虚拟制造技术及应用
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虚 拟 制 造 技 术及 应 用
杨 丽 媛
（ 乐 山职 业技 术学 院 四川 ・乐山 ６ １ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要 随着经济的全 球化和社会 的信息化 ， 市场 竞争 目益激烈， 顾客需求 日趋多样 化。 为 了适应变化迅速 的市场需
求， 提 高 竞争 力 ， 现代 的制 造 企 业 必须 解 决 Ｔ Ｑ Ｃ Ｓ 难题 ， 即 以最 快 的上 市速 度 （ Ｔ ＿ 一 Ｔ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ） ， 最好 的质量（ Ｑ —— Ｑｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ｙ ） ， 最 低 的 成本 （ Ｃ ——Ｃ ｏ ｓ ｔ ） ， 最 优 的服 务 （ Ｓ —— Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ） ， 来 满足 不 同顾 客 的需 求 。 关键 词 虚 拟 制 造 技 术 信 息 化 文 献标 识 码 ： Ａ
许 多新 出现的 技术 引 入 到 设计 和制 造 领 域 中来 ， 为此 产生 了许 用户 显 示 不 同 信 息 。（ ２ ） 环境构造技术： 开发 一 种 像通 用 操 作
多新的制造技术和制造系统， 如柔性制造系统（ Ｆ ＭＳ ） 、 计算机集 系统那样 的环境， 以便于促进可视化和其它 ＶＭ功 能。（ ３ ） 信 成制造系统（ Ｃ ｌ ＭＳ ） 等。然而 ， 这些系统仍然存在着一些 问题 ，
现在对虚拟制造（ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ， 简称． Ｖ Ｍ） 的定义 种 设 备 、 数据 存 储 和 高速 运 算 的 计算 机 系统 ， 该 系 统应 具 有 按
多种多样， 美 国 佛 罗里 达 大 学 Ｇｌ ｏ ｒ ｉ ａ Ｊ ． Ｗｉ ｅ ｎ ｓ 对 虚 拟 制造 的定 用户需求 ， 实时提供高质量画面的能力。 （ ４ ） 网络结构 设备和
汁算机网络和虚拟现实等先进技术 的出现 ， 虚拟制造技术应运 而 生， 它的诞生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果，
是各 种 现 代制 造 技 术 与 系统 发 展 的 必 然趋 势 。 １ 虚 拟 制 造技 术 定 义
３ ． ２硬 件 的 有 关技 术 （ １ ） 输 入 输 出设 备 ： 如 头 盔 式 立 体 显 示 器（ Ｈ ＭＤ ） ， 适 用 的 汁算 机 屏 幕 、可视 化 眼 镜 ， 数 据 手套 、 三 维 鼠标 、 数据 衣 、 游 戏 棒 等 。（ ２ ） 与 输 入 和输 出有 关 的存 储 信 息 设 备 。 （ ３ ） 能 支 持 各
１ ９ ９ ７年 ， 利用 Ｕ ＧＩ Ｉ 软件， 建 成 了第 一 个 完 全数 字 化 的 机 车样
对虚拟制造技术 的研究正处于不 断的深入 、 细化之中， 因此对 ｔ ｕ ａ ｌ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ； 虚拟制造在汽车生产设备 、 工装和模具， 甚至 校 车
