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數(shù)字化虛擬制造在制造業(yè)的應(yīng)用
（作者未知） 2007/2/10
數(shù)字化虛擬制造技術(shù)是用三維的動態(tài)仿真模型模擬產(chǎn)品設(shè)計、制造、仿真、優(yōu)化、測試、工藝、分析等相關(guān)過程。概括簡介了虛擬制造技術(shù)及其在產(chǎn)品制造和數(shù)字化工廠兩個方面的應(yīng)用。
1、虛擬制造VM
虛擬制造是指利用信息技術(shù)，三維仿真技術(shù)，計算機技術(shù)對制造知識進行系統(tǒng)化組織與分析，對整個制造過程建模，在計算機上進行設(shè)計評估和制造活動仿真，強調(diào)用虛擬制造模型描述制造全過程，在實際的物理制造之前就具有了對產(chǎn)品性能及其可制造性的預(yù)測能力。
虛擬制造技術(shù)涉及面很廣，如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)、過程特征抽取、元模型、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交叉功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。其中后3項是虛擬制造的核心技術(shù)。
1.1建模技術(shù)
虛擬制造系統(tǒng)VMS是現(xiàn)實制造系統(tǒng)RMS在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。VMS的建模包括生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型和工藝模型。
(1)生產(chǎn)模數(shù)字化虛擬制造技術(shù)是用三維的動態(tài)仿真模型模擬產(chǎn)品設(shè)計、制造、仿真、優(yōu)化、測試、工藝、分析等相關(guān)過程。概括簡介了虛擬制造技術(shù)及其在產(chǎn)品制造和數(shù)字化工廠兩個方面的應(yīng)用。
1、虛擬制造VM
虛擬制造是指利用信息技術(shù)，三維仿真技術(shù)，計算機技術(shù)對制造知識進行系統(tǒng)化組織與分析，對整個制造過程建模，在計算機上進行設(shè)計評估和制造活動仿真，強調(diào)用虛擬制造模型描述制造全過程，在實際的物理制造之前就具有了對產(chǎn)品性能及其可制造性的預(yù)測能力。
虛擬制造技術(shù)涉及面很廣，如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)、過程特征抽取、元模型、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交叉功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。其中后3項是虛擬制造的核心技術(shù)。
1.1建模技術(shù)
虛擬制造系統(tǒng)VMS是現(xiàn)實制造系統(tǒng)RMS在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。型�？蓺w納為靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩個方面。靜態(tài)描述是指系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述。動態(tài)描述是指在已知系統(tǒng)狀態(tài)。
(2)產(chǎn)品模型。產(chǎn)品模型是制造過程中，各類實體對象模型的集合。目前產(chǎn)品模型描述的信息有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息。而對VMS來說，要使產(chǎn)品實施過程中的全部活動集成，就必須具有完備的產(chǎn)品模型，所以虛擬制造下的產(chǎn)品模型不再是單一的靜態(tài)特征模型，它能通過映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實施中各活動所需的模型，包括三維動態(tài)模型，干涉檢查，應(yīng)力分析等。
(3)工藝模型。將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計屬性聯(lián)系起來，以反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能：計算機工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計模型以及物理和數(shù)學(xué)模型。
1.2仿真技術(shù)
仿真就是應(yīng)用計算機對復(fù)雜的現(xiàn)實系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對象的研究方法，不會干擾實際生產(chǎn)系統(tǒng)，同時利用計算機的快速運算能力，仿真可以用很短時間模擬實際生產(chǎn)中需要很長時間的生產(chǎn)周期，因而可以縮短決策時間，避免資金、人力和時間的浪費，并可重復(fù)仿真，優(yōu)化實施方案。
仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)一收集數(shù)據(jù)、建立系統(tǒng)模型一確定仿真算法、建立仿真模型、運行仿真模型輸出結(jié)果并分析。
產(chǎn)品制造過程仿真，可歸納為制造系統(tǒng)仿真和加工過程仿真。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、設(shè)計過程規(guī)劃仿真、設(shè)計思維過程和設(shè)計交互行為仿真等，以便對設(shè)計結(jié)果進行評價，實現(xiàn)設(shè)計過程早期反饋，減少或避免產(chǎn)品設(shè)計錯誤。
加工過程仿真，包括切削過程仿真、裝配過程仿真、檢驗過程仿真以及焊接、壓力加工、鑄造仿真等。
1.3虛擬現(xiàn)實技術(shù)VRT
虛擬現(xiàn)實技術(shù)是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計算機上生成可交互的三維環(huán)境(稱為虛擬環(huán)境)中提供沉浸感覺的技術(shù)。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括操作者、機器和人機接口3個基本要素。利用VRS可以對真實世界進行動態(tài)模擬，通過用戶的交互輸人，并及時按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。
2、數(shù)字化虛擬制造在制造業(yè)中應(yīng)用
數(shù)字化虛擬制造技術(shù)首先在飛機、汽車等工業(yè)領(lǐng)域獲得了成功的應(yīng)用。目前，虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用主要在以下幾個方面。
2.1虛擬產(chǎn)品制造
應(yīng)用計算機仿真技術(shù)，對零件的加工方法、工序順序、工裝的選用、工藝參數(shù)的選用，加工工藝性、裝配工藝性、配合件之間的配合性、連接件之間的連接性、運動構(gòu)件的運動性等均可建模仿（未完，下一頁）
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