虚拟仿真技术在制造业中的应用
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科研训练调研报告
虚拟仿真技术在制造业中的应用
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虚拟仿真技术在制造业中的应用
计算机科学与技术0904班
惠苗壮
学号：0909091627
摘 要：
虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对所要进行的产品设计和生产制造活动,进行全面的建模和仿真。本文介绍了虚拟仿真技术在国内外的发展及在制造业中的应用现状，并提出对该技术未来的希望。
关键字：虚拟仿真技术 制造业 模拟
1.介绍
仿真又称模拟,是利用模型方法来重现实际系统中发生的本质过程,并通过实验来研究已经存在的或正在设计中的系统。计算机仿真技术作为一门新兴的高技术,近年得到迅速的发展,其应用领域及作用越来越大,尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中,计算机仿真一直是不可缺少的工具,它在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。
虚拟现实是一种由计算机和电子技术创造的新世界,通过多种传感设备,用户可根据自身的感觉,对虚拟世界中的物体进行考察和操作,参与其中的事件,形成一个看似真实的模拟环境,它是模拟仿真在高性能计算机系统和信息处理环境下的发展和技术拓展。虚拟现实技术包括临境和拟实两个方面。
虚拟制造是在高性能计算机及高速网络的支持下,采用计算机信息技术、仿真技术和虚拟现实技术,产生一个虚拟环境,对所要进行的产品设计和生产制造活动,进行全面的建模和仿真。在产品生产出来之前,就实际地模拟出其设计开发和制造全过程,并对性能进行全面模拟试验,预测产品的设计和制造合理性、产品性能和制造周期等,以期达到最佳,使整个产品的开发生产周期最短、成本最低、质量最佳。
当前虚拟仿真技术已经广泛应用于娱乐、教育、训练、医学、设计、制造、商业、科学视觉化、网路应用等各种领域。
2.虚拟仿真技术的发展现状
从1962年，Morton Heilig发明了实感全景仿真机开始。虚拟现实技术越来越受到大众的关注。以三个I，即Immersion沉浸感，Interaction交互性，Imagination思维构想性，作为虚拟现实技术最本质的特点，并融合了其它先进技术。国内外大量科学研究人员从事虚拟仿真技术的研究。
2.1国外发展状况
VR技术起源于美国，美国的研究水平基本上就代表国际VR发展的水平。以美国为例，目前美国在该领域的基础研究主要集中在感知、用户界面、后台软件和硬件四个…………………………………………………………………科研训练调研报告……………………………
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方面。美国宇航局(NASA)的Ames实验室研究主要集中在以下方面：将数据手套工程化，使其成为可用性较高的产品；在约翰逊空间中心完成空间站操纵的实时仿真；大量运用了面向座舱的飞行模拟技术；对哈勃太空望远镜的仿真。现在正致力于一个叫“虚拟行星索”(vPE)的试验计划。现在NASA己经建立了航空、卫星维护VR训练系统，空间站VR训练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。北卡罗来纳大学(UNC)的计算机系是进行VR研究最早的大学，他们主要研究分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。Loma lAnda大学医学中心的David Warner博士和他的研究小组成功地将计算机图形及VR的设备用于探讨与神经疾病相关的问题，首创了VR儿科治疗法。麻省理工学院(MIT)是研究人工智能、机器人和计算机图形学及动画的先锋，这些技术都是VR技术的基础，1985年M1T成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。华盛顿大学华盛顿技术中心的人机界面技术实验室(1ilT lab)，将VR研究引入了教育、设计、娱乐和制造领域。这些研究成果都表现了美国在虚拟仿真方面的发展水平。
2.2国内发展状况
我国VR技术研究起步较晚，与国外发达国家还有一定的差距，但现在已引起国家有关部门和科学家们的高度重视，并根据我国的国情，制定了开展VR技术的研究计划。九五规划、国家自然科学基金委、国家高技术研究发展计划等都把VR列入了研究项目。我国军方对虚拟技术的发展关注较早，而且支持关注的力度也逐日加大。
