虚拟制造技术在机械制造业中的应用

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1、虚拟制造技术在机械制造业中的应用姓名:学号：导师：专业：机械制造及其自动化摘要：阐述了虚拟制造的定义与特点以及虚拟制造技术与虚拟现实技术的关系，介绍了虚拟制造的分类，重点介绍了虚拟制造技术在机械制造业中的应用和典型的虚拟制造技术。关键词：虚拟制造，虚拟现实技术，典型虚拟制造技术一、虚拟制造的定义及特点虚拟制造是20世纪80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问

2、题，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等，在产品实际生产前就采取预防措施，确保产品一次性开发成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期、增强企业竞争力的目的【1】。虚拟现实(VR,VirtualReality)技术【2】是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实,使人能够凭借直觉作用于计算机从而产生三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造(VM,VirtualManufacturing)技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成,它将与产品制造相

3、关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。虚拟制造强调虚拟现实在设计和制造过程仿真中的应用,强调以一种可视化的直观的方式增进技术人员对所设计的产品或过程的理解,从而发现其中的问题[3]。虚拟制造并不是真实的制造过程。它不产生真实产品，基本不消耗材料和能量，而是利用制造对象、制造资源和制造过程的模型来展现“制造”的本质过程【4】。由于计算机软硬件技术和网络技术的广泛应用,虚拟制造具有以下几个特点[2]:(1)无须制造实物样机就可以预测产品性能,节约制造成本,缩短产品开发周期;(2

4、)产品开发中可以及早发现问题,实现及时的反馈和更正;(3)以软件模拟形式进行产品开发;(4)企业管理模式基于Intranet或Interne,t整个制造活动具有高度的并行性。二、虚拟制造的分类广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配，还包含了对企业生产活动的组织与控制。从这个观点出发，可以把虚拟制造划分为三类:以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造【5】。1、以设计为中心的虚拟制造(Design-CenteredVM)。以设计为中心的虚拟制造包含产品异地设计、产品优化设

5、汁和产品性能评价等内容。强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真、分析和优化，以获得对产品的设计评估与性能预测结果，并通过对产品建模以及零件和产品的优化设计达到产品零部件及产品整体的优化，在此基础上，对产品的结构、产品制造、产品装配、产品质量、产品可制造的经济性等进行全面分析，从而为用户提供制造过程所需要的设计信息、制造信息以及修改建议。2、以生产为中心的虚拟制造(Production-CenteredVM)。以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的

6、加工过程及其组合进行优化。它对产品的"可生产性"进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。它的主要支持技术为离散事件系统(DEDS)仿真技术、虚拟现实技术和嵌入式仿真技术，其主要应用领域是工厂或产品的物理布局及生产计划的编排。3、以控制为中心的虚拟制造(Control-CenteredVM)。以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术加入到控制模型和实际生产过程中，从而实现虚拟制造系统的组织、调度与控制策略的优化，以及人工环境下虚拟制造过程中的人机智能

7、交互与协作，达到优化制造过程的目的。其支持技术主要是基于仿真的实时动态调度(对离散制造而言)、基于仿真的最优控制(对连续制造而言)等。其具体实现的工具是虚拟仪器，利用计算机软硬件的强大功能，将传统的各种控制仪表、检测仪表的功能数字化，并灵活地进行各种功能的组合。三、虚拟制造技术的应用1、虚拟制造技术在国内外的应用情况虚拟制造在工业发达国家,如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域,美国处于国际研究的前沿[2]。福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术,大大

8、缩短了产品的发布时间。波音777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期从过去的8年缩短到5年；Chrycler公司与IBM合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。在我国,清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情,