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數(shù)字化虛擬制造在制造業(yè)的應用
（作者未知） 數(shù)字化虛擬制造技術是用三維的動態(tài)仿真模型模擬產品設計、制造、仿真、優(yōu)化、測試、工藝、分析等相關過程。概括簡介了虛擬制造技術及其在產品制造和數(shù)字化工廠兩個方面的應用。
1、虛擬制造VM
虛擬制造是指利用信息技術，三維仿真技術，計算機技術對制造知識進行系統(tǒng)化組織與分析，對整個制造過程建模，在計算機上進行設計評估和制造活動仿真，強調用虛擬制造模型描述制造全過程，在實際的物理制造之前就具有了對產品性能及其可制造性的預測能力。
虛擬制造技術涉及面很廣，如環(huán)境構成技術、過程特征抽取、元模型、集成基礎結構的體系結構、制造特征數(shù)據集成、多學科交叉功能、決策支持工具、接口技術、虛擬現(xiàn)實技術、建模與仿真技術等。其中后3項是虛擬制造的核心技術。
1.1建模技術
虛擬制造系統(tǒng)VMS是現(xiàn)實制造系統(tǒng)RMS在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。VMS的建模包括生產模型、產品模型和工藝模型。
(1)生產模數(shù)字化虛擬制造技術是用三維的動態(tài)仿真模型模擬產品設計、制造、仿真、優(yōu)化、測試、工藝、分析等相關過程。概括簡介了虛擬制造技術及其在產品制造和數(shù)字化工廠兩個方面的應用。
1、虛擬制造VM
虛擬制造是指利用信息技術，三維仿真技術，計算機技術對制造知識進行系統(tǒng)化組織與分析，對整個制造過程建模，在計算機上進行設計評估和制造活動仿真，強調用虛擬制造模型描述制造全過程，在實際的物理制造之前就具有了對產品性能及其可制造性的預測能力。
虛擬制造技術涉及面很廣，如環(huán)境構成技術、過程特征抽取、元模型、集成基礎結構的體系結構、制造特征數(shù)據集成、多學科交叉功能、決策支持工具、接口技術、虛擬現(xiàn)實技術、建模與仿真技術等。其中后3項是虛擬制造的核心技術。
1.1建模技術
虛擬制造系統(tǒng)VMS是現(xiàn)實制造系統(tǒng)RMS在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。型。可歸納為靜態(tài)描述和動態(tài)描述兩個方面。靜態(tài)描述是指系統(tǒng)生產能力和生產特性的描述。動態(tài)描述是指在已知系統(tǒng)狀態(tài)。
(2)產品模型。產品模型是制造過程中，各類實體對象模型的集合。目前產品模型描述的信息有產品結構、產品形狀特征等靜態(tài)信息。而對VMS來說，要使產品實施過程中的全部活動集成，就必須具有完備的產品模型，所以虛擬制造下的產品模型不再是單一的靜態(tài)特征模型，它能通過映射、抽象等方法提取產品實施中各活動所需的模型，包括三維動態(tài)模型，干涉檢查，應力分析等。
(3)工藝模型。將工藝參數(shù)與影響制造功能的產品設計屬性聯(lián)系起來，以反應生產模型與產品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能：計算機工藝仿真、制造數(shù)據表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計模型以及物理和數(shù)學模型。
1.2仿真技術
仿真就是應用計算機對復雜的現(xiàn)實系統(tǒng)經過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎上運行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。由于仿真是以系統(tǒng)模型為對象的研究方法，不會干擾實際生產系統(tǒng)，同時利用計算機的快速運算能力，仿真可以用很短時間模擬實際生產中需要很長時間的生產周期，因而可以縮短決策時間，避免資金、人力和時間的浪費，并可重復仿真，優(yōu)化實施方案。
仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)一收集數(shù)據、建立系統(tǒng)模型一確定仿真算法、建立仿真模型、運行仿真模型輸出結果并分析。
產品制造過程仿真，可歸納為制造系統(tǒng)仿真和加工過程仿真。虛擬制造系統(tǒng)中的產品開發(fā)涉及到產品建模仿真、設計過程規(guī)劃仿真、設計思維過程和設計交互行為仿真等，以便對設計結果進行評價，實現(xiàn)設計過程早期反饋，減少或避免產品設計錯誤。
