虛擬制造技術(shù)論文范文
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第1篇
為了便于學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)和理解虛擬制造技術(shù)，課程教學(xué)中必須結(jié)合實(shí)踐教學(xué)。因此結(jié)合學(xué)校的成形磨齒機(jī)床進(jìn)行教學(xué)，向?qū)W生講解磨齒機(jī)的工作性能和用途，齒輪的磨削加工方法，以及成形磨齒法和展成磨齒法的區(qū)別，大大加深了學(xué)生對(duì)該門課程內(nèi)容的理解。在實(shí)踐教學(xué)中，讓學(xué)生根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書自己操作成形磨齒實(shí)驗(yàn)臺(tái)，對(duì)齒輪進(jìn)行磨削加工，學(xué)生能直觀地觀察到整個(gè)過程，加工過程中出現(xiàn)的任何問題，都能便利地隨時(shí)進(jìn)行觀察檢測(cè)，從現(xiàn)場(chǎng)的上課情況看出，這個(gè)過程加深了學(xué)生對(duì)生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。使學(xué)生對(duì)磨齒機(jī)的相關(guān)知識(shí)有一定的了解，對(duì)學(xué)生以后的專業(yè)課學(xué)習(xí)以及金工實(shí)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在課程中，應(yīng)用虛擬制造技術(shù)用軟件進(jìn)行高階復(fù)雜修形齒面計(jì)算、砂輪截形優(yōu)化、三維磨削過程可視化、基于KBE技術(shù)的齒輪工藝參數(shù)智能化管理等技術(shù)難題，并在齒輪動(dòng)態(tài)性能預(yù)測(cè)及噪聲控制軟件部分實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，軟件可實(shí)現(xiàn)齒輪噪音對(duì)比預(yù)測(cè)，并能優(yōu)化齒輪參數(shù)，從而達(dá)到降低齒輪運(yùn)行時(shí)振動(dòng)噪聲的目的，此技術(shù)大大縮短了齒輪加工工藝調(diào)整周期，并具有較好的可視化功能，得到了用戶一致青睞。通過此教學(xué)過程，拓寬了學(xué)生的視野，學(xué)習(xí)到了更多的虛擬制造技術(shù)的知識(shí)。
為了改善傳統(tǒng)的教學(xué)方法，我們?cè)谡n程中采用了啟發(fā)式教學(xué)、互動(dòng)式教學(xué)。啟發(fā)式教學(xué)就是通過在教材的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)處創(chuàng)設(shè)一種問題情境，以引起學(xué)生的興趣和注意，并作適當(dāng)啟發(fā)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)地、獨(dú)立地分析問題和解決問題。在成形磨齒實(shí)踐教學(xué)中，通過學(xué)生學(xué)過的知識(shí)進(jìn)行引導(dǎo)，比如從學(xué)習(xí)過的車床、銑床等切入，進(jìn)行類比講解，使沒有接觸過磨齒機(jī)的學(xué)生對(duì)此有一定的了解，介紹磨齒機(jī)發(fā)展史中的一些實(shí)例，讓學(xué)生了解到相關(guān)知識(shí)背景，啟發(fā)學(xué)生的興趣，激發(fā)了學(xué)生的求知欲。在互動(dòng)式教學(xué)中，老師提出問題，然后把班級(jí)同學(xué)分成幾組，先由小組進(jìn)行討論和查閱資料，然后再進(jìn)行匯報(bào)，這樣可以開闊學(xué)生的思路，有助于學(xué)生自己解決問題，學(xué)生能更多參與課堂教學(xué)中，有利于學(xué)生潛能的開發(fā)，綜合素質(zhì)的提高和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
2總結(jié)
第2篇
[關(guān)鍵詞]信息化；虛擬制造；虛擬企業(yè)
為把我國(guó)建成不僅是新的世界制造中心，而且是廣泛應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的制造強(qiáng)國(guó)，國(guó)家對(duì)制造企業(yè)提出了宏偉目標(biāo)，即要求國(guó)內(nèi)骨干企業(yè)盡快著手信息化工作，2010年到2015年大中型企業(yè)要達(dá)到國(guó)際先進(jìn)的信息化制造水平。實(shí)際上，信息化不僅是政策的約束，更是市場(chǎng)的驅(qū)使，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)全球化的進(jìn)程，信息化制造將成為現(xiàn)代制造企業(yè)追求的重要目標(biāo)之一。
一、信息化制造與虛擬技術(shù)
什么才是信息化制造？信息化制造是以虛擬制造和大規(guī)模定制生產(chǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的，只有基本上實(shí)現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)、生產(chǎn)制造和流通以至產(chǎn)品全生命周期的信息化，才算真正完成信息化工作，在此基礎(chǔ)上的先進(jìn)制造模式和信息化內(nèi)容才能叫做信息化制造。
隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用，信息技術(shù)對(duì)制造技術(shù)發(fā)展的作用目前已占到第一位。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。信息技術(shù)使現(xiàn)代制造的技術(shù)含量提高，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。信息技術(shù)也促進(jìn)著設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)代化，加工制造的精密化、快速化，自動(dòng)化技術(shù)的柔性化、智能化，整個(gè)制造過程的網(wǎng)絡(luò)化、全球化。
制造業(yè)要在競(jìng)爭(zhēng)激烈的全球市場(chǎng)求得生存與發(fā)展，必須能夠更好地滿足市場(chǎng)所提出的TQCS要求，即要以最短的產(chǎn)品開發(fā)周期(Time)、最優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品質(zhì)量（Quality）、最低廉的制造成本（Cost）和最好的技術(shù)支持與售后服務(wù)（Service）來贏得市場(chǎng)與用戶。為了提高競(jìng)爭(zhēng)能力，企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠?qū)κ袌?chǎng)需求的變化做出快速敏捷的反應(yīng)，并及時(shí)地對(duì)自身的生產(chǎn)做出合理的調(diào)整與重新規(guī)劃。面對(duì)不可預(yù)測(cè)、持續(xù)發(fā)展、快速多變的市場(chǎng)需求，企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)必須具有高度的柔性。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支持。
基于這些因素，概念設(shè)計(jì)、并行工程、智能制造、敏捷制造等多種有關(guān)先進(jìn)制造技術(shù)的新思想、新概念相繼誕生。虛擬制造（VirtualManufacture）就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式。在虛擬制造中，產(chǎn)品開發(fā)是基于數(shù)字化的虛擬產(chǎn)品開發(fā)VPD方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅(qū)動(dòng)，并將用戶需求轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的各種功能特征。VPD保證了產(chǎn)品開發(fā)的效率和質(zhì)量，提高了企業(yè)的快速響應(yīng)和市場(chǎng)開拓能力。
虛擬技術(shù)在先進(jìn)制造技術(shù)中的應(yīng)用主要包括虛擬制造和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。
1．虛擬制造(VM)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段實(shí)時(shí)地、并行地模擬產(chǎn)品未來制造全過程及其對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產(chǎn)，并使新產(chǎn)品開發(fā)一次獲得成功，目的是盡量降低產(chǎn)品的成本，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和壽命，快速有效地響應(yīng)瞬息萬變的市場(chǎng)。
虛擬制造實(shí)際上是一種計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支柱，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)現(xiàn)之前，就能使人體會(huì)到或感覺到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而可以做出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。從本質(zhì)上講虛擬制造技術(shù)是對(duì)真實(shí)制造過程的動(dòng)態(tài)模擬、仿真，是在計(jì)算機(jī)上制造數(shù)字化產(chǎn)品，經(jīng)過模擬仿真對(duì)產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)、布局設(shè)計(jì)、加工及裝配過程達(dá)到優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及工藝過程、優(yōu)化制造環(huán)境配置和生產(chǎn)供給計(jì)劃、優(yōu)化制造過程并改進(jìn)制造系統(tǒng)的目的，用來改善各個(gè)層次的決策和控制。虛擬制造從根本上改變了設(shè)計(jì)、試制、修改設(shè)計(jì)、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。在產(chǎn)品真正制出之前，在虛擬制造環(huán)境中生成軟產(chǎn)品原型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)其性能和可制造性進(jìn)行預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低產(chǎn)品的開發(fā)成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。
2．虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場(chǎng)需求，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建成為一個(gè)沒有圍墻、超越空間約束、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一協(xié)調(diào)的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。虛擬企業(yè)的特點(diǎn)是企業(yè)的功能上不完整、地域上分散和組織結(jié)構(gòu)上非永久性，它是實(shí)現(xiàn)敏捷制造的有效手段。由于市場(chǎng)的全球化，企業(yè)必須不斷創(chuàng)新產(chǎn)品及優(yōu)化制造過程，快速響應(yīng)客戶要求，才能取得競(jìng)爭(zhēng)上的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，企業(yè)不可能也不必做每一件事、每一個(gè)部件和每一個(gè)制造過程，而必須尋找合適的合作伙伴。其最終目標(biāo)是利用不同地區(qū)的現(xiàn)有生產(chǎn)資源，把它們迅速組合成一種沒有界限的、靠電子手段聯(lián)系的經(jīng)營(yíng)實(shí)體，以便快速推出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品。
由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益加劇，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快及人們對(duì)產(chǎn)品多樣化的需求增加，使得機(jī)械制造業(yè)向多品種小批量生產(chǎn)方式發(fā)展。因此，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期成為決定制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的首要因素。而虛擬制造技術(shù)被認(rèn)為是加速新產(chǎn)品開發(fā)的有效手段，它能很好地解決制造業(yè)的TQCS難題，虛擬制造技術(shù)對(duì)制造業(yè)將是一次新的革命，它的廣泛應(yīng)用意義是深遠(yuǎn)的。
二、市場(chǎng)化與虛擬制造技術(shù)應(yīng)用
制造業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，它一方面創(chuàng)造價(jià)值，生產(chǎn)物質(zhì)財(cái)富和新的知識(shí)，另一方面為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門包括國(guó)防和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展提供先進(jìn)的手段和裝備。在我國(guó)的經(jīng)濟(jì)騰飛中，制造業(yè)功不可沒。但是，隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制轉(zhuǎn)變，我國(guó)制造企業(yè)的弊端日益顯露出來。
我國(guó)制造業(yè)目前存在的五大難題：
1．產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，水平低下，主要機(jī)械產(chǎn)品中達(dá)到當(dāng)代世界先進(jìn)水平的不到10%；
2．生產(chǎn)集中度低，分散、重復(fù)嚴(yán)重，缺乏協(xié)作；
3．科技基礎(chǔ)薄弱，自主研發(fā)創(chuàng)新能力差；
4．企業(yè)裝備陳舊，生產(chǎn)工藝落后，精密、高效、數(shù)控設(shè)備不足10%；
5．人才培養(yǎng)后繼乏力；加之企業(yè)基礎(chǔ)管理薄弱，缺乏現(xiàn)代生產(chǎn)管理意識(shí)，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)新形勢(shì)下顯得十分被動(dòng)。
虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國(guó)處于國(guó)際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)大量應(yīng)用虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的時(shí)間；波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。
虛擬制造(VM)作為一種哲理、一種制造策略為制造業(yè)的發(fā)展指明了方向。它可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，提高企業(yè)整體運(yùn)作及全面最優(yōu)決策的效能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。實(shí)施虛擬制造可以打破傳統(tǒng)的地域、時(shí)域的限制，通過Internet實(shí)現(xiàn)資源共享，變分散為集中，可實(shí)現(xiàn)異地設(shè)計(jì)、異地制造，從而使產(chǎn)品開發(fā)能以快速、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場(chǎng)變化。通過分析設(shè)計(jì)的可制造性，利用有效的工具和加工方法來支持生產(chǎn)，可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。企業(yè)不再需要投入大量的設(shè)備和儀器，從而避免了不必要的設(shè)備閑置，可充分利用其他企業(yè)的先進(jìn)設(shè)備和儀器進(jìn)行生產(chǎn)，能很好地解決一些中小企業(yè)資金短缺的難題。
但在實(shí)施虛擬制造技術(shù)過程中，雖然國(guó)家對(duì)制造業(yè)十分重視，但由于我國(guó)當(dāng)前正處于體制改革過程中，多種機(jī)制并行，在資金使用時(shí)較難協(xié)調(diào)，國(guó)家也難以投入重金支持虛擬制造技術(shù)研究。應(yīng)用人才短缺，企業(yè)的整體認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一，就是現(xiàn)有的科研成果都難以推廣應(yīng)用，因此實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化制造任重而道遠(yuǎn)，但這些并不能阻擋它的向前發(fā)展。
三、實(shí)施虛擬制造應(yīng)采取的措施
1．高度重視和全面規(guī)劃。虛擬制造技術(shù)與其它的先進(jìn)制造技術(shù)是相互關(guān)聯(lián)、彼此交叉的，其涉及面廣、技術(shù)難度大，研究及推廣應(yīng)用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應(yīng)從宏觀上加強(qiáng)對(duì)虛擬制造技術(shù)的指導(dǎo)，同時(shí)要使虛擬制造技術(shù)與各種先進(jìn)制造技術(shù)相互銜接、協(xié)調(diào)發(fā)展。超級(jí)秘書網(wǎng)
2．加強(qiáng)人才培養(yǎng)和培訓(xùn)工作。人是先進(jìn)制造的主體，沒有高素質(zhì)的人的參與，再好的技術(shù)也發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。因此，企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)有人本思維，采用人機(jī)一體的技術(shù)路線。企業(yè)在培養(yǎng)和引進(jìn)高層次、高質(zhì)量研究型、管理型和開發(fā)應(yīng)用型人才的同時(shí)，大力普及CAD/CAM技術(shù)，及時(shí)推行精益生產(chǎn)、并行工程等思想和技術(shù)，全面提高企業(yè)員工的技術(shù)素質(zhì)。企業(yè)與高校應(yīng)探索人才的聯(lián)合培養(yǎng)新模式，不斷增強(qiáng)科技創(chuàng)新能力。
3．加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的研究、開發(fā)和應(yīng)用。虛擬制造技術(shù)包括軟件技術(shù)和硬件技術(shù)，其中建模技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等是實(shí)施虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)。我國(guó)科研力量分散，建立分布式網(wǎng)絡(luò)化研究中心，以企業(yè)為主體，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，重點(diǎn)投資與自身發(fā)展有關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)的研究，進(jìn)行研發(fā)和推廣是一條值得深入探索的道路。
4．從企業(yè)實(shí)際出發(fā)，分階段實(shí)施。企業(yè)要實(shí)現(xiàn)虛擬制造，應(yīng)分階段逐步實(shí)行，要做好全面扎實(shí)的基礎(chǔ)工作，應(yīng)加強(qiáng)CAD/CAPP/CAM/NC/FMC/CAE技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用，在全面實(shí)施并行工程的基礎(chǔ)上實(shí)施虛擬制造。
第3篇
關(guān)鍵詞：虛擬制造；表面組裝技術(shù)SMT；可視化仿真
中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.025
The SMT Virtual Manufacturing Training System
PENG Zhi-cong1, LoNG Xu-ming2 Huang Ho2 Dan Mington2 Cui Xiaolu2
(1.Guangdong Electronic Academy, Guangzhou 510055, China; Southwest Jiatong University, Chengdu 610031, China)
【Abstract】 This paper discusses the advance SMT Virtual Manufacturing Training System. The SMT Manufacturing is visual simulated in a computer. the PCB design, the SMT technology, the editting of equipment soft and the visual simulation of SMT equipment are integrated by the system.
