虚拟制造在现代制造业中的发展趋势

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1、虚拟制造在现代制造业中的发展趋势

2、第1...一、引言当今全球制造企业之间的竞争越来越激烈，决定制造企业全球竞争能力的主要指标是产品的开发时间(Time)、质量(Quality)、成本(Cost)以及相应的服务(Service)，即TOCS。为适应市场瞬息多变的要求，多品种小批量的生产将成为主导的生产形式，并且为了减少成本缩短周期，各制造企业不得不将许多新出现的技术引入到设计和制造领域中来，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(ClMS)、智能制造系统OMS)

3、等。然而，这些系统仍然存在着一些问题，如系统投资较大、周期较长等，在系统正式建立与运行之前，难以对这些系统的效益和风险进行确实而有效的评估，开发一个新产品，无法在投入大量人力和经费之前就确定其开发价值，无法对投产后所取得的效益及风险进行确实有效的评估;不能在产品设计开发的各个阶段把握产品制造过程各个阶段的实况，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(VM,VirtualManufacturing)应运而生，它是现代制造技术

4、与系统发展的趋势。近年来，虚拟制造在飞机和汽车制造业中应用最为广泛，图l所示为一个虚拟的木偶坐在虚拟的"大众"汽车的驾驶室里，对新型汽车座槽的舒适程度进行测试。图2所示一为个木偶撞车试验的计算机模型，通过计算机模拟撞车试验，可以大大节省费用。而且该系统非常精确，它能显示出手或脚所受的力以及撞击的后果。通过虚拟制造，节约了大量成本，降低了危险性。二、虚拟制造系统的功能备制造企业不得不将许多新出现的技术引人到设计和制造领域中来，产生了许多新的制造技术和制造系统，但是直接用这些系统进行制造；投资大，周期长；而

5、且很难对产品的效益和风险进行有效的评估。一个虚拟制造系统可以克服这些问题，可以提供产品外形设计和布局，进行运动仿真、加工模拟、装配检查、性能评测、生产计划各个方面的仿真。一个产品从概念设计到投放市场，一般需经过以下五个步骤(称为产品的生命周期)概念设计、详细设计(包括与产品制造相关的工艺设计)、加工制造(包括装自己)、测试、培训/维护(售后服务)等。为了达到T、Q、C、5这四项指标，在制造业广泛采用了先进制造技术，如计算机辅助分析与设计、数控加工、自动化主体仓库、自动导引运输设备、制造资源规划与管理、柔

6、性制造及机器人装配等，它们或用于产品设计，或用于产品加工制造，或用于生产计划的制定，而唯有计算机仿真技术以及更高层次的虚拟制造技术才能在整个生命周期中都获得应用，具体应用情况如表l所示。虚拟制造是虚拟现实设计和计算机仿真技术在制造领域的综合发展及应用。它通过计算机技术构造一个虚拟的然而是逼真的制造环境，并在此环境中集成下面表格中所有或大部分功能，实现从设计技术(如制图、有限元分析、原型制作等)，到制造技术(如工艺计划、加工控制等)，乃至车间布局、车间调度以及服务培训等各个方面的模拟和仿真。VM能把许多现

7、有的和未来的制造技术全部集成在起，可以并行地模拟产品整个生命用中的所有功能。利用VM技术不仅可以减少新产品开发的投资，而且可以大大缩短产品开发周期，从而对难以预测、持续变化的市场需求作出快速响应。三、虚拟制造关键技术1.虚拟模型的建立虚拟模型的建立包括如下几方面的技术(1)基于微机的虚拟环境体系结构的开发。计算机硬件发展的曰新月异为基于微机的普及型虚拟环境体系结构的建立提供了物质基础。(2)基于几何建模与图像相结合的建模方法和相关算法。采用虚物实化、实物虚化、虚实结合、增强现实的方法，既可以使模型的真实

8、感强，又可以有效地减少模型的数据量，以满足实时交互性的要求。(3)基于图像的虚拟现实关键技术。图像建模具有模型简单、数据量小的优点，适合于微机环境的实时建模和浏览。如何建快速图像压缩和解压缩算法，实现基于图像的机械产品模型的三维重建等是关键。2.具有物理属性的虚拟模型的建立建立具有物理属性的虚拟模型有着巨大的应用价值。如果用它来进行虚拟试验，既可以节省宝贵的产品开发时间，又可以节约试验费用。在某些情况下，试验的费用可能很大，甚至无法做试验。采用这种技术，设计人员将能设计出价格低廉且能满足顾客各种各样需求

9、的产品。3.分布式虚拟现实关键技术(1)通过利用客户端的CPU卡和服务器端的密码机来完成加密和解密工作，防止未经搜权的用户访问企业数据。(2)建主基于整个网络的虚拟企业。(3)研究不同设计方之间的标准数据交换格式。(4)实现机械产品网上交易和B2B电子商务，完成企业内部和外部的电子商务集成化。四、虚拟制造技术应用的成功例子(1)波音777全面应用技术，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞等均是在计算机上完成的，使其开发周期从8