小白聊智慧制造之八：虚拟制造是未来制造业的新模式

随着科学技术的飞速发展和顾客需求的日益多样化，现代制造业面临全球范围的激烈竞争。虚拟制造作为新出现的技术，它能够在产品设计开发的各个阶段把握产品制造过程的实况，找出各个阶段可能出现的问题，有效地协调设计与制造环节的关系，以寻求企业效益的最大化。

 

虚拟制造充分利用了计算机技术、互联网技术，打破了传统的空间概念，改变了过去竖井式的生产模式，组成扁平化的组织模式，能够快速地相应市场，大规模地降低了研发周期和研发资本，大大地促进了敏捷制造的发展，为未来的柔性化生产提供了技术支持。

 

虚拟制造是指从产品设计阶段开始，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

 

虚拟制造系统主要由虚拟设计、虚拟生产及闭环控制三部分构成。

 

虚拟设计

 

基于三维工艺设计方法、产品全生命周期管理系统等信息技术，实现围绕铸件产品的全三维协同工艺设计，实现产品和工艺信息的结构化、单一数据源管理。伴随着虚拟制造，将彻底改变原有的生产流程，实现流程再造、组织再造、岗位再造，改变了传统的工艺设计流程，充分发挥虚拟技术以产品为主线，建立企业核心知识库，支撑智能设计的应用研究。

 

在传统设计中，需要经历绘图、铸造模型、修改精加工的循环过程，最终才能形成成熟的设计方案。而采用虚拟技术的产品设计，在虚拟环境中建立三维立体模型，可迅速实现产品设计。由此带来的好处是，直观的立体画面呈现，让设计师更容易发现设计不足，及时修改产品参数。这样产品的设计过程避免了漫长的实体铸模，就可以看到实体产品的画面，可以大大减少开发周期。此外，设计者可以直接在虚拟的环境下查看每个组件的匹配度，快速发现并修正问题，极大地推进了设计进度。基于三维模型的工艺设计、工艺模拟和生产仿真，将工艺设计信息直观地集成于三维模型上，增强了信息交互，提高了工艺设计的效率和准确性。

 

虚拟设计在实施的过程中，需要建立产品全生命周期管理系统产品图纸、标准规范、工艺文件、质量文件等数据规范管理，建立了统一的工艺设计协同平台；应用虚拟设计集成控制系统进行虚拟设计过程全流程、全参数管控，避免了工艺设计人员对于顾客技术要求的提取不全面，对于公司内控标准掌握不到位，以及依据个人有限的经验选定成形方法，缺乏有效的分析和决策导致工艺设计从源头处发生错误等等。

虚拟生产

 

 

虚拟生产是整合虚拟现实及数字智能机床的制造系统，在制造和生产上利用计算机和相关软件模拟生产的全过程。虚拟生产的目的是为了可以在虚拟现实系统的真实环境下仿真其特性、误差，并进行建模。虚拟加工可以在生产线没有实际测试的情形下，让产品可以正常生产。围绕生产过程中的关键工序，建立与现实生产一致的虚拟生产环境，进行产品仿真和产品三维动态模拟，在计算机中验证生产过程执行，并产生可指导现实制造的控制参数。

 

§  虚拟加工

 

 

虚拟加工，在数控设备上才能完成的大部分加工功能可以在这个虚拟制造环境中实现，由于使用仿真软件，也大大减少工件材料和能源的消耗，从而可以降低成本；不仅能对编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。虚拟加工技术还经常用于研究影响质量的因素。当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真研究、虚拟生产就是一种特别有效的研究手段和方法。

 

§  虚拟装配

虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分，其定义是：利用计算机工具“协助”装配工程师在没有实际成品或程序支持的情况下进行模拟分析、预测和可视化模拟。在装配工作中虚拟机械加工技术常常用于核实机械装配工序，检查加工设备和工具的机械和物理性能，以虚拟模型和模拟为依据寻找影响产品质量的各种因素。虚拟现实技术可用于装配和拆装过程中。例如：一个工人能够装配一个部件和元件吗?以及该部件可以拆装开来用于后续的服务和维修当中吗?还有其他问题也需要解决：该部件是“复杂”还是“容易”?需要多长时间?在人类工程学中地位高低?有足够空间来存放工具吗?

 

§  虚拟检测

虚拟检测即利用虚拟的机械加工技术来模拟检测机械加工进程以及检测设备的物理力学性能。检测的目的在于能够更好的研究检查方法论，寻找影响检测准确性因素，避免在实际生产中出现问题。

 

闭环管控

 

闭环管控是指建立统一的设计和制造一体化管理平台，通过信息集成技术，实现生产过程关键控制参数的闭环管控。应用智能生产单元、可穿戴设备、移动终端APP等进行现实生产过程参数反馈；应用虚拟技术集成控制系统实现关键控制参数的闭环反馈和统计分析，结合大数据技术，指导工艺持续优化。将关键生产过程的控制要求参数化，并与智能生产单元、现场移动检查终端等集成，实现关键控制参数的实时监控和闭环控制。

 

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