国内一些重点院校，也积极投入到这一领域的研究工作中来，并且取得了丰硕的成果。北京航空航天大学计算机系：着重研究了虚拟环境中物体物理特性的表示与处理；在虚拟现实中的视觉接口方面开发出部分硬件，并提出有关算法及实现方法；实现了分布式虚拟环境网络设计，可以提供实时三维动态数据库、虚拟现实演示环境、用于飞行员训练的虚拟现实系统、虚拟现实应用系统的开发平台等。浙江大学CAD&CG国家重点实验室开发出了一套桌面型虚拟建筑环境实时漫游系统，还研制出了在虚拟环境中一种新的快速漫游算法和一种递进网格的快速生成算法；哈尔滨工业大学已经成功地虚拟出了人的高级行为中特定人脸图像的合成、表情的合成和唇动的合成等技术问题；清华大学计算机科学和技术系对虚拟现实和临场感的方面进行了研究；另外西安交通大学，国防科技大学，装甲兵技术学院，中科院软件所，上海交通大学等高校也分别在不同领域，不同方面的虚拟技术研究工作中取得了不同的成果。
3.虚拟仿真技术在制造业应用开发的技术环境
计算机图形学、三维设计软件、计算机仿真技术、高性能计算机的快速发展以及制造企业三维设计体系的建立、完善,将有力促进虚拟仿真技术在各个领域的应用开发。
3.1 计算机图形学及三维设计软件的软件环境
计算机图形学是伴随着计算机及其外围设备而产生和发展起来的。它是近代计算机科学、电视及图像处理技术的发展汇合而产生的结果。在造船、航空航天、汽车、机械、地理信息等领域的广泛应用,推动了这门学科的不断发展,而不断解决应用中提出的各类新课题,又进一步充实和丰富了这门学科的内容。现已发展为对物体的模型和图像进行生成、存取和管理的新学科。
三维曲面建模出现于20 世纪70 年代,前后产生了实体造型技术、参数化造型技术、变量化造型技术等新技术革命。三维CAD 软件及三维设计的出现,使一般复杂的产品设计和数字建模成为可能,设计人员因而有机会在计算机上看到复杂的几何形状、轮廓和产品概念。在此基础上,还可进行零件干涉测试和交互检查,提高了设计的可视化能力,…………………………………………………………………科研训练调研报告……………………………
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因而大大减少了设计错误和由此引起的变更,缩短产品设计和制造周期，是制造业研究开发时间大大减少的必要条件之一。
3.2 计算机仿真技术的广泛应用与高性能计算机系统的硬件环境
计算机仿真技术集成了计算机、网络技术、图形图像技术、面向对象技术、多媒体、软件工程、信息处理、自动控制等多个技术领域的知识。当前其应用已不仅仅限于产品或系统集成后的性能测试,已发展为可应用于产品的型号研制的全过程,包括方案论证、战术技术指标论证、设计分析、生产制造、试验、维护、训练等各阶段。由于虚拟仿真技术所应用的对象是三维模型等:虚拟仿真技术在制造中的应用需要处理的数据量非常大,因此其应用是建立在信息处理能力强、内存大、图形功能强,并具有高速科学计算能力的高性能计算机系统上的。虚拟制造与实际制造系统的关系如图1所示图1
4．虚拟现实技术在制造业中的应用现状
虚拟仿真在当今的制造业是不可或缺的。当原来建立的一些原型样机进行组件高级测试时，现在规划师、设计师和工程师在同一个数字模型上工作，在屏幕上优化制造，如果有必要，将模型数据通过数据线 同时传输到全世界各地。这样减少了研发成本，特别加速了研发过程，提供了更快的市场化时间。虚拟现实更深远的优势在于使用者可以在最初的时间点上及时评估不同变量。
4.1虚拟制造在汽车覆盖件模具制造中的应用
汽车覆盖件模具的开发要受到可靠性、美观性、经济性、可制造性及可维护性等多方面的制约。在传统的汽车覆盖件模具开发过程中，当模具设计及制造完成后，需要经过反复的调试修改，才能得到满意的汽车零件。在调试过程中，一些成形缺陷，如破裂、起皱、回弹、翘角等问题，主要是凭借模具钳工师的经验，通过试模、修模、再试模、再修模的循环过程才能解决。这种方法不但降低了生产效率，而且生产出的模具精度往往达不到预期的要求，还会加长模具的开发周期。而虚拟制造技术可以大大缩短这一周期。因为在虚拟现实环境下，设计和制造汽车不需要建造实体模型，工程师可以利用虚拟的“自然”环境的可视化优势，把汽车模具的结构分析、虚拟设计、部件装配和性能优化等融合在计算机虚拟制造系统中进行，在综合考虑汽车车身件的外观总体布局及零部件之间的相互衔接相互作用等因数基础上，对模具几何尺寸、技术性能、生产和制造等方面进行交互式的快速建模和仿真分析，从而避免了反复修模，保证了模具的精度要求;而且因为生成的仿真模型可被直接操纵与修改，数据可以反复利用，因而大大缩短了模具开发的周期Cs-i21虚拟制
造技术与快速成形技术、反向设计、逆向工程、基于知识的工程设计等技术相比具有非常好的优势。因为虚拟制造技术具有独特的虚拟设计制造环境，可以让模具整个开发过程完全在虚拟的“实际”环境中进行，在达到预期的性能质量等方面的要求后才开始进行实物制造，从而使制造出的模具一次性的满足用户需求，大大降低了模具的废品率，减少企业的开发成本。
汽车覆盖件模具的虚拟制造开发流程如图1所示，首先从产品需求分析开始，然后进行概念设计，再从优化设计到系统集成，…………………………………………………………………科研训练调研报告……………………………
