虚拟制造技术(一)

来源：塑胶五金网发布时间：2007-12-16 15:04:21点击率：

    一、技术概述
    虚拟制造技术（Virtual Manufacturing Technology,  or VMT）是80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。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、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的小化，产品设计质量的化和生产效率化，从而形成企业的市场竞争优势。
    虚拟制造技术按其功能可划分为：
    1．产品的虚拟设计技术。面向产品的原理、结构和性能的设计、分析、模拟和评测，以优化产品本身的性能、成本为目标。
    2．产品的虚拟制造技术。面向产品制造过程模拟、检验和优化，检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺过程、保证产品的制造质量、制造周期和的制造成本为目标。
    3．虚拟制造系统。着重于生产过程的规划、组织管理、资源调度、物流、信息流等的建模、仿真与优化。如虚拟企业、虚拟研发中心等。
     虚拟制造技术是CAD／CAE／CAM／CAPP和仿真技术的更高阶段。利用虚拟现实技术、仿真技术等在计算机上建立起的虚拟制造环境是一种接近人们自然活动的一种“自然”环境，人们的视觉、触觉和听觉都与实际环境接近。人们在这样环境中进行产品的开发，可以充分发挥技术人员的想象力和创造能力，相互协作发挥集体智慧，大大提高产品开发的质量和缩短开发周期。
二、现状及国内外发展趋势
     虚拟制造技术的发展首先是在其支撑技术的发展上取得进展，例如，虚拟现实技术、仿真技术等。特别是一些单元技术与制造业的紧密结合不断深入，并为其作出了巨大的贡献，更推动了这些技术的进一步发展。
    同时，支撑技术和单元技术的不断成熟和在制造业中发挥越来越大的作用，也推动了虚拟制造技术的组合和集成。但由于各技术的相对独立性，其统一的特征模型的建立、数据共享和交换等遇到了巨大的挑战。基于STEP、EDI、TCP／IP等标准的集成技术是的发展方向。
    虚拟制造技术虽然于80年代才刚刚提出来的。但随着计算机技术的迅速发展，在90年代得到人们的极大重视而获得迅速发展。
    1983年美国国家标准局NEL发展并提出了“虚拟制造单元”的报告，以更大的柔性完成分析、行程和时序安排、报告和监控等功能。1989年麻省理工学院的“虚拟制造”的报告提出了虚拟制造在产品概念设计和性能早期评价方面的优势。1993年爱荷华大学的报告“制造技术的虚拟环境”提出了建立支持虚拟制造的环境，包括虚拟制造的评估系统、装配顺序计划和材料去除过程模拟以及离线编程等技术。里海大学的报告则提出了与CAD／CAM、CIM、CAPP、快速原型、敏捷制造、柔性制造有关的可制造性等问题。1995年美国标准与技术研究所的报告“国家先进制造实验台的概念设计计划”，强调分散的、多节点的分散虚拟制造（DVM），即虚拟企业的概念，强调企业、政府和大学的联合。美国国家研究委员会的报告“制造中的信息技术”探讨了产品集成、过程设计、车间控制、虚拟工厂等的信息技术问题。1997年美国标准与技术研究所的报告“使用VRML的制造系统建模”则探讨了虚拟现实技术及在网络上的应用。
    可见，美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。例如，美国华盛顿大学的虚拟制造技术实验室发展的用于设计和制造的虚拟环境VEDAM、用于设计和装配的虚拟环境等，已经初具规模。但虚拟制造作为一个完整的体系，尚没有进行全面的集成。特别应说明的是，虚拟企业（工厂）的研究在美国得到政府和企业界的极大关注，研究异常活跃，成为其敏捷制造技术的主要支柱之一。
    欧洲以大学为中心也纷纷开展了虚拟制造技术研究，如虚拟车间、建模与仿真工程等的研究。日本在60－70年代的经济崛起受益于先进制造与管理技术的采用。日本对虚拟制造技术的研究也秉承其传统的特点－重视应用，主要进行虚拟制造系统的建模和仿真技术以及虚拟工厂的构造环境研究。
    我国在虚拟制造技术方面的研究只是刚刚起步，其研究也多数是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技术等基础上进行的，目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上。由于我国受到CAD／CAE／CAM基础软件、仿真软件、建模技术的制约，阻碍了虚拟制造技术的发展。但这几年，我国虚拟制造技术受到普遍的重视，发展很快，发展势头强劲，例如：机械科学研究院与同济大学、香港理工大学合作进行的分散网络化制造、异地设计与制造等技术的理论研究和实践活动已经取得了不少进展；清华大学进行了虚拟设计环境软件、虚拟现实、虚拟机床、虚拟汽车训练系统等方面的研究；浙江大学进行了分布式虚拟现实技术、VR工作台、虚拟产品装配等研究；西安交大和北航进行了远程智能协同设计研究；天大、北京机床所、大连机床所进行了机床的虚拟设计和轴机床的研究；西北工业大学进行了虚拟样机的研究；哈工大、北京机电所、上海交大、南京理工大学等单位也进行了这方面的研究。据不完全的调查统计，国内进行虚拟制造技术研究的单位达到了100家，已经取得了一些可喜的进展。在虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、信息技术、应用网络技术等单元技术等方面的研究都很活跃。但研究的进展和研究的深度还属于初期阶段，与国际的研究水平尚有很大的差距，除了三维建模已经有了4种商业软件外，其他方面还没有形成产业化。我国的研究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。

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