虚拟制造技术及其应用外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译

附录1 外文译文

虚拟制造技术及其应用

摘要：阐述了虚拟制造的基本概念，虚拟制造的核心技术，以及虚拟制造技术应用。

关键词：制造业虚拟制造虚拟现实

0 引言

当今的制造业基本技术日臻成熟，其市场处于以消费者为导向的市场环境下，产品品种、上市时间和用户满意度成为企业取得竞争优势的主要因素。制造业这种全球化的激烈竞争不断催生了各种先进制造技术和新的制造哲理，虚拟制造技术将会在本世纪涌向潮头，其朴素的思想和高新的技术手段都为研究领域和业界所推崇。

虚拟制造就是根据企业市场竞争的需求，在强调柔性和快速的前提下，美国80年代提出的，随着计算机技术和信息网络技术的发展，在90年代得到人们的重视，并获得迅速的发展。

1 虚拟制造

虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游——设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成，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。

虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备的真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造技术在一个统一模型之下对设计和制造等过程集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效的、经济的、柔性的组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的可视化集成范围包括与设计相关的各项子系统的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集成。

虚拟制造系统拥有产品和相关制造过程的全部信息，包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、知识和模型信息。虚拟控制制造系统按照功能归集为三种不同类型的子环境，共同构成中心三元耦合的系统模式：

（1）虚拟制造设计中心：给设计者提供各种工具以便虚拟设计、虚拟制造，设计出符合设计准则（如DFX）的产品模型；

（2）虚拟制造加工中心：研究开发产品制造过程模型和环境模型及其分析各种可行的生产计划和工艺规划；

（3）虚拟制造控制中心：评价产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略等等。

2 虚拟制造技术支持

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平台；

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入的模型；

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。

2.1建模技术

虚拟制造系统是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是RMS的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。VMS的建模应包括：生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系结构。

（1）生产模型归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。动态描述是指在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产的全过程。

（2）产品模型是制造过程中，各类实体对象模型的集合。对VMS来说，要使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，所以虚拟制造下的产品模型不再是单一的静态特征模型，它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型。

（3）工艺模型将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造

数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。

2.2仿真技术

仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。

仿真的基本步骤为：研究系统——收集数据——建立系统模型——确定仿真算法——建立仿真模型——运行仿真模型——输出结果并分析。

产品制造过程仿真，可归纳为制造系统仿真和加工过程仿真。虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、设计思维过程和设计交互行为仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错误。加工过程仿真，包括切削过程仿真、装配过程仿真，检验过程仿真以及焊接、压力加工、铸造仿真等。目前上述两类仿真过程是独立发展起来的，尚不能集成，而VM中应建立面向制造全过程的统一仿真。

2.3虚拟现实技术

虚拟现实技术是在为改善人与计算机的交互方式，提高计算机可操作性中产生的，它是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境（称为虚拟环境）中提供沉浸感觉的技术。

由图形系统及各种接口设备组成，用来产生虚拟环境并提供沉浸感觉，以及交互操作的计算机系统称为虚拟现实系统。虚拟现实系统包括操作者、机器和人机接口3个基本要素。利用VRS可以对真实世界进行动态模似，通过用户的交互输入，并及时按输出修改虚拟环境，使人产生身临其境的沉浸感觉。虚拟现实技术是VM的关键技术之一。

3 VM在制造业中应用

虽然在产品开发过程中应用建模和仿真可以大大缩短开发周期，改进产品的性能和可靠性，但在工业界的设计过程中实际应用并不多。目前的仿真系统还不能适应工业界在设计过程中进行分析和验证等的要求。

高级工程仿真系统应具有下列特点：