外文翻譯虛擬制造技術(shù)及其應(yīng)用.doc

1附錄2外文譯文虛擬制造技術(shù)及其應(yīng)用摘要：闡述了虛擬制造的基本概念，虛擬制造的核心技術(shù)，以及虛擬制造技術(shù)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：制造業(yè)虛擬制造虛擬現(xiàn)實(shí)0引言當(dāng)今的制造業(yè)基本技術(shù)日臻成熟，其市場(chǎng)處于以消費(fèi)者為導(dǎo)向的市場(chǎng)環(huán)境下，產(chǎn)品品種、上市時(shí)間和用戶(hù)滿(mǎn)意度成為企業(yè)取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的主要因素。制造業(yè)這種全球化的激烈競(jìng)爭(zhēng)不斷催生了各種先進(jìn)制造技術(shù)和新的制造哲理，虛擬制造技術(shù)將會(huì)在本世紀(jì)涌向潮頭，其樸素的思想和高新的技術(shù)手段都為研究領(lǐng)域和業(yè)界所推崇。虛擬制造就是根據(jù)企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，在強(qiáng)調(diào)柔性和快速的前提下，美國(guó)80年代提出的，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在90年代得到人們的重視，并獲得迅速的發(fā)展。1虛擬制造虛擬制造的基本思想是在產(chǎn)品制造過(guò)程的上游設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品制造全過(guò)程的虛擬集成，將全階段可能出現(xiàn)的問(wèn)題解決在這一階段，通過(guò)設(shè)計(jì)的最優(yōu)化達(dá)到產(chǎn)品的一次性制造成功。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是使用感官組織仿真設(shè)備的真實(shí)或虛幻環(huán)境的動(dòng)態(tài)模型生成或創(chuàng)造出人能夠感知的環(huán)境或現(xiàn)實(shí)，使人能夠憑借直覺(jué)作用于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的三維仿真模型的虛擬環(huán)境?；谔摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)的虛擬制造技術(shù)在一個(gè)統(tǒng)一模型之下對(duì)設(shè)計(jì)和制造等過(guò)程集成，它將與產(chǎn)品制造相關(guān)的各種過(guò)程與技術(shù)集成在三維的、動(dòng)態(tài)的仿真真實(shí)過(guò)程的實(shí)體數(shù)字模型之上。其目的是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，借助建模與仿真技術(shù)及時(shí)地、并行地、模擬出產(chǎn)品未來(lái)制造過(guò)程乃至產(chǎn)品全生命周期的各種活動(dòng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的影響，預(yù)測(cè)、檢測(cè)、評(píng)價(jià)產(chǎn)品性能和產(chǎn)品的可制造性等等。從而更加有效的、經(jīng)濟(jì)的、柔性的組織生產(chǎn)，增強(qiáng)決策與控制水平，有力地降低由于前期設(shè)計(jì)給后期制造帶來(lái)的回溯更改，達(dá)到產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期和成本最小化、產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量的最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最大化。虛擬制造系統(tǒng)是各制造功能的虛擬集成，它的可視化集成范圍包括與設(shè)計(jì)相關(guān)的各項(xiàng)子系統(tǒng)的功能，如用戶(hù)支持、工程分析、材料選用、工藝計(jì)劃、工2裝分析、快速原型，甚至包括制造企業(yè)全部功能（如計(jì)劃、操作、控制）的集成。虛擬制造系統(tǒng)擁有產(chǎn)品和相關(guān)制造過(guò)程的全部信息，包括虛擬設(shè)計(jì)、制造和控制產(chǎn)生的數(shù)據(jù)、知識(shí)和模型信息。虛擬控制制造系統(tǒng)按照功能歸集為三種不同類(lèi)型的子環(huán)境，共同構(gòu)成中心三元耦合的系統(tǒng)模式：（1）虛擬制造設(shè)計(jì)中心：給設(shè)計(jì)者提供各種工具以便虛擬設(shè)計(jì)、虛擬制造，設(shè)計(jì)出符合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（如DFX）的產(chǎn)品模型；（2）虛擬制造加工中心：研究開(kāi)發(fā)產(chǎn)品制造過(guò)程模型和環(huán)境模型及其分析各種可行的生產(chǎn)計(jì)劃和工藝規(guī)劃；（3）虛擬制造控制中心：評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品原型、生產(chǎn)計(jì)劃、制造模擬和控制策略等等。