虚拟制造技术及其在制造业中的应用 论文.doc

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1、虚拟制造技术及其在制造业中的应用-■•…白明光【摘要】阐述了虚拟制造的基本概念，虚拟制造的核心技术，以及虚拟制造技术在制造业屮的应用。着重介绍了虚拟金业的特征。【关键词】制造业虚拟制造生产模式虚拟现实当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、信息化和智能化的方向发展，随着这个趋势，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。虚拟制造就是根据金业市场竞争的需求，在强调柔性和快速的前提下，美国80年代提岀的，随着计算机技术和信息网络技术的发展，在90年代得到人们的重视，并获得迅速的发展。1、虚拟制造VM虚拟制造(VM：VirtualManufacturing)是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计

2、算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。它具有建模和仿真环境，使产品从生产过程、工艺计划、调度计划、后勤供应以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制造环境，在真实产品的制造活动Z前，就能预测产品的功能以及制造系统状态，从而可以作出前瞻性的决策和优化实施方案。为了更细致地了解VM的含义，美国在一次专业会议上对3种类型的VM作如下解释［11①以设计为中心的VM,这类VM是将制造信息加入到产品设计和工艺设计中，并在计算机上进行数字化制造，仿真多种制造方案，评估各种生产情景，通过仿真制造来优化产品设计和工艺设计，以便作出正确决策。②以生产为中心的VM,试VM是将仿真能力加到生产计划模型中，以便

3、快捷化评价生产计划，检验工艺流程、资源需求状况以及生产效率，从而优化制造环境和生产供应计划。③以控制为中心的VM,谈VM是将仿真能力加到控制模型屮，提供对实际生产过程的仿真环境，即将机器控制模型用于仿真，其冃标是实际生产中的过程优化，改进制造系统。虚拟制造是一种新的制造技术，它以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。虚拟制造技术涉及面很广，诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成基础结构的体系结构、制造特征数拯集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。其中后3项是虚拟制造的核心技术。1.1建模技术虚拟制造系统VMS(VirtualManufacturi

4、ngSystem)是现实制造系统RMS(RealManufacturingSystem)?k虚拟环境下的映射，是RMS的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。VMS的建模应包括：生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系结构。(1)生产模型可归纳为静态描述和动态描述两个方而。静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。动态描述是指在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产的全过程。(1)产品模型是制造过程中，各类实体对象模型的集合。冃前产品模型描述的信息有产品结构明细表、产品形状特征等静态信息。而对VMS來说，耍使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，所以虚拟制造下的产品模型

5、不再是单一的静态特征模型，它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型。(2)丁艺模型将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来。以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。1.2仿真技术仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。由于仿真是以系统模型为对象的研究方法，而不干扰实际生产系统，同时仿真可以利用计算机的快速运算能力，用很短时间模拟实际生产中需耍很长时间的生产周期，因此可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间

6、的浪费。计算机还可以重复仿真，优化实施方案。仿真的基木步骤为：研究系统->收集数据一建立系统模型->确定仿真算法一建立仿真模型一运行仿真模型->输出结果并分析。产品制造过程仿真，可归纳为制造系统仿真和加工过程仿真。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、设计思维过程和设计交互行为仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错谋。加工过程仿真,包括切削过程仿真、装配过程仿真，检验过程仿真以及焊接、圧力加工、铸造仿真等。冃丽上述两类仿真过程是独立发展起來的，尚不能集成，而VM中应建立面向制造全过程的统一仿真。1.3虚拟现实技术VRT(Virtual

7、RealityTechnology)虚拟现实技术是在为改善人与计算机的交互方式，提高计算机可操作性中产生的，它是综合利用计算机图形系统、齐种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境(称为虚拟环境)屮提供沉浸感觉的技术。由图形系统及各种接口设备组成，用來产生虚拟环境并提供沉浸感觉，以及交互性操作的计算机系统称为虚拟现实系统VRS(VirtualRealitySystem)o虚拟现实系统包