虛擬制造技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用

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1、虛擬制造技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用姓名:學(xué)號(hào)：導(dǎo)師：專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化摘要：闡述了虛擬制造的定義與特點(diǎn)以及虛擬制造技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的關(guān)系，介紹了虛擬制造的分類，重點(diǎn)介紹了虛擬制造技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用和典型的虛擬制造技術(shù)。關(guān)鍵詞：虛擬制造，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，典型虛擬制造技術(shù)一、虛擬制造的定義及特點(diǎn)虛擬制造是20世紀(jì)80年代后期美國(guó)首先提出來(lái)的一種新思想，它是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中的人、物、信息及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造等生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問(wèn)

2、題，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，確保產(chǎn)品一次性開(kāi)發(fā)成功，以達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的目的【1】。虛擬現(xiàn)實(shí)(VR,VirtualReality)技術(shù)【2】是使用感官組織仿真設(shè)備和真實(shí)或虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實(shí),使人能夠憑借直覺(jué)作用于計(jì)算機(jī)從而產(chǎn)生三維仿真模型的虛擬環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬制造(VM,VirtualManufacturing)技術(shù)是在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程進(jìn)行集成,它將與產(chǎn)品制造相

3、關(guān)的各種過(guò)程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過(guò)程的實(shí)體數(shù)字模型之上。虛擬制造強(qiáng)調(diào)虛擬現(xiàn)實(shí)在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程仿真中的應(yīng)用,強(qiáng)調(diào)以一種可視化的直觀的方式增進(jìn)技術(shù)人員對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品或過(guò)程的理解,從而發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題[3]。虛擬制造并不是真實(shí)的制造過(guò)程。它不產(chǎn)生真實(shí)產(chǎn)品，基本不消耗材料和能量，而是利用制造對(duì)象、制造資源和制造過(guò)程的模型來(lái)展現(xiàn)“制造”的本質(zhì)過(guò)程【4】。由于計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用,虛擬制造具有以下幾個(gè)特點(diǎn)[2]:(1)無(wú)須制造實(shí)物樣機(jī)就可以預(yù)測(cè)產(chǎn)品性能,節(jié)約制造成本,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期;(2

4、)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中可以及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)及時(shí)的反饋和更正;(3)以軟件模擬形式進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā);(4)企業(yè)管理模式基于Intranet或Interne,t整個(gè)制造活動(dòng)具有高度的并行性。二、虛擬制造的分類廣義的制造過(guò)程不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工、裝配，還包含了對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的組織與控制。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，可以把虛擬制造劃分為三類:以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造【5】。1、以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造(Design-CenteredVM)。以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造包含產(chǎn)品異地設(shè)計(jì)、產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)

5、汁和產(chǎn)品性能評(píng)價(jià)等內(nèi)容。強(qiáng)調(diào)以統(tǒng)一制造信息模型為基礎(chǔ)，對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品模型進(jìn)行仿真、分析和優(yōu)化，以獲得對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)評(píng)估與性能預(yù)測(cè)結(jié)果，并通過(guò)對(duì)產(chǎn)品建模以及零件和產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)達(dá)到產(chǎn)品零部件及產(chǎn)品整體的優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品裝配、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品可制造的經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行全面分析，從而為用戶提供制造過(guò)程所需要的設(shè)計(jì)信息、制造信息以及修改建議。2、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造(Production-CenteredVM)。以生產(chǎn)為中心的虛擬制造是在企業(yè)資源的約束條件下，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真，對(duì)不同的

6、加工過(guò)程及其組合進(jìn)行優(yōu)化。它對(duì)產(chǎn)品的"可生產(chǎn)性"進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，對(duì)制造資源和環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化組合，通過(guò)提供精確的生產(chǎn)成本信息對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度進(jìn)行合理化決策。它的主要支持技術(shù)為離散事件系統(tǒng)(DEDS)仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和嵌入式仿真技術(shù)，其主要應(yīng)用領(lǐng)域是工廠或產(chǎn)品的物理布局及生產(chǎn)計(jì)劃的編排。3、以控制為中心的虛擬制造(Control-CenteredVM)。以控制為中心的虛擬制造是將仿真技術(shù)加入到控制模型和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，從而實(shí)現(xiàn)虛擬制造系統(tǒng)的組織、調(diào)度與控制策略的優(yōu)化，以及人工環(huán)境下虛擬制造過(guò)程中的人機(jī)智能

7、交互與協(xié)作，達(dá)到優(yōu)化制造過(guò)程的目的。其支持技術(shù)主要是基于仿真的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度(對(duì)離散制造而言)、基于仿真的最優(yōu)控制(對(duì)連續(xù)制造而言)等。其具體實(shí)現(xiàn)的工具是虛擬儀器，利用計(jì)算機(jī)軟硬件的強(qiáng)大功能，將傳統(tǒng)的各種控制儀表、檢測(cè)儀表的功能數(shù)字化，并靈活地進(jìn)行各種功能的組合。三、虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用1、虛擬制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域,美國(guó)處于國(guó)際研究的前沿[2]。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開(kāi)發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù),大大

8、縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時(shí)間。波音777，其整機(jī)設(shè)計(jì)、部件測(cè)試、整機(jī)裝配以及各種環(huán)境下的試飛均是在計(jì)算機(jī)上完成的，其開(kāi)發(fā)周期從過(guò)去的8年縮短到5年；Chrycler公司與IBM合作開(kāi)發(fā)在虛擬制造環(huán)境用于其新型車的研制，在樣車生產(chǎn)之前，即發(fā)現(xiàn)其定位系統(tǒng)及其他許多設(shè)計(jì)有缺陷，從而縮短了研制周期。在我國(guó),清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等科研教學(xué)單位也已經(jīng)開(kāi)展了這一領(lǐng)域的研究工作。當(dāng)前我國(guó)虛擬制造應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國(guó)國(guó)情,