2虛擬制造技術(shù)支持虛擬制造技術(shù)是多學(xué)科綜合的系統(tǒng)技術(shù)，需要研究開(kāi)發(fā)相應(yīng)的硬件集成系統(tǒng)與軟件，就軟件技術(shù)而言，相關(guān)的研究支持如下：可視化：真實(shí)、直觀地再現(xiàn)主觀產(chǎn)品與客觀制造過(guò)程；基本環(huán)境：增強(qiáng)可視化和其它虛擬制造功能的集成系統(tǒng)平臺(tái)；信息描述：表達(dá)各種信息，包括數(shù)據(jù)、知識(shí)和模型的統(tǒng)一的方法、語(yǔ)義、語(yǔ)法；中介模型：構(gòu)造、定義、開(kāi)發(fā)對(duì)過(guò)程易于中斷介入的模型；基層集成組織結(jié)構(gòu)：硬件與軟件的基層組織結(jié)構(gòu)；仿真模型：在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的真實(shí)系統(tǒng)模型；應(yīng)用方法：產(chǎn)品多樣性與過(guò)程動(dòng)態(tài)性的共同特征的抽象提?。恢圃焯卣鳎焊鞣N材料在虛擬制造環(huán)境中的變化過(guò)程；虛擬制造系統(tǒng)評(píng)價(jià)：可制造性、工藝性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、質(zhì)量、工期等等。2.1建模技術(shù)虛擬制造系統(tǒng)是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)在虛擬環(huán)境下的映射，是RMS的模型化、形式化和計(jì)算機(jī)化的抽象描述和表示。VMS的建模應(yīng)包括：生產(chǎn)模型、產(chǎn)品模型和工藝模型的信息體系結(jié)構(gòu)。（1）生產(chǎn)模型歸納為靜態(tài)描述和動(dòng)態(tài)描述兩個(gè)方面。靜態(tài)描述是指系統(tǒng)生產(chǎn)能力和生產(chǎn)特性的描述。動(dòng)態(tài)描述是指在已知系統(tǒng)狀態(tài)和需求特性的基礎(chǔ)上預(yù)測(cè)產(chǎn)品生產(chǎn)的全過(guò)程。（2）產(chǎn)品模型是制造過(guò)程中，各類(lèi)實(shí)體對(duì)象模型的集合。對(duì)VMS來(lái)說(shuō)，要3使產(chǎn)品實(shí)施過(guò)程中的全部活動(dòng)集成，就必須具有完備的產(chǎn)品模型，所以虛擬制造下的產(chǎn)品模型不再是單一的靜態(tài)特征模型，它能通過(guò)映射、抽象等方法提取產(chǎn)品實(shí)施中各活動(dòng)所需的模型。（3）工藝模型將工藝參數(shù)與影響制造功能的產(chǎn)品設(shè)計(jì)屬性聯(lián)系起來(lái)，反應(yīng)生產(chǎn)模型與產(chǎn)品模型之間的交互作用。工藝模型必須具備以下功能：計(jì)算機(jī)工藝仿真、制造數(shù)據(jù)表、制造規(guī)劃、統(tǒng)計(jì)模型以及物理和數(shù)學(xué)模型。2.2仿真技術(shù)仿真就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)抽象和簡(jiǎn)化形成系統(tǒng)模型，然后在分析的基礎(chǔ)上運(yùn)行此模型，從而得到系統(tǒng)一系列的統(tǒng)計(jì)性能。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(yùn)行仿真模型輸出結(jié)果并分析。產(chǎn)品制造過(guò)程仿真，可歸納為制造系統(tǒng)仿真和加工過(guò)程仿真。虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)涉及到產(chǎn)品建模仿真、設(shè)計(jì)過(guò)程規(guī)劃仿真、設(shè)計(jì)思維過(guò)程和設(shè)計(jì)交互行為仿真等，以便對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程早期反饋，減少或避免產(chǎn)品設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。加工過(guò)程仿真，包括切削過(guò)程仿真、裝配過(guò)程仿真，檢驗(yàn)過(guò)程仿真以及焊接、壓力加工、鑄造仿真等。目前上述兩類(lèi)仿真過(guò)程是獨(dú)立發(fā)展起來(lái)的，尚不能集成，而VM中應(yīng)建立面向制造全過(guò)程的統(tǒng)一仿真。2.3虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是在為改善人與計(jì)算機(jī)的交互方式，提高計(jì)算機(jī)可操作性中產(chǎn)生的，它是綜合利用計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)、各種顯示和控制等接口設(shè)備，在計(jì)算機(jī)上生成可交互的三維環(huán)境（稱(chēng)為虛擬環(huán)境）中提供沉浸感覺(jué)的技術(shù)。由圖形系統(tǒng)及各種接口設(shè)備組成，用來(lái)產(chǎn)生虛擬環(huán)境并提供沉浸感覺(jué)，以及交互操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱(chēng)為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)包括操作者、機(jī)器和人機(jī)接口3個(gè)基本要素。