虚拟制造技术在生产制造上的应用

虚拟制造技术在生产制造上的应用一.基于VR技术的产品开发VR的沉浸性和交互性特性使得它成为用来设计新产品和开发相应生产线的得力工具。首先考虑一下设计并构造一个新产品原型所需要的时间。在设计过程中，设计师要考虑到产品的各个方面，以满足一定的安全性、人机工程学、易维护性和装配标准。因此，设计过程中严格地受到生产、时间和费用的限制。VR能完成比CAD更多的功能，CAD通常只考虑产品各个子部件的几何特征和相互间的几何约束。而在VR中，可以将以上提到的多种所需满足的条件集成到设计过程中一并考虑，我们还能适当减少子部件数目，甚至可以按比例放缩部件尺寸，这大大降低了设计费用和原型构造时间，更进一步的达到产品用户化的目标。例如，在飞机制造业中，为评测某飞机设计方案的优劣，要建立一系列与真实产品同尺寸的物理模型，并在模型上进行反复修改，这要花去大量时间和费用，而在过去是不可避免的。如今美国波音公司在飞机设计中运用VR技术完全改变了这种设计方法。波音公司为设计波音777飞机，研制了一个名为“先进计算机图形交互应用系统”的虚拟环境，用VR技术在此环境中建立一驾飞机的三维模型。这样设计师戴上头盔显示器就可以在这驾虚拟飞机中遨游，检查“飞机”的各项性能，同时，还可以检查设备的安装位置是否符合安装要求等等。最终的实际飞机与设计方案相比，偏差小于千分之一寸，机翼和机身的接合一次成功，缩短了数千小时的设计工作量。同样，其它大型、复杂的产品如船舶、潜艇设计等都可以运用VR技术达到节约设计费用和时间提高设计成功率的目标。采用VR技术设计产品还有以下优点：产品用户化的一个不利效应是增加了模型的变量数目，也就相应地增加了生产的复杂度。VR可在要加工的部位加上纹理和图形信息，这对机械制造起到很好的向导作用。同样的过程可辅助训练和指导生产者，使他们能很快胜任新工作。虚拟环境的网络化可对某一项目合作组的成员进行设计、生产训练。这些合作组的成员可以在同一个或不同工厂里，或者甚至是来自院校的专家和国外顾问。二.虚拟现实技术在制造车间设计中的作用目前众多的制造系统可按递阶控制层次分为四层：工厂层、车间层、制造单元层、设备层，其中车间层的设计与车间中设备的利用率、产品的生产效率等密切相关，如果设计不当，就会造成设备利用率低、车间产量不能满足用户需求、操作人员的空闲时间多。所以，如何合理地设计制造车间，保证它的高效运行是一个非常重要的问题。采用VR技术能提高设计的可行性、有效性。车间设计的主要任务是把生产设备、刀具、夹具、工件、生产计划、调度单等生产要素有机地组织起来。在车间设计的初步阶段，设计者根据用户需求，确定车间的功能需求、车间的模式、主要加工设备、刀具和夹具的类型和数量，提出一组候选设计方案。VR的作用就是帮助设计者评测、修改设计方案，得到最佳结果。在详细设计阶段，设计者完成对各个组成单元的完整描述，运用VR造型技术生成各个组成单元的虚拟表示，并进而用这些虚拟单元布置整个车间，其中还可加上自动导引小车、机器人、仓库等车间常用设备。设计者戴上头盔显示器就可穿行于虚拟车间之中，他可以开启其中的任何设备，观测运行情况，凡是他能想到的检测条件都立即能看到检测结果。他还可以在视察时交互式地修改设计方案，比如移动设备的位置，增加／删除设备的个数，这种“所想即所见”的设计方式极大地提高了设计的成功率。三.VR技术在生产计划安排上的应用生产计划安排的可视化对于制造决策是极其有用的，但目前它还未能完全实现。使用VR技术，可将成百上千件产品、成千上万个零部件和许多其他生产要素可视化，辅助计划者更好地评价、选择生产计划。计算机产生的图像可将计划者的大脑负担转移到他们的感官系统，这就加快了工作进程。生产计划数据变成立体的或多维的图形，可表达复杂的内部关系。但问题并不是那么简单，不能只简单地用某种图形来表示每种数据和数据之间的关系，否则只会生成一幅杂乱无章的图像。在绘制之前，要先进行视觉抽象，在2维平面上用一种形体代表一种数据，这种形体要满足：（1）支持视觉感知；（2）构造有效的视觉表示以便于各种层次的解释；（3）保证结果图像要便于商业经理理解和使用。四、采用虚拟制造技术可以给企业带来下列效益1.提供关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息，以便正确处理产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡，作出正确的决策；2.提高生产过程开发的效率，可以按照产品的特点优化生产系统的设计；3.通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造；4.可以根据用户的要求修改产品设计，及时作出报价和保证交货期。