【文章內(nèi)容簡介】 虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真技術(shù)等在計算機上建立起的虛擬制造環(huán)境是接近人們自然活動的一種 “自然 ”環(huán)境，人們的視覺、觸覺和聽覺都與實際環(huán)境接近。人們在這樣環(huán)境中進行產(chǎn)品的開發(fā)，可以充分發(fā)揮技術(shù)人員的想象力和創(chuàng)造能力，相互協(xié)作發(fā)揮集體智慧，大大提 高產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量和縮短開發(fā)周期。 5. 虛擬制造技術(shù)的種類 廣義的制造過程不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計加工、裝配。還包含了對企業(yè)生產(chǎn)活動的組織與控制。從這個觀點出發(fā)，可以把虛擬制造分為三類：以設(shè)計為中心的虛擬制造 、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。 （ 1） 以設(shè)計為中心的虛擬制造 以 設(shè)計為中心的虛擬制造強調(diào)以統(tǒng)一制造信息模型為基礎(chǔ)，對數(shù)字化鏟平模型進行仿真與分析、優(yōu)化，進行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)性能、運動學、熱力學方面的分析和裝配性分析，以獲得對產(chǎn)品的設(shè)計評估與性能預(yù)測結(jié)果。 特點： 在設(shè)計階段為設(shè)計人員提供制造信息；使用基于 制造的仿真以優(yōu)化產(chǎn)品和工藝的設(shè)計；通過 “在計算機上制造 ”產(chǎn)生多個 “軟 ”樣機 。 主要目標：評價可制造性 主要技術(shù)支持：特征造型；面向數(shù)學模型設(shè)計；加工過程仿真技術(shù)。 應(yīng)用領(lǐng)域：造型設(shè)計 熱力學分析 運動學分析 動力學分析 容差分析 加工過程仿真 （ 論文） 6 （ 2） 以生產(chǎn)為中心的虛擬制造 以生產(chǎn)為中心的虛擬制造是在企業(yè)資源的約束條件下，對企業(yè)的生產(chǎn)過程進行仿真，對不同的加工過程以及組合進行優(yōu)化。它對產(chǎn)品的“可生產(chǎn)性”進行分析評價，對制造資源和環(huán)境進行優(yōu)化組合，通過提供精確的生產(chǎn)成本信息對生產(chǎn)計劃和調(diào)度進行合理化決策。 主要目 標：將仿真能力用于制造過程模型，以便低費用、快速地評價不同的工藝方案；用于資源需求規(guī)劃、生產(chǎn)計劃的產(chǎn)生及評價的環(huán)境 。 主要目標： 評價可生產(chǎn)性 主要技術(shù)支持：特征造型；面向數(shù)學模型設(shè)計；加工過程仿真技術(shù)。 應(yīng)用領(lǐng)域： 工廠或產(chǎn)品的物理布局 生產(chǎn)計劃的編排 （ 3） 以控制為中心的虛擬制造 以控制為中心的虛擬制造是將仿真技術(shù)引入控制模型，提供模擬實際生產(chǎn)過程的虛擬環(huán)境，使企業(yè)在考慮車間控制行為的基礎(chǔ)上對制造過程進行優(yōu)化控制。 以上三種虛擬制造分別側(cè)重于制造過程的不同方面。但它們都以計算機建模、仿真技術(shù)為一個重要的實現(xiàn)手 段，通過對制造過程進行統(tǒng)一建模，對仿真支持設(shè)計過程、模擬制造過程，進行成本估算和生產(chǎn)調(diào)度。 特點：將仿真加到控制模型和實際處理中；可 “無縫 ”地仿真使得實際生產(chǎn)周期期間不間斷地優(yōu)化。 主要技術(shù)支持： 對離散制造 基于仿真的實時動態(tài)調(diào)度；對連續(xù)制造 —— 基于仿真的最優(yōu)控制 6. 虛擬制造 技術(shù) 簡介 . 虛擬制造關(guān)鍵技術(shù) 1. 特征建模的建立 :建立包含工藝信息的特征模型 ,為以后的工藝分析、加工等過程創(chuàng)造條件。 