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二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師考試專業(yè)實(shí)務(wù)案例分析

擬實(shí)制造

第一章 擬實(shí)制造概述

擬實(shí)制造（Virtual Manufacturing）是CIMS領(lǐng)域近年來提出的一個(gè)新概念，是指運(yùn)用計(jì)算機(jī)，應(yīng)用擬實(shí)模型，而不是通過真實(shí)的加工過程，在計(jì)算機(jī)上預(yù)估產(chǎn)品的功能及可加工性等可能存在的問題。

90年代中期隨著虛擬現(xiàn)實(shí)的工具出現(xiàn)，創(chuàng)建了一種具備物理性能的虛擬制造環(huán)境，使在熒屏上的圖像不僅能連續(xù)地反映制造過程的動(dòng)態(tài)，而且跟隨操作者的動(dòng)作作出近乎實(shí)際的實(shí)時(shí)反應(yīng)，從而形成了制造技術(shù)的學(xué)科分支一虛擬制造技術(shù)（又稱為擬實(shí)制造技術(shù)）。

它不消耗現(xiàn)實(shí)資源和能量，所進(jìn)行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)品也是虛擬的。

第二章 擬實(shí)制造的定義

擬實(shí)制造技術(shù)是一項(xiàng)新的先進(jìn)制造技術(shù)，目前還缺乏從產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的高度開展擬實(shí)制造技術(shù)的系統(tǒng)研究，因此， 擬實(shí)制造技術(shù)的內(nèi)涵到目前為止也沒有統(tǒng)一的定義，比較有代表性的有：

（1） 佛羅里達(dá)大學(xué)Gloria J . Wiens 的定義：虛擬制造與實(shí)際一樣在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行制造過程，其中虛擬模型是在實(shí)際制造之前用于對(duì)產(chǎn)品的功能及可制造性的潛在問題進(jìn)行預(yù)測(cè)。 該定義目標(biāo)是預(yù)測(cè)，著眼于結(jié)果；

（2） 美國(guó)空軍Wright 實(shí)驗(yàn)室的定義：虛擬制造是仿真、建模和分析技術(shù)及工具的綜合應(yīng)用，以增強(qiáng)各層制造設(shè)計(jì)和生產(chǎn)決策與控制1 該定義著眼于手段；

（3） 馬里蘭大學(xué)Edward Lin 等的定義：擬實(shí)制造是一個(gè)用于增強(qiáng)各級(jí)決策與控制的一體化的、綜合性的制造環(huán)境。 該定義著眼于環(huán)境。

除此之外，許多學(xué)者從不同角度對(duì)擬實(shí)制造技術(shù)進(jìn)行了探索，并給出了相應(yīng)的定義。2012年注冊(cè)計(jì)量師考試

通過對(duì)各種已有擬實(shí)制造的定義進(jìn)行綜合，可以發(fā)現(xiàn)，擬實(shí)制造本質(zhì)上屬于仿真技術(shù)，是各種制造仿真技術(shù)的系統(tǒng)集成 ，其核心是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模技術(shù)、仿真技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和管理技術(shù)等。

總之， 擬實(shí)制造技術(shù)是利用仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，采用群組協(xié)同工作，通過模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗(yàn)，并進(jìn)行過程管理與控制。

第三章 擬實(shí)制造的核心技術(shù)

擬實(shí)制造技術(shù)涉及面很廣，諸如環(huán)境構(gòu)成技術(shù)、過程特征抽取、元模型、集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)、制造特征數(shù)據(jù)集成、多學(xué)科交駐功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。其中后3項(xiàng)是虛擬制造的核心技術(shù)。

1 建模技術(shù)

虛擬制造系統(tǒng)VMS（Virtual ManufacturingSystem）是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)RMS（Real Manufacturing System）在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS的建模應(yīng)包括：生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型和工藝模型的信息體系結(jié)構(gòu)。

