虚拟制造资源

虚拟制造资源（精选十篇）

虚拟制造资源 篇1

云制造可实现制造资源、制造能力、制造知识的共享与按需使用，能显著提高制造资源的利用率[1]。云制造的运行基础是构建庞大的资源云池[2]，通过资源虚拟化[3]把资源封装成可发现、可使用的服务[4]，屏蔽制造资源的异构性，以便在面向服务的云制造环境中更好地实现共享。云制造资源包括制造硬资源和软资源，其中硬资源包括各种制造设备、计算设备以及产品所需物料等，软资源包括制造活动中所需的专业软件工具、制造模型、领域知识和过程数据等[5]。

云制造软件资源是软资源中模型、数据、知识建立与传递的基础工具。软件资源位于整个云制造体系架构的最底层，是整个云制造运行平台的基础。由于软件资源本身属性、用户的具体要求以及应用场合等的限制，软件资源需要按照不同的粒度分层次进行共享，才能满足不同用户的不同需求。参考软件复用粒度和抽象层次的分类[6]，本文对软件服务化的粒度从服务化共享的业务逻辑的颗粒度、目的等方面进行归类，分为如下三类:小粒度服务化、中粒度服务化、大粒度服务化。

面对大量的分布在不同企业、不同区域的软件资源，国内外研究者依据软件资源使用的粒度级别，利用资源封装[7,8,9,10,11]、领域本体建模[12]、服务器计算[13]等技术实现了软件资源的中、小粒度级别的服务化封装和共享。但对于制造业中大量人机交互要求比较高的软件，如三维建模软件、编程软件等，则需要基于虚拟化技术来进行资源的大粒度服务化封装与共享。当前虚拟桌面解决方案主要分为VDI(Virtual Desktop Infrastructure)和SBC(Server-Based Computing)两大类[14,15]。其中，VDI的虚拟桌面比较适用于对桌面功能需求完善的用户，SBC的虚拟桌面更适合对软件需求单一的内部用户使用。依据这两类虚拟桌面方案，目前商用的虚拟桌面平台主要有两大产品提供商:VMware和Citrix。VMware的产品主要是面向服务器虚拟化的虚拟桌面，桌面虚拟化更加专注于基于数据中心的企业级的应用，对计算和存储资源要求较高。Citrix公司的Citrix Xen Desktop主要是面向桌面虚拟化的用户体验，更加倾向于虚拟化在终端上的使用[16]。这两大商用产品由于开放的二次开发接口有限，源代码代码不开源，中小企业难以根据各种不同的需求和资源共享模型进行灵活的二次开发和定制，且由于产品价格较高，对一般中小型企业来说负担较重。

表1为软件资源的三种服务化粒度。

为实现云制造环境下大粒度软件资源的有效共享和按需服务，本文在虚拟化技术基础上提出了云制造软件资源共享概念模型，根据云制造汇聚资源服务进行集中管理及为多个用户同时提供服务的特点，提出了基于虚拟化技术的云制造软件资源共享体系框架，并选定开源的虚拟桌面平台Ulteo作为软件资源共享的支撑环境，开发了交互式软件资源共享云平台系统，采用虚拟化技术来实现软件资源的“大粒度服务化”，可清晰地呈现软件资源的本体功能，实现软件资源的服务化封装，可实现云制造环境下的软件资源的快速、有效的共享、集成和按需服务，满足中小型企业用户交互式应用模式的需求。

1 软件资源共享概念模型

软件资源是制造企业生产经营过程中不可或缺的工具资源。用sri表示某具体的软件资源，则软件资源集SR={sr1,sr2，…，srn}。软件资源分布在不同的地区、不同的企业，即使是企业内部的软件资源也往往分布在不同的部门，但由于企业信息化水平、购买能力的限制以及软件资源分布的异构性往往会导致大量软件资源的重叠、闲置和浪费。为更好地利用软件资源，实现软件资源的有效共享，本文提出了云制造环境下的软件资源共享概念模型。

文献[17]从资源整体平衡的角度提出了分布式资源共享网络模型，该模型由场所集、资源集和变迁关系集构成。文献[13]在分布式网络模型的基础上提出了软件资源的共享模型，由场所集、软件资源域集、软件资源场集、软件资源集和共享关系集组成。在云制造环境下，制造资源位于整个云制造体系框架的最底层，是整个云制造运行平台的基础，而软件资源作为制造资源的一大分支，由于它具有独特的可虚拟化、可复制、可共享的特点，导致场所之间的软件资源共享关系非常复杂。为了有效地表达云制造环境下的软件资源共享关系，本文提出了软件资源的共享资源域集，并建立了如图1所示的一种软件资源共享概念模型SRSCM(Software Resource Sharing Cloud Conceptual Model)。一个SRSCM是一个五元组，SRSCM={P,SR,SRZ,S,UV}，其中P、SR、SRZ、S和UV分别为场所集、软件资源集、共享资源域集、共享关系集和用户视图集。下面给出几个基本的定义。

(1)场所是软件资源所处的位置，可以是一个制造业企业的服务器集群、制造企业内某些部门的计算机集群等。用pi表示某个场所，则场所集P={p1,p2，…，pn}。

(2)软件资源集是制造活动中所需的专业软件资源所组成的集合。用sri表示软件资源的类别，则软件资源集SR={sr1,sr2，…，srn}。

每一种sri可由若干个软件资源实例SRI(Software Resource Instance)组成，这是某个场所拥有的可共享的软件资源的个体，是软件资源集内部元素的实例化。