利用VRS可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模似，通過(guò)用戶(hù)的交互輸入，并及時(shí)按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。3VM在制造業(yè)中應(yīng)用雖然在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)用建模和仿真可以大大縮短開(kāi)發(fā)周期，改進(jìn)產(chǎn)品的性能和可靠性，但在工業(yè)界的設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)際應(yīng)用并不多。目前的仿真系統(tǒng)還不能適應(yīng)工業(yè)界在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行分析和驗(yàn)證等的要求。高級(jí)工程仿真系統(tǒng)應(yīng)具有下列特點(diǎn)：三維的復(fù)雜零件”零件接口；本質(zhì)上不同響應(yīng)特性的多元材料；材料重要4的非線(xiàn)性性質(zhì)，諸如：非牛頓行為、塑料變形、斷裂；多相現(xiàn)象；帶有化學(xué)反應(yīng)的多相能量轉(zhuǎn)移；移動(dòng)或自由邊界；非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)。在以模型為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)高級(jí)工程仿真的關(guān)鍵技術(shù)可歸納如下：用戶(hù)接口；分析式立體造型；對(duì)殼體和實(shí)體的先進(jìn)網(wǎng)格生成算法（有限元分析用）；解的誤差分析和改進(jìn)；材料模型；優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)；面向?qū)ο蟮能浖こ蹋缓Ａ坎⑿杏?jì)算；可視化。把這些技術(shù)集成起來(lái)，可以幫助設(shè)計(jì)者進(jìn)行設(shè)計(jì)，了解設(shè)計(jì)出來(lái)的產(chǎn)品的性能。應(yīng)用上述先進(jìn)的網(wǎng)格生成算法、誤差分析及計(jì)算，可組成自適應(yīng)算法，使僅懂得機(jī)構(gòu)、不懂得分析的設(shè)計(jì)者也能設(shè)計(jì)產(chǎn)品及設(shè)計(jì)這一產(chǎn)品的制造過(guò)程。自適應(yīng)能力可以保證分析的精度。由于重要的幾何性質(zhì)可以參數(shù)化，因此可以進(jìn)行形狀的優(yōu)化等。虛擬制造技術(shù)首先在飛機(jī)、汽車(chē)等領(lǐng)域獲得成功的應(yīng)用。目前VMT應(yīng)用在以下幾個(gè)方面：3.1虛擬企業(yè)虛擬企業(yè)建立，其中有一條最重要的原因是因?yàn)楦髌髽I(yè)本身無(wú)法單獨(dú)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，迎接市場(chǎng)挑戰(zhàn)。因此，為了快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求，圍繞新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，利用不同地域的現(xiàn)有資源、不同的企業(yè)或不同地點(diǎn)的工廠，重新組織一個(gè)新公司。該公司在運(yùn)行之前，必須分析組合是否最優(yōu)，能否協(xié)調(diào)運(yùn)行，并對(duì)投產(chǎn)后的風(fēng)險(xiǎn)、利益分配等進(jìn)行評(píng)估。這種聯(lián)作公司稱(chēng)為虛擬公司，或者叫作動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，是一種虛擬企業(yè)，它具有集成性和實(shí)效性?xún)纱筇攸c(diǎn)的經(jīng)濟(jì)實(shí)體。3.2虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)例如飛機(jī)、汽車(chē)的外形設(shè)計(jì)，其形狀是否符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的阻力，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局的合理性等。在復(fù)雜管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用虛擬技術(shù)，設(shè)計(jì)者可以”進(jìn)入其中0進(jìn)行管道布置，并可檢查能否發(fā)生干涉。在計(jì)算機(jī)上的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)，不但能提高設(shè)計(jì)效率，而且能盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，從而優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。例如美國(guó)波音公司投資40億美元研制波音777噴氣式客機(jī)，從1990年10月開(kāi)始到1994年6月僅用了3年零8個(gè)月時(shí)間就完成了研制，一