加工過程仿真，包括切削過程仿真、裝配過程仿真、檢驗過程仿真以及焊接、壓力加工、鑄造仿真等。
1.3虛擬現(xiàn)實技術VRT
虛擬現(xiàn)實技術是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設備，在計算機上生成可交互的三維環(huán)境(稱為虛擬環(huán)境)中提供沉浸感覺的技術。虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)包括操作者、機器和人機接口3個基本要素。利用VRS可以對真實世界進行動態(tài)模擬，通過用戶的交互輸人，并及時按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現(xiàn)實技術是VM的關鍵技術之一。
2、數(shù)字化虛擬制造在制造業(yè)中應用
數(shù)字化虛擬制造技術首先在飛機、汽車等工業(yè)領域獲得了成功的應用。目前，虛擬制造技術的應用主要在以下幾個方面。
2.1虛擬產品制造
應用計算機仿真技術，對零件的加工方法、工序順序、工裝的選用、工藝參數(shù)的選用，加工工藝性、裝配工藝性、配合件之間的配合性、連接件之間的連接性、運動構件的運動性等均可建模仿真。建立數(shù)字化虛擬樣機是一種嶄新的設計模式和管理體系。
虛擬樣機是基于三維CAD的產物。三維CAD系統(tǒng)是造型工具，能支持“自頂向下”和“自底向上”等設計方法，完成結構分析、裝配仿真及運動仿真等復雜設計過程，使設計更加符合實際設計過程。三維造型系統(tǒng)能方便地與CAE系統(tǒng)集成，進行仿真分析;能提供數(shù)控加工所需的信息，如NC代碼，實現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM的集成。一個完整的虛擬樣機應包含如下的內容：
(1)零部件的三維CAD模型及各級裝配體，三維模型應參數(shù)化、適合于變形設計和部件模塊化；
(2)與三維CAD模型相關聯(lián)的二維工程圖；
(3)三維裝配體適合運動結構分析、有限元分析、優(yōu)化設計分析；
(4)形成基于三維CAD的PDM結構體系；
(5)從虛擬樣機制作過程中摸索出定制產品的開發(fā)模式及所遵循的規(guī)律；
(6)三維整機的檢測與試驗。
以SolidEdge’Solidworks,UG等為設計平臺，建立全參數(shù)化三維實體模型。在此基礎上，對關鍵零、件進行有限元分析以及對整機或部件的運動模擬。通過數(shù)字化虛擬樣機的建立、實施，幫助企業(yè)建立起一套基于三維CAD的產品開發(fā)體系，實現(xiàn)設計模式的轉變，加快產品推向市場的周期。
2.2虛擬企業(yè)
虛擬企業(yè)是目前國際上一種先進的產品制造方式，采用的是“兩頭在內，中間在外”啞鈴型生產經營模式，即產品研究、開發(fā)、設計和組裝、調試、銷售兩頭在公司內部進行，而中間的機械加工部分則通過外協(xié)、外購方式進行。
虛擬企業(yè)的特征是：企業(yè)地域分散化。虛擬企業(yè)從用戶訂貨、產品設計、零部件制造，以及總成裝配、銷售、經營管理都可以分別由處在不同地域的企業(yè)，按契約互惠互利聯(lián)作，進行異地設計、異地制造、異地經營管理。因為虛擬企業(yè)是動態(tài)聯(lián)盟形式，突破了企業(yè)的有形界限，利用外部資源加速實現(xiàn)企業(yè)的市場目標。企業(yè)信息共享化是構成虛擬企業(yè)的基本條件之一，企業(yè)伙伴之間通過互聯(lián)網及時溝通信息，包括產品設計、制造、銷售、管理等信息，這些信息是以數(shù)據形式表示，能夠分布到不同的計算機環(huán)境中，以實現(xiàn)信息資源共享，保證虛擬企業(yè)各部門步調高度協(xié)調，在市場波動條件下，確保企業(yè)最大整體利益。
虛擬企業(yè)的主要基礎是:建立在先進制造技術基礎上的企業(yè)柔性化；在計算機上制造數(shù)字化產品，從概念設計到最終實現(xiàn)產品整個過程的虛擬制造；計算機網絡技術。這3項內容是構成虛擬企業(yè)不可缺少的必要條件。
3、結論
虛擬制造技術有巨大的應用潛力�；诋a品的數(shù)字化模型，實現(xiàn)了從產品的設計、加工、制造到檢驗全過程的動態(tài)模擬。虛擬制造的關鍵技術是對產品與制造過程的擬實仿真。目前軟件的開發(fā)是虛擬制造的重要研究內容。
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