（1）生產(chǎn)模型

可歸納為靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩個(gè)方面。靜態(tài)描述是指系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述。動(dòng)態(tài)描述是指在已知系統(tǒng)狀態(tài)和需求特性的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程。

（2）產(chǎn)品模型

目前產(chǎn)品模型描述的信息有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)明細(xì)表、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息。而對(duì)VMS來說，要使產(chǎn)品實(shí)施過程中的全部活動(dòng)集成，就必須具有完備的產(chǎn)品模型，所以虛擬制造下的產(chǎn)品模型不再是單一的靜態(tài)特征模型，它能通過映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實(shí)施中各活動(dòng)所需的模型。2012年二級(jí)注冊(cè)計(jì)量師

（3）工藝模型

將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性聯(lián)系起來，以反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能：計(jì)算機(jī)工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計(jì)模型以及物理和數(shù)學(xué)模型。

2 仿真技術(shù)

仿真就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡(jiǎn)化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計(jì)性能。仿真是以系統(tǒng)模型為對(duì)象的研究方法，不干擾實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)仿真可以利用計(jì)算機(jī)的快速運(yùn)算能力，用很短時(shí)間模擬實(shí)際生產(chǎn)中需要很長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)周期。

例如產(chǎn)品制造加工過程仿真中，可實(shí)現(xiàn)切削過程仿真、裝配過程仿真，檢驗(yàn)過程仿真以及焊接、壓力加工、鑄造仿真等

仿真的基本步驟為：研究系統(tǒng)→收集數(shù)據(jù)→建立系統(tǒng)模型→確定仿真算法→建立仿真模型→運(yùn)行仿真模型→輸出結(jié)果并分析。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)VRT（Virtual Reality Technology）

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在為改善人與計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)可操作性中產(chǎn)生的，它是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的三維環(huán)境（稱為虛擬環(huán)境）中提供沉浸感覺的技術(shù)。利用VRS可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過用戶的交互輸入，并及時(shí)按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。

第四章 擬實(shí)制造的現(xiàn)狀

目前，擬實(shí)制造技術(shù)已經(jīng)在國(guó)外有所應(yīng)用，例如：美國(guó)Boneing公司設(shè)計(jì)的一架虛擬飛機(jī)，可用頭盔顯示器和數(shù)據(jù)手套進(jìn)行觀察與控制，使飛機(jī)設(shè)計(jì)人員身臨其境地觀察飛機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)果，并對(duì)其外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及使用性能進(jìn)行考察；

日本Matsushita公司開發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，允許消費(fèi)者在購買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗(yàn)不同設(shè)備的功能，按自己的喜好評(píng)價(jià)、選擇和重組這些設(shè)備，他們的選擇將被存儲(chǔ)并通過網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部門進(jìn)行生產(chǎn)；如：波音777部（它的全部設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)完成）、福特發(fā)動(dòng)機(jī)廠（機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化）和泰拉基集團(tuán)（980松土除草機(jī)）等。

我國(guó)在擬實(shí)制造技術(shù)方面的研究應(yīng)用存在巨大的差距，主要表現(xiàn)在：從研究工作方面看，科研經(jīng)費(fèi)緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應(yīng)用，人才流失嚴(yán)重；從企業(yè)方面看，企業(yè)的整體素質(zhì)不高，管理工作落后，科研能力薄弱，當(dāng)面臨國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)時(shí)大多難以為繼，很難在先進(jìn)制造技術(shù)方面花費(fèi)過多，而且受企業(yè)人員素質(zhì)的制約，一些先進(jìn)的技術(shù)還不易取得立竿見影的實(shí)際效果，這些都影響了企業(yè)應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)的熱情；從國(guó)家政策方面看，雖然國(guó)家對(duì)制造業(yè)十分重視，但是，由于我國(guó)當(dāng)前正處在改革過程中，多種機(jī)制同時(shí)運(yùn)行，多方利益難以協(xié)調(diào)，在資金使用上往往顧此失彼，而且國(guó)家財(cái)政困難，也難以使用重金支持虛擬制造技術(shù)的研究。

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