当前 一般 的 定义 是 ：虚 拟 制 造 是 实 际 制造 过 程 在 计 算 机 电动 机 车 部 （ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ Ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ｅ ＭＤ ） 上 的映 射 ， Ｊ 采 用 计算： 机仿真与虚拟现实技术， 在 高 性 能 计 机 及 高 速 网络 的支 持 下 ， 在 汁算 机 上 群 组 协 同工 作 ， 实现 产 品 机 模 型 ， 并 围绕 这 个 数 字 模 型 并 行 地进 行 产 品设 计 、 分析、 制 设 计、 工 艺规 划 、 加工制造、 性能分析、 质 量检 验 ， 以及企 业 各 造 、夹模 具 工装 设 计和 可 维 修 性 设 计 。欧 洲 空 中客 车 采 用 虚 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 拟制造及仿真技术 ， 把空中客车试制周期从 ４ 年缩短为 ２ ． ５ 年， 程 各 级 的 决策 与 控 制 能 力 。
息 描述 技 术 ： 采 用 不 同 的方 法 、 不 同的 语义 或 语 法表 达 不 同 的 如： 系 统投 资较 大 、 周 期 较长 ， 开发一个新产品， 无 法在 投 入 大 信 息 。 （ ４ ） 集成结构技术： 定义 、 开 发 和 建立 位 于 模 型 交互 基 量 人 力 和 经 费之 前 就 确 定 其 开 发 价值 和 对 投 产 后所 取 得 的效 础上的模 型。（ ５ ） 仿真技术：在计算机中，设计一个实时系统
３ ． １ 软 件 的关 键 技 术
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈｌ ６ ６
为适 应市 场瞬 息万 变 的要 求 ， 多 品种 小 批量 的生 产成 为 主 导 生 产形 式 ， 并 且为 了减 少 成 本和 周 期 ， 各 制造 企业 不 得 不将
（ １ ） 可视 化 技 术 ： 以一种 易 理 解 的 、有 意 义 的虚 拟 方 式 向
计能力及生产决策与控制 能力 着眼于手段和环境 。目前 ，
其 的定 义 也 是在 不 断 的完 善 。
建模 和 仿 真技 术 的研 究 ， 并 开 发 出 了虚 拟 工厂 的 构造 环 境 Ｖ ｉ ｒ ． 的 设 计 之前 ， 对工艺过程进行建模、 修改 、 分析 及 优 化 。通 用
益及风险进行确实有效的评估 ： 不能在产品设 汁开发和各个阶 模拟的过程 。 （ ６ ） 方 法论 ： 找出用于开发和使用 Ｖ ＭＳ 的方法。
７ ） 制造的特征化技术： 获取 、测 量 和 分 析 影 响制 造 过 程 中材 段把握产 品制造过程各个阶段的实况， 不能确实有效地协调 设 （ 计与 制 造 各阶 段 的 关系 ， 以 寻 求企 业 整 体 全 局最 优 效 益 。 随 着 料 去 除 的 变量 。 （ ８ ） Ｖ ＭＳ的检 验 、 测试技术。
的潜在问题进行预测 ， 即着眼于结果； 而美国空军 Ｗｒ ｉ ｇ ｈ ｔ 实验
在欧洲 ，许多大学和研 究机构通过相互问的合作并联合
室和马里兰大学 Ｅ ｄ ｗａ ｒ ｄ Ｌ ｉ ｎ的定义则侧重于虚拟制造的仿 企业进行虚拟制造技术的研究工作。在 日本 ，已Fra Baidu bibliotek形成 了以
真、 建 模 与 分 析 技术 和 工 具 的 综 合 应用 ， 以增 强 各层 的制 造 设 大 阪 大学 为 中心 的 研 究 开 发 力 量 ，主 要进 行 虚 拟 制造 系统 的
义侧重于虚拟制造与实际制造过 程的相似性 ，认为虚拟 制造 不 同站 点 的 硬 件 设备 （ 小型 机 ， Ｕ ＮＩ ＸＶ Ａ Ｘ 工作站、 微机 等 ） 和
