浅谈虚拟制造技术及其发展和应用

虚拟制造技术是在CAD/CAM/CAE技术的基础上发展起来的。一方面，CAD/CAM/CAE技术为虚拟制造的实现提供了相对成熟的技术基础，如建模技术、分析与优化技术、制造过程仿真技术、分析与评价技术、设计分析与评价技术以及产品信息集成、转换与共享技术等。特别是特征建模技术在虚拟制造技术中起着极其重要的作用。另一方面，虚拟制造技术超越了CAD/CAM/CAE技术，主要考虑产品信息的集成和建模，而虚拟制造技术也考虑了加工过程的建模等问题。

虚拟制造技术的基本概念。

虚拟制造技术(VMT)是20世纪80年代末提出并迅速发展的一种新思想。它以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计和生产过程进行统一建模，在计算机上对产品从设计、加工装配、检验、使用的全生命周期进行模拟和仿真。利用虚拟制造技术，可以在产品的设计阶段对产品及其性能和制造过程进行仿真，从而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，最大限度地降低产品的开发周期和成本。

2.虚拟制造技术的主要特点:

2.1利用信息技术对制造系统的要素进行充分模拟和高度集成。

通过产品模型、过程模型和资源模型的组合和匹配，模拟特定制造系统中设备布局、生产活动和业务活动的行为，以及制造系统各要素(人、技术、管理、环境等)的整体配置。)进行优化，从而保证了制造系统的可行性、合理性、经济性和高度适应性，为先进制造技术的进一步发展提供了更广阔的空间，促进了相关技术的不断发展和进步。

2.2人与虚拟制造环境的自然互动

虚拟制造环境以人为中心，使研究人员沉浸在模型创造的虚拟环境中，通过各种感知渠道直接感受不同媒介映射的模型运行信息，利用人自身的智能进行信息融合，产生全面映射，从而深刻把握事物的内在本质。人与虚拟制造环境的交互有利于加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，升华其理论，更好地指导实际生产。也有利于培训生产人员的模拟操作、异常过程的应急处理等。，加快企业人才的培养。

3虚拟制造技术的研究内容和关键技术

3.1虚拟制造技术的研究内容

由于虚拟制造涉及的技术领域非常广泛，而且很多技术并不是虚拟制造所独有的，所以有些技术在其他领域已经研究和应用了很长时间。例如，CAD/CAM/CAE技术为虚拟制造的实现提供了成熟的技术基础，多媒体远程通信、网络技术、信息集成、三维实体建模技术等计算机技术的发展为虚拟制造功能的实现提供了有力的支持。近年来，虚拟制造在基础研究和技术开发方面都取得了长足的进步，信息集成技术也在虚拟制造中得到了广泛的应用。然而，虚拟制造技术不是现有单项技术的简单组合，而是制造知识的系统化组织，是对工程对象和制造活动的全面建模，是在相关理论和积累知识基础上的集成。

就目前的研究现状而言，虚拟制造技术需要高计算能力、高速度、低成本的软硬件支持，用于产品生产制造过程的虚拟仿真、制造企业活动的知识提取、系统过程评估的中断干预等。目前软件的发展远远落后于硬件，虚拟制造技术要想真正成为现代制造技术的利器，还有很多相关技术需要研究和开发。虚拟制造技术的研究和应用具有巨大的潜力。

3.2虚拟制造的关键技术

虚拟制造的关键技术可以分为软和硬两个方面。目前，这些技术仍在发展和完善过程中。相比之下，软件的发展远远落后于硬件。

软件的关键技术包括制造系统建模、产品开发、制造过程仿真和可制造性评价。软件技术是创建高交互性、实时性和真实感虚拟环境的关键技术。在开发软件时，要考虑虚拟环境的建模和建成环境的交互性和漫游性。

软件涉及的主要技术有可视化技术，即将各种信息以有意义、可理解的虚拟方式展示给用户；开发环境构建技术，即类似通用操作系统的环境，以促进可视化和其他VM功能；信息描述技术，即使用不同的方法、不同的语义或语法来表达不同的信息，整合结构化技术，建立硬件和软件技术；仿真技术，在计算机中设计和进行实时系统仿真的过程；方法论，找出开发和使用VMS的方法；制造表征技术。获取、测量和分析制造过程中影响材料去除的变量；VMS的实施、测量和检查技术；人机、人等人机工程学评价与优化技术。在虚拟机环境中。

硬件涉及的主要技术是输入/输出设备，如HMD、合适的计算机屏幕、可视眼镜、数据手套、3D鼠标、数据服装和虚拟音频设备。与输入/输出相关的信息存储设备；能够支持各种设备、数据存储和高速运行的计算机系统，该系统应具有根据用户需求实时提供高质量图片的能力；不同站点的网络架构设备和硬件设备(如小型机、图形工作站、PC机等。).

通过软硬件技术的结合，建立虚拟现实计算平台，综合处理VRS中的各种输入信息，为用户产生交互式输出结果。

4.结束语

虚拟制造技术是一种新兴的先进制造技术。从虚拟制造的特点、研究内容和几项关键技术出发，对虚拟制造的研究现状、存在的问题和研究方向进行了总结和评述。可以看出，近年来国内外虽然取得了一些研究成果，但仍有许多问题需要进一步深入研究，特别是制造系统的建模与仿真以及面向虚拟产品开发全过程的集成系统。我相信，通过全世界虚拟制造研究者的努力，数字化制造的时代一定会到来。

参考资料:

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