制造業(yè)的發(fā)展對產(chǎn)品性能、規(guī)格、品種不斷提出新的要求，產(chǎn)品的生命周期越來越短，新產(chǎn)品的開發(fā)時間是決定性因素。虛擬制造技術(shù)(VMT Virtual Manufacturing Technology)可以模擬由產(chǎn)品設(shè)計、制造到裝配的全過程，對設(shè)計與制造過程中可能出現(xiàn)的問題進行分析與預(yù)測，提出改進措施，實現(xiàn)產(chǎn)品從開發(fā)列制造整個過程的優(yōu)化，達到降低產(chǎn)品生命周期、減小開發(fā)風(fēng)險、提高經(jīng)濟效益的目的。而機械加工過程仿真在虛擬制造中占有重要地位，它通過對機床一工件一刀具構(gòu)成的工藝系統(tǒng)中的各種加工信息的有效預(yù)測與優(yōu)化，為實際加工過程的智能化實現(xiàn)創(chuàng)造了有利條件，同時它也是研究加工過程的重要手段。

　　1虛擬制造技術(shù)

　　虛擬制造是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計算機技術(shù)對現(xiàn)實制造活動中的人、物、信息及制造過程進行全面的仿真，以發(fā)現(xiàn)制造中呵能出現(xiàn)的問題，在產(chǎn)品實際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而達到產(chǎn)品一次性制造成功，來達到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、增強產(chǎn)品競爭力的目的。它進行的過程是虛擬過程，所生產(chǎn)的產(chǎn)船也是虛擬的。所謂”虛擬”，是相對于實物產(chǎn)品的實際制造系統(tǒng)而言的，強調(diào)的是制造系統(tǒng)運行過程的計算機化。

　　1.1虛擬制造與實際制造關(guān)系

　　一方面，虛擬制造不是無源之水、無本之木，而是實際制造過程在計算機環(huán)境下的映射;另一方面。在實際制造系統(tǒng)生產(chǎn)出適銷對路的產(chǎn)品，然后再通過對實際制造系統(tǒng)進行抽象、分析、綜合，得到實際產(chǎn)品的全數(shù)字化模型。虛擬制造的最終目標(biāo)是反作用于實際制造過程，用來指導(dǎo)生產(chǎn)實踐。因此，虛擬制造是實際制造的抽象，而實際制造又是虛擬制造的實例。

　　1.2虛擬制造的分類

　　從廣義上講，制造過程不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計加工、裝配，還包含了對企業(yè)生產(chǎn)活動的組織與控制。從這個觀點出發(fā)，可以把虛擬制造劃分為三類。

　　1.2.1以設(shè)計為中心的虛擬制造

　　以設(shè)計為中心的虛擬制造是將制“制造”，仿真多種制造方案和產(chǎn)生許多“軟”的模型，為設(shè)計者提供—個設(shè)計產(chǎn)品和評估產(chǎn)品可制造性的環(huán)境。它的主要支持技術(shù)包括特征造型、面向數(shù)學(xué)的模型設(shè)計及加工過程的仿真技術(shù)。主要應(yīng)用領(lǐng)域包括造型設(shè)計、熱力學(xué)分析、運動學(xué)分析、動力學(xué)分析、容差分析和加工過程仿真。

　　1.2.2以生產(chǎn)為中心的虛擬制造

　　以生產(chǎn)為中心的虛擬制造是將仿真能力加人到生產(chǎn)過程模型中，其目的是方便和快捷地評價多種加工過程，檢驗新工藝流程的可信度、產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、資源的需求狀況(包括購置新設(shè)備、征詢盟友等)，從而優(yōu)化制造環(huán)境的配置和生產(chǎn)的供給計劃。它的主要支持技術(shù)包括虛擬現(xiàn)實技術(shù)和嵌人式仿真技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域包括工廠或產(chǎn)品的物理布局及生產(chǎn)計劃的編排。

　　1.2.3以控制為中心的虛擬制造

　　以控制為中心的虛擬制造是將仿真能力增加到控制模型和實際的生產(chǎn)過程中，模擬實際的車間生產(chǎn)，評估車間生產(chǎn)活動，達到優(yōu)化制造過程的目的。它的主要支持技術(shù)有對離散制造一基于仿真的實時動態(tài)調(diào)度對連續(xù)制造一基于仿真的最優(yōu)控制。

　　2虛擬制造技術(shù)支撐系統(tǒng)

　　虛擬制造技術(shù)是多學(xué)科綜合的系統(tǒng)技術(shù)。需要研究開發(fā)相應(yīng)的軟件與硬件集成系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)支持。

