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虛擬制造技術研究概況綜述
陳曉川 張暴暴 劉曉冰 馮辛安 2008/11/25
內容提要：虛擬制造技術是近幾年出現(xiàn)的先進制造技術之一，是企業(yè)以信息集成為基礎的一種新的制造哲理，本文介紹了它的含義、作用、研究內容及國內外研究概況。
主題詞：虛擬現(xiàn)實，虛擬制造技術，仿真
0、引言
從當今國際政治、經濟形勢來看，和平與發(fā)展成為當今時代的主題，經濟全球化、貿易自由化和社會信息化的潮流正滾滾而來。在新的形勢下，制造業(yè)的經營戰(zhàn)略發(fā)生了很大變化，在30～60年代企業(yè)追求的是規(guī)模效益，如：美國福特汽車公司、通用汽車公司相繼采用剛性流水線進行大批量生產；70年代更加重視降低生產成本，如：日本豐田公司采用準時化生產；80年代提高產品質量成為主要目標；進入90年代新產品開發(fā)及交貨期成為競爭的焦點。由此產生了多種多樣的制造哲理，如：精益生產、并行工程、敏捷制造和虛擬制造等，它們各有側重，從不同角度研究如何增強企業(yè)的競爭力。虛擬制造技術是制造技術與仿真技術相結合的產物，本文對其作一簡要介紹和分析。
1、虛擬制造技術
虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality）技術是使用感官組織仿真設備和真實或虛幻環(huán)境的動態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實，使人能夠憑借直覺作用于計算機產生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境�；谔摂M現(xiàn)實技術的虛擬制造（Virtual Manufacturing）技術是在一個統(tǒng)一模型之下對設計和制造等過程進行集成，它將與產品制造相關的各種過程與技術集成在三維的、動態(tài)的仿真真實過程的實體數(shù)字模型之上。其目的是在產品設計階段，借助建模與仿真技術及時地、并行地、模擬出產品未來制造過程乃至產品全生命周期的各種活動對產品設計的影響，預測、檢測、評價產品性能和產品的可制造性等等。從而更加有效的、經濟的、柔性的組織生產，增強決策與控制水平，有力地降低由于前期設計給后期制造帶來的回溯更改，達到產品的開發(fā)周期和成本最小化、產品設計質量的最優(yōu)化、生產效率的最大化。【1】－【9】虛擬制造也可以對想象中的制造活動進行仿真，它不消耗現(xiàn)實資源和能量，所進行的過程是虛擬過程，所生產的產品也是虛擬的。虛擬制造技術的應用將會對未來制造業(yè)的發(fā)展產生深遠影響，它的重大作用主要表現(xiàn)為：
（1）運用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進行全面仿真，使之達到了前所未有的高度集成，為先進制造技術的進一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關技術的不斷發(fā)展和進步。
（2）可加深人們對生產過程和制造系統(tǒng)的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產，即對生產過程、制造系統(tǒng)整體進行優(yōu)化配置，推動生產力的巨大躍升。
（3）在虛擬制造與現(xiàn)實制造的相互影響和作用過程中，可以全面改進企業(yè)的組織管理工作，而且對正確作出決策有不可估量的影響。例如：可以對生產計劃、交貨期、生產產量等作出預測，及時發(fā)現(xiàn)問題并改進現(xiàn)實制造過程。
（4）虛擬制造技術的應用將加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。我們都知道模擬駕駛室對駕駛員、飛行員的培養(yǎng)起到了良好作用，虛擬制造也會產生類似的作用。例如：可以對生產人員進行操作訓練、異常工藝的應急處理等。
虛擬制造技術的廣泛應用將從根本上改變現(xiàn)行的制造模式，對相關行業(yè)也將產生巨大影響，可以說虛擬制造技術決定著企業(yè)的未來，也決定著制造業(yè)在競爭中能否立于不敗之地。
2、虛擬制造技術的研究內容及關鍵技術
虛擬制造技術的研究內容是極為廣泛的，除了虛擬現(xiàn)實技術涉及的共同性技術外，虛擬制造領域本身的主要研究內容有：虛擬制造的理論體系；設計信息和生產過程的三維可視化；虛擬環(huán)境下系統(tǒng)全局最優(yōu)決策理論和技術；虛擬制造系統(tǒng)的開放式體系結構；虛擬產品的裝配仿真；虛擬環(huán)境中及虛擬制造過程中的人機協(xié)同作業(yè)等。一般來說，虛擬制造的研究都與特定的應用環(huán)境和對象相聯(lián)系，由于應用的不同要求而存在不同的側重點，因此出現(xiàn)了三個流派，即以設計為中心的虛擬制造、以生產為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。具體說明如下：
（1）以設計為中心的虛擬制造是通過增加制造信息到集成產品開發(fā)過程中并在計算機中仿真多種制造方案，為設計者提供一個設計產品和評估產品可制造性的環(huán)境。
（2）以生產為中心的虛擬制造是通過增加仿真能力到生產過程模型，達到方便和快捷地評價多種加工過程的目的。它為工藝計劃和生產計劃的生成、工藝資源的要求以及對這些計劃的評價提供了一個環(huán)境。
（3）以控制為中心的虛擬制造是通過增加仿真到控制模型和實際的生產過程，模擬實際的車間生產，評估車間生產活動，達到優(yōu)化制造過程的目的。
虛擬制造技術是多學科綜合的系統(tǒng)技術，需要研究開發(fā)相應的硬件集成系統(tǒng)與軟件，就軟件技術而言，（未完，下一頁）
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