机械工程发展现状-论文.docVIP

内容： 浅析虚拟制造技术 【关键词】虚拟制造；虚拟现实技术；发展现状；发展趋势；应用 O 引言 当今，全球制造企业之间的竞争越来越激烈，决定企业全球竞争能力的主要指标是产品的开发时间、质量、成本以及相应的服务。为适应市场瞬息多变的要求．减少成本和周期。制造企业将许多新出现的技术引入到设计和制造领域中。其中虚拟制造就是最为突出的一种，它能够在产品设计开发的各个阶段把握产品制造过程的实况，找出各个阶段可能出现的题．有效地协调设计与制造环节的关系，以寻求企业的最优效益。 1 虚拟制造的简要介绍 虚拟制造的定义 由于虚拟制造出现的时间较短．而且对其研究也在不断地深入，所以国际上还没有对虚拟制造作出一个统一的定义。不同的研究人员从不同的角度出发，给出了具体的描述，其中代表性的包括以下几种： 定义一：虚拟制造是这样的一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程，其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及 可制造性的潜在问题进行预测。(G1oria J．Wiens，University of Florida)定义二：虚拟制造是仿真、建模和分析技术以及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。定义三：虚拟制造是一个用于增强各级生产决策与控制的一体化、综合性的制造环境。定义四：虚拟制造是利用虚拟现实技术将各种与制造相关的技术集成起来的研究领域。定义五：虚拟制造是提供“在计算机上制造”的能力。本质上，虚拟制造最终将提供建模与仿真环境。 1．2 虚拟制造的分类 1．2．1 以设计为中心的虚拟制造 它是将制造信息加人到产品设计与工艺设计的过程中，在计算机中生成制造过程原型．对多种制造方案进行仿真，对数字化产品模型 的性能、可制造性、可装配性、成本等要素进行分析。优化产品设计和工艺设计，以期尽早发现产品设计及工艺过程中存在的问题。主要的 支持技术包括特征造型、面向数学的模型设计及加工过程的仿真技术。主要的应用领域包括造型设计、热力学分析、运动学分析、动力学 分析、容差分析和加工过程仿真。 1_2．2 以生产为中心的虚拟制造 它是将仿真能力加入到生产过程中，目的是方便和快捷地评价多种加工过程，检验新工艺流程的可信度、产品的生产效率、投资的需求状况(包括购置新设备、征询盟友等)，从而优化制造环境的配置和生产的供给计划。主要的支持技术包括虚拟现实技术和嵌入式仿真技术，其应用领域包括工厂或产品的物理布局及生产计划的编排。 1．2．3 以控制为中心的虚拟制造 它是将仿真能力加入到设备控制模型中，提供实际生产过程中的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化 控制。主要的支持技术包括对离散制造— —基于仿真的实时动态调度，对连续制造——基于仿真的最优控制。 1．3 虚拟制造的关键技术 虚拟制造涉及的技术领域十分广泛，从软件实现和人机接口来看，虚拟制造的实现在很大程度上取决于虚拟现实技术的发展，这其中包括计算机图形学技术、传感器技术、系统集成技术等。从制造技术的角度看，可将虚拟制造技术的体系分为以下三大主体技术群，即建模技术群、仿真技术群和控制技术群。在虚拟制造技术研讨会上将其进一步细化为13个技术领域和44项技术。 1_3．1 虚拟现实技术 虚拟现实技术作为一项综合技术，集成了计算机图形学、多媒体、人工智能、多传感器、网络、并行处理等技术的必威体育精装版发展成果，利用计算机生成一种模拟环境，通过多种传感设备使用户“投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。 1．3．2 主体技术群 (1)建模技术群 根据虚拟制造模型的层次不同，可将模型分为产品级、车间级和企业级。产品级模型指制造过程中各类实体对象模型的集合。包括产 品模型和工艺模型等：车间级模型包括设备模型、车间布局模型、生产调度模型、制造过程模型、过程监控模型等；企业级模型包括经营决策、生产决策、产品决策，以及决策评价、市场预测、成本分析、效益风 险评估等。 (2)仿真技术群 仿真过程是实际的物理过程在计算机中的实现。并对其进行优化。根据虚拟制造的着重点不同．可将仿真分为产品性能仿真、生产规划仿真、实际制造过程仿真等。仿真结果可以用于生产规划和检验产品的可制造性。 (3)控制技术群 控制技术指建模过程、仿真过程所用到的各种管理、组织与控制的技术和方法。包括模型部件的组织、调度策略及交换技术，仿真过程的工作流程与信息流程控制，成本估计技术。动态分布式协作模型的集成技术冲突求解及基于仿真的推理技术模型及仿真结果的验证和确认技术。面向产品开发过程的组织与管理等问题的研究等。 1．4 虚拟制造技术的发展现状 虚拟制造技术在工业发达国家。如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。近几年来．虚拟制造技术也引起我国科技工作人员的关注。据不完全统计，目前全国已有34家科研机构、高等