二级计量师

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二级注册计量师考试专业实务案例分析

拟实制造

第一章 拟实制造概述

拟实制造（Virtual Manufacturing）是CIMS领域近年来提出的一个新概念，是指运用计算机，应用拟实模型，而不是通过真实的加工过程，在计算机上预估产品的功能及可加工性等可能存在的问题。

90年代中期随着虚拟现实的工具出现，创建了一种具备物理性能的虚拟制造环境，使在荧屏上的图像不仅能连续地反映制造过程的动态，而且跟随操作者的动作作出近乎实际的实时反应，从而形成了制造技术的学科分支一虚拟制造技术（又称为拟实制造技术）。

它不消耗现实资源和能量，所进行的过程是虚拟过程，所生产的产品也是虚拟的。

第二章 拟实制造的定义

拟实制造技术是一项新的先进制造技术，目前还缺乏从产品生产全过程的高度开展拟实制造技术的系统研究，因此， 拟实制造技术的内涵到目前为止也没有统一的定义，比较有代表性的有：

（1） 佛罗里达大学Gloria J . Wiens 的定义：虚拟制造与实际一样在计算机上执行制造过程，其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。 该定义目标是预测，着眼于结果；

（2） 美国空军Wright 实验室的定义：虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制1 该定义着眼于手段；

（3） 马里兰大学Edward Lin 等的定义：拟实制造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的制造环境。 该定义着眼于环境。

除此之外，许多学者从不同角度对拟实制造技术进行了探索，并给出了相应的定义。2012年注册计量师考试

通过对各种已有拟实制造的定义进行综合，可以发现，拟实制造本质上属于仿真技术，是各种制造仿真技术的系统集成 ，其核心是虚拟现实技术、建模技术、仿真技术、网络技术和管理技术等。

总之， 拟实制造技术是利用仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的问题，实现产品制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制。

第三章 拟实制造的核心技术

拟实制造技术涉及面很广，诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。其中后3项是虚拟制造的核心技术。

1 建模技术

虚拟制造系统VMS（Virtual ManufacturingSystem）是现实制造系统RMS（Real Manufacturing System）在虚拟环境下的映射，是RMS的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。VMS的建模应包括：生产模型、产品模型和工艺模型的信息体系结构。

（1）生产模型

可归纳为静态描述和动态描述两个方面。静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。动态描述是指在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产的全过程。

（2）产品模型

目前产品模型描述的信息有产品结构明细表、产品形状特征等静态信息。而对VMS来说，要使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，所以虚拟制造下的产品模型不再是单一的静态特征模型，它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型。2012年二级注册计量师

（3）工艺模型

将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。

2 仿真技术

仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。仿真是以系统模型为对象的研究方法，不干扰实际生产系统，同时仿真可以利用计算机的快速运算能力，用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期。

例如产品制造加工过程仿真中，可实现切削过程仿真、装配过程仿真，检验过程仿真以及焊接、压力加工、铸造仿真等

仿真的基本步骤为：研究系统→收集数据→建立系统模型→确定仿真算法→建立仿真模型→运行仿真模型→输出结果并分析。

3 虚拟现实技术VRT（Virtual Reality Technology）

虚拟现实技术是在为改善人与计算机的交互方式，提高计算机可操作性中产生的，它是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境（称为虚拟环境）中提供沉浸感觉的技术。利用VRS可以对真实世界进行动态模拟，通过用户的交互输入，并及时按输出修改虚拟环境，使人产生身临其境的沉浸感觉。虚拟现实技术是VM的关键技术之一。

第四章 拟实制造的现状

目前，拟实制造技术已经在国外有所应用，例如：美国Boneing公司设计的一架虚拟飞机，可用头盔显示器和数据手套进行观察与控制，使飞机设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外观、内部结构及使用性能进行考察；

日本Matsushita公司开发的虚拟厨房设备制造系统，允许消费者在购买商品前，在虚拟的厨房环境中体验不同设备的功能，按自己的喜好评价、选择和重组这些设备，他们的选择将被存储并通过网络送至生产部门进行生产；如：波音777部（它的全部设计由计算机完成）、福特发动机厂（机械设计自动化）和泰拉基集团（980松土除草机）等。

我国在拟实制造技术方面的研究应用存在巨大的差距，主要表现在：从研究工作方面看，科研经费紧缺，科研力量分散，科研成果难以推广应用，人才流失严重；从企业方面看，企业的整体素质不高，管理工作落后，科研能力薄弱，当面临国际竞争时大多难以为继，很难在先进制造技术方面花费过多，而且受企业人员素质的制约，一些先进的技术还不易取得立竿见影的实际效果，这些都影响了企业应用先进制造技术的热情；从国家政策方面看，虽然国家对制造业十分重视，但是，由于我国当前正处在改革过程中，多种机制同时运行，多方利益难以协调，在资金使用上往往顾此失彼，而且国家财政困难，也难以使用重金支持虚拟制造技术的研究。

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