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1、仿真简介及其应用1.1仿真的定义我们这里所述的仿真，并不是针对一些设备的机械的动作的仿真，而是指系统仿真。系统仿真是评估对象系统（例如制造系统、物流仓储、生产计划等）的整体能力等为目的的一门专业技术。（备注：计算机没有普及以前,进行物流系统仿真,普遍采用数学方法建立数学模型。）系统仿真的发展基本上是伴随着仿真软件和优化算法的发展而成长的。而随着技术的发展和成熟，以及与其他信息技术的集成，而这种集成化的仿真技术也是未来发展的主要方向，目前，我们将集成化的系统仿真在制造行业的应用称之为数字工厂。数字工厂的定义如下：在仿真环境中构建与现实工厂
2、相对应的、完整的数字工厂，实现对实际生产过程的实时动态监测；同时基于仿真分析系统，可实现对规划方案前期的验证和优化，实现生产数据的多维分析，支持资源配置方案评估、多层次计划验证和优化等业务决策。1.2仿真的发展仿真，也称为模拟,通俗来讲,它就是按照客观的实际情况,把所要研究的问题或对象构造成模型,然后在模型上进行实验或试验,以观察一项设计或计划方案,在接近于实际的条件下,其工作或运行情况是否合乎主观的意图或要求,或者是同时分析比较几个设计或计划方案,以确定其中哪一个方案更符合主观的意图或要求,具有更好的技术性能或经济效果,从而确定选择其
3、中一个较好的设计或计划方案。仿真技术是在世纪年代末以来,伴随着计算机技术的发展,仿真技术最初主要应用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域,后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门,并进一步扩大到今天的社会系统、经济系统、交通运输系统等一些非工程系统领域。现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为复杂系统,特别是高技术产业中不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段,其应用范围还在不断扩大。随着全球范围内市场竞争的加剧，缩短产品的设计周期、生产周期、上市周期，降
4、低开发成本已成为企业追逐的目标。多功能性、高独立性和产品的短期设计制造都给制造系统的规划和设计提出更高的要求。资料表明：国外已运行的复杂的制造系统约有80%的都没有完全达到设计要求，其中存在的问题60%都可以归结为初期规划不合理或失误。一个以批量方式进行生产的制造系统，要把生产设备、刀具、夹具、工件、生产计划、调度有机地组织在一起是一项非常艰巨的工程。因此，在制造系统建立之前必须进行充分的分析论证和合理的规划设计，这就要求对所研究的制造系统进行合理的建模和分析。制造企业在进行新的生产线规划设计过程中，规划人员大多是依靠传统的数学分析方法
5、和积累的经验进行规划设计。但是由于系统的复杂性，常使得设计实施很难达到预期效果。随着计算机广泛应用而发展起来的计算机仿真技术，为生产系统的规划设计提供了一个理想的工具。它可以把所有的资源（设备、人员、原材料等）与制造过程控制(产品、工艺、生产周期、库存、在制品等)动态地结合起来，被认为是解决现代制造过程中复杂问题的理想方法。正是由于仿真技术在制造系统的规划设计及运行中能实现以上功能，促使了计算机仿真技术在制造业中有着越来越强的应用需求，使得仿真技术在制造业中的应用变得越来越广泛。目前，制造业已成为计算机仿真技术的主要应用领域。数字工厂是
6、仿真技术在先进制造领域应用的重要体现，并是实现敏捷制造及网络化协同制造的关键技术。数字化生产系统以建模和仿真作为实现手段，以数字化信息形式在计算机上全面实现生产线的生产制造过程，是制造系统设计及实际生产系统运行控制的有效辅助工具。目前数字工厂技术在汽车、航空航天、能源、制药、重型设备、电子和家用电器、机器人等行业得到了广泛应用并创造了可观效益，一大批著名企业和部门，如BMW、Ford、Honda、波音公司、欧洲航天局、ABB、Robotics等等。国内的数字工厂的应用还处于初级阶段，主要应用于汽车行业和电子行业。在汽车行业中，上海大众采
7、用数字工厂系统成功进行了发动机生产线的设计并优化；一汽大众则成功完成了其车身解决方案软件设计，底盘装配生产线设计，规划，优化，物流分析，工艺布置，工艺设计生成等。在电子行业，深圳华为股份有限公司用eM-Power系统成功完成了通讯设备生产线优化设计。在重工企业和船舶行业，数字工厂的应用也被逐渐采纳并推广。在重工企业中，三一集团将数字工厂技术应用于新厂房的规划和设计阶段，以达到缩短工厂建设周期、降低建设成本、优化工艺布局和优化物流方案的目的。在船舶行业，江南造船采用数字工厂技术，对原有的生产能力进行评估，找出制约生产进程的瓶颈，为计划制定
8、和进一步拓展生产能力提供依据。传统的工厂规划方案都是借助二维CAD工程图进行评审，这种二维评审平台既不形象也不直观，不能发现空间不足、干涉、布局不合理等问题，传统的规划理念已不能适应今天的发展速度。在数字工