光纤、 导线等） 。 与实际制造一样 ， 只不过是在 计箅机上执行制造的全过程 ， 其 连接 硬 件 （ 中虚 拟 模型 是 在 实 际 制 造 之 前 ，用 于对 产 品 的功 能 及 可 制造 ４虚 拟 制 造 技 术 在 制 造业 中 的应 用
杨 丽 媛
（ 乐 山职 业技 术学 院 四川 ・乐山 ６ １ ４ ０ ０ ０ ）
摘 要 随着经济的全 球化和社会 的信息化 ， 市场 竞争 目益激烈， 顾客需求 日趋多样 化。 为 了适应变化迅速 的市场需
求， 提 高 竞争 力 ， 现代 的制 造 企 业 必须 解 决 Ｔ Ｑ Ｃ Ｓ 难题 ， 即 以最 快 的上 市速 度 （ Ｔ ＿ 一 Ｔ ｉ ｍｅ ｔ ｏ ｍａ ｒ ｋ ｅ ｔ ） ， 最好 的质量（ Ｑ —— Ｑｕ ａ ｎ ｔ ｉ ｔ ｙ ） ， 最 低 的 成本 （ Ｃ ——Ｃ ｏ ｓ ｔ ） ， 最 优 的服 务 （ Ｓ —— Ｓ ｅ ｒ ｖ ｉ ｃ ｅ ） ， 来 满足 不 同顾 客 的需 求 。 关键 词 虚 拟 制 造 技 术 信 息 化 文 献标 识 码 ： Ａ
许 多新 出现的 技术 引 入 到 设计 和制 造 领 域 中来 ， 为此 产生 了许 用户 显 示 不 同 信 息 。（ ２ ） 环境构造技术： 开发 一 种 像通 用 操 作
多新的制造技术和制造系统， 如柔性制造系统（ Ｆ ＭＳ ） 、 计算机集 系统那样 的环境， 以便于促进可视化和其它 ＶＭ功 能。（ ３ ） 信 成制造系统（ Ｃ ｌ ＭＳ ） 等。然而 ， 这些系统仍然存在着一些 问题 ，
现在对虚拟制造（ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ， 简称． Ｖ Ｍ） 的定义 种 设 备 、 数据 存 储 和 高速 运 算 的 计算 机 系统 ， 该 系 统应 具 有 按
多种多样， 美 国 佛 罗里 达 大 学 Ｇｌ ｏ ｒ ｉ ａ Ｊ ． Ｗｉ ｅ ｎ ｓ 对 虚 拟 制造 的定 用户需求 ， 实时提供高质量画面的能力。 （ ４ ） 网络结构 设备和
汁算机网络和虚拟现实等先进技术 的出现 ， 虚拟制造技术应运 而 生， 它的诞生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果，
是各 种 现 代制 造 技 术 与 系统 发 展 的 必 然趋 势 。 １ 虚 拟 制 造技 术 定 义
３ ． ２硬 件 的 有 关技 术 （ １ ） 输 入 输 出设 备 ： 如 头 盔 式 立 体 显 示 器（ Ｈ ＭＤ ） ， 适 用 的 汁算 机 屏 幕 、可视 化 眼 镜 ， 数 据 手套 、 三 维 鼠标 、 数据 衣 、 游 戏 棒 等 。（ ２ ） 与 输 入 和输 出有 关 的存 储 信 息 设 备 。 （ ３ ） 能 支 持 各
１ ９ ９ ７年 ， 利用 Ｕ ＧＩ Ｉ 软件， 建 成 了第 一 个 完 全数 字 化 的 机 车样
对虚拟制造技术 的研究正处于不 断的深入 、 细化之中， 因此对 ｔ ｕ ａ ｌ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ ； 虚拟制造在汽车生产设备 、 工装和模具， 甚至 校 车
当前 一般 的 定义 是 ：虚 拟 制 造 是 实 际 制造 过 程 在 计 算 机 电动 机 车 部 （ Ｇｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ Ｍｏ ｔ ｏ ｒ ｓ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ Ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｄｉ ｖ ｉ ｓ ｉ ｏ ｎ ，Ｅ ＭＤ ） 上 的映 射 ， Ｊ 采 用 计算： 机仿真与虚拟现实技术， 在 高 性 能 计 机 及 高 速 网络 的支 持 下 ， 在 汁算 机 上 群 组 协 同工 作 ， 实现 产 品 机 模 型 ， 并 围绕 这 个 数 字 模 型 并 行 地进 行 产 品设 计 、 分析、 制 设 计、 工 艺规 划 、 加工制造、 性能分析、 质 量检 验 ， 以及企 业 各 造 、夹模 具 工装 设 计和 可 维 修 性 设 计 。