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(lái)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(guò)程仿真技術(shù) 、分析評(píng)價(jià)技術(shù)、設(shè)計(jì)分析評(píng)價(jià)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(guò)程的建模等問(wèn)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(gè)新思想。它是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過(guò)程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工和裝配、檢驗(yàn)、使用等整個(gè)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(guò)程，以此來(lái)優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和制造過(guò)程，優(yōu)化生產(chǎn)管理和資源規(guī)劃，使產(chǎn)品的開(kāi)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(duì)制造系統(tǒng)的要素進(jìn)行全面仿真和高度集成
通過(guò)產(chǎn)品模型、過(guò)程模型和資源模型的組合與匹配來(lái)仿真特定制造系統(tǒng)中的設(shè)備布置、生產(chǎn)活動(dòng) 、經(jīng)營(yíng)活動(dòng)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(shí)也推動(dòng)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(guò)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)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(duì)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?jī)?nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)
3. 1 虛擬制造技術(shù)的研究?jī)?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(lái)，虛擬制造無(wú)論在基礎(chǔ)研究 ，還是技術(shù)開(kāi)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(jiǎn)單組合，而是對(duì)制造知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)化組織，對(duì)工程對(duì)象和制造活動(dòng)進(jìn)行全面建模，在相關(guān)理論和已積累知識(shí)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集成。
就目前的研究情況來(lái)看，虛擬制造技術(shù)針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)與制造過(guò)程的擬實(shí)仿真、制造企業(yè)活動(dòng)知識(shí)抽取、系統(tǒng)過(guò)程評(píng)價(jià)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(kāi)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(gè)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(kāi)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(kāi)發(fā)和制造過(guò)程仿真以及可制造性評(píng)價(jià)等。軟件技術(shù)是創(chuàng)建高度交互的、實(shí)時(shí)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(kāi)發(fā)時(shí)，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(kāi)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(yǔ)義或語(yǔ)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(shí)系統(tǒng)模擬的過(guò)程；方法論，找出用于開(kāi)發(fā)和使用VMS 的方法；制造的特征化技術(shù)。獲取、測(cè)量和分析影響制造過(guò)程中材料去處的變量；VMS 的實(shí)施、測(cè)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(píng)價(jià)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(chǔ)信息設(shè)備；能支持各種設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shí)提供高質(zhì)量畫(huà)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(guò)軟硬技術(shù)的結(jié)合，建立虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算平臺(tái)，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(yǔ)
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?jī)?nèi)容以及幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，對(duì)虛擬制造的研究現(xiàn)狀、存在問(wèn)題和研究方向進(jìn)行了綜述和評(píng)議。可以看出，盡管近年來(lái)國(guó)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(kāi)發(fā)全過(guò)程的集成系統(tǒng)等有待研究和開(kāi)發(fā)，相信通過(guò)全世界虛擬制造研究人員的努力，數(shù)字化制造的時(shí)代一定會(huì)到來(lái)。
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