当今,全球制造企业之间的竞争越来越激烈,决定制造企业全球竞争能力的主要指标是产品的开发时间(Time)、质量(Quality)、成本(Cost)以及相应的服务(Service),即TQCS.为适应市场瞬息多变的要求,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(CIMS)、智能制造系统(IMS)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,在系统正式建立与运行之前,难以对这些系统的效益和风险进行确实而有效的评估;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;不能在产品设计开发的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.随着计算机网络和虚拟现实等先进技术的出现,虚拟制造(Virtual Manufacturing,VM)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.
就目前我国机床制造企业而言,与国外著名同类企业相比,在动态设计、结构优化以及新产品开发研制能力等各方面还存在着很大的差距,产品技术落后于国外先进水平.而且机床产品一般研制开发周期较长,加上科研投入不足,使得国内机床产品的更新周期普遍较长.面对这种形势,特别是我国加入WTO,如何使机床生产企业在新一轮更加激烈的竞争中站稳脚跟,在短期内尽快提高与发达国家同类企业进行平等竞争的能力,是十分迫切需要解决的问题.为此,必须不断地消化吸收国外先进技术,充分利用现代化的设计、制造手段,采用优化技术、CAD/CAM技术以及虚拟制造技术来进行机床的设计和制造,是提升机床生产企业国际竞争力的有效途径.
核心技术群虚拟制造技术由建模技术群、仿真技术群、控制技术群及支撑技术群组成.其中,建模与仿真是虚拟制造技术的核心.建模技术群.建模技术群是指开发虚拟制造系统中各种模型的所有技术与方法.虚拟制造系统应建立一个包容生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系.仿真技术群.仿真技术群是指运行和操作构成虚拟制造系统各种模型的所有方法和技术.其中包括某磨床部件装配CAD及有限元型示意图以下内容: A.面向对象的仿真在理论上突破了传统仿真的概念,它的分析、设计和实现系统的观点与人们认识客观世界的自然思维方式极为一致,因而增强了仿真研究的直观性和易理解性.B.仿真的可视化和动画技术(虚拟现实仿真等)它是建模与仿真系统的一个重要部分.可视化的目的是从视觉方面理解计算结果.例如,在有限元分析方面,材料中应力的分布状况可用彩色图形来显示计算结果,不同的颜色表示了应力集中情况.
控制技术群.它是指建模过程、仿真过程所用到的各种管理、组织与控制技术及方法.包括模型部件的组织、调度策略及交换技术;仿真过程的工作流程与信息流程控制;虚拟制造方法论;概念设计与制造方法、加工过程、成本估计集成技术;集成动态的、分布式的、协作模型的集成技术;实现最佳设计的冲突求解技术;基于仿真的推理技术;模型及仿真结果的验证、确认技术;虚拟制造环境下,产品开发过程中的调度与控制机制的研究,以及面向产品开发过程的组织与管理等问题的研究等.
支撑技术群.它是指支持虚拟制造系统开发、控制与运行的基础性技术.包括数据库技术;人工智能技术;系统集成技术;虚拟环境下分布式并行处理技术、多智能主体协同求解技术与系统的研究,以及全局最优决策理论和技术的研究;综合可视化技术(包括虚拟现实技术、科学可视化技术、计算机仿真和多媒体技术)在虚拟制造环境构造中的应用;计算机技术以及网络通讯技术等.
虚拟制造技术(VMT)是由许多先进学科、先进知识形成的综合系统技术,它在企业中的应用可以为企业带来很多效益.虚拟产品设计可以提高设计质量、优化产品性能,缩短设计周期.虚拟产品制造可以提高制造质量,优化工艺过程,缩短制造周期.目前,我国虚拟制造技术的研究刚刚起步,还处于国外的理论消化与国内环境的结合上,重点研究方向是进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真,以及研究如何生成可信度高的产品虚拟样机,使在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性.随着研究的不断深入和相关技术的发展,虚拟制造必将得到日益广泛的应用.