【Key words】Virtual Manufacturing; Surface Mounting Technology; Visualization Simulation
1 SMT虛擬制造
1.1 虛擬制造
虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM）是實(shí)際制造在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，即采用計(jì)算機(jī)建模與仿真技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，在計(jì)算機(jī)上群組協(xié)同工作，通過三維模型及動(dòng)畫或虛擬現(xiàn)實(shí)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)及企業(yè)各級(jí)過程的管理與控制等產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，以增強(qiáng)制造過程各級(jí)的決策與控制能力。虛擬制造是對(duì)已有或未來的制造活動(dòng)進(jìn)行仿真，它基本上不消耗現(xiàn)實(shí)物質(zhì)資源，所進(jìn)行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。
VM技術(shù)是一個(gè)龐大、復(fù)雜的新興學(xué)科領(lǐng)域，其中涉及到計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、工廠的建模與仿真技術(shù)、并行工程等領(lǐng)域，如圖1所示。從提出到現(xiàn)在的幾十年間，VM技術(shù)的研究取得了很多成果。在國(guó)外，VM單一目標(biāo)技術(shù)和系統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用于幾十家頂級(jí)的汽車制造、航空、重工業(yè)和消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)公司的某些部門，而且已經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用，表明了VM技術(shù)的潛力。
在國(guó)內(nèi)，虛擬制造技術(shù)方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數(shù)是在原先的CAD/CAE/CAM和仿真等基礎(chǔ)上進(jìn)行的，目前主要集中在虛擬制造技術(shù)的理論研究和實(shí)施技術(shù)準(zhǔn)備階段，系統(tǒng)地研究尚處于國(guó)外虛擬制造技術(shù)的消化和國(guó)內(nèi)環(huán)境的結(jié)合上。清華大學(xué)CIMS工程研究中心虛擬制造研究室是國(guó)內(nèi)最早開展虛擬制造研究的機(jī)構(gòu)之一，主要進(jìn)行了虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境軟件、虛擬現(xiàn)實(shí)、虛擬機(jī)床、虛擬汽車訓(xùn)練系統(tǒng)等方面的研究；浙江大學(xué)進(jìn)行了分布式虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、VR工作臺(tái)、虛擬產(chǎn)品裝配等研究；西安交大和北航進(jìn)行了遠(yuǎn)程智能協(xié)同設(shè)計(jì)研究；西北工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了虛擬樣機(jī)的研究。國(guó)內(nèi)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、仿真技術(shù)、信息技術(shù)、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等單元技術(shù)方面的研究都很活躍，但研究的進(jìn)展和研究的深度還屬于初期階段，與國(guó)際的研究水平尚有很大的差距。我國(guó)的研究多集中于高等院校和少量的研究所，企業(yè)和公司介入的較少。
圖1 虛擬制造
Fig.1 Virtual Manufacturing
1.2 SMT虛擬制造系統(tǒng)
在微電子組裝和制造業(yè)，元器件不斷的向微型化和密集化方向發(fā)展。表面貼裝技術(shù)（Surface Mounting Technology，SMT）是應(yīng)用最為廣泛的新一代的電子組裝技術(shù)，它直接將元件無導(dǎo)線的貼裝在PCB基板上，取代了傳統(tǒng)的插孔元件安裝、導(dǎo)線連接。表面貼裝技術(shù)可以使元器件體積更小、安裝密度更大、提高可靠性和生產(chǎn)自動(dòng)化程度。貼片元件的體積和重量只有傳統(tǒng)插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產(chǎn)品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。
