考生SMT电子制造实际动手能力。以见习工程师 (高职) 认证培训为例, 培训系统将PCB设计、SMT生产线工艺设计、关键SMT设备编程、加工过程可视化仿真和可制造性评价系统集成, 在计算机上以直观、生动、精确的方式模拟出先进电子SMT制造技术。不仅可以使学生进一步掌握EDA电路设计技术, 更可以使学生掌握SMT组装技术和各种SMT关键设备技术, 彻底改变了传统的一把烙铁学电子的局面。
6结束语
本文对电子SMT虚拟制造技术进行了研究, 针对印刷、贴片、焊接缺陷问题, 通过电子产品PCB设计与制造、电子SMT工艺设计与管理、电子SMT虚拟制造系统及其关键技术和SMT技术资格认证四个方面来开展研究分析, 实践表明, 电子SMT虚拟制造技术能够从更高的层面熟悉现代电子产品制造的全过程, 了解目前电子产品制造中最先进的设备和技术, 并对关键SMT设备进行编程操作, 将SMT关键设备的生产过程在计算机上以直观、生动、精确的方式呈现出来, 缩短开发周期、降低成本、提高表面组装质量和效率。
参考文献
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[3]邓北川, 申良.SMT回流焊工艺分析及其温控技术实现[J].电子工艺技术, 2008, 29 (1) :30-32.
虚拟制造技术 篇8
虚拟制造（Virtual Manufacturing,VM）是指借助高性能的计算机和高速网络，在计算机搭建的环境中，实现产品研发、工艺、制造、检测等各个环节的仿真和模拟，以实现各个环节的优化，提升环节效率，并增强生产管理的颗粒度和准确度。
虚拟制造以虚拟制造技术为基础，与实际生产过程中以生产过程为管控主体不同，虚拟制造以产品为研究对象，建立基于产品的模型。而实际制造过程以实现原材料、劳动力、资金、信息、能源从输入端到输出端的转化为主要目标，重点关注的是物质流和信息流流动的有效性，虚拟制造则侧重于设计、工艺、物流各个环节策略的设计，其核心概念是通过虚拟环境仿真模拟的结果“预知”各环节策略的适用性和优劣性，通过搭建能够尽量全面反映实际生产规律的虚拟环境并在各环节进行各种策略的仿真验证，总结出最优的产品设计、工艺及生产策略。
虚拟制造主要有以下几方面特点：
(1）产品模型化：虚拟制造技术对产品对象建立数字化模型，并将该模型应用于设计、仿真、工艺、生产、物流、检测、检修等各个环节，实现基于模型化的产品全生命周期管理。
(2）环境映射化：虚拟制造技术对于实际生产的支持严重依赖虚拟环境的真实性，近年来随着虚拟现实技术的不断进步，虚拟环境的模拟越来越贴近实际情况，这也增加了虚拟制造的价值及对现实生产的指导意义。
(3）仿真集成化：虚拟制造技术的结果主要通过各种维度的仿真试验予以呈现，虚拟制造就是通过对各环节各维度的仿真予以集成来实现对各个策略的验证和检验。
(4）资源集约化：由于需要搭建全面的虚拟环境并进行高精度仿真系统验证，虚拟制造技术对计算机资源的需求极大，目前随着分布式系统技术的成熟，计算机底层资源已经足够支撑虚拟制造技术的应用。
2 虚拟制造的现状
虚拟制造技术在20世纪80年代就诞生了概念原型，随后以美国、日本为代表的发达国家在20世纪90代中期基本完成了技术体系及相关基础应用技术等的研究，并逐步在业界各地进行推广落地。国外多采用由政府、研究院所和企业共同参与的产学研联盟形式对虚拟制造技术进行技术研究、产业孵化和应用推广。比较著名的研究机构包括美国国家标准及技术局制造工程实验室、美国马里兰大学系统研究学院、美国波音-麦道飞机制造公司、英国巴斯大学机械工程系、日本大坂大学机械工程系制造工程及系统研究室等。
目前，国外已经出现一批虚拟制造技术成功在企业应用的案例，其中以在汽车和飞机制造企业的应用最为成功。美国波音-麦道公司20世纪90年代初期在开发波音777型客机时使用虚拟制造技术，投资42亿美元，仅用时44个月就研制成功并成功试飞，研制时间缩短30%，成本节约25%，并为接下来的飞机研制过程提供了可借鉴的技术路线图。汽车行业如Ford公司，将虚拟制造技术应用于产品研发，也将研发周期平均缩短30%；德国奔驰公司将虚拟制造技术应用于生产过程的模拟，设计出最优的车体喷漆工艺流程，使车体喷漆时间缩短了25%以上。
由于硬件条件的欠缺和软件环境的技术能力不足，国内对虚拟制造技术的研究和应用远远落后于国外先进水平。1995年前后清华大学自动化系CIMS所在吴澄院士的牵头下成立了虚拟制造研究室，国内的虚拟制造技术才逐渐起步。目前，浙江大学、西安交通大学、上海交通大学等院校先后成立了虚拟制造方向的研究所或研究中心，重点针对虚拟制造基础、产品虚拟设计技术、产品虚拟加工技术和虚拟制造系统4个方面进行理论研究和技术攻关。
