二級計量師

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二級注冊計量師考試專業(yè)實務案例分析

擬實制造

第一章 擬實制造概述

擬實制造（Virtual Manufacturing）是CIMS領域近年來提出的一個新概念，是指運用計算機，應用擬實模型，而不是通過真實的加工過程，在計算機上預估產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，從而形成了制造技術的學科分支一虛擬制造技術（又稱為擬實制造技術）。

它不消耗現(xiàn)實資源和能量，所進行的過程是虛擬過程，所生產的產品也是虛擬的。

第二章 擬實制造的定義

擬實制造技術是一項新的先進制造技術，目前還缺乏從產品生產全過程的高度開展擬實制造技術的系統(tǒng)研究，因此， 擬實制造技術的內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品的功能及可制造性的潛在問題進行預測。 該定義目標是預測，著眼于結果；

（2） 美國空軍Wright 實驗室的定義：虛擬制造是仿真、建模和分析技術及工具的綜合應用，以增強各層制造設計和生產決策與控制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進行了探索，并給出了相應的定義。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)，擬實制造本質上屬于仿真技術，是各種制造仿真技術的系統(tǒng)集成 ，其核心是虛擬現(xiàn)實技術、建模技術、仿真技術、網絡技術和管理技術等。

總之， 擬實制造技術是利用仿真與虛擬現(xiàn)實技術，在高性能計算機及高速網絡的支持下，采用群組協(xié)同工作，通過模型來模擬和預估產品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，實現(xiàn)產品制造的本質過程，包括產品的設計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質量檢驗，并進行過程管理與控制。

第三章 擬實制造的核心技術

擬實制造技術涉及面很廣，諸如環(huán)境構成技術、過程特征抽取、元模型、集成基礎結構的體系結構、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、虛擬現(xiàn)實技術、建模與仿真技術等。其中后3項是虛擬制造的核心技術。

1 建模技術

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的建模應包括：生產模型、產品模型和工藝模型的信息體系結構。

（1）生產模型

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)生產能力和生產特性的描述。動態(tài)描述是指在已知系統(tǒng)狀態(tài)和需求特性的基礎上預測產品生產的全過程。

（2）產品模型

目前產品模型描述的信息有產品結構明細表、產品形狀特征等靜態(tài)信息。而對VMS來說，要使產品實施過程中的全部活動集成，就必須具有完備的產品模型，所以虛擬制造下的產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品設計屬性聯(lián)系起來，以反應生產模型與產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

仿真就是應用計算機對復雜的現(xiàn)實系統(tǒng)經過抽象和簡化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎上運行此模型，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中需要很長時間的生產周期。

例如產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→輸出結果并分析。

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

虛擬現(xiàn)實技術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。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，使人產生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現(xiàn)實技術是VM的關鍵技術之一。

第四章 擬實制造的現(xiàn)狀

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

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

我國在擬實制造技術方面的研究應用存在巨大的差距，主要表現(xiàn)在：從研究工作方面看，科研經費緊缺，科研力量分散，科研成果難以推廣應用，人才流失嚴重；從企業(yè)方面看，企業(yè)的整體素質不高，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方面花費過多，而且受企業(yè)人員素質的制約，一些先進的技術還不易取得立竿見影的實際效果，這些都影響了企業(yè)應用先進制造技術的熱情；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，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的研究。

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