虛擬制造的關鍵技術

      1.智能設計技術：智能設計技術是對傳統計算機設計技術（Computer Aided Design，簡稱CAD）的研究和加強，既具有傳統CAD系統的數值計算和圖形處理能力，又能滿足設計過程自動化的要求，對設計的全過程提供智能化的計算機支持，因此又被稱為智能CAD系統，簡稱ICAD。智能設計技術有如下特點：1）以設計方法學為指導：設計方法學對設計本質、過程設計思維特征及其方法學的深入研究，是智能設計模擬人工設計的基本依據。2）以人工智能技術為實現手段：借助專家系統技術的強大知識處理功能，結合人工神經網絡和機器學習技術，較好支持設計過程自動化。3）將傳統CAD技術作為數值計算和圖形處理工具：提供對設計方案優化和圖形顯示輸出的支持。4）面向集成智能化：不僅支持設計的全過程，而且能為集成其它系統提供統一的數據模型及數據交換接口。5）提供強大的人機交互功能：使設計師對智能設計過程的干預，即人和人工智能的融合成為可能。隨著對市場及用戶數據的采集、分析和挖掘，以及參與式設計支撐技術的發展，傳統的設計流程已從設計師為主導的為用戶設計，向著基于用戶需求的智能化設計轉變。

      2.建模技術：虛擬制造系統（Virtual Manufacturing System，簡稱VMS）是現實制造系統（Real Manufacturing System，簡稱RMS）在虛擬環境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計算機化的抽象描述和表示。VMS的建模包括生產模型、產品模型和工藝模型三種類型。1）生產模型：可歸納為靜態描述和動態描述兩個方面。靜態描述是指系統生產能力和生產特性的描述。動態描述是指在已知系統狀態和需求特性的基礎上預測產品生產的全過程。2）產品模型：產品模型是制造過程中，各類實體對象模型的集合。目前產品模型描述的信息有產品結構、產品形狀特征等靜態信息。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，包括三維動態模型，干涉檢查，應力分析等。3）工藝模型：將工藝參數與影響制造功能的產品設計屬性聯系起來，以反映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、制造數據表、制造規劃、統計模型以及物理和數學模型。

      3.仿真技術：仿真，就是應用計算機將復雜的現實系統抽象并簡化為系統模型，然后在分析的基礎上運行此模型，從而獲知原系統一系列的統計性能。仿真是以系統模型為對象的研究方法，不會干擾實際生產系統。而且，利用計算機的快速運算能力，仿真可以用很短時間模擬實際生產中需要很長時間的生產周期，因此可以縮短決策時間，避免資金、人力和時間的浪費，并可重復仿真，優化實施方案。仿真的基本步驟為：研究系統（收集數據）、建立系統模型（確定仿真算法）、建立仿真模型、運行仿真模型，最后輸出結果并分析。產品制造過程仿真，可歸納為制造系統仿真和加工過程仿真：1）制造系統仿真，包括產品建模仿真、設計過程規劃仿真、設計思維過程和設計交互行為仿真等，以便對設計結果進行評價，實現設計過程早期反饋，減少或避免產品設計錯誤。2）加工過程仿真，包括切削過程仿真、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。

      4.虛擬現實技術：虛擬現實技術（Virtual Reality，簡稱VR）是綜合利用計算機圖形系統、各種顯示和控制等接口設備，在計算機生成的可交互的三維環境（稱為虛擬環境）中提供沉浸感覺的技術。虛擬現實系統包括操作者、機器和人機接口三個基本要素。利用虛擬現實技術可以對真實世界進行動態模擬，通過用戶的交互輸入，及時按輸出修改虛擬環境，使人產生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現實技術是虛擬制造的關鍵技術之一。

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