在国内虚拟制造技术应用领域中，比较主流的是通过搭建虚拟仿真环境，对产品的设计、工艺参数予以检验、比较。例如清华大学自动化系过程控制所李宛洲副教授在国家自然科学基金《3.6万吨黑色金属垂直挤压机加载过程控制的若干关键技术研究》中搭建了Adams-EASY5-Matlab联合仿真环境，建立了大型挤压机的虚拟制造平台，在不同的控制策略下，通过对加压、挤压、挤压台姿态控制以及降压环节的压力、速度、摩擦力等参数的仿真，得出了最优的控制算法。此外，三一重工在SY235型20t级挖掘机的研发设计过程中，也通过应用虚拟制造技术，建立虚拟验证平台，得出了最优的结构参数。
3 虚拟制造技术在轨道交通装备制造行业的应用
轨道交通装备制造领域作为“中国制造2025”的十大核心产业之一，也是中国装备走出去的重点方向。自2015年中国南北车合并成立中国中车后，中国轨道交通装备制造行业在中车的牵动下，着力进行智能制造产业升级，积极探索虚拟制造技术在其制造流程中的应用。
根据虚拟制造技术在其他行业的应用经验，结合轨道交通行业自身的产业特点，虚拟制造技术广泛应用于产品研发、工艺设计、生产过程监控等环节。
(1）在进行高铁、机车研发过程中，可以通过虚拟制造技术，实现MBD（基于模型的设计）。通过搭建对象的三维模型，可以使设计人员“身临其境”，检查其外形是否符合空气动力学原理，内部布局是否合理；可以对其材质、结构进行三维模拟仿真，确认其性能参数；还可以实现协同设计，提升设计效率，达到优化产品研发过程的目的。
(2）一般而言，生产线的设计需根据主导产品的类型、产量、加工工艺等系统特性选择加工设备、物流设备以及各种辅助设备，结合车间空间的结构特点对这些设备进行空间配置，并充分考虑设备之间在空间位置上的协调性，以确保整个系统的畅通和自动化。利用虚拟制造VM技术对生产线进行三维可视化设计的方法，通过可视化的三维建模，在虚拟场景中构建出可模拟真实生产环境的可视化模型，它将为生产线的设计以及快速重组设计提供有效的建模和分析工具，并提高设计的合理性。利用虚拟制造技术设计的同一条生产线的两种不同布局如图1所示。
(3）虚拟制造技术应用于生产过程主要是通过建立虚拟与物理融合的生产可视化监控中心，实现生产环节全链条的模拟管控，有效地预知生产中存在的资源浪费、节拍冲突、品质无法保证等问题，从而对物理生产环节进行相应调整，可以节约成本、优化生产过程。在轨道交通制造领域，生产可视化监控中心可用于转向架、司机室等复杂部件的生产过程，也可用于总装车间等大型部件的组装过程，通过虚拟和现实的结合处理提前预知生产过程中可能出现的问题并加以优化，以提高生产效率，避免生产误差。
4 应用实例
作为中车的标杆企业，四方股份具备较为开放的企业文化、相关流程及改进意愿。近年来，四方股份对公司业务现状进行了全面的智能制造规划，并积极搭建数字化设计与仿真、数字化制造、数字化运营管理及数字化服务等系统。
目前，四方股份正在积极开展转向架、车体、总装3大分厂的MES项目，探索虚拟制造技术在制造过程监控方面的应用。
4.1 设计仿真
四方股份的设计研发为谱系化设计，具体流程包括客户需求、设计策划、方案设计、技术设计、施工图设计、工艺设计、检验策划、试制及验证和设计确认等。经过应用虚拟制造技术中的产品数字化模型化设计，目前四方股份的产品研发流程已经实现了产品设计、工艺设计、质量策划一体化应用；设计过程管理和流程管理；一体化变更管理，电子图档指导生产；工程数据向制造现场发放。
图2为虚拟制造在产品设计中的应用。在产品设计阶段通过仿真验证和优化，在虚拟环境中发现问题并解决问题，可以减少实物样机的调试时间和工程更改。
4.2 工艺仿真
图3为虚拟制造在工艺设计中的应用。四方股份结合企业产品实际情况，要求所生产产品在上线投产之前，在虚拟生产环境中进行试生产，对生产线产能、设备利用率进行分析；对物流流量、方向、路径进行模拟；对工艺装配过程进行验证和优化，减少工艺验证时间，并逐步取代样车试制。
5 结语
目前，以中国中车为代表的轨道交通装备制造企业正在积极探索虚拟制造技术在企业业务流程中的应用，中车旗下四方股份在虚拟产品设计、工艺研发方面的探索只是整个轨道交通装备制造行业对虚拟制造技术应用的一个缩影，随着计算机技术、信息技术的不断发展，技术应用经验的不断积累，虚拟制造技术必将对轨道交通制造行业的智能制造升级带来革命性影响。
参考文献
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[2]熊友伦,尹周平.数字制造和数字装备[J].数字制造科学,2003(1):1-4.