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通过使用相关开发软件，在虚拟环境中，构造产品的虚拟模型。这是一个循环渐进的过程，基于产品的开发需求，采用相应的仿真分析工具对虚拟模型的功能和性能进行仿真分析，对虚拟模型的行为进行模拟分析，并基于仿真分析的结果，通过反复建模仿真分析模型的改进，直到虚拟制造出的模具满足预期设计的目标，才开始进行实物制造。由图2可知，汽车覆盖件模具在投入生产前就已经通过了虚拟的“实际环境”的检验，把实际制造中可能遇到的困难和设计上的不合理全部检验出来，再让设计工作人员进行修改或者重新设计，直到整个制造过程能够完全合理、顺利的完成。这样不但能缩短产品的研发周期，降低企业的研发成本，还可以提高产品的质量。
图2
4.2虚拟仿真技术在船舶制造中的应用
船舶工业是一项劳动密集型、技术密集型和资金密集型的产业。船舶产品是一个巨大的复杂系统，而且大多是少量或单件生产的产品，每艘船都由数以千计甚至上万件的零部件和中间产品，通过离散的但相互联系的各种过程建造而成。船舶生产周期较长，一般是几个月甚至几年。船舶建造所需的各种零部件通常由许多船舶配套生产商提供，因此船舶的建造与许多企业都有着密切的联系，任何环节的脱节都有可能导致船舶建造进程的延期。
制造仿真强调在实际投入原材料于产品实现过程之前，完成产品设计与制造过程的相关分析，以确保制造过程实施的可行性。制造仿真的主要目的是提高产品设计、过程设计、工艺规划、生产规划、以及车间控制中的决策与控制水平。进行船舶建造过程的仿真和分析，在船舶设计阶段就模拟出船舶建造的整个过程，能够及早发现设计中出现的问题，减少建造过程中设计方案的更改，减少建造过程中的延期，合理的规划建造过程，优化资源配置，提高设备和劳动力的使用率；从而降低生产成本，提高产品质量。另外，在新技术、新设备采用之前，利用船舶虚拟建造系统模拟出采用这些新技术、新设备后的船舶建造过程，并对建造过程进行评估，以确定是否采用或如何合理应用这些新技术和新设备。
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用
制造系统建模与仿真在工业工程中的应用
摘要：建模与仿真技术是21世纪信息技术和制造技术结合的桥梁，是使企业产生最大经济效益的核心技术，也是21世纪制造业的一项关键支撑技术。本文阐述了仿真技术在制造业的地位和作用，总结建模与仿真技术的特点，给出了制造业建模与仿真技术的方展方向。
关键词：制造系统 建模 仿真
仿真应用系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术
1制造业建模与仿真技术的地位
制造业是国民经济和社会发展的物质基础，是国家综合国力的重要体现；21世纪的制造业仍然是国家经济和国防建设的命脉，也是国家经济实现快速增长的重要因素。制造业是所有与制造有关的企业机构的总体，是国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。现代制造的基本特点是大制造和全过程。“大制造”应包括光机电产品的制造、工业流程制造、材料制备等，它是一种广义制造概念。“全过程”，不仅包括从毛坯到成品的加工制造过程，还包括产品的市场信息分析，产品决策，产品的设计、加工和制造过程，产品的销售和售后服务，报废产品的处理和回收，以至产品的全寿命过程的设计、制造和管理。由于国内外市场竞争的加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，先后出现了柔性制造，计算机集成制造、并行工程、虚拟制造、敏捷制造、网络化制造、现代集成制造、下一代制造、综合制造等新的先进制造理念和哲理。但是，从整体来看，制造业的发展离不开先进的信息与知识技术、全面的建模与仿真技术、精密的工艺与装备技术和高效的企业集成技术共四大关键技术。建模与仿真作为一种重要手段，通常可以渗透到先进制造当中去，并帮助先进制造实现集成，从而促进一些先进制造技术的发展。建模与仿真（M＆S）技术在改进产品和过程，缩短市场响应时间，以及降低产品实现的成本方面，具有其它技术
虚拟仿真技术的应用
黪 ｌ救字技术 。ｌ与应用 —十１———一露 应用研究 虚拟仿真技术的应用 张晓东 （天津机电职业技术学院，天津３００１３１） 摘要：数控设备的缺少一直是制约高职院校发展的硬伤之一，采用虚拟仿真技术可以有效地解决这一问题，本文就虚拟仿真技术的发展进行 了简明扼要的阐述。 关键词：虚拟仿真资源数控 中图分类号：ＴＰ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９４１６（２０１３）０４一Ｏ１１１－Ｏ１ 近年来，为了提升中国制造业在国际中的竞争力，国家开始广 泛将最先进的数控技术引入职业学校机电专业，力求有一个崭新的 发展机遇，但这也是对于以传统教学为基础教育的挑战。虽然增加 了在中国的各类职业学校数控技术专业人才的培养力度，但是制造 业的巨大漏洞还是使得在设备与人员上存在聚大的差距。因为地区 的差异，经济的因素以及政策的原因，导致职业教育的发展很不统 一，很多职业学校，特别是没有国家及地方投资的非示范校职业学 校教学的现状仍面临数控设备严重缺乏，教学理论滞后，实践教学 和理论教学中心的重心错位，小规模的人才培养严重不足，教师的 知识结构不完善，和许多其他问题。