在電子產(chǎn)品組裝生產(chǎn)的傳統(tǒng)模式中，設(shè)計(jì)一般是由設(shè)計(jì)工程師在計(jì)算機(jī)上利用多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具來完成，生產(chǎn)制造則在各種數(shù)控設(shè)備(如貼裝機(jī)等)上完成。每一種產(chǎn)品在加工之前，制造工程師首先必須對(duì)數(shù)控設(shè)備編程并反復(fù)試驗(yàn)，以確保操作規(guī)程的可行性和正確性，然后進(jìn)行試生產(chǎn)，反復(fù)修改直到最后定型，再投入實(shí)際的批量生產(chǎn)。生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間很長(zhǎng)，投入資金很大。事實(shí)上，SMT生產(chǎn)線中數(shù)控設(shè)備編程所需的大多數(shù)數(shù)據(jù)完全可以從CAD系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)文件中獲取，例如元件在PCB上的坐標(biāo)位置、角度、物理特征參數(shù)等。這些數(shù)據(jù)量很大，也比較零亂，有些特征數(shù)據(jù)是不同數(shù)控設(shè)備都需要的，如貼裝機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、在線測(cè)試設(shè)備均需要元件在PCB上的坐標(biāo)位置，而實(shí)際中設(shè)計(jì)部門和制造部門卻很少相互了解需求，許多信息不能共享，在企業(yè)間往往形成了兩個(gè)“自動(dòng)化孤島”。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，產(chǎn)品交貨周期必須縮短，生產(chǎn)成本必須控制，因此迫切需要在這兩個(gè)“孤島”間建立聯(lián)系，虛擬制造被認(rèn)為是其最好的解決方案。
2000年之后一部分高校開始在電子實(shí)踐教學(xué)中增加SMT教學(xué)內(nèi)容，大部分專職院校設(shè)立SMT電子制造工程專業(yè)，但無實(shí)驗(yàn)設(shè)備和條件，即使己購(gòu)買SMT生產(chǎn)線的，也無資金或產(chǎn)品開動(dòng)生產(chǎn)線。SMT虛擬制造系統(tǒng)中關(guān)健設(shè)備的虛擬樣機(jī)，便于教學(xué)，同時(shí)便于企業(yè)員工職業(yè)培訓(xùn)。
SMT虛擬制造系統(tǒng)就是在計(jì)算機(jī)支持下，以仿真技術(shù)為前提，建立功能強(qiáng)大的虛擬制造環(huán)境，對(duì)PCB設(shè)計(jì)、組裝等生產(chǎn)過程進(jìn)行統(tǒng)一建模。在PCB設(shè)計(jì)階段或組裝之前，就能實(shí)時(shí)、并行地模擬出其未來組裝全過程及對(duì)設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)PCB組裝的性能、成本和可制造性，從而有助于更有效、更經(jīng)濟(jì)靈活地組織生產(chǎn)，使工廠和車間的資源得到合理配置，使生產(chǎn)布局更合理、更有效，以達(dá)到開發(fā)周期和成本的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化之目的。
2 SMT虛擬制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)
采用虛擬制造技術(shù)，開發(fā)出“先進(jìn)電子SMT虛擬制造系統(tǒng)SMT-VM2011”，在電子SMT設(shè)計(jì)和制造“孤島”間建立聯(lián)系，將PCB設(shè)計(jì)、SMT生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)、關(guān)健SMT設(shè)備編程、加工過程可視化仿真和可制造性評(píng)價(jià)系統(tǒng)集成，在計(jì)算機(jī)上以直觀、生動(dòng)、精確的方式模擬出先進(jìn)電子SMT制造技術(shù)。
2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)組裝對(duì)象不同，SMT有多種工藝流程，一般單面組裝的典型工藝流程為：上料涂布(上焊膏或點(diǎn)膠)貼片再流焊清洗測(cè)試下料。SMT生產(chǎn)線如圖2所示，主要由自動(dòng)上板機(jī)、自動(dòng)絲網(wǎng)印刷機(jī)或自動(dòng)點(diǎn)膠機(jī)、自動(dòng)貼片(裝)機(jī)、自動(dòng)焊接爐、自動(dòng)清洗機(jī)、在線測(cè)試機(jī)和AOI測(cè)試機(jī)、自動(dòng)下板機(jī)等自動(dòng)化組裝和測(cè)試設(shè)備組成。
圖2 SMT生產(chǎn)線
Fig.2 SMT Production Line
2.1.1系統(tǒng)組成
SMT虛擬制造系統(tǒng)組成如圖3所示，主界面如圖4所示，將兩個(gè)“孤島” ――SMT設(shè)計(jì)和制造集成, 主要包括:
圖3 SMT虛擬制造系統(tǒng)組成
Fig.3 SMT VM System
圖4 主界面
Fig.4 Main window
1）PCB設(shè)計(jì)虛擬制造系統(tǒng)
2）SMT生產(chǎn)線工藝流程設(shè)計(jì)
3）關(guān)健SMT設(shè)備虛擬編程，主要包括：絲網(wǎng)印刷機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰焊、AOI測(cè)試機(jī)。
4）關(guān)健SMT設(shè)備加工過程可視化仿真，主要包括：絲網(wǎng)印刷機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰焊、AOI測(cè)試機(jī)。
