《电子技术应用》

工业4.0时代 如何实现产品的虚拟制造

2016/6/15 6:00:00

  工业4.0时代又可以叫做智能制造时代、工业互联时代、大数据时代,它通过通讯技术、虚拟实现技术、和现实工厂、机器设备相结合,实现制造业的智能化转变。

  虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础,对产品的设计、生产过程统一建模,在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。其实质是在产品制造过程的上游——设计阶段就对产品制造的全过程虚拟集成,将可能出现的问题解决在这一阶段,通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。

  概况

  基于虚拟现实技术的虚拟制造技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成,它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段,借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响,预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。

  分类

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  关键技术

  1、虚拟生产技术

  2、虚拟实验技术

  3、虚拟产品实现技术

  4、虚拟检测与评价技术

  5、虚拟设计与装配技术

  作用

  使用虚拟制造技术可以更加有效地、经济地、柔性地组织生产,增强决策与控制水平,有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改,达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

  虚拟制造与实际制造的关系

  1、实际制造系统是物质流、信息流在控制流的协调和控制下,在各个层次上进行相应的决策,实现从投入到产出的有效转变,其中物质流和信息流的协调工作是主体。

  2、虚拟制造系统是在分布式协同工作等多学科技术支持的虚拟环境下的现实制造系统的映射。

  3、虚拟制造系统是实际制造系统的抽象,实际制造系统是虚拟制造系统的实例。

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  案例分析

  虚拟制造技术在汽车工业的应用

  虚拟制造技术的应用范围涉及到汽车的整个生命周期,它可以在汽车生产设备、工装和模具,甚至样车的设计之前,很容易地生产系统和工艺过程进行建模、修改、分析及优化。

  德国汽车业应用虚拟制造技术最快也最广泛,目前,德国所有的汽车制造企业都建成了自己的虚拟现实开发中心。奔驰、宝马、大众等大公司的报告显示,应用虚拟制造技术,以“数字汽车”模型来代替木制或铁皮的汽车模型,设计发动机、车体、电气线路等,建立了三维模型,并进行了碰撞分析和运动分析等,还进行了模拟数控加工和质量检验等,大大缩短了设计周期,降低了设计成本,可将新车型的时间从一年以上缩短带2个月左右,开发成本最多可降低到原先的1/10。

  总结

  随着Internet技术的发展和全球一体化的进一步加剧,虚拟制造将向Internet方向发展,基于Internet的虚拟制造可以通过内在的集成框架,将分布的异构系统高度集成,并在系统的不同部分之间实现透明的互操作,使各组成部分既相对独立,又可以协同工作,成为开放性的分布式虚拟制造系统。虚拟制造与Internet的结合将发展成为一项很有发展前景和应用潜力的技术。


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