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[4]焦可如,张志军,王晓琴.虚拟制造技术及应用研究[J].制造业自动化,2012(10):67-69.
虚拟制造技术 篇9
钢铁企业因规模大小、设备现有状况、数据中心的规模等外部条件不同,对网络虚拟化的技术应用也存在差异。在生产主干网使用较多的是网络系统的虚拟化分区技术,即让一个物理网络能够支持多个逻辑网络,虚拟化保留了网络设计中原有的层次结构、数据通道和所能提供的服务,使得最终用户的体验如同独享物理网络一样;而在数据中心或核心交换机上用的最多的是网络设备的虚拟化机框技术,即把多个物理设备组合成一个虚拟的能力更强的系统。这些网络虚拟化技术在各种网络环境和数据中心应用后,可以提高网络的可靠性和提升性能。
本文简述了网络虚拟化技术类别,在分析比较了主要技术特点后,重点介绍了网络虚拟化技术在钢铁企业中的应用。
1 计算机网络虚拟化技术
计算机网络虚拟化技术主要分为网络系统的虚拟化分区技术和网络设备的虚拟化机框技术。利用网络物理设备的虚拟化技术,可以把多个物理的子系统组合成一个虚拟的、更庞大的、能力更强的虚拟系统。利用网络系统的虚拟化分区技术,可以把一个或一整套物理系统分割成多个虚拟的子系统。
1.1 网络系统的虚拟化分区技术
网络虚拟化分区技术主要有VLAN,VRF,LR,VR等,其中VRF和VR代表现在的主流虚拟化分区技术,主要应用于钢铁企业中的生产主干网。
VRF技术能在路由器/三层交换机上对每个节点创建一个虚拟路由转发表,并为每个节点维护逻辑上分离的路由表,每个VRF都有Import RT和Export RT属性,Import RT将带有Router Target的路由条目导入到此VRF中,Export RT将此VRF携带Router Target的路由条目导出。在交换机上虚拟出的多个VRF拥有各自的前向表和路由进程,可在一台网络设备上实现多个VRF接入,使一台设备同时为多个客户和应用系统服务[1]。
VR技术能在路由器/三层交换机上虚拟出多个路由器,VR相对VRF是一个深度的虚拟化技术,不同的虚拟路由器之间拥有各自独立的配置、管理权限、进程和二层三层转发表及更高的协议监测。从管理员角度来看,管理员可单独登陆到各虚拟路由器上,各虚拟路由器上的策略变更、错误操作和故障等不会影响到其他虚拟路由器。
1.2 网络设备的虚拟化机框技术
网络设备虚拟化机框技术主流分为VSS和 VC两种,主要应用于钢铁企业的数据中心。
两台交换机配置了虚拟交换系统VSS后,就可以当作一台单独的交换机进行管理。这时通过一条特殊的链路绑定两个机架可以形成一个虚拟的交换系统,这条特殊的链路称之为虚拟交换机链路(VSL),VSL承载特殊的控制信息并使用一个头部封装每个穿过这条链路的数据帧[2]。VSS可以提高网络可靠性并增加带宽,以独立的设备身份部署到网络中,从而使网络结构简化。
利用VC技术,通过交换机上的高性能外部背板能把多个独立式交换机连成一个大的类似于机框式的交换机,在进行管理、操作和维护时,可以作为一台交换机来进行统一的管理配置。VC技术提供相同的高可用性功能和大多数的故障切换功能,不同于VSS的是每个交换机都能作为路由引擎发挥作用。当两个或多个交换机互连在一起时,它们可与所有的虚拟机箱中的其他交换机共享一个控制层,并自动启动选择程序以便分配主用(活动)和备用(热备份)路由引擎。一旦主用路由引擎发生故障,集成的第2层和第3层平滑切换到备用路由引擎,故障切换特性保证允许用户的接入应用、服务和IP通信流量不中断。
2 虚拟化技术在钢铁企业中的应用
钢铁企业的信息化应用非常广泛,一套完整的信息化体系逐渐发展成五个层次:经营管理层、制造管理层、生产执行层、过程控制层、基础自动化层,相应的系统有商务智能平台,ERP,MES,PCS,全厂计量、环保、视频监控系统,IP语音系统,视频会议系统,自动控制系统等诸多信息化应用系统。
随着钢铁企业信息化的发展,与之相对应的网络系统也由简单的局域网发展到实时性和可靠性要求非常高的生产主干网,最终发展到有多个安全层次的综合信息化网络系统。钢铁企业的综合信息化网络系统承载着数据、视频、语音等多种业务,在钢铁企业的信息化体系中承担着重要角色。 而针对不同的应用环境,综合信息网的关键技术也需要进行优化和调整。在钢铁企业生产主干网使用VRF和VR技术及在数据中心使用VSS和VC技术,都能够带来比传统网络技术配置更灵活、管理更简易、性价比更高的解决方案。