虚拟现实技术的数控技术专业 教学模式探索的新组合是必要的，为了实现数控专业教学小投资， 见效快，适应性训练的学生，企业需要培训的目标。解决这个问题的 一个重要途径是使用虚拟的仿真模拟教学。 １使用虚拟数控仿真软件数控教学装置，设备，处理的三维显示 传统工艺一本书或活动挂图来查看图形数控设备或组件，或在 现场教导学生观察实际的教学设备，以获得各种感性的形状。利用 虚拟现实技术建立一个计算机用同一种，？￣ＮＰｒｏ／Ｅ的建模使用３Ｄ零 件或３Ｄ机床，数控设备和虚拟化，以及这些对象存储在仿真三维的 课堂，只要我们进入虚拟空间，从不同的角度，可以在任何时间和场 合，了解这些设备，还能够观察各部分的内部结构，甚至单独的设 备，可以帮助学生理解设备的组成，结构和工作原理，提高学习效 果。 ２使用虚拟数控仿真软件仿真，模拟训练教学 教学数控车床或铣床价格比较昂贵，一般的机床也要十几到二 十几万不等，而企业的加工数控机床，从几万几千百万不等。然而， 财政困难，许多职业学校数控设备严重缺乏，教师的教义教导学生 独立动手操作，真正动手操作的机会很少，只能在黑板上讲课与进 行书本知识的描述，“有些职业学校数控设备的数量是非常有限的， 只有学生做示范试验，不能满足实践教学，每个学生将在数控机床 操作独立稍加培训时间和培训重点，只能够进行简单的数控机床的 操作，学校的培训严重脱离生产实际，培训效果不佳。使用虚拟数控 仿真软件建立一个虚拟实验室，学习者可以进入虚拟实验室，身临 其境的虚拟仪器，如虚拟数控设备的故障检测维修的各种虚拟数控 系统的连接和组装，安装虚拟数控设备，这个虚拟的实验既不是消 费设备，不受场地和其他外部条件，可重复操作，直到你来到一个满 意的结果，虚拟实验室，将不会导致操作失误和事故所造成的 ３利用虚拟数控仿真软件实现的数控加工仿真教学系统 虚拟数控仿真软件的核心是虚拟数控机床，数控机床操作和过 程的三维仿真环境，虚拟数控机床数控机床来完成大部分的教学功 能，弥补了课堂上的理论教学不足的差距，利用虚拟仿真软件，内容 丰富，各种类齐全的数控铣床，数控车床，数控加工中心，其中包括 在国内和国外的先进的数控产品，以及各种常用的机床操作面板和 软件系统。虚拟的教学中所涉及到的数控机床的知识包括：定义坐 标系，面板的安装，工件的夹紧，安装盗具，基准的选择，机床手动操 作。虚拟数控仿真软件来模拟部分的过程中，你可以测试ＮＣ程序指 令正确，可 提供实时的机器的操作面板完全相同，ＮＣ程序的调 试，编辑，修改和跟踪执行功能也是一应俱全。学生在身临其境的虚 拟经营各类数控机床的数控仿真软件，可以充分发挥数控加工的常 用操作，如操作模式选择，编辑操作的刀，刀具补偿确定和输入和输 出操作程序，修改，保存和检索操作。数控学习者需要动手练习，学 生机床操作培训时间。 ４实现虚拟数控仿真教学与真实生产加工的联系 虚拟数控仿真软件不仅可以独立运行在一台计算机，也能实现 在本地区域网络（ＬＡＮ）网络上运行。数控加工仿真系统的硬件设施， 独立操作计算机模拟的虚拟数控机床模拟操作面板的电脑显示器， 以及部分虚拟数控机床的切削过程三维动态图形演示。虚拟数控仿 真系统，运行在本地区域网络（ＬＡＮ）系统通过网络传输的真机上的 虚拟数控仿真验证程序连接到学生通过与计算机的实际，五金零件 切割工艺，那么除了操作仿真面板操作，与实际机器的真实情况。 ５可实现网络数控培训及考核 职业教育自成立以来，所采取的测试已经基本通过了在小学和 中学基础教育的测试模式选择筛选和分级的目的形式单一，封闭的 书面考试，学生在考试时只需要知道，理解，记忆，掌握的内容。这种 考试制度只是对学生能力知识的检测，没有解决问题的能力，缺乏 动手能力，知识转移与创新，导致可怜的职业学校毕业生的操作能 力和整体素质低的现象，严重影响了职业教育的使命，阻碍了职业 教育向高层次的发展。虚拟数控机床强大的网络功能，远程教育和 培训，不仅仅是有一个双向的互动教学功能仅在区域网络，也有基 于互联网的双向互动远程教学，卫星，宽带数据传输可以使用方式。 这使得数控培训远程学习名副其实，采用远程网络学习，作业，考试 等功能，被测验者能自动保存成绩查询和分析等功能，方便了无纸 化考核和评价。 利用虚拟现实技术教学有助于调整课程的进步和学生的积极 性，动手的能力，利用每个学生在虚拟环境中的进步，从而达到教学 的目的预期性。
制造过程的数字化设计与仿真
制造过程的数字化设计与仿真
随着科技的不断进步和发展，数字化技术也越来越成为制造业发展的重要方向。其中数字化设计和仿真技术在制造过程中的作用越来越受到重视。数字化设计和仿真技术不仅可以提升生产效率和企业竞争力，同时也能够减少资源浪费和环境污染。本文将从数字化设计和仿真技术的应用、数字化应用带来的好处以及数字化技术在制造领域中的前景等方面进行讨论。
一、数字化设计和仿真技术的应用
数字化设计和仿真技术是一种基于计算机辅助设计和虚拟仿真的技术，在制造生产中具有很广泛的应用。数字化设计技术包括 CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）等技术，用计算机进行产品的设计优化，提高生产效率和产品质量。而仿真技术则可用于开发新产品、仿真可靠性预测、模拟装配过程等。
