虚拟制造技术(VMT)

虚拟制造技术（VMT）的发展内容摘要对虚拟制造技术的发展与应用进行论述，重点介绍虚拟制造产生的背景和涵义，虚拟制造与实际制造的关系，实施虚拟制造的收益，虚拟制造的关键技术及目前的研究与应用现状等，并对虚拟制造的应用前景及发展方向进行展望。关键词：虚拟制造（VM）；应用；1 虚拟制造产生的背景虚拟制造技术（VMT）正是在强调柔性和快速的前提下于20世纪80年代提出的概念，并在90年代得到重视和发展。它是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工、装配、检验直至整个生命周期的模拟和仿真。这里所说的制造过程，包括产品级的制造和企业级的生产管理，国际上称之为“大制造”（B-Manufacture）。目前国际上对虚拟制造并没有统一的定义，1994年7月在美国俄亥俄州举办的虚拟制造用户专题讨论会上，人们根据制造过程的侧重点不同将虚拟制造分为三类，提出了“三个中心”的分类方法，即“以产品为中心的虚拟制造”、“以生产为中心的虚拟制造”和“以控制为中心的虚拟制造”，获得国际学术界的认同。“以产品为中心的虚拟制造”是将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中，在计算机中生成制造过程原型，对多种制造方案进行仿真，对数字化产品模型的性能、可制造性、可装配性、成本等进行分析，优化产品设计和工艺设计，以期尽早发现产品设计及工艺过程存在的问题。“以生产为中心的虚拟制造”是将仿真信息加入到生产计划模型中，以便快速便捷的评价多种生产计划，优化生产计划和制造环境的配置。主要是根据企业现有资源对不同的加工过程进行评估优化，决定合理的生产组织方式。“以控制为中心的虚拟制造”是将仿真能力加入到设备控制模型中，提供实际生产过程中的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。2虚拟制造的研究与应用由于虚拟制造的广阔前景，美国、欧洲及日本等国纷纷开始对其进行研究，并在虚拟原型系统开发、虚拟环境构筑、虚拟装配等方面取得了一系列的成果；除了实验室的研究工作外，虚拟制造在工业上，尤其是汽车、飞机、军工等领域也得到有效应用并取得明显收益。2.1 国外的研究与应用美国国家标准及技术局NIST主要研究工程设计测试床的创建及制造工程工具软件包，提供了开放式虚拟现实测试床（OVRT）和国家先进制造测试床（NAMT）。美国Michigan大学虚拟现实实验室主要研究如何从CAD/CAM数据库中快速构筑虚拟原型以及原型的行为功能建模。美国华盛顿大学在Pro/Engineer等CAD/CAM系统上开发了面向设计和制造的虚拟环境VEDAM，建立起包含整个车间机床模型的虚拟环境。美国波音飞机公司采用虚拟样机技术在计算机上建立了波音的最终模型，整机开发、部件测试、整机装配等虚拟开发活动以及在各种条件下的试飞都是在计算机中完成的，开发周期从过去的8年缩短到5年。英国的Bath大学用OpenInventor2.0软件工具开发出了基于自己的Svlis建模软件的虚拟制造系统，为用户提供具有机床、成套刀具、机器人等虚拟设备的3维虚拟车间环境。英国Herriot-Watt大学的虚拟制造研究组主要从事与虚拟装配有关的一系列研究工作，为各种工业应用提供虚拟现实工具，并提出基于虚拟现实的装配规划系统，并使用浸入式虚拟环境完成电缆套索的设计与定位。德国宝马汽车公司为车门装配设计的虚拟装配系统能识别语音输入完成相应操作，并能对干涉碰撞发声报警。在日本，以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建模和仿真技术研究，并开发出了虚拟工厂的构造环境VirtualWorks。2.2 国内的研究与应用在我国，由于受三维建模技术、仿真技术等因素的约束，对虚拟制造的研究起步较晚，但近几年发展迅速，一批科研院校和研究所纷纷加入到虚拟制造的研究队伍中来。国内最早的虚拟制造研究机构之一的清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室在综合目前国内外关于虚拟制造的研究成果的基础上，提出了一个虚拟制造体系结构，即基于产品数据管理(PDM)集成的虚拟制造、虚拟生产、虚拟企业框架结构。并就某典型产品在进行虚拟设计、仿真优化、虚拟装配及可加工性分析的基础上开发研制了虚拟加工软件系统VME。北京机械科学研究院初步实现了立体停车库的虚拟现实下的参数化设计，可以直观地进行车库的布局、设计、分析和运动模拟。上海交通大学等科研机构也在从事虚拟制造方面的研究。但总体来说，国内关于虚拟制造方面的研究还处在初期阶段，且多集中于高等院校和少量的研究院所，企业和公司介入的较少。3 个人总结随着现代科学技术的高速发展和全球一体化的进一步加剧，虚拟制造将有更大的发展空间。个人认为一些型腔结构复杂，成本较高的制件可以先用虚拟技术模拟出来，通过对其受力结构的分析情况，了解制件是否合格，从而提高产品的合格率，降低生产成本。虚拟制造技术是现代最重要的一门技术，应该把这项技术与我国制造业的自身特点相结合，在学习国外成熟技术的基础之上勇于创新，使其能够迅速的本土化。可以想见，随着我国对其研究的深入，对我国的制造业的发展必将产生深远的影响。参考文献【1】 Lawrence Associates Inc，Virtual Manufacturing User WorkshopR，Dayton,Ohio，July，1994.【2】 Lawrence Associates Inc，Virtual Manufacturing Technical Workshop，Dayton,Ohio，July，1994.【3】 刘红旗，王枞，虚拟现实环境下的产品设计和制造技术，北京虚拟制造技术研讨与演示会论文集，1998 【4】 肖田元,