第6章 机械CADCAM技术.pptVIP

6.2.3 虚拟制造 1．虚拟制造的特点 虚拟制造为用户提供了一种在计算机上从事生产规划、制造加工的环境。完善的虚拟制造系统应具有下列特点： (1) 集成性：建模、可视化仿真、生产制造集成规划、企业资源规划、优化评价等多种相关技术集成。 (2) 层次性：建模对象的层次性(工厂、车间、单元、设备；宏观、微观)和用户对象的层次性(使用者、设计者、财务经理、总经理)。 (3) 动态性：在三维、多视角、多信息通道的虚拟环境中，制造系统及过程的仿真可以反映出实时系统运作所具有的动态特性，而不仅是静态信息。 (4) 虚拟的真实性：利用虚拟现实技术，实现真实制造到虚拟制造的映射，达到人机和谐，发挥人的主动性，使人在虚拟环境中可以从事并感受真实制造中的各种活动。 2．虚拟制造的关键技术 虚拟制造的关键技术包括： (1) 建模技术：产品模型(完备的产品模型使产品实施过程中的全部活动融于一体)、工艺模型(包括功能模型、物理和数学模型、统计模型、计算机工艺仿真、制造数据表和制造规则)和生产模型(静态描述和动态描述，从而可预测产品生产的全过程)。 (2) 仿真技术：构造虚拟环境，包括从宏观、微观两个角度进行生产系统、加工过程和加工单元的仿真，甚至物理过程中运动学、动力学、热力学和应力等的仿真，以支持制造全过程。 (3) 可制造性评价：基于规则或基于方案，通过工艺模型和生产系统动态模型，应能精确地预测技术可行性、加工成本、工艺质量和生产周期等。 (4) 系统集成支撑技术：PDM(Product Data Management，产品数据管理)平台、数据库、ERP(Enterprise Resource Planning，企业资源规划)等。 (5) 虚拟现实技术：人机接口、软件技术和虚拟现实计算平台。 3．虚拟制造技术的应用 虚拟制造所能起到的作用已为越来越多的企业所意识到，它能为企业填补产品设计与真实制造之间的鸿沟，精确预测企业(工厂)的运作，如鉴别并纠正潜在的问题，在工厂范围内进行分析、决策和处理“What if”问题等；面向各个层次的使用、设计和管理人员；培训操作工人，提供制定标准的工具，使用户能漫游虚拟环境中，进行各种感官体验。成功的应用实例如：在所有设备订货之前，对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行了分析与比较，使生产线的实施周期缩短了一半。 4．虚拟制造的发展趋势 虚拟制造技术的研究与应用具有巨大的潜力，发展趋势如下： (1) 全方位的数字化制造——提供企业范围仿真集成的解决方案。 (2) 人能够和谐地参与到虚拟制造环境之中。 6.2.4 虚拟现实技术的应用 1．基于虚拟现实技术的产品开发 虚拟现实技术的沉浸性和交互性使得它成为用来设计新产品和开发相应生产线的得力工具。首先考虑一下设计并构造一个新产品原型所需要的时间。在设计过程中，设计师要考虑到产品的各个方面，以满足一定的安全性、人机工程学、易维护性和装配标准。因此，设计过程严格地受生产、时间和费用的限制。虚拟现实技术能完成比CAD更多的功能，CAD通常只考虑产品各个子部件的几何特征和相互间的几何约束。而在虚拟现实技术中，可以将以上提到的多种所需满足的条件集成到设计过程中一并考虑，还能适当减少子部件数目，甚至可以按比例缩放部件尺寸，这大大降低了设计费用和原型构造时间，更进一步地达到产品用户化的目标。 例如，在飞机制造业中，为评测某飞机设计方案的优劣，要建立一系列与真实产品同尺寸的物理模型，并在模型上进行反复修改，要花去大量时间和费用，而在过去这是不可避免的。如今美国波音公司在飞机设计中运用虚拟现实技术完全改变了这种设计方法。波音公司为设计波音777飞机，研制了一个名为“先进计算机图形交互应用系统”的虚拟环境，用虚拟现实技术在此环境中建立一架飞机的三维模型。这样设计师戴上头盔显示器就可以在这驾虚拟飞机中遨游，检查“飞机”的各项性能，同时，还可以检查设备的安装位置是否符合安装要求等等。最终的实际飞机与设计方案相比，偏差小于千分之一寸，机翼和机身的接合一次成功，缩短了数千小时的设计工作量。同样，其它大型、复杂的产品如船舶、潜艇设计等都可以运用虚拟现实技术达到节约设计费用和时间，提高设计成功率的目标。 采用虚拟现实技术设计产品还有以下优点：产品用户化的一个不利效应是增加了模型的变量数目，也就相应地增加了生产的复杂度。虚拟现实技术可在要加工的部位加上纹理和图形信息，这对机械制造起到了很好的向导作用。同样的过程可辅助训练