数字化设计和仿真技术在制造生产中的应用主要包括以下几个方面：
1. 产品设计
数字化设计技术可以快速、精确地设计产品，同时也可以将设计过程中的误差降到最低，从而提高产品的质量和工艺可靠性。数字化设计技术既能够满足个性化定制的需要，又能够满足大规模生产的需要，有效地提高了企业的生产效率和产品质量。
2. 制造过程
数字化制造过程能够实现生产过程的自动化、智能化和优化化，在生产时能够减少人工操作的误差和工作量，减少工艺成本和生产周期，有效地提高企业的生产效率和产品质量。
3. 生产管理 数字化生产管理系统能够实现生产过程的全面控制和管理，包括生产计划、物料采购、库存管理、生产进度跟踪、质量管理等方面。数字化生产管理系统可以提供实时的生产数据和信息，对生产过程进行监控和分析，帮助企业对生产过程进行调整和优化。
二、数字化应用带来的好处
数字化设计和仿真技术的应用带来了许多好处，这些好处不仅能够提高生产效率和产品质量，还有助于企业节约资源、降低成本和环保。
1. 提高生产效率
数字化设计和仿真技术能够实现生产过程的自动化和优化化，从而提高了企业的生产效率。数字化设计技术可以快速地设计产品，缩短了产品设计周期；数字化制造过程可以实现零件的自动加工和装配，提高生产效率；数字化生产管理系统可以实现全面的生产过程控制和管理，提高生产效率和产品质量。
虚拟制造技术及其在生产制造上的应用
虚拟制造技术及其在生产制造上的应用3周金玲(潍坊学院,山东 潍坊 261061)摘 要:虚拟制造技术是近几年出现的先进制造技术之一,是企业以信息集成为基础的一种新的制造技术。本文对虚拟制造技术进行了概述,介绍了虚拟制造技术在生产制造上的应用以及其应用前景。关键词:信息技术;虚拟制造;仿真技术中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1671-4288(2008)02-0065-021 前言随着计算机、自动化及网络技术在制造系统中的应用,信息技术对制造技术发展的作用越来越大。产品制造过程中的信息投入,己成为决定产品成本的主要因素。信息技术使现代制造的技术含量提高,使传统制造技术发生质的变化。信息技术也促进着设计技术的现代化,加工制造的精密化、快速化,自动化技术的柔性化、智能化,整个制造过程的网络化、全球化。80年代初,先进制造技术以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS:ComputerIntegratedManufacturingSystem)开始得到实施;80年代末,以过程集成为核心的并行工程(CE:Cocur2rentEngineering)技术进一步提高了制造水平;进入90年代,先进制造技术进一步向更高水平发展,出现了虚拟制造(VM:VirtualManufacturing)、精益生产(LP:LeanProduction)、敏捷制造(AM:AgileMan2ufacturing)、虚拟企业(VE:VirtualEnterprise)等新概念。在这些诸多新概念中,“虚拟制造”引起了人们的广泛关注,成为研究的热点之一。2 虚似制造技术虚拟制造实际上是一种计算机科学技术,以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支柱,在产品设计或制造系统的物理实现之前,就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态,从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。从本质上讲虚拟制造是对真实产品制造的动态模拟,是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。它具有建模和仿真环境,使产品从生产过程、工艺计划、调度计划、后勤供应以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制造环境,在真实产品的制造活动之前,就能预测产品的功能以及制造系统状态,从而可以做出前瞻性的决策和优化实施方案。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前,在虚拟制造环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验,对其性能和可制造性进行预测和评价,从而缩短产品的设计与制造周期,降低产品的开发成本,提高系统快速响应市场变化的能力。与实际制造相比较,虚拟制造的主要特点是:(1)产品与制造环境是虚拟模型,在计算机上对虚拟模型进行产品设计、制造、测试,甚至设计人员或用户可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作,而不依赖于传统的原型样机的反复修改;还可将已开发的产品(部件)存放在计算机里,不但大大节省仓储费用,更能根据用户需求或市场变化快速改变设计,快速投入批量生产,从而能大幅度压缩新产品的开发时间,提高质量、降低成本。