虚拟制造技术定义及应用

四、虚拟制造技术定义及应用
1、虚拟制造技术的定义：
是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算与仿真的技术。

2、虚拟制造系统的定义：
是一个在虚拟制造技术的指导下，在计算机网络和虚拟现实环境中建立起来的，具有集成、开放、分布、并行、人机交互等特点的，能够从产品生产全过程的高度来分析和解决制造系统各个环节的技术问题的软硬件系统。

虚拟制造的关键技术：虚拟设计与装配技术、虚拟产品实现技术、虚拟检测与评价技术、虚拟纹理分析技术、虚拟实验技术、虚拟生产技术。

3、虚拟制造技术的应用：虚拟环境与工具、虚拟产品建模、动态装配仿真、热变形分析、模态分析、有限元分析、运动分析与仿真、虚拟加工、加工过程仿真、虚拟测试、虚拟生产调度控制仿真
4、虚拟制造技术的应用研究虽然刚刚起步，却已经有了一些成功的应用，展现了巨大的经济效益和美好的前景。

在美国，采用虚拟制造技术成功地设计了波音777飞机，飞机的整体及其300万个零件，从设计到加工完全实现了无图纸化，利用建立逼真的虚拟三维实体模型对飞机的各种性能进行分析、模拟，因而缩短了数千小时的工作量并节省了大量经费［4］。

福特、通用等汽车公司都成功地运用了部分虚拟制造技术，设计发动机、车体、电气线路等，建立了三维实体模型并进行了碰撞分析和运动特性分析等，还进行了模拟数控加工和质量检查等，大大缩短了设计周期，降低了设计成本［5］。

在国内，北京科学研究院把虚拟制造技术应用于立体车库设计，初步实现直观地布局、参数化设计分析和运动模拟。

5 虚拟制造在我国的研究及应用情况
2005年3月份，上海理工大学宣布成立虚拟制造技术研究院。

这是继清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室在国内最早开展虚拟制造研究以来又一个成立的进行虚拟制造技术研究的机构。

近几年来，虚拟制造技术也引起我国科技工作者的关注，据不完全统计，目前全国已有三十多家科研机构、高等院校和企业正在开展VM技术方面的研究。

国家
863/CIMS主题组也将“制造系统的可视化、虚拟建模与仿真”确定为研究重点。

国家自然科学基金也有专门的研究课题。

国内以清华大学、上海交大为主的高等院校正在开展基础技术研究，正处于理论体系初步研究阶段。

国内的研究主要集中在四个方面:
(1)虚拟制造基础研究。

虚拟制造涉及的技术领域极其广泛，从产品建模、过程建模、可交换数据模型到分布式仿真、离散事件仿真、面向对象方法、人工智能、虚拟现实及计算机网络技术等等。

这些技术构成了虚拟制造的技术基础。

清华大学CIMS中心提出了支持虚拟制造的产品元建模方法，为产品生命周期的各阶段分析与评价提供了可供操作的模型支持。

(2)产品虚拟设计技术。

主要包括虚拟产品开发平台、虚拟测试、虚拟装配以及机床、模具的虚拟设计实现等。

其中清华大学在国家863/CIMS主题重大关键技术攻关项目的支持下，开展了剑杆织机的虚拟产品开发,进行了剑杆织机的三维数字建模及产品性能分析、加工过程仿真、虚拟装配技术等技术的研究与应用，并建立了具有相当共性的支持创新设计的虚拟产品开发环境。

(3)产品虚拟加工技术。

主要包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。

清华大学国家CIMS中心开发的加工过程仿真系统作为863/CIMS目标产品已在多个企业得到成功的应用;沈阳铸造研究所开发的电渣熔铸工艺模拟软件包ESRD 3D 已经应用于水轮发电机变曲面过流部件生产中,其产品在刘家峡、李家峡、天生桥、太平役等7个电站中使用;合肥工业大学研制的双刀架数控车床加工过程模拟软件已经在马鞍山钢
铁股份有限公司车轮轮箍厂应用，使数控程序现场调试时间由几个班缩短到几小时,并保证一次试切成功;北京机床研究所、机械科学研究院、东北大学、上海交大和长沙铁道学院等单位也研制出一些这方面的仿真软件。

(4)虚拟制造系统。

主要包括虚拟制造技术的体系结构、技术支持、开发策略等。

其中提出了比较成熟的思想并可能实现的是由上海同济大学张曙教授提出的分散网络化生产系统和西安交通大学谢友柏院士组建的异地网络化研究中心。

清华大学CIMS工程中心提出了基于产品数据管理(PDM)集成的虚拟制造体系结构。

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