2.1 VRF技术在钢铁企业中的应用
在一些典型的大型钢铁企业中,根据作用不同会把生产主干网分为管理网和生产网,2个网络之间通过防火墙进行逻辑隔离,主要是为了保护生产系统不受攻击和干扰。管理网主要为OA系统、ERP系统、视频监控系统等提供网络接入服务,主要用户为企业管理办公人员;生产网主要为MES、PCS、检化验系统等提供网络接入服务,主要用户为厂内现场工作人员。
管理网和生产网一般分别由几台核心层交换机、几台汇聚层交换机、多台接入层交换机组成,2个网之间通过防火墙隔离。有些钢厂现有的主干网核心网络设备已经上线多年,设备系列产品因技术更新也早已停产,随着使用年限的增加,核心设备出现明显劣化倾向,导致网络故障事件逐渐增多,影响生产,需要采用虚拟化技术改造主干网,并淘汰替换现有的核心网络设备。
一般在优化改造时希望保持现有主干网主体架构和网络系统功能不变,需要考虑如何加强主干网的高冗余性和高可靠性,实现主干网内各业务系统高速、安全、稳定的数据传输。同时需要考虑节省开支,不能增加大量网络设备。
通过采用虚拟化技术VRF,把1台核心网络设备虚拟成2台网络核心设备,分别为管理网、生产网用户提供接入服务,实现如管控中心、炼钢厂、热轧厂、冷轧厂等区域的一台核心层交换机两套功能复用, 这样既保持了现有主干网络系统的安全架构,管理网和生产网的汇聚层交换机又都可以双路上联各区域的管理网核心层交换机。大型钢铁企业主干网络系统逻辑拓扑图见图1。
在对核心层交换机的改造中,从功能性、安全性和业务流需求方面考虑,仍旧保持管理网和生产网两部分,应用网络虚拟化技术VRF将每个核心层交换机虚拟成2台核心层设备,每个虚拟路由平面之间不相互影响而独立运行[3]。管理网和生产网通过管控中心防火墙逻辑隔离,实现2个层面之间的不同业务和应用的受控访问。
采用虚拟化网络技术改造大型钢铁企业主干网,可以在不增加大量投资的情况下实现主干网络的高冗余性和高可靠性,达到改造目标。
2.2 VR技术在钢铁企业中的应用
在一些中小型钢铁企业的网络建设需求中,希望通过一套网络系统实现多业务数据、语音和视频信息的三网合一。采用虚拟化路由技术架构,可以将不同业务类型的用户划分到不同的逻辑路由网络,实现相互之间的访问控制和隔离,既确保了安全又能够实现多业务的网络独立运行。
在网络方案设计时可以选择2台能力较强的核心交换机,采用VR技术,把2台核心交换机变成不同的虚拟路由器,给不同的用户、不同的应用使用。
在实际案例中可以为信息化系统的OA、财务、ERP、设备管理等应用系统,广播、语音、一卡通、一体化视频监控等智能化系统分别建立不少于8套独立的逻辑网络,见图2。各套独立的网络系统通过防火墙进行安全隔离并实现友好访问。在满足需求的前提下,充分考虑系统今后的扩充性、可靠性、易维护、易管理等方面需求。
采用VR架构的网络系统主要优势包括:(1)提供一个可快速部署和实施增值IP业务的平台,包括内部网、外部网、语音系统、多媒体系统、制造应用系统。(2)通过限制虚拟化路由信息的传播,仅虚拟化路由网络内部成员能相互访问,虚拟化路由网络之间必须通过防火墙策略控制才能访问,对一些特别重要的应用和客户进行安全保护。(3)提供方便的虚拟化路由网络管理及新的虚拟化路由网络创建功能,以利于业务的快速实施,提高了整个系统的利用率。(4)投资一套网络硬件平台,实现多种应用功能,会有很好的投资回报。
2.3 VSS和VC技术在钢铁企业中的应用
目前在钢铁企业数据中心采用的虚拟化技术主要有VSS和VC。这些虚拟化技术主要是用于避免网络环路、增强设备性能、简化网络层次架构和增加网络端口利用率。
2.3.1 VSS技术应用
随着信息化的发展,钢铁企业的生产执行层、制造管理层、经营管理层等层次的应用系统逐步趋向于集中化管理。在一个大型钢铁企业中,会建立1～2个数据中心,大多数应用系统的主机硬件平台集中于主机房内,而主机房的网络系统则成为该数据中心与生产主干网通信的关键环节。 在一个数据中心的网络中,交换机处于核心位置,所以对交换机的处理能力、流量以及带宽能力、应用方面都有很高要求。在很多的大型数据中心里,单一的交换机已经很难满足应用对带宽、处理能力和端口容量的需求。
数据中心的发展趋势是将数据中心虚拟化,网络技术在数据中心虚拟化(如虚拟主机的在线迁移、服务器集群、数据中心互联虚拟化等)的一个关键支持是在数据链路层上的扩展互联。