(2)可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上同时工作,相互交流,信息共享,减少大量的文档生成及其传递的时间和误差,从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化。3 虚拟制造技术在生产制造上的应用一个产品从概念设计到投放市场,即产品的生产周期按时间顺序可分为概念设计、详细设计、加工制造、测试和培训/维护,虚似制造技术可以在产品的全部生产周期中各个阶段发挥重要的作用。3.1 基于虚似制造技术的产品开发—56—第8卷第2期 潍坊学院学报 Vol.8No.22008年3月 JournalofWeifangUniversity Mar.2008
虚拟样机技术在汽车设计中的应用
虚拟样机技术在汽车设计中的应用
随着科技的不断发展，虚拟样机技术（Virtual Prototyping）在各个领域得到了广泛的应用，尤其在汽车设计领域，它带来了巨大的变革和便利。虚拟样机技术是指利用计算机模拟和仿真技术，在实际产品制造之前对产品进行验证和优化的过程。在汽车设计中，虚拟样机技术被广泛运用于产品设计、工艺优化、碰撞测试、人机交互等方面，为汽车制造业带来了许多优势和便利。
首先，虚拟样机技术在汽车设计中的应用可以显著减少制造成本和时间。传统的汽车设计过程需要制造实际的样机，在样机制作、测试和验证阶段需要投入大量的时间和资源。而虚拟样机技术可以通过计算机模拟和仿真，在数字环境中进行产品设计和验证，避免了实际样机制作的时间和成本，大大缩短了产品开发周期。
其次，虚拟样机技术在汽车设计中可以提供更好的设计灵活性和创新性。传统的汽车设计往往受制于物理样机的制约，设计师只能在实际样机上进行修改和优化，限制了创新和灵活性。而虚拟样机技术可以提供更为灵活和自由的设计环境，设计师可以在虚拟环境中进行多次修改和优化，实时查看设计效果，并通过数据分析来指导设计决策，从而提高设计的质量和效率。 此外，虚拟样机技术在汽车碰撞测试中也发挥着重要的作用。传统的碰撞测试需要制造专门的实际样机来进行试验，不仅耗时耗力，而且成本高昂。而虚拟样机技术可以在计算机上进行碰撞模拟和仿真，通过评估不同设计方案对碰撞安全性的影响，提前发现问题并进行调整，以确保汽车在碰撞情况下的安全性和可靠性。
另外，虚拟样机技术还在汽车人机交互设计中发挥着越来越重要的作用。通过虚拟样机技术可以对车内界面、座椅设计、人机交互系统等进行模拟和优化。设计师可以通过虚拟样机技术评估人机交互的舒适性、便捷性和安全性，提前发现潜在问题并进行调整，从而提升驾驶员和乘客的使用体验。
虚拟样机技术在汽车设计中的应用也面临一些挑战。首先，虚拟样机技术的模型和仿真结果的准确性和可信度是关键问题。虚拟环境中的仿真结果需要准确反映实际情况，以确保最终产品的质量和性能。其次，虚拟样机技术的应用需要高性能的计算机和强大的软件支持，以处理复杂的计算和仿真任务。此外，虚拟样机技术对设计师的技能和知识要求较高，需要熟悉虚拟样机技术的操作和应用。
仿真对企业的好处
仿真对企业的好处
仿真技术在如今的企业中扮演着越来越重要的角色。它不仅可以帮助企业降低成本、提高效率，还能为企业创造更多的商业机会和竞争优势。以下是仿真对企业的好处。
仿真可以帮助企业进行风险评估和决策制定。通过仿真模型，企业可以模拟不同的业务场景，了解各种决策对企业的影响。比如，在新产品开发过程中，企业可以通过仿真模拟不同的市场情况和竞争策略，从而选择最佳的产品定价和推广方案，减少市场风险。
仿真可以帮助企业提高生产效率和质量。通过仿真模拟生产线上的各个环节，企业可以找到瓶颈和问题所在，并进行相应的优化和改进。例如，制造业企业可以通过仿真模拟生产过程，找出生产线上的瓶颈环节，合理安排资源和工序，提高生产效率和产品质量，从而降低生产成本，提升竞争力。
仿真还可以帮助企业进行员工培训和技能提升。通过仿真模拟各种工作场景，员工可以在虚拟环境中进行实战演练和技能训练，提高工作效率和工作质量。例如，医疗行业可以利用仿真技术进行医生和护士的培训，使其熟悉各种疾病的诊断和治疗流程，提高医疗服务的质量和安全性。
仿真还可以帮助企业进行市场预测和产品设计。通过仿真模拟市场需求和消费者行为，企业可以更好地了解市场趋势和消费者需求，从而设计出更符合市场需求的产品。例如，汽车制造商可以通过仿真模拟消费者对不同汽车品牌和型号的偏好，从而优化产品设计和定价策略，提高销售额和市场份额。
仿真技术对企业来说是一把利器。它可以帮助企业降低风险、提高效率、提升质量、改善决策，并为企业创造更多商机和竞争优势。随着仿真技术的不断发展和应用，相信它将在未来的企业发展中发挥越来越重要的作用。
虚拟制造技术及其在制造业中的应用
２００６年４月 第１０卷第２期 宁波职业技术学院学报 Ｊ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＮＩＮＧＢ０ ＰＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣ Ａｐｒ，２００６ Ｖ０１．１０ＮＯ．２