　　2.1軟件配置

　　(1)可視化：真實、直觀地再現(xiàn)主觀產(chǎn)品與客觀制造過程;(2)環(huán)境：增強可視化和其它虛擬制造功能的集成系平臺;(3)信息：表達各種信息，包括數(shù)據(jù)、知識和模型的統(tǒng)一方法、語義、語法;(4)中介模型：構(gòu)造、定義、開發(fā)對過程易于中斷介人的模型;(5)基層集成組織結(jié)構(gòu)：硬、軟件的基層組織結(jié)構(gòu);(6)仿真模型：在計算機系統(tǒng)中沒計的真實系統(tǒng)模型;(7)應(yīng)用方法：產(chǎn)品多樣性與過程動態(tài)性的共同特征的抽象提取;(8)制造特征：各種材料在虛擬制造環(huán)境中的變化過程;(9)虛擬制造系統(tǒng)評價：可制造性、工藝性、可靠性、經(jīng)濟性、質(zhì)量、工期等。

　　2.2硬件配置

　　(1)輸人、輸出(1可Out)設(shè)備：基于CRT和LCD的頭盔顯示器(HMD)、普通計算機顯示器、投影系統(tǒng)、可視化眼鏡擻據(jù)手套、數(shù)據(jù)背心、蹋滾、搖桿、觸墊、耳機和音響系統(tǒng)等;(2)信息采集、存儲設(shè)備：(3)能支持各種設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲和高速運算的計算機系統(tǒng)：(4)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)(星型、環(huán)型、總線型)、通訊硬件等。

　　2.3關(guān)健技術(shù)

　　(1)主模型技術(shù)：以主模型為中心通向設(shè)計、制造和生產(chǎn)管理等各個環(huán)節(jié)并為其提供服務(wù)。主模型具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和分布式數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，它是—個可視化的數(shù)字產(chǎn)品模型，具有所代表的對象具有的各種性能和特征，并能并行地處理設(shè)計分析、加工制造、生產(chǎn)組織與調(diào)度等各種生產(chǎn)環(huán)節(jié)所面臨的諸多問題;(2)可視化技術(shù)：主要包括計算機可視化技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)和仿真技術(shù);(3)虛擬制造系統(tǒng)與實際制造系統(tǒng)之間的映射：虛擬沒備、虛擬傳感器、虛擬單元、虛擬生產(chǎn)線、虛擬車間和虛擬工廠的建立，以及各種虛擬設(shè)備的重用性和重組性技術(shù);(4)虛擬制造系統(tǒng)集成開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)件庫及用戶開發(fā)環(huán)境;(5)虛擬環(huán)境下分布式并行處理的分布式智能協(xié)同求解模型;(6)虛擬公司的組織、調(diào)度及控制策略與技術(shù)。

　　3利用現(xiàn)有的虛擬制造的研究成果，開發(fā)教學(xué)用的虛擬數(shù)控車間

　　虛擬數(shù)控車間就是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)創(chuàng)建出—個可視化的車間環(huán)境，虛擬數(shù)控車間包含技術(shù)室、調(diào)度室、資料窀、工藝室、毛坯室、仿真機床、刀具室等組成(圖一)。其中每—個可視化的物體代表一種操作對象。通過鼠標(biāo)的點擊以及拖曳操作，用戶可以進行虛擬加工，了解關(guān)于機械制造中的相關(guān)技術(shù)。虛擬數(shù)控車間實現(xiàn)的基礎(chǔ)是虛擬現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)控仿真加工軟件、自動編程技術(shù)、多媒體計算機技術(shù)。無論是學(xué)生還是教師，都可以自由地、無顧慮地隨時進入虛擬數(shù)控車間，進行各種數(shù)控設(shè)備的操作，同時還可以突破地域的限制，拓展至任一地域進行。

　　圖1

　　虛擬數(shù)控車間最大的優(yōu)點是成本低，效率高。因為“軟件即為車間”，這樣就可解決凼實驗經(jīng)費不足或高檔次、高價位設(shè)備缺乏所不能購買的設(shè)備，同時也不會造成因使用不當(dāng)、管理不善等因素造成的設(shè)備損壞丟失等現(xiàn)象。同時在虛擬數(shù)控車問操作可以保護環(huán)境，防止污染。

　　4結(jié)論

　　通過對建成的虛擬數(shù)控車間的應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量，提高了學(xué)生的動手能力，改變了學(xué)生進行數(shù)控設(shè)備操作的環(huán)境，提高了學(xué)習(xí)效率，在教學(xué)應(yīng)用中受到了教師和學(xué)生的好評。同時將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實踐，是職業(yè)教育提高教學(xué)質(zhì)量，降低教學(xué)成本的—個有效途徑。以后還應(yīng)當(dāng)吸收國外的成熟經(jīng)驗，在研究中大膽創(chuàng)新，注重企業(yè)實際，使虛擬制造技術(shù)能在教學(xué)中更加廣泛的應(yīng)用起來。