在数据中心的2台核心层交换机部署VSS后,就可以将2台核心交换机等同于1台核心设备,从而将设备性能提升一倍。VSS应用于2台核心层交换机时,实现了网络系统虚拟化,同时提供机箱间的故障自动切换。
核心层交换机逻辑上的合而为一,对接入交换机来说,上行的双链路无需生成树协议(STP),消除了环路;数据包在2条冗余链路上自动负载均衡,也无须启用STP,可以充分利用物理链路,满足了数据中心的要求。
2.3.2 VC技术应用
传统的钢铁制造企业的数据中心网络系统主要采用3层网络架构,即核心层、汇聚层和接入层。 核心层主要由2台性能和可靠性高、配置相同的机箱式三层交换机组成,汇聚层交换机由性能和可靠性中等的机箱式三层交换机组成,接入层交换机主要由多组固定多端口的二层交换机组成,服务器都是通过接入层交换机来连接的。一个构建比较完整的数据中心,它的接入层交换机往往都至少通过双连线连接到汇聚层不同的交换机上,以确保冗余性。但是随着整个数据中心越来越庞大,发展速度越来越快,这样的架构使得整个数据中心的网络也变得越来越复杂。如果有上百台接入层交换机,每一个接入层交换机至少都要2根物理连线连到汇聚层交换机,那就有几百根线连接到汇聚层交换机上,而汇聚层交换机也至少需要几百个端口才能够满足接入层交换机的接入需求。这就带来两个问题:第1个是对汇聚层交换机端口的需求增长速度很快;第2个是汇聚层交换机和接入层交换机之间的布线变得很复杂,几百根线要通过配线架走线到汇聚层交换机的机架上,这不是一件简单的事情[4]。
在数据中心采用VC技术后,网络层次趋向于扁平化管理,网络拓扑架构简化为2层,见图3。
VC能够实现核心层交换机在逻辑上的合而为一,提升设备性能(倍增),在数据处理上是双活的,能够同时利用各交换机的链路进行传输。对接入层交换机来说无需STP,避免了环路[5]。
VC可以把多台固定端口的接入层交换机整合成一个虚拟的、逻辑庞大的虚拟机箱的交换机。下连避免了STP,上连核心层只需要两根线就可以了,减少了布线成本。
VC的扁平化网络架构可以使数据在网络上面穿越的层次减少,所以网络设备进行数据处理所带来的延迟也变小了。减少了汇聚层,可以降低汇聚层交换机对端口密度的要求,以及在汇聚层交换机和接入层交换机之间布线的成本和管理成本。
这样的网络架构,使得整个数据中心的网络变得更简单,降低了在设备上的投资,同时在管理维护上也变得更容易、更简单。
3 结论
网络虚拟化技术在钢铁制造企业中的大量应用,能够增强应用系统的扩展性,简化网络层次和降低管理成本,并且能够使企业更加环保,但是,如何发挥各种虚拟化技术还需要根据钢铁企业的实际使用情况进行具体分析。现就虚拟化技术的适用场合总结如下:
(1)为了充分利用网络设备高性能并需为多种应用系统建立独立的逻辑网络系统时,建议采用VRF或VR技术。这样,只需要一套物理网络即可满足多种组网要求和应用系统的服务要求,各虚拟网络间是完全的逻辑隔离,安全性高,并且简化了企业网络的运维和管理,减少了设备备件成本和网络布线系统成本,大幅度节省了企业开销。
(2)为了提升网络和业务的可靠性并满足新型数据中心应用程序的要求,建议采用VSS技术或VC技术。这样,在虚拟网络中可以把多台核心层交换机通过虚拟化技术融合为一台,当集群中的某些设备发生故障时对整个业务系统不会有任何影响,并且在数据中心为云计算、服务器虚拟化集群技术等提供高性能和可扩展的网络虚拟化能力。
摘要：计算机网络虚拟化技术主要分为网络系统的虚拟化分区技术和网络设备的虚拟化机框技术。近年来,计算机网络虚拟化技术在钢铁制造企业的信息化系统中的大量应用,增强了应用系统的扩展性,简化了网络层次,降低了管理成本,最终为企业降低成本并使企业更加环保。本文介绍了常用和最新的网络虚拟化技术,并就其在钢铁企业生产主干网和数据中心的应用案例做了技术分析。最后得出结论,不同的环境下使用不同的虚拟化网络技术,以充分发挥各技术的优点。
关键词：虚拟化技术,网络,数据中心,钢铁企业,虚拟交换系统,虚拟交换机背板,虚拟路由转发,虚拟路由
参考文献
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[3]Ivan PepeInjak,Jim Guichard.MPLS和VPN体系结构CCIP版[M].赵斌,陈文飞,徐鸿文,译.北京:人民邮电出版社,2003.
[4]Greg Schulz.绿色虚拟数据中心[M].李亚娜,王欢,译.北京:人民邮电出版社,2010.