2. 企業(yè)間產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換 :在由動態(tài)聯(lián)盟共同完成新產(chǎn)品開發(fā)的條件下 ,必須以產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準(STEP、 IGES等 )來保證企業(yè)間信息的集成。 3. 快速原型制造軟硬件系統(tǒng) :快速原型制造系統(tǒng)使工程人員在制造前就能看到產(chǎn)品 ,從而改進設(shè)計。也可直接用于快速制造少量的零件或模具。改進材料、工藝及軟件來提高產(chǎn)品的精度。 4. 加工能力模型 /生產(chǎn)能力模型建立 :根據(jù)企業(yè)的加工設(shè)備信息建立加工能力模型 ,進一步還可以根據(jù)企業(yè)的其他資源信息建立生產(chǎn)能力模型。生產(chǎn)能力模型是產(chǎn)品零件可制造性分析、加工單元布局以及制造成本估算、生產(chǎn)能力平衡、優(yōu)化生產(chǎn)布局、優(yōu)化調(diào)度方案的依據(jù)。 5. 產(chǎn)品零件的可制造性分析及計算機輔助工藝規(guī)劃 :根據(jù)零件的特征信息以及制造資源 模型進行可制造性分析 ,確定加工路線、步驟和參數(shù)。 6. 制造過程的動態(tài)描述 :根據(jù)工藝規(guī)劃所確定的加工路線以及制造資源用動畫形式描述制造過程 ,用以檢查過程及物流、對環(huán)境影響的合理性。 （ 論文） 7 7. NC代碼自動生成 :根據(jù)包含特征信息的零件模型及工藝規(guī)劃信息來實現(xiàn)零件的 NC 代碼自動生成并提供加工時間等參數(shù) ,為加工仿真 ,成本分析等后續(xù)過程提供依據(jù)。 8. 制造成本估算 :根據(jù)制造過程所占用的資源、加工時間等信息進行制造成本估算。 9. 驗證與測試系統(tǒng) :借助于虛擬現(xiàn)實及人 機工程對產(chǎn)品的可靠性、可操作性、可維護性等進行評估 [2]。 . 虛擬制造技術(shù)的建模技術(shù) 虛擬加工是現(xiàn)實加工過程在計算機上的映射 ,與真實制造過程相比 ,具有虛擬性、數(shù)字化集成性、依賴性。虛擬加工系統(tǒng)的建立必須基于現(xiàn)實的制造設(shè)備及其相關(guān)活動 ,并且可以隨著制造設(shè)備的改變對虛擬加工系統(tǒng)進行變更。虛擬加工環(huán)境建模是真實加工環(huán)境在數(shù)字化世界中的映射。產(chǎn)品的實際加工環(huán)境包括加工設(shè)備、工裝夾具及其加工刀具等 ,因此在虛擬加工環(huán)境中需要建立相應(yīng)的加工設(shè)備模型、夾具模型、刀具模型及工件模型 ,使得虛擬加工環(huán)境能夠依據(jù)用戶輸入的 NC 代碼、工藝模塑和刀具模型給出有關(guān)工件變化、刀具狀況、加工效率等信息 。虛擬加工設(shè)備主要是指虛擬機床 ,用于仿真實際加工設(shè)備加工虛擬產(chǎn)品 ,機床模型包括機床的幾何實體信息、運動特征信息、伺服特性信息、剛度特性信息以及熱變形特性信息的影響等 [3]。虛擬刀具包括鏡刀、車刀、鉆頭等常用的加工刀具 ,用于仿真實際的切削過程 ,刀具模型包括刀具幾何實體信息、切削特征信息和運動特征信息等 :虛擬夾具用于仿真實際的工裝夾具 ,夾具模型包括夾具幾何實體信息、裝夾特征信息等。虛擬加工設(shè)備、夾具、刀具和工件建模原理一致 [4]。 1. 虛擬加工設(shè)備建模 虛擬機床是虛擬加工過程的具體實施者。根據(jù)機床信息的不同 ,機床模 型分為幾何模型和仿真模型 ,其中幾何模型將虛擬機床看成是一個層次式的裝配體 ,包含多個部件和零件 ,且部件之間存在著相互裝配關(guān)系和約束條件 ,組成零部件的三維數(shù)字模型根據(jù)其實際形狀和大小分別建模 。機床仿真模型是在 NC代碼的驅(qū)動下 ,采用一種類似于 NC 加工插補算法實現(xiàn)各運動部件的平動與轉(zhuǎn)動 ,以此驅(qū)動虛擬機床的運動。將仿真模型作為機床的物理屬性依附在機床的幾何模型上