虚拟制造技术及其在制造业中的应用
阎洪波 ，赵冬晗 （１ 河南省南阳市第一技工学校，河南 南阳４７５０００；２ 河南省濮阳职业技术学院，河南 濮阳４５７０００） 摘要：从虚拟制造的形成背号，介绍了虚拟制造的特点、分类；并对虚拟制造的核心技术及理论体系等多方 面进行详细阐述。最后就虚拟制造的应用和虚拟制造技术的发展潜力和国内外现状进行系统介绍。 关键词：虚拟制造；核心技术；体系结构 中图分类号：ＴＨ１６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７ｌ＿２１５３（２００６）０２—００５８—０４
０引言 随着进入政治、经济和科学技术全球化，基于 信息和知识的产品正高速发展，全球性的市场竞争 日趋激烈。而决定制造企业全球竞争能力的主要指 标是产品开发时间（Ｔｉｍｅ）、质量（Ｑｕａｌｉｔｙ）、成本 （Ｃｏｓｔ）、以及相应的服务（Ｓｅｒｖｉｃｅ），即ＴＱＣＳ。这样 制造业迅速地向多品种、小批量、个性化的模式转 化，制造企业必需具有足够的柔性和敏捷性，能尽 快改变品种、更新设计、降低生产周期、减少生产 成本，从而在市场竞争中获得相当的市场份额和利 润。在此背景下，计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）、精 益生产（ＬＰ）、智能制造系统（ＩＭＳ）等新技术、新理论 应运而生。随着这些技术的深入使用，人们又提取 了更高的要求，希望制造系统能解决产品开发中的 前瞻性问题，如精确的成本／交货期预测、产品／ 制造系统投资的风险评估、产品方案的制造性能评 价等。因此，人们提出了诸如并行工程（ＣＥ）、敏捷 制造（ＡＭ）、动态联盟（ＶＥ）、分布式制造（ＤＭ）、虚 拟制造（ＶＭ），虚拟制造当然就成为先进制造技术的 重要组成部份。 １虚拟制造的特点 由于计算机硬件技术和网络技术的广泛应用， 虚拟制造具有以下几个特点：①无需制造实物样机就 可以预测产品性能，节约制造成本，缩短产品开发 周期；②产品开发中可及早发现问题，实现及时反馈 和更正；③以软件模拟形式进行产品开发；④企业管 理模式基于Ｉｎｔｒａｎｅｔ或Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，整个制造活动具有 高度的并行性。 ２虚拟制造的分类 Ｌａｕｒｅｎｃｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ提出三种不同类型的ＶＭ： （Ｉ）以设计为中心的虚拟制造（ＤＶＭ）为设计师 提供设计工具和不幸，以设计出符合标准的产品。 由于产品设计过程的复杂性，以及设计对制造全过 程的重大影响，因此需要设计部门与制造部门之间 在计算机网络的支持下协同工作。虚拟设计平台是 在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的支持下工作的，其基本功能及模块包 括产品异地设计、产品优化设计和产品性能评价等。 异地，可以是同一地区的不同协作单位，亦可是不 同地区和不同国家。通过对产品信息的综合分析， 对产品实现建模以及产品的优化设计和零件的分析 优化。整个设计过程是在一种虚拟环境中进行的。 由于采用人工拟实技术，通过高性能、智能化仿真 环境，可以使用户达到高度真实化。使用某些数字 化仿真工具，可使操作者与虚拟仿真环境有着全面 的感官接触与交融，使操作者有身临其境之感，从 而可以直接感受所设计的产品的性能、功能并不断 地加以修正。还可通过快速原型系统输出设计的产 品原形，进一步对设计进行评估和修正。 （２）以产品为中心的虚拟制造（ＰＶＭ）为工艺工程 收稿日期：２００６—０３—０５ 作者简介：阎洪波（１９６５－），男，河南南阳人，河南省南阳市第一技工学校讲师，一级实习指导师。 ・５８’ ２０
虚拟制造技术及应用
虚拟制造技术及应用
杨丽媛
（乐山职业技术学院 四川・乐山 ６１４０００）
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ＴＱＣＳ难题，即以最快的上市速度（Ｔ＿一Ｔｉｍｅｔｏｍａｒｋｅｔ），最好的质量（Ｑ——
Ｑｕａｎｔｉｔｙ），最低的成本（Ｃ——Ｃｏｓｔ），最优的服务（Ｓ——Ｓｅｒｖｉｃｅ），来满足不同顾客的需求。
关键词虚拟制造技术 信息化
中图分类号：ＴＨｌ６６ 文献标识码：Ａ
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
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 多新的制造技术和制造系统，如柔性制造系统（ＦＭＳ）、计算机集
成制造系统（ＣｌＭＳ）等。然而，这些系统仍然存在着一些问题，
如：系统投资较大、周期较长，开发一个新产品，无法在投入大
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 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