5）可制造性評(píng)價(jià)
（1）電子產(chǎn)品PCB設(shè)計(jì)與制造
根椐用戶設(shè)計(jì)的EDA（Protel、Mentor、OrCAD…）電路PCB文件，自動(dòng)檢測(cè)出用戶設(shè)計(jì)的EDA電路的錯(cuò)誤；
能3D可視化直觀顯示EDA設(shè)計(jì)的PCB板組裝后的情況（基板、器件、焊膏、焊點(diǎn)、膠點(diǎn)），如圖5所示；
圖5 PCB設(shè)計(jì)靜態(tài)仿真Fig.5 PCB Static simulation
模擬PCB標(biāo)號(hào)Mark點(diǎn)示教和PCB貼片過程，并進(jìn)行貼片程序順序優(yōu)化；
根據(jù)所設(shè)計(jì)的PCB板的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)SMT生產(chǎn)線工藝流程和參數(shù)，3D動(dòng)畫顯示SMT生產(chǎn)線工藝流程；
在PCB設(shè)計(jì)和制造“孤島”間建立聯(lián)系，在最短時(shí)間內(nèi)為EDA最優(yōu)設(shè)計(jì)提供直觀依據(jù)，效率高， 成本低。
（2）電子SMT設(shè)計(jì)與制造
SMT關(guān)鍵設(shè)備包括：絲印機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰
2.1.2 系統(tǒng)主要技術(shù)功能
SMT-VM2011系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如表1所示，非常適合高校高職教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)，不僅使用戶進(jìn)一步掌握EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更使用戶掌握SMT組裝技術(shù)和各種世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。SMT-VM2011性能優(yōu)，功能強(qiáng)，交互性強(qiáng)，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。焊，件機(jī)，AOI測(cè)試機(jī)，API測(cè)試機(jī)；
讀入EDA設(shè)計(jì)的PCB文件，進(jìn)行國(guó)際市場(chǎng)上主流SMT機(jī)型的摸擬編程（Yamaha、Fuji、Seimens、Panasonic、MPM、DEK、GKG、Heller、EASA、ANDA、Aleader、VATA……）；
SMT關(guān)鍵設(shè)備靜態(tài)仿真，可縮放、旋轉(zhuǎn)、平移；
按照摸擬編程CAM程序，自動(dòng)進(jìn)行SMT關(guān)鍵設(shè)備工作過程3D模擬仿真；
可進(jìn)行制造性分析，在3D仿真過程中對(duì)模擬編程的錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)；
在SMT關(guān)鍵設(shè)備編程設(shè)計(jì)和制造之間建立聯(lián)系，將SMT關(guān)鍵設(shè)備的貼片過程在計(jì)算機(jī)上以直觀、生動(dòng)、精確的方式呈現(xiàn)出來，取代傳統(tǒng)的試機(jī)過程，縮短開發(fā)周期、降低成本、提高生產(chǎn)效率。
2.2 貼片機(jī)虛擬制造系統(tǒng)
貼片機(jī)虛擬制造編程系統(tǒng)的主界面如圖6所示，自動(dòng)進(jìn)行貼片機(jī)工作過程3D模擬仿真如圖7所示。貼片機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)如圖8所示，包括：模擬編程模塊、貼片機(jī)3D仿真模塊、貼片程序優(yōu)化模塊和貼裝數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，系統(tǒng)先對(duì)貼片機(jī)機(jī)型進(jìn)行模擬編程，讀入EDA設(shè)計(jì)文件，自動(dòng)生成貼裝順序程序文件，并將數(shù)據(jù)輸入到貼裝數(shù)據(jù)庫(kù)中；再在VC++6.0環(huán)境下采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和OpenGL技術(shù)，按貼片機(jī)類型自動(dòng)進(jìn)行3D機(jī)構(gòu)組裝3D仿真；最后設(shè)計(jì)生成最優(yōu)化程序。
3 SMT教學(xué)培訓(xùn)課程和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)
SMT教學(xué)培訓(xùn)課程教學(xué)培訓(xùn)大綱如表2所示。
（1）電子產(chǎn)品EDA設(shè)計(jì)的PCB虛擬制造實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)20 h。
圖6 貼片機(jī)虛擬制造編程系統(tǒng)Fig.6 The placing VM system
圖7 貼片機(jī)工作過程3D模擬仿真Fig.7 The placing 3D simulation