虚拟制造技术 篇10
关键词：虚拟制造,汽车,模具,应用
0 引言
汽车覆盖件模具的开发要受到可靠性、美观性、经济性、可制造性及可维护性等多方面的制约。在虚拟现实环境下, 设计和制造汽车不需要建造实体模型, 工程师可以利用虚拟的“自然”环境的可视化优势, 把汽车模具的结构分析、虚拟设计、部件装配和性能优化等融合在计算机虚拟制造系统中进行, 在综合考虑汽车车身件的外观总体布局及零部件之间的相互衔接相互作用等因数基础上, 对模具几何尺寸、技术性能、生产和制造等方面进行交互式的快速建模和仿真分析, 从而避免了反复修模, 保证了模具的精度要求;而且因为生成的仿真模型可被直接操纵与修改, 数据可以反复利用, 因而大大缩短了模具开发的周期, 大大降低了模具的废品率, 减少企业的开发成本。
1 汽车覆盖件模具虚拟制造的开发流程
汽车覆盖件模具的虚拟制造开发流程首先从产品需求分析开始, 然后进行概念设计, 再从优化设计到系统集成, 通过使用相关开发软件, 在虚拟环境中, 构造产品的虚拟模型。这是一个循环渐进的过程, 基于产品的开发需求, 采用相应的仿真分析工具对虚拟模型的功能和性能进行仿真分析, 对虚拟模型的行为进行模拟分析, 并基于仿真分析的结果, 通过反复建模~仿真分析~模型的改进, 直到虚拟制造出的模具满足预期设计的目标, 才开始进行实物制造。汽车覆盖件模具在投人生产前就已经通过了虚拟的“实际环境”的检验, 把实际制造中可能遇到的困难和设计上的不合理全部检验出来, 再让设计工作人员进行修改或者重新设计, 直到整个制造过程能够完全合理、顺利的完成。这样不但能缩短产品的研发周期, 降低企业的研发成本, 还可以提高产品的质量。
2 汽车覆盖件模具虚拟制造中的关键技术
在汽车覆盖件模具虚拟制造过程中, 涉及的相关技术非常多, 任何一项技术应用的好坏都会影响模具的最后质量, 这也是虚拟制造技术应用进展缓慢的原因之一。只有每项技术都掌握应用的很好, 虚拟制造出的产品才能和实际制造出的产品达成一致, 才能达到减少开发成本、缩短开发周期、提高模具质量的目的。其中比较难于掌握而又非常关键的技术:
2.1 数学模型的建立
建立一个简单而又能反映动态制造过程的数学模型是虚拟制造技术在汽车覆盖件模具中应用的关键。数学模型建立的不合理, 那么虚拟环境下仿真出来的制造过程就会与实际制造过程不一样, 起不到优化模具设计的作用, 从而达不到缩短开发周期和减少开发费用的目的。因此, 在使用虚拟制造技术来开发汽车覆盖件模具的时候, 必须建立一套合理的数学模型。在建立数学模型的时候, 要认真分析汽车覆盖件模具的特征, 根据模具功能和制造需求, 找出其中主要的影响因数, 提出合理的假设。建立的模型必须能反映模具全部的功能和制造关系, 包括工作时模具型面受力的变化关系和冲压件受力形状的变化关系等, 这样才能仿真出实际的生产关系, 才能预测生产中可能产生的问题, 达到优化设计和制造的目的。
2.2 系统集成与方案评估
系统集成就是一个最优化的综合统筹设计, 需要诸多的技术支持, 包括计算机软件、硬件、操作系统技术、数据库技术、网络信息等, 需要从全局出发考虑各子系统之间的关系, 研究各子系统之间的接口关系。系统集成所要达到的目标—整体性能最优, 即所有部件和成分合在一起后不但能工作, 而且全系统是低成本的、高效率的、性能匀称的、可扩充和可维护的系统。但是对于一般企业来说, 购置齐全仿真分析的软件系统是一个高成本的投人, 而且, 没有专业的人员是无法让这些软件发挥淋漓尽致的作用的。
在计算机虚拟制造系统提供的良好的拟实环境下, 工作人员可以对建立起的虚拟模型进行评价与修改。在这个阶段, 可以模拟模具的制造过程, 解决各部件制造的可行性和难易性;可以模拟模具的装配过程, 解决各部件之间的连接性和装备性及操作的难易程度;可以进行虚拟测试, 通过测试检验模具的生产能力和生产质量。在多种方案中评定各方案的执行难易度、耗费成本高低度、花费时间长短度等, 选择最适合生产条件的最优生产方案。
2.3 并行工程实质
并行工程实质就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作, 在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素, 包括质量、成本、进度计划和用户的要求等。并行工程强调的是所有工作人员的所有工作同时进行, 强调的是团队工作精神, 因而工作链上的每一个人都有权利对设计的产品进行审查, 力求让设计的产品更便于加工、便于装配、便于维修, 制造成本更低, 制造周期更短。汽车模具的虚拟制造工程在进行初期也必须从汽车模具的总体结构和功能出发, 考虑构成虚拟模型各部分之间的相互连接关系和相互作用关系, 将他们看作一个有机的整体, 实现内部数据和资源的共享, 才能使生产出的模具达到预期的效果。汽车模具虚拟制造过程中, 每个部分的工作均由不同的工作人员并行进行, 但各部分的功能活动又存在着大量的相互依赖关系, 要保证各部分工作人员间的工作协同顺利的进行, 实现在分布环境中群体活动的信息交换与共享, 就必须对设计过程进行动态调整和监控, 提供并行设计的工作环境, 保证并行设计的顺利进行, 这是虚拟制造模具缩短开发周期的关键。并行工程实施的条件就是要有支持各方面人员并行工作、甚至异地工作的计算机网络系统和监控调解人员, 才可以实时、在线地在各个设计人员之间沟通信息、发现并调解冲突。一个适当的管理调解人员是并行工程中的重要软件, 也是并行工程能否顺利进行的关键。
