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二級注冊計量師考試專業(yè)實務(wù)案例分析

擬實制造

第一章 擬實制造概述

擬實制造（Virtual Manufacturing）是CIMS領(lǐng)域近年來提出的一個新概念，是指運用計算機，應(yīng)用擬實模型，而不是通過真實的加工過程，在計算機上預(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態(tài)，而且跟隨操作者的動作作出近乎實際的實時反應(yīng)，從而形成了制造技術(shù)的學科分支一虛擬制造技術(shù)（又稱為擬實制造技術(shù)）。

它不消耗現(xiàn)實資源和能量，所進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 擬實制造的定義

擬實制造技術(shù)是一項新的先進制造技術(shù)，目前還缺乏從產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的高度開展擬實制造技術(shù)的系統(tǒng)研究，因此， 擬實制造技術(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） 佛羅里達大學Gloria J . Wiens 的定義：虛擬制造與實際一樣在計算機上執(zhí)行制造過程，其中虛擬模型是在實際制造之前用于對產(chǎn)品的功能及可制造性的潛在問題進行預(yù)測。 該定義目標是預(yù)測，著眼于結(jié)果；

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

（3） 馬里蘭大學Edward Lin 等的定義：擬實制造是一個用于增強各級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，許多學者從不同角度對擬實制造技術(shù)進行了探索，并給出了相應(yīng)的定義。2012年注冊計量師考試

通過對各種已有擬實制造的定義進行綜合，可以發(fā)現(xiàn)，擬實制造本質(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， 擬實制造技術(shù)是利用仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在高性能計算機及高速網(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，實現(xiàn)產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，并進行過程管理與控制。

第三章 擬實制造的核心技術(shù)

擬實制造技術(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、多學科交駐功能、決策支持工具、接口技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、建模與仿真技術(shù)等。其中后3項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、形式化和計算機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)描述和動態(tài)描述兩個方面。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)明細表、產(chǎn)品形狀特征等靜態(tài)信息。而對VMS來說，要使產(chǎn)品實施過程中的全部活動集成，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)品實施中各活動所需的模型。2012年二級注冊計量師

（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：計算機工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計模型以及物理和數(shù)學模型。

2 仿真技術(shù)

仿真就是應(yīng)用計算機對復雜的現(xiàn)實系統(tǒng)經(jīng)過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計性能。仿真是以系統(tǒng)模型為對象的研究方法，不干擾實際生產(chǎn)系統(tǒng)，同時仿真可以利用計算機的快速運算能力，用很短時間模擬實際生產(chǎn)中需要很長時間的生產(chǎn)周期。

例如產(chǎn)品制造加工過程仿真中，可實現(xiàn)切削過程仿真、裝配過程仿真，檢驗過程仿真以及焊接、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→運行仿真模型→輸出結(jié)果并分析。

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

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是在為改善人與計算機的交互方式，提高計算機可操作性中產(chǎn)生的，它是綜合利用計算機圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計算機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可以對真實世界進行動態(tài)模擬，通過用戶的交互輸入，并及時按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。

第四章 擬實制造的現(xiàn)狀

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

日本Matsushita公司開發(fā)的虛擬廚房設(shè)備制造系統(tǒng)，允許消費者在購買商品前，在虛擬的廚房環(huán)境中體驗不同設(shè)備的功能，按自己的喜好評價、選擇和重組這些設(shè)備，他們的選擇將被存儲并通過網(wǎng)絡(luò)送至生產(chǎn)部門進行生產(chǎn)；如：波音777部（它的全部設(shè)計由計算機完成）、福特發(fā)動機廠（機械設(shè)計自動化）和泰拉基集團（980松土除草機）等。

我國在擬實制造技術(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)費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應(yīng)用，人才流失嚴重；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，當面臨國際競爭時大多難以為繼，很難在先進制造技術(shù)方面花費過多，而且受企業(yè)人員素質(zhì)的制約，一些先進的技術(shù)還不易取得立竿見影的實際效果，這些都影響了企業(yè)應(yīng)用先進制造技術(shù)的熱情；從國家政策方面看，雖然國家對制造業(yè)十分重視，但是，由于我國當前正處在改革過程中，多種機制同時運行，多方利益難以協(xié)調(diào)，在資金使用上往往顧此失彼，而且國家財政困難，也難以使用重金支持虛擬制造技術(shù)的研究。

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