淺談虛擬制造技術(shù)及發(fā)展應(yīng)用論文

　　虛擬制造技術(shù)是在 CAD／CAM／CAE技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。一方面，CAD／CAM／CAE技術(shù)為虛擬制造的實(shí)現(xiàn)提供了較為成熟的技術(shù)基礎(chǔ)，如建模技術(shù)、分析優(yōu)化技術(shù)、制造過程仿真技術(shù) 、分析評價技術(shù)、設(shè)計(jì)分析評價技術(shù)和產(chǎn)品信息集成 、轉(zhuǎn)換 、共享技術(shù)等。特別是特征建模技術(shù)在虛擬制造技術(shù)中占有極為重要的地位。另一方面，虛擬制造技術(shù)超越了CAD／CAM／CAE技術(shù)，CAD／CAM／CAE技術(shù)主要考慮產(chǎn)品本身信息的集成與建模，而虛擬制造技術(shù)還要考慮加工過程的建模等問題。

　　1． 虛擬制造技術(shù)的基本概念

　　虛擬制造技術(shù)VMT（Virtual Manufacturing Technology）是20世紀(jì)80年代后期提出并得到迅速發(fā)展的一個新思想。它是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上對產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、使用等整個生命周期進(jìn)行模擬和仿真。采用虛擬制造技術(shù)，可以在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段就模擬出產(chǎn)品及其性能和制造過程，以此來優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過程，優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃，使產(chǎn)品的開發(fā)周期和成本最小化。

　　2. 虛擬制造技術(shù)的主要特點(diǎn)：

　　2．1 運(yùn)用信息技術(shù)對制造系統(tǒng)的要素進(jìn)行全面仿真和高度集成

　　通過產(chǎn)品模型、過程模型和資源模型的組合與匹配來仿真特定制造系統(tǒng)中的設(shè)備布置、生產(chǎn)活動 、經(jīng)營活動等行為， 優(yōu)化制造系統(tǒng)各要素(人、技術(shù)、管理 、環(huán)境等)的整體配置．從而確保制造系統(tǒng)的可行性 、合理性 、經(jīng)濟(jì)性和高適應(yīng),為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣大的空間，同時也推動了相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

　　2．2 人與虛擬制造環(huán)境交互的自然化

　　虛擬制造環(huán)境是以人為中心，使研究者能夠沉浸到由模型創(chuàng)建的虛擬環(huán)境中去，通過多種感知渠道直接感受不同媒體映射的模型運(yùn)行信息，并利用人本身的智能進(jìn)行信息融合，產(chǎn)生綜合映射，從而深刻把握事物的內(nèi)在實(shí)質(zhì)。人與虛擬制造環(huán)境的交互有利于加深人們對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識和理解，有利于對其進(jìn)行理論升華，更好地指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。也有利于對生產(chǎn)人員進(jìn)行模擬操作訓(xùn)練、異常工藝的應(yīng)急處理等，加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。

　　3 虛擬制造技術(shù)的研究內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)

　　3. 1 虛擬制造技術(shù)的研究內(nèi)容

　　由于虛擬制造涉及的技術(shù)領(lǐng)域極其廣泛，并且許多技術(shù)并非虛擬制造所特有，有些技術(shù)在其它領(lǐng)域也早有研究和應(yīng)用，如 CAD／CAM／CAE技術(shù)為虛擬制造的實(shí)現(xiàn)提供了較為成熟的技術(shù)基礎(chǔ)，多媒體遠(yuǎn)程通訊 、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息集成 、三維實(shí)體建模技術(shù)等計(jì)算機(jī)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，為虛擬制造功能的實(shí)現(xiàn)提供了有力支撐。近年來，虛擬制造無論在基礎(chǔ)研究 ，還是技術(shù)開發(fā)方面都取得了很大的進(jìn)步，信息集成技術(shù)在虛擬制造中也得到了廣泛的應(yīng)用。但是虛擬制造技術(shù)并不是已有各單項(xiàng)技術(shù)的簡單組合，而是對制造知識進(jìn)行系統(tǒng)化組織，對工程對象和制造活動進(jìn)行全面建模，在相關(guān)理論和已積累知識的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集成。

