1 虚拟制造技术界定与内涵
虚拟现实(Virtual Reality)技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实,使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造(Virtual Manufacturing)技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成,它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段,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。从而更加有效的、经济的、柔性的组织生产,增强决策与控制水平,有力地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。
虚拟制造技术的研究内容是极为广泛的,除了虚拟现实技术涉及的共同性技术外,虚拟制造领域本身的主要研究内容有:虚拟制造的理论体系;设计信息和生产过程的三维可视化;虚拟环境下系统全局最优决策理论和技术;虚拟制造系统的开放式体系结构;虚拟产品的装配仿真;虚拟环境中及虚拟制造过程中的人机协同作业等。一般来说,虚拟制造的研究都与特定的应用环境和对象相联系,由于应用的不同要求而存在不同的侧重点,因此出现了三个流派,即以设计为中心的虚拟制造、以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。以设计为中心的虚拟制造是通过增加制造信息到集成产品开发过程中并在计算机中仿真多种制造方案,为设计者提供一个设计产品和评估产品可制造性的环境。以生产为中心的虚拟制造是通过增加仿真能力到生产过程模型,达到方便和快捷地评价多种加工过程的目的。它为工艺计划和生产计划的生成、工艺资源的要求以及对这些计划的评价提供了一个环境。以控制为中心的虚拟制造是通过增加仿真到控制模型和实际的生产过程,模拟实际的车间生产,评估车间生产活动,达到优化制造过程的目的。
2 发展虚拟制造技术的意义
虚拟制造也可以对想象中的制造活动进行仿真,它不消耗现实资源和能量,所进行的过程是虚拟过
程,所生产的产品也是虚拟的。虚拟制造技术的应用将会对未来制造业的发展产生深远影响,它的重大作用主要表现为: