1、虚拟制造技术与数字化工艺本文介绍了虚拟制造的背景和它的定义，讨论了虚拟制造的流派、相关技术、应用领域它在数字化工艺中的研究与应用。随着全球竞争的增加，为了缩短产品的上市时间，在八十年代相继提出了FMS（FexibleManufacturingSystem）、CIMS(ComputerIntegratedManufacturingSystem)、CE(ConturrentEngineering)等新的概念，对它们的研究与应用，提高了产品的质量和生产效率。随着网络和生产技术的发展，在九十年代提出了敏捷制造AM（AgileManufacturing）、精良制造LM（LeanManufacturing
2、）、分布式制造（DistributedManufacturing）和虚拟企业VE（VirtualEnterprise）等新的研究领域，目前设计技术研究主要集中在详细设计阶段，CAD系统虽然提供了表示和操作复杂零件的方法，但是它不能表示概念设计阶段的信息，在这种情况下，产生了虚拟制造VM（VirtualManufacturing）。虚拟制造建立了计算机化的制造活动这样一个关键概念，它概括了对真实制造世界的对象和活动的建模与仿真研究的各个方面。虚拟制造的基础是用计算机支持的技术对所有必要的制造活动进行彻底的建模与仿真，其中建立计算机化的工艺过程，即：数字化加工过程是虚拟制造研究的核心基础工作之一。
3、虚拟制造的定义在LawrenceAssociates的VirtualManufacturingUserWorkshop报告中，VM被定义为：它是一个集成的、综合的可运行制造环境，用来提高各个层次的决策和控制。各部分的语义说明如下：环境通过协同地提供分析工具、仿真工具、应用工具、控制工具、模型（产品、过程和资源）、设备以及***方法的***，用以支持构造和使用分布式制造仿真。层次是指从产品的概念设计到回收利用、从车间到执行位置、从物质的转换到信息的传递等各个方面。控制预测效果的真实性。提高增加它的精度和可靠性。运行用环境来构造和操作特定的制造仿真决策是指改变（可视化、***、定义和选择）后的影响。综合
4、指真实的和仿真的对象、活动和过程的混合状态。上述关于VM的定义没有充分强调VM在预测过程、成本和质量方面的能力，而且它没有说明VM预测的可靠性和精度，因此它还存在下面的缺点：该定义***了它处理的范围，并且提高了工程和制造之间的交互性。虽然它的最理想的定义达到了对VM最全面的描述，但是，根据不同用户的对象、技术背景和水平，VM应该有不同的定义。VM的定义应与特定用户的经验基础相联系，这里的制造应该是广义的、企业范围的“大”制造。因为在车间之外的重要活动也包含在建模、数据和仿真中。VM的定义必须与特定用户的经验和要求相联系，因此，VM不可能只有一种定义，对于每一个人来说，VM并不是完全相同的，所以
5、应了解它与其他相关概念的区别。给出一个象VM这样覆盖面广的定义，是非常困难的。VM的定义不可能包含它的每一个方面。因此，为了更好地解释VM，下面对VM的内涵进行说明：通过基于建模的途径和利用仿真，VM主要是为了提高加工过程的质量。VM最重要的作用是为实施IPPD(IntegratedProductProcessDevelopment)提供一个工具，特别是用于预测产品成本和控制功能。VM的基本目的是基于计算机模拟产品的开发环境，使得设计者在真正的加工之前就能够模拟地制造产品。这里的“产品开发”包括了与产品相关的所有活动，不仅包括技术上的和商业上的，而且包含了产品的设计和生产。但是，VM并不仿真所
6、有的这些方面。VM是基于模型的制造，使用的工具反过来影响这些模型。最初始的工具是仿真，利用仿真可以降***造成本，而且可以检查真实空间和虚拟空间的许多参数。从全局的观点来讲，在一个IPPD环境下，通过在计算机中完成“制造”，VM提供了对部分或全部设计过程的评价方法。1/VM的流派VM的研究都与特定的应用环境和对象相联系，在VM的研究过程中，由于应用的不同要求，各有不同的侧重点，因此出现了三个不同的流派，它们是以设计为中心的VM、以生产为中心的VM和以控制为中心的VM。1/1以设计为中心的VM以设计为中心的VM是通过加制造信息到IPPD的过程和在计算机中进行“制造”，仿真多种制造方案和产生许多“软
7、”的模型。因此它的短期目标是：为了达到特殊的制造目的(例如为了装配进行设计、精良操作或柔性等)，VM用以制造为基础的仿真来优化产品的设计和生产过程。它的长期目标为：VM在不同的层次上用仿真过程来评估生产情况，并且反馈给设计和生产控制。1/2以生产为中心的VM以生产为中心的VM是通过加仿真能力到生产过程模型，达到方便和快捷地评价多种加工过程的目的。它的短期目标是：VM是基于生产的IPPD的转换，用以优化制造过程和物理层。它的长期目标是：为了实现新工艺和流程的更高的可信度，VM是增加生产仿真到其它集成和分析技术。1/3以控制为中心的VM以控制为中心的VM是通过增加仿真到控制模型和实际的生产过程，来
8、实现优化的真实仿真。1/4三类VM之间的关系虽然三种VM的定义不相同，但是它们都涉及到虚拟产品生命周期中不同的方面，因此，它们具有下面的特点：以设计为中心的VM为设计者提供了一个设计产品和评估可制造性的环境，它的结果包括产品建模、成本预测等，所以，在设计中的潜在问题能够被发现，同时它的一些指标(例如成本等)也能被预测。为了生产出合格的产品而不做实际的样品，以生产为中心的VM为工艺计划和生产计划的生成、工艺资源的要求以及对这些计划的评价提供了一个环境，它能够更精确地提供成本信息和产品的供给计划。2/VM与其它相关技术之间的区别当前在先进制造技术的研究过程中，产生了许多新的概念，如IPPD、虚拟企
9、业VE（VirtualEnterprise）、建模与仿真M&S(ModelingandSimulation)等。因此，为了更详细说明VM的内涵，需要了解VM与其它相关概念之间的关系。2/1VM与IPPDIPPD是一种交错功能协调机理，它使得与设计和制造相关的信息可以在产品设计过程的各模块间流动。VM仿真制造、生产和装配过程，因此它必须有与上面信息的接口，但是VM并不是各模块的***，也不能使信息在模块间流动。它们的关系如图1所示。图1产品开发过程按照IPPD的观点，VM增加了IPPD的过程，它提供了一种方法将制造知识综合到产品开发的早期阶段。因此，它在IPPD中的作用是重要的。首先它允许IPPD直接通过模拟加工过程来设计、分析和制造产品，而不用关心实际的加工。其次，它允许IPPD在原型系统中任意层次上增加过程。IPPD的优势并不在于过程中模块的多少，因为几个最好的单个模型组合到一起并不是最好的。利用VM，IPPD可以逆向分析加工过程，而不用重构加工过程。按照并行工程
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