虚拟设计制造技术与现代制造业的应用

　　市场化、信息化是一个现代企业发展的必然趋势，本文结合计算机虚拟制造等新的制造技术的发展趋势，探讨了计算机虚拟制造技术在现代制造业中的应用。

随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益激烈。制造业要在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的TQCS要求，即:要以最短的产品开发周期(Time)、最优质的产品质量(Quality)、最低廉的制造成本(Cost)和最好的技术支持与售后服务(Service)来赢得市场与用户。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性，对市场需求的变化做出快速反应。与此同时，信息技术取得了迅速发展，从而为制造业的信息化发展提供了良好的基础。80年代，随着先进制造技术以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS)的实施，以及随后提出的计算机虚拟制造技术(VMT)，到90年代时，计算机虚拟制造技术得到了极大重视并得到迅速发展。随着市场全球化的进程，信息化制造将成为现代制造企业追求的重要目标之。

一、虚拟制造技术定义

虚拟制造利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的现在对虚拟制造(Virtual Manufactuirng，简称VM)的定义多种多样。

当前一般的定义是:虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等产品制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。它为工程师们提供了从产品概论的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境，使制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到全方位预报的新阶段。

虚拟制造以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为基础，借助于虚拟环境中获取的各种信息，在产品设计或制造系统的建造实现之前，就能使人体验到未来产品装配的性能或者装配系统的状态，从而可以做出预见性的决策与优化实施方案。它集成和综合了可运行制造的环境:包括各种分析工具、仿真工具、应用工具、控制工具、信息模型、设备、组织协同工作的方法等，用来改善从装配产品的概念设计到动态仿真到回收利用的各个阶段。

二、虚拟制造的相关技术和支持

虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，其关键技术主要包括:虚拟环境下的产品主模型技术:主模型是一个核心，能以此为中心通向设计、制造和生产管理等各个环节并为其提供服务。主模型具有统一的数据结构和分布式数据管理系统，它是一个可视化的数字产品模型，具有所代表的对象所具有的各种性能和特征，并能并行地处理设计分析、加工制造、生产组织与调度等各种生产环节所面临的诸多问题。

综合可视化技术:主要包括计算机可视化技术、虚拟现实技术、多媒体技术和仿真技术。现实制造系统与虚拟制造系统之间的映射，虚拟设备、虚拟传感器、虚拟单元、虚拟生产线、虚拟车间、和虚拟工厂的建立，以及各种虚拟设备的重用性和重组性技术。

虚拟制造系统集成开发平台的体系结构、构件库及用户开发环境。

虚拟环境下分布式并行处理的分布式智能协同求解模型。

虚拟公司的组织、调度及控制策略与技术。 虚拟制造技术是多学科综合的系统技术，需要研究开发相应的硬件集成系统与软件，就软件技术而言，相关的研究支持如下:可视化、真实、直观地再现主观产品与客观制造过程。基本环境:增强可视化和其它虚拟制造功能的集成系统。

信息描述:表达各种信息，包括数据、知识和模型的统一的方法、语义、语法。

·中介模型:构造、定义、开发对过程易于中断介人的模型。基层集成组织结构:硬件与软件的基层组织结构。
·仿真模型:在计算机系统中设计的真实系统模型.应用方法:产品多样性与过程动态性的共同特征的抽象提取。
·制造特征:各种材料在虚拟制造环境中的变化过程。虚拟制
·造系统评价:可制造性、工艺性、可靠性、经济性、质量、工期等等。

三、虚拟制造技术在制造业中的应用

虚拟制造技术在制造业中的应用:首先在军事、航空航天、汽车领域中获得成功的应用。例如波音飞机公司777飞机的设计，就是采用虚拟制造技术的典型范例，开发周期从通常的8年减少到5年。设计、装机、测试均在计算机中完成模拟，保证一次试制成功。虚拟制造在汽车领域的应用涉及到汽车的整个生命周期，它可以在汽车生产设备、工装和模具，甚至校车的设计之前，很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。通用电动机车部(General Motors Electro Motive Division,EMD}1997年，利用UGH软件，建成了第一个完全数字化的机车样机模型，并围绕这个数字模型并行地进行产品设计、分析、制造、夹模具工装设计和可维修性设计。日本日产汽车公司1998年与SDRC公司签定总额超过1亿美元的特大合同，购买软件、服务与实施，主要用于面向21世纪的新车型一 数字样车的开发。日产汽车公司计划在贯穿汽车生产的全过程中，利用概念设计支持工具、包