欧 洲 空 中客 车 采 用 虚 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 拟制造及仿真技术 ， 把空中客车试制周期从 ４ 年缩短为 ２ ． ５ 年， 程 各 级 的 决策 与 控 制 能 力 。
息 描述 技 术 ： 采 用 不 同 的方 法 、 不 同的 语义 或 语 法表 达 不 同 的 如： 系 统投 资较 大 、 周 期 较长 ， 开发一个新产品， 无 法在 投 入 大 信 息 。 （ ４ ） 集成结构技术： 定义 、 开 发 和 建立 位 于 模 型 交互 基 量 人 力 和 经 费之 前 就 确 定 其 开 发 价值 和 对 投 产 后所 取 得 的效 础上的模 型。（ ５ ） 仿真技术：在计算机中，设计一个实时系统
３ ． １ 软 件 的关 键 技 术
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｈｌ ６ ６
为适 应市 场瞬 息万 变 的要 求 ， 多 品种 小 批量 的生 产成 为 主 导 生 产形 式 ， 并 且为 了减 少 成 本和 周 期 ， 各 制造 企业 不 得 不将
（ １ ） 可视 化 技 术 ： 以一种 易 理 解 的 、有 意 义 的虚 拟 方 式 向
计能力及生产决策与控制 能力 着眼于手段和环境 。目前 ，
其 的定 义 也 是在 不 断 的完 善 。
建模 和 仿 真技 术 的研 究 ， 并 开 发 出 了虚 拟 工厂 的 构造 环 境 Ｖ ｉ ｒ ． 的 设 计 之前 ， 对工艺过程进行建模、 修改 、 分析 及 优 化 。通 用
益及风险进行确实有效的评估 ： 不能在产品设 汁开发和各个阶 模拟的过程 。 （ ６ ） 方 法论 ： 找出用于开发和使用 Ｖ ＭＳ 的方法。
７ ） 制造的特征化技术： 获取 、测 量 和 分 析 影 响制 造 过 程 中材 段把握产 品制造过程各个阶段的实况， 不能确实有效地协调 设 （ 计与 制 造 各阶 段 的 关系 ， 以 寻 求企 业 整 体 全 局最 优 效 益 。 随 着 料 去 除 的 变量 。 （ ８ ） Ｖ ＭＳ的检 验 、 测试技术。
的潜在问题进行预测 ， 即着眼于结果； 而美国空军 Ｗｒ ｉ ｇ ｈ ｔ 实验
在欧洲 ，许多大学和研 究机构通过相互问的合作并联合
室和马里兰大学 Ｅ ｄ ｗａ ｒ ｄ Ｌ ｉ ｎ的定义则侧重于虚拟制造的仿 企业进行虚拟制造技术的研究工作。在 日本 ，已Fra Baidu bibliotek形成 了以
真、 建 模 与 分 析 技术 和 工 具 的 综 合 应用 ， 以增 强 各层 的制 造 设 大 阪 大学 为 中心 的 研 究 开 发 力 量 ，主 要进 行 虚 拟 制造 系统 的
义侧重于虚拟制造与实际制造过 程的相似性 ，认为虚拟 制造 不 同站 点 的 硬 件 设备 （ 小型 机 ， Ｕ ＮＩ ＸＶ Ａ Ｘ 工作站、 微机 等 ） 和
光纤、 导线等） 。 与实际制造一样 ， 只不过是在 计箅机上执行制造的全过程 ， 其 连接 硬 件 （ 中虚 拟 模型 是 在 实 际 制 造 之 前 ，用 于对 产 品 的功 能 及 可 制造 ４虚 拟 制 造 技 术 在 制 造业 中 的应 用