2.4 仿真分析与数据处理是汽车模具虚拟制造中一个难点, 也是阻碍虚拟制造技术在企业中大规模使用的一个重要因素。
仿真分析需要多方面的技术支持, 数据处理需要庞大的数据库和有专业知识的人才, 需要从全局出发考虑各个子系统之间的关系, 研究各个子系统之间的接口问题。这一技术需要多领域的专业仿真软件协同工作, 需要专业人员共同研究探讨, 然而多数的企业难以配置齐全所需的仿真分析软件及具备所需的专业人员。
虚拟制造技术 篇11
关键词：虚拟化技术,信息化建设,制造型企业
近年来伴随着计算机需求的日益增长, 服务器部署缺乏灵活性、利用率低、IT管理成本不断提升、故障切换和灾难恢复速度慢, 以及桌面终端维护成本高昂等问题暴露在企业信息化管理人员的视野中。如何有效减少信息化硬件投入、降低系统维护成本、提高设备运营效率以及应用系统的灾后快速恢复能力成为了当下企业信息化管理研究的一大热门。
一、目前制造型企业信息化面临的问题
(一) 昂贵的费用投入。
为了保证企业各项信息化应用的独立性, 企业的重要应用都需要配置单独的物理服务器, 以保证该应用的安全性和稳定性。这就势必影响了企业的采购投入, 动则上万的塔式服务器、上十万的机架式服务器甚至上百万的刀片式服务器费用投入让企业倍感压力。同时作为制造型企业, 设计研发需要配备一些先进的研发设计软件, 高额的研发设计软件成本对企业的信息化发展造成了极大的障碍。国外的研发设计软件都是按照计算机的安装节点数计算价格, 随着企业PDM和ERP应用的深入, 用户数会逐渐增加, 软件成本也就出现了居高不下的问题。
(二) 分散式管理方式。
独立应用服务器的存在, 就必定导致了服务器数量的增加, 大量的独立服务器无法集中管理, 势必造成无法对所有服务器进行有效的监控和管理, 服务器互相独立无法计算资源的最大化调配, 也造成了部分设备极低的资源利用率。
(三) 数据安全控制和冗余备份问题。
计算机客户端的开放性, 决定了它的管理薄弱性, 通过其直接访问重要应用系统, 可能将其附带的恶意性破坏程序传染至服务器, 从而造成企业重要应用宕机、瘫痪, 重要核心数据的丢失和企业商业秘密的泄密, 重建和加载应用系统、恢复应用数据需要几个小时甚至数十个小时, 势必对企业的生产带来重大的影响。
(四) 服务器架构呆板。
随着企业的发展和市场的变化, 制造型企业的业务平台也处于一个不断变化的状态, 研发设计应用的改变、工作模式的改变、业务内容的改变等都非常费时费力, 服务器资源无法进行一个有效合理的动态调配, 应用变化时总是必须停掉原有的应用资源, 然后再利用释放出的资源进行新应用的新建及加载。
(五) 低下的运营管理效率。
计算机客户端的管理一直是信息化管理中的一个难题, 信息化管理人员每日如“救火队员”一般, 往返奔波于企业的各业务部门之间, 系统的维护升级、软硬件的故障维护、人为的误操作处理、恶意的设备损坏维修等等一系列的工作都需要信息管理人员去处理, 过度人工依赖, 造成了巨额的人力花费和时间成本, 运营维护效率大打折扣。
二、虚拟化技术概述
在计算领域, 虚拟化是一个广义的术语, 通常是指计算元件在虚拟的基础上而不是真实的基础上运行。虚拟化对其用户, 不管是应用程序还是终端用户, 隐去了计算资源的物理特性, 呈现为一个物理的资源表现为多个虚拟资源, 或多个物理资源表现为一个单一的虚拟资源。也就是说虚拟化对象是各种各样的计算资源, 经过虚拟化后的逻辑资源对用户隐藏了具体的硬件实现细节, 用户可以在虚拟化中实现真实计算环境中的部分或全部功能。虚拟化技术可以扩大硬件的容量, 简化软件的重新配置过程。现在通过虚拟化软件人们可以真实地模拟计算机硬件环境设备并直接使用主机的键盘、鼠标、网卡、光驱、软驱等设备完成与外部环境的交互和通讯。目前虚拟化技术已经应用到了多个领域。例如服务器虚拟化、CPU虚拟化、存储虚拟化、桌面虚拟化等等。虚拟化技术的日益发展和成熟, 有效解决了上述难题对制造型企业信息化管理所带来的困扰, 虚拟化技术已经成为目前企业信息化管理备受瞩目的热门技术。
三、虚拟化技术为制造型企业信息化建设带来的改变
(一) 服务器虚拟化技术为制造型企业带来的改变。
