虛擬制造技術(shù)及其在制造業(yè)中的應(yīng)用研究

1、虛擬制造技術(shù)及其在制造業(yè)中的應(yīng)用研究一.基于VR技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)VR的沉浸性和交互性特性使得它成為用來設(shè)計新產(chǎn)品和開發(fā)相應(yīng)生產(chǎn)線的得力工具。首先考慮一下設(shè)計并構(gòu)造一個新產(chǎn)品原型所需要的時間。在設(shè)計過程中，設(shè)計師要考慮到產(chǎn)品的各個方面，以滿足一定的安全性、人機(jī)工程學(xué)、易維護(hù)性和裝配標(biāo)準(zhǔn)。因此，設(shè)計過程中嚴(yán)格地受到生產(chǎn)、時間和費(fèi)用的限制。VR能完成比CAD更多的功能，CAD 通常只考慮產(chǎn)品各個子部件的幾何特征和相互間的幾何約束。而在VR中，可以將以上提到的多種所需滿足的條件集成到設(shè)計過程中一并考慮，我們還能適當(dāng)減少子部件數(shù)目，甚至可以按比例放縮部件尺寸，這大大降低了設(shè)計費(fèi)用和原型構(gòu)造時間，更進(jìn)一-步

2、的達(dá)到產(chǎn)品用戶化的目標(biāo)。例如，在飛機(jī)制造業(yè)中，為評測某飛機(jī)設(shè)計方案的優(yōu)劣，要建立一系列與真實產(chǎn)品同尺寸的物理模型，并在模型上進(jìn)行反復(fù)修改，這要花去大量時間和費(fèi)用，而在過去是不可避免的。如今美國波音公司在飛機(jī)設(shè)計中運(yùn)用VR技術(shù)完全改變了這種設(shè)計方法。波音公司為設(shè)計波音777飛機(jī)，研制了一個名為“先進(jìn)計算機(jī)圖形交互應(yīng)用系統(tǒng)”的虛擬環(huán)境，用VR技術(shù)在此環(huán)境中建立一駕飛機(jī)的三維模型。這樣設(shè)計師戴上頭盔顯示器就可以在這駕虛擬飛機(jī)中遨游，檢查“飛機(jī)”的各項性能，同時，還可以檢查設(shè)備的安裝位置是否符合安裝要求等等。最終的實際飛機(jī)與設(shè)計方案相比，偏差小于千分之一寸，機(jī)翼和機(jī)身的接合一次成功，縮短了數(shù)千小時的設(shè)

3、計工作量。同樣，其它大型、復(fù)雜的產(chǎn)品如船舶、潛艇設(shè)計等都可以運(yùn)用VR技術(shù)達(dá)到節(jié)約設(shè)計費(fèi)用和時間提高設(shè)計成功率的目標(biāo)。采用VR技術(shù)設(shè)計產(chǎn)品還有以下優(yōu)點：產(chǎn)品用戶化的一個不利效應(yīng)是增加了模型的變量數(shù)目，也就相應(yīng)地增加了生產(chǎn)的復(fù)雜度。VR可在要加工的部位加上紋理和圖形信息，這對機(jī)械制造起到很好的向?qū)ё饔谩Ｍ瑯拥倪^程可輔助訓(xùn)練和指導(dǎo)生產(chǎn)者，使他們能很快勝任新工作。虛擬環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化可對某一項目合作組的成員進(jìn)行設(shè)計、生產(chǎn)訓(xùn)練。這些合作組的成員可以在同一個或不同工廠里，或者甚至是來自院校的專家和國外顧問。二.虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造車間設(shè)計中的作用目前眾多的制造系統(tǒng)可按遞階控制層次分為四層：工廠層、車間層、制造單

4、元層、設(shè)備層，其中車間層的設(shè)計與車間中設(shè)備的利用率、產(chǎn)品的生產(chǎn)效率等密切相關(guān)，如果設(shè)計不當(dāng)，就會造成設(shè)備利用率低、車間產(chǎn)量不能滿足用戶需求、操作人員的空閑時間多。所以，如何合理地設(shè)計制造車間，保證它的高效運(yùn)行是一個非常重要的問題。采用VR技術(shù)能提高設(shè)計的可行性、有效性。車間設(shè)計的主要任務(wù)是把生產(chǎn)設(shè)備、刀具、夾具、工件、生產(chǎn)計劃、調(diào)度單等生產(chǎn)要素有機(jī)地組織起來。在車間設(shè)計的初步階段，設(shè)計者根據(jù)用戶需求，確定車間的功能需求、車間的模式、主要加工設(shè)備、刀具和夾具的類型和數(shù)量，提出一組候選設(shè)計方案。VR的作用就是幫助設(shè)計者評測、修改設(shè)計方案，得到最佳結(jié)果。在詳細(xì)設(shè)計階段，設(shè)計者完成對各個組成單元的完整

5、描述，運(yùn)用VR造型技術(shù)生成各個組成單元的虛擬表示，并進(jìn)而用這些虛擬單元布置整個車間，其中還可加上自動導(dǎo)引小車、機(jī)器人、倉庫等車間常用設(shè)備。設(shè)計者戴上頭盔顯示器就可穿行于虛擬車間之中，他可以開啟其中的任何設(shè)備，觀測運(yùn)行情況，凡是他能想到的檢測條件都立即能看到檢測結(jié)果。他還可以在視察時交互式地修改設(shè)計方案，比如移動設(shè)備的位置，增加/刪除設(shè)備的個數(shù)，這種“所想即所見”的設(shè)計方式極大地提高了設(shè)計的成功率。三.VR技術(shù)在生產(chǎn)計劃安排上的應(yīng)用生產(chǎn)計劃安排的可視化對于制造決策是極其有用的，但目前它還未能完全實現(xiàn)。使用VR技術(shù)，可將成百上千件產(chǎn)品、成千上萬個零部件和許多其他生產(chǎn)要素可視化，輔助計劃者更好地評價

6、、選擇生產(chǎn)計劃。計算機(jī)產(chǎn)生的圖像可將計劃者的大腦負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)移到他們的感官系統(tǒng)，這就加快了工作進(jìn)程。生產(chǎn)計劃數(shù)據(jù)變成立體的或多維的圖形，可表達(dá)復(fù)雜的內(nèi)部關(guān)系。但問題并不是那么簡單，不能只簡單地用某種圖形來表示每種數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，否則只會生成一幅雜亂無章的圖像。在繪制之前，要先進(jìn)行視覺抽象，在2維平面上用一種形體代表一種數(shù)據(jù)，這種形體要滿足：（1）支持視覺感知；（2）構(gòu)造有效的視覺表示以便于各種層次的解釋；（3）保證結(jié)果圖像要便于商業(yè)經(jīng)理理解和使用。四、采用虛擬制造技術(shù)可以給企業(yè)帶來下列效益1.提供關(guān)鍵的設(shè)計和管理決策對生產(chǎn)成本、周期和能力的影響信息，以便正確處理產(chǎn)品性能與制造成本、生產(chǎn)進(jìn)度和風(fēng)險之間的平衡，作出正確的決策；2.提高生產(chǎn)過程