　　就目前的研究情況來看，虛擬制造技術(shù)針對產(chǎn)品生產(chǎn)與制造過程的擬實(shí)仿真、制造企業(yè)活動知識抽取、系統(tǒng)過程評價的中斷介入等，這需要有高計(jì)算能力 、高速度、低成本的硬件和軟件的支撐，而目前軟件的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于硬件 ，虛擬制造技術(shù)要真正成為現(xiàn)代制造技術(shù)利器，還有許多相關(guān)技術(shù)有待研究和開發(fā)，虛擬制造技術(shù)的研究與應(yīng)用有著巨大的潛力。

　　3．2 虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)

　　虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)可分為軟硬兩個方面。目前，這些技術(shù)仍處于發(fā)展完善之中，相比之下，軟件方面的開發(fā)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于硬件。

　　軟件方面的關(guān)鍵技術(shù)，包括制造系統(tǒng)建模 、產(chǎn)品開發(fā)和制造過程仿真以及可制造性評價等。軟件技術(shù)是創(chuàng)建高度交互的、實(shí)時的、逼真的虛擬環(huán)境所需的關(guān)鍵技術(shù)。在進(jìn)行軟件開發(fā)時，要考慮虛擬環(huán)境的建模以及所建環(huán)境的可交互 性、可漫游性等。

　　軟件方面涉及的主要技術(shù)有可視化技術(shù)，即將各種信息以一種有意義 、可理解的虛擬方式顯示給用戶；環(huán)境構(gòu)造技術(shù)開發(fā)，即一種像通用操作系統(tǒng)那樣的環(huán)境，以便促進(jìn)可視化和其它VM功能；信息描述技術(shù)，即采用不同的方法、不同的語義或語法表達(dá)不 同的信息，集成結(jié)構(gòu)技術(shù)，建立硬件和軟件技術(shù)；仿真技術(shù)，在計(jì)算機(jī)中設(shè)計(jì)制作實(shí)時系統(tǒng)模擬的過程；方法論，找出用于開發(fā)和使用VMS 的方法；制造的特征化技術(shù)。獲取、測量和分析影響制造過程中材料去處的變量；VMS 的實(shí)施、測量和檢驗(yàn)技術(shù)；在VM 環(huán)境下的人——機(jī)、人——人等關(guān)于人機(jī)工程學(xué)方面的評價和優(yōu)化技術(shù)。

　　硬件方面涉及的主要技術(shù)有輸入／輸出設(shè)備，如頭盔式立體顯示器（HMD ) ，適用的計(jì)算機(jī)屏幕、可視化眼鏡，數(shù)據(jù)手套、三維鼠標(biāo)、數(shù)據(jù)衣服、虛擬音響設(shè)備；與輸入／輸出有關(guān)的存儲信息設(shè)備；能支持各種設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲和高速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，該系統(tǒng)應(yīng)具有按用戶需求實(shí)時提供高質(zhì)量畫面的能力；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)備和不同站點(diǎn)的硬件設(shè)備（如小型機(jī)、圖形工作站、PC 機(jī)等）。

　　通過軟硬技術(shù)的結(jié)合，建立虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算平臺，在VRS 中綜合處理各種輸人信息并產(chǎn)生作用于用戶的交互性輸出結(jié)果的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　4. 結(jié)束語

　　虛擬制造技術(shù)是一門新興的先進(jìn)制造技術(shù)，本文從虛擬制造的特點(diǎn)、虛擬制造的研究內(nèi)容以及幾個關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，對虛擬制造的研究現(xiàn)狀、存在問題和研究方向進(jìn)行了綜述和評議�？梢钥闯�，盡管近年來國內(nèi)外取得了一定的研究成果，但還有許多難題需要進(jìn)行進(jìn)一步深人的研究，特別是制造系統(tǒng)建模和仿真以及面向虛擬產(chǎn)品開發(fā)全過程的集成系統(tǒng)等有待研究和開發(fā)，相信通過全世界虛擬制造研究人員的努力，數(shù)字化制造的時代一定會到來。

　　參考文獻(xiàn):

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