目的：該實(shí)驗(yàn)在電子設(shè)計(jì)和制造“孤島”間建立聯(lián)系，在最短時(shí)間內(nèi)為EDA最優(yōu)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)修改提供直觀依據(jù)，以達(dá)到開發(fā)周期和成本的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化之目的。不僅使學(xué)生進(jìn)一步掌握EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更使學(xué)生了解電子產(chǎn)品PCB電路板是如何制造出來的。
圖8 貼片機(jī)軟件體系結(jié)構(gòu)
Fig.6 The frame of placing softwere
內(nèi)容：根椐學(xué)生設(shè)計(jì)的EDA電路PCB板圖，能自動(dòng)檢測(cè)出學(xué)生設(shè)計(jì)的EDA電路的錯(cuò)誤，包括電路設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和可制造性錯(cuò)誤，能3D可視化直觀顯示EDA設(shè)計(jì)的PCB板的布局和SMT組裝生產(chǎn)后的PCB情況；并且，模擬PCB板的SMT制造過程，設(shè)計(jì)SMT生產(chǎn)線工藝流程和參數(shù)，3D動(dòng)畫顯示SMT生產(chǎn)線工藝流程。
（2）電子SMT制造生產(chǎn)線虛擬制造實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)30小時(shí)。
目的：讓學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計(jì)的EDA電路PCB板，設(shè)計(jì)SMT關(guān)鍵設(shè)備的CAM程序，并且自動(dòng)3D動(dòng)畫模擬所設(shè)計(jì)的CAM程序驅(qū)動(dòng)的設(shè)備工作過程，能實(shí)時(shí)、并行地模擬出其未來組裝全過程及對(duì)設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)PCB組裝的性能、成本和可制造性。使學(xué)生掌握SMT組裝技術(shù)和各種世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。使學(xué)生了解和掌握現(xiàn)代先進(jìn)電子大制造技術(shù)，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。
內(nèi)容：首先讀入EDA設(shè)計(jì)的PCB文件，進(jìn)行國(guó)際市場(chǎng)上主流機(jī)型的SMT關(guān)鍵設(shè)備的摸擬編程，SMT關(guān)鍵設(shè)備包括：絲印機(jī)、點(diǎn)膠機(jī)、貼片機(jī)、回流爐、波峰焊和AOI測(cè)試機(jī)；最后按照摸擬編程CAM程序，自動(dòng)進(jìn)行SMT關(guān)鍵設(shè)備機(jī)構(gòu)工作過程3D模擬仿真，并可進(jìn)行制造性分析。
（3）先進(jìn)電子制造創(chuàng)新開發(fā)實(shí)驗(yàn)，學(xué)時(shí)30小時(shí)。
目的：在“電子SMT虛擬制造系統(tǒng)SMT-VM2011” 平臺(tái)上，進(jìn)行針對(duì)個(gè)性化實(shí)驗(yàn)、SRTP（科研創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)）、國(guó)家創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、電子競(jìng)賽、本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)、研究生畢業(yè)論文等的開發(fā)實(shí)驗(yàn)。使學(xué)生了解和掌握國(guó)際現(xiàn)代電子制造的軟件、控制和電子等最先進(jìn)技術(shù)。
內(nèi)容：開發(fā)世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備CAM編程軟件和3D仿真軟件、世界著名公司IC關(guān)鍵設(shè)備CAM編程軟件和3D仿真軟件、軌道交通電氣自動(dòng)化虛擬制造系統(tǒng)等。
4 結(jié)論
SMT-VM2011非常適合高校高職教學(xué)和企業(yè)培訓(xùn)，不僅使用戶進(jìn)一步掌握EDA電路設(shè)計(jì)技術(shù)，更使用戶掌握SMT組裝技術(shù)和各種世界著名公司SMT關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)。SMTVM2012性能優(yōu)，功能強(qiáng)，交互性強(qiáng)，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統(tǒng)的一把烙鐵學(xué)電子的局面。
參考文獻(xiàn)
[1] 龍緒明主編. 電子表面組裝技術(shù)-SMT[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2008.11.
[2] 袁鵬，胡躍明，吳祈生等. 基于視覺的高速高精度貼片機(jī)系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2004，10（12）.
[3] 龍緒明主編. 先進(jìn)電子制造技術(shù)[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社，2010.10.