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 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
现在对虚拟制造（Ｖｉｒｔｕａｌ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，简称．ＶＭ）的定义
多种多样，美国佛罗里达大学Ｇｌｏｒｉａ Ｊ．Ｗｉｅｎｓ对虚拟制造的定 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
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
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
的潜在问题进行预测，即着眼于结果；而美国空军Ｗｒｉｇｈｔ实验
室和马里兰大学Ｅｄｗａｒｄ Ｌｉｎ的定义则侧重于虚拟制造的仿
虚拟仿真实验的实验报告(3篇)
第1篇
实验名称：虚拟仿真实验——制造业设施设备规划仿真
实验目的：
1. 通过虚拟仿真技术，学习制造业设施设备规划的基本原理和方法。
2. 培养对生产流程、物料流动、设备布局等关键因素的分析和优化能力。
3. 提高解决实际生产中设施布局问题的实践能力。
实验时间：2023年10月25日
实验地点：虚拟仿真实验室
实验器材：虚拟仿真软件（如FlexSim、AnyLogic等）
实验人员：张三、李四、王五
一、实验原理
虚拟仿真实验是通过计算机模拟真实生产环境，对生产流程、物料流动、设备布局等因素进行仿真分析，从而优化生产布局，提高生产效率。实验中，我们主要利用虚拟仿真软件进行以下操作：
1. 创建生产模型：根据实际生产需求，创建生产模型，包括设备、物料、人员等。
2. 设置仿真参数：根据实际情况，设置仿真参数，如设备运行速度、物料需求量、人员数量等。
3. 运行仿真：运行仿真，观察生产流程、物料流动、设备布局等，分析存在的问题。
4. 优化方案：根据仿真结果，对生产布局进行优化，提高生产效率。
二、实验步骤
1. 创建生产模型：根据实验要求，创建生产模型，包括设备、物料、人员等。我们将生产分为两个阶段：原材料加工和成品组装。
2. 设置仿真参数：根据实际情况，设置仿真参数，如设备运行速度、物料需求量、人员数量等。例如，设备运行速度设为每分钟10个单位，物料需求量为每小时100个单位，人员数量为10人。 3. 运行仿真：运行仿真，观察生产流程、物料流动、设备布局等。在仿真过程中，我们发现以下问题：
- 设备利用率较低，部分设备闲置。
- 物料流动不畅，导致生产效率降低。
- 人员配置不合理，部分人员工作负荷较大。
4. 优化方案：针对上述问题，我们对生产布局进行优化：
- 调整设备布局，提高设备利用率。
- 优化物料流动路径，减少物料流动时间。
- 调整人员配置，平衡工作负荷。
通用设备制造业 数字化应用案例
通用设备制造业 数字化应用案例
通用设备制造业是指生产各种通用设备的行业，包括机床、纺织机械、农业机械、食品机械、包装机械等。随着信息技术的发展，数字化应用已经逐渐渗透到通用设备制造业中，提升了生产效率、产品质量和企业竞争力。下面列举了10个通用设备制造业中的数字化应用案例。
1. 机器人智能化：通用设备制造业中广泛应用机器人来替代人工操作，提高生产效率和产品质量。通过数字化技术的应用，机器人可以实现自主学习、感知和决策，提高生产线的智能化水平。
2. 传感器网络：通用设备制造业中的设备和工件可以通过传感器网络实现实时数据采集和监测。这些数据可以用于设备状态监控、生产过程优化和预测性维护，提高设备的可靠性和生产效率。
3. 虚拟仿真：通用设备制造业中，通过虚拟仿真可以模拟和优化产品的设计和生产过程。虚拟仿真技术可以帮助设计师在计算机上进行产品设计和性能测试，减少实际制造和测试的时间和成本。
4. 云计算平台：通用设备制造业中的企业可以利用云计算平台来管理和分析生产数据。云计算平台可以实现数据的集中存储、共享和分析，帮助企业实现生产过程的数字化管理和优化。
5. 智能监控系统：通用设备制造业中的生产线可以通过智能监控系统实现全面监控和控制。智能监控系统可以实时监测设备的运行状态、产品质量和生产效率，及时发现和解决问题，提高生产线的稳定性和效率。
6. 物联网技术：通用设备制造业中的设备和产品可以通过物联网技术实现互联互通。设备和产品可以通过传感器和通信模块实现数据采集和远程控制，帮助企业实现设备的智能化和远程管理。
7. 大数据分析：通用设备制造业中产生了大量的生产数据，通过大数据分析可以挖掘出有价值的信息。企业可以利用大数据分析技术来优化生产过程、改进产品设计和预测市场需求，提高企业的竞争力。
8. 人工智能应用：通用设备制造业中的生产过程可以通过人工智能技术实现自动化和智能化。例如，通过机器学习算法可以实现产品质量的自动检测和分类，帮助企业提高产品质量和生产效率。