Windows Server 2008 Hyper-V是微软的一款虚拟化软件, 是微软伴随Windows Server 2008最新推出的服务器虚拟化解决方案, 在Windows Server 2008中能够很快地进行部署。在安装有Windows Server 2008 Hyper-V的物理服务器上, 企业可以根据自身业务应用的需求创建不同配置的虚拟服务器, 这些虚拟服务器互相独立运行, 却又同时依赖于这一台物理服务器。从中不难看出服务器虚拟化技术能够为企业的信息化建设带来如下改变:
1. 减少了硬件采购投入。
在受全球经济危机影响的制造行业, 一台物理服务器变身为多台虚拟服务器能够为企业减少大量的采购投入, 减少物理服务器采购数量的同时, 又降低了机房空间、电力能耗、网线、散热等一系列的硬件成本投入。
2. 提高了资源利用率。
结合企业应用的重要性, 合理地将多台应用服务器整合到一台物理服务器上, 使每台物理服务器的平均利用率从5%~15%提高到60%~80%, 大大降低了物理服务器的资源空闲时长, 使每台物理服务器的资源得到了最大化利用。
3. 降低了管理成本。
企业的信息管理人员能够通过集中式的管理平台, 快速地了解每一台服务器的运行状态, 简化服务器的部署、管理和维护工作, 降低企业信息化管理成本。
4. 提高了灾备恢复能力。
Hyper-V软件的快照功能能够将虚拟机某一时刻的状态保存下来, 在需要的时候能够快速地将虚拟服务器恢复到此快照的状态, 将恢复时长从小时级降低到分钟级, 大大降低了系统重建和应用重新加载的时间, 从而保证企业应用的高效容灾能力。
5. 提高了部署灵活性。
虚拟机的导入导出功能为虚拟机在跨物理宿主服务器上进行迁移提供了可能, 信息管理人员能够在不影响用户的情况下, 对物理服务器的资源进行升级和重新分配, 使应用系统的零宕机迁移和服务器资源的动态调整成为了可能, 满足了企业不断变化的业务需求。
(二) 桌面虚拟化技术为制造型企业带来的改变。
桌面虚拟化技术能够实现PC从分散式管理到集中式管理的转变, 很好地解决了PC分散分布难管理的问题, 在不改变用户使用习惯和体验的前提下, 为企业带来了应用与前端硬件设备剥离的高度灵活性, 为信息化管理者带来了战略性的基础架构集中管理能力和安全控制能力。VMware View桌面虚拟化软件能够通过以托管服务的形式交付用户桌面 (结构图如图1) , 不仅能够简化桌面的部署和管理工作, 更能够实现安全的远程访问。
通过图1能够看出虚拟桌面的使用十分便捷, 其为企业信息化建设带来的优势与改变也是显而易见的。
1. 桌面虚拟化的终端载体多样化。
访问虚拟桌面不受前端硬件设备的改变影响, 瘦客户机、台式机、笔记本甚至移动设备都可作为终端访问授权的虚拟化桌面资源, 而前端硬件设备选择价格低廉的瘦客户机也成为了企业降低成本的有效手段。
2. 统一的用户桌面体验。
信息化管理人员能够根据不同的用户群体, 定制不同的用户桌面和应用服务, 如可为需求Windows XP的用户定制Windows XP系统的虚拟桌面, 为需求Windows 7的用户定制Windows 7系统的虚拟桌面;也可为设计人员定制安装有研发设计软件的虚拟桌面, 为职能管理人员定制仅安装有办公软件的虚拟桌面。
3. 虚拟桌面用户的数据集中存储。
用户数据都存储在服务器端, 简化了数据备份操作, 将数据计算集中放置在数据中心, 能严密保护企业知识产权和商业秘密安全。所有的桌面虚拟机都安装在企业的数据中心服务器上, 所有的数据访问和计算都是在数据中心内完成的, 前端用户的硬件设备仅仅是作为图像显示和输入操作的一个外延, 不能接触企业的直接数据信息, 只接触到数据的图像信息, 重要数据信息无法外流, 此举保证了企业的重要数据信息的安全。
4. 集中交付软件应用。
通过虚拟桌面统一交付用户使用应用软件, 能够降低正版化软件授权采购成本。传统的信息化软件PC安装方式, 导致出现大量多数时间内都处于闲置状态的软件资源, 迫于企业业务规模的扩大, 业务人员的增长, 企业只能不断购买新的软件许可, 来满足某一软件的最大化资源的需求。而虚拟桌面能够对软件的授权进行有效的管理和利用, 从而避免发生过度采购或软件许可证资源浪费的情况。
四、结语
虚拟化技术为制造型企业的信息化管理带来了新的理念, 相较于传统的信息化技术, 虚拟化技术能够为制造型企业的信息化建设降低长期的成本投入、集中IT管理、整合应用资源、提高硬件资源的有效利用和企业数据的访问安全, 作为当下最热门的技术之一, 虚拟化技术仍有很大的发展空间, 相信虚拟化技术必将在制造行业信息化建设中发挥出更大的作用。
参考文献
[1] .钱轶.桌面虚拟化平台在研发制造型企业的应用[J].江苏科技信息:科技创业, 2010
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