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虚拟制造模拟仿真技术的内涵及作用
2010年12月4日    评论:    分享:

     来源:第三维度
     作者:未知

      概要:文章分析了虚拟制造技术的内涵及特点,发达国家虚拟制造技术的发展和应用,并从我国国情出发提出了发展虚拟制造技术的具休建议。

      1 虚拟制造技术的内涵及其特点
 
      1.1 虚拟制造技术的内函

      虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质实现,即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在计算机上实现产品开发、制造以及管理与控制等制造的本质过程,以增强制造过程各级的决策与控制能力.虚拟制造作为信息时代制造技术的重要标志它是不断吸收信息技术和管理科学的成果而发展起来的,这里的"制造"是一种广义的概念,即一切与产品相关的活动和过程,亦称之为"大制造",这是相对于传统的狭义制造而言的."虚拟"的含义则是这种制造虽然不是真实的、物化的,但却是本质上的,也就是在计算机上实现制造的本质内容.虚拟制造不是一成不变的技术,而是一个不断吸收各种高新技术而不断丰富其内涵的动态技术系统,它通过计算机虚拟环境和模型来模拟生产场景和预估产品功能、性能及可加工性等方面可能存在的问题,从而提高人们的预测和决策水平,它为工程师提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互环境,使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地,发展到了全方位预报的新阶段,不是原有单项制造仿真技术的简单组合,而是在相关理论和已积累知识的基础上对制造知识进行系统化组织,对工程对象和制造活动进行全面建模,在建立真实制造系统前,采用计算机仿真来评估设计与制造活动以消除设计中的不合理部分.虚拟制造的实质是在产品制造过程的上游- 设计阶段就对产品制造的全过程虚拟集成,将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段,通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功.
 
      虚拟制造技术涉及多个技术领域,包括仿真技术、计算机图形学、可视化技术、多媒体技术和虚拟原型技术.虚拟制造技术通过对这些技术的综合应用来实现其特有的功能.
 
      (1)仿真技术.仿真技术依靠虚拟技术来模拟产品制造、生产和装配过程,使设计者可以在计算机中"制造"产品.仿真技术让使用者接受到与现实情况相同的信息,给人一种身临其境的感觉.系统提供人机实时交互操作、三维视觉空间和多通道的人机界面,可使人真实感觉到计算机系统创造的环境.(2)计算机图形学(VM).仿真技术的发展,依靠计算机图形学来建立计算机内的数字化模型,可以表达三维立体数据,像实物一样可视、可动.VM与单纯的计算机图形学相比,更强调用户感知方式的多样性,使用户能够更直接地感知模型的物理特性,从定性和定量的综合环境中得到感性和理性的认识.(3)可视化技术.它可以将信号转换为图形或图像,可使观察者直观地观察其模拟与计算,从而丰富科学发现的过程.(4)多媒体技术 它是以计算机为核心的集图、文、声、像处理技术于一体的综合性处理技术.多媒体技术虽然强调多种信息通道,但其感知范围不如 VM广泛,不强调人机的交互性.(5)虚拟原型技术它是相对于物理原型提出的概念,是具有一定功能的基于计算机的仿真系统.如果虚拟原型通过模拟工艺计划来构造,便是用 VM来产生虚拟模型,因此,虚拟原型技术的发展将增强 VM 的能力每一类虚拟制造系统都是各种技术的综合应用,其中仿真技术是基础由此可见,虚拟制造技术就是在计算机上利用仿真技术生产出"虚拟产品",它是一个跨学科的综合科目,涉及仿真、可视化、虚拟现实、数据继承、优化等领域.
 
      1.2 虚拟制造技术的特
 
      虚拟制造与实际制造相比、有如下特点:
 
      (1)虚拟经营和管理 作为虚拟制造的一个主要贡献- 虚拟企业,使制造业在世界范围内的重组与集成成为可能,应用虚拟经营和虚拟管理,充分借助于企业外部力量,运用自身最强的优势和有限资源最大限度地提高企业的竞争力。
 
      (2)高度集成.产品与制造环境均利用仿真技术在计算机上形成虚拟模型,在设计过程中,可用计算机对其进行产品设计、制造、测试,设计人员和用户甚至可以"进人"虚拟环境对模型的设计、加工、装配、性能进行检测,而不依赖于传统的原型样机的反复修改.因此,它易于综合运用系统工程、知识工程、并行工程和人 一机工程等多学科先进技术 ,实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人机集成 。
 
      (3)高效灵活.开发的产品(部件)可存放在计算机里,不但大大节省仓储费用,更能根据市场变化或用户需求随时对模型进行修改,快速投入生产,缩短设计开发时间,节约设计成本,提高产品从设计、制造到销售全过程的效率,增强企业的竞争力。
 
      (4)高度合作.可通过互联网将世界各地的专业人员结合起来,同时在同一个模型上工作,互相交流、资源共享,以避免重复研究带来的损失,发挥各自特长,实现异地设计,异地制造,将制造业信息化与知识化融为一体,使产品开发以高效、快捷、低耗响应市场变化。
 
      (5)设计柔性.如果产品设计过程中出现变故,可以将资料存人电脑,等时机成熟再进行开发,从而提高设计过程的柔性。
 
      2 发展虚拟制造技术的意义

 
      虚拟制造可以对实际的制造活动以及想像中的制造活动进行仿真,但它不消耗现实资源和能量,所进行的过程完全是虚拟过程,所生产的产品完全是数字产品.虚拟制造技术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响。(1)可加深人们对生产过程中制造系统的认识和理解,有利于对其进行理论升华,更好地指导实际生产,从而推动生产力的发展.
 
      (2)虚拟制造技术的应用将会加快企业人才的培养速度 我们知道模拟驾驶对驾驶员、飞行员的培养起到了良好的作用,虚拟制造也会产生这样的作用.例如:可以对生产人员进行操作训练及异常工艺的应急处理等.
 
      (3)在虚拟制造与现实制造的相互影响和作用过程中,可以改进企业的组织管理工作,这样对正确决策有不可估量的影响.例如:可以对生产计划、交货期、生产产量等做出预测,及时发现问题等.
 

标签:制造仿真
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