(3)共享资源域集SRZ(Sharing Resource Zone)是场所内的软件资源经过服务化封装、共享为服务后形成资源服务的集合，它包括软件资源服务SRS(Software Resource Service)和软件资源组合服务SRCS(Software Resource Composite Service)。SRS是集成某些场所的SRI而得到的软件资源服务，SRCS是单个的软件资源服务静态组合的结果。

(4)用户视图UV(User View)是用户当前可以使用的共享资源的视图，它由若干共享软件资源实体SSRE(Sharing Software Resource Entity)、共享软件资源组合实体SRCE(Software Resource Composite Entity)组成。它可具体以Web门户的形式呈现，用户可通过该Web门户以远程虚拟桌面的形式来访问这些共享软件资源实体或组合实体。其中，SSRE是通过共享软件资源服务SRS而得到的软件资源服务实例。一个SSRE是单个的软件资源实例，也可以是多个软件资源实例的组合。而SRCE是通过共享软件资源组合服务SRCS而得到的软件资源组合服务实例。

(5)共享关系是从一个SRI到某个SRS或者从一个SRS到某个SSRE或者从一个SRCS到某个SRCE的有向传递。用si表示某共享关系，则共享关系集S={s1,s2，…，sn}。

通过以上概念，可完整描述制造软件资源在企业中各种可能的共享模式。

2 几种典型的软件资源共享模式

在软件资源共享概念模型中，利用虚拟化技术将不同的软件资源封装为资源服务，软件资源服务通过集中调度、按需分散共享可形成软件资源云池。软件资源服务与用户视图之间可以形成不同模式的映射关系，可有“一对一”、“一对多”、“多对一”、“服务组合”四种基本共享模式。

(1)“一对一”共享模式

属于同一场所或不同场所的软件资源个体SRI被虚拟共享为单个的软件资源服务SRS，每个SRS在同一时间段内仅被单独的用户视图所应用，两者之间形成“一对一”的关系模式，如图2所示。在场所p1中，SRI1和SRI2分别虚拟化为SRS1和SRS2，用户视图UV1调用SRI1，用户视图UV2调用SRI2。

(2)“一对多”共享模式

每个SRS可同时被多个不同的用户视图所应用，两者之间形成“一对多”的关系模式，如图3所示。在场所p1中，SRI1虚拟化为SRS1;在场所p2中，SRI4虚拟化SRS4。SRS1被UV1和UV2共同调用共享，SRS4被UV3和UV4共同调用共享。

(3)“多对一”共享模式

多个SRS被同一个的用户视图所应用，即，一个用户视图中可同时应用多个软件资源服务，软件资源服务与用户视图两者之间形成“多对一”的关系模式，如图4所示。在场所p1中，SRI1、SRI2和SRI3分别虚拟化为SRS1、SRS2和SRS3;在场所p2中，SRI4虚拟化SRS4。SRS1和SRS2被UV1调用，SRS2、SRS3和SRS4被UV2调用，其中，SRS2被两个用户视图共同调用。

(4)“服务组合”共享模式

多个SRS可以被不同的用户按照不同的需求组合为软件资源服务组合，供用户视图所使用，如图5所示。

在云制造中，中小企业需要采用的资源共享方式均可由以上这几种基本的软件资源共享模式所支持。

3 基于虚拟桌面的软件资源共享体系框架

为了有效支持并实现不同类型的软件资源共享模式，更好地利用分布异构的软件资源，实现软件资源的有效共享和按需服务，本文提出了一种基于虚拟桌面的软件资源共享体系框架。

虚拟化是将各类资源封装成符合标准协议服务的过程[9]。把对软件资源进行虚拟化的结果称为虚拟软件服务VSS(Virtual Software Service)，它是对软件资源虚拟化的抽象。虚拟软件服务组VSSG(VSS Group)是软件虚拟服务按需组合的结果，虚拟软件服务按需组合成软件虚拟服务组合。这样，对任意一个VSS，存在某个VSSG，使得VSS作为一个服务实例从属于某个VSSG。用户对软件资源的共享需求可通过用户组的形式进行角色管理，用户组是应用同一虚拟软件服务组的用户的集合。

针对前述软件资源共享模型，以虚拟机技术作为资源共享机制，可建立大粒度的云制造软件资源共享框架，实现软件资源云池，为用户提供软件资源的按需服务。按照从实际软件资源到用户层面自下而上的顺序，可将软件资源共享体系框架划分为制造软件资源层、虚拟化平台层、虚拟资源云池和应用层四个层次，如图6所示。通过四个层次协同一致的工作，实现广域分布、异构的软件资源的有效共享和按需服务，为用户透明地访问这些软件资源提供支持。

(1)应用层应用层位于整个框架的最上层，它是面向最终用户的，与用户实现交互操作，因此应用层也是人机交互层。它的主要功能是为不同的用户组提供个性化的按需的用户界面，其呈现方式可以是基于传统的桌面方式或基于门户网站的方式仅仅把交互式软件资源虚拟服务呈现给用户。

(2)虚拟资源云池虚拟资源云池是虚拟软件资源服务对逻辑软件资源的映射，由于软件资源是依据大粒度形式进行软件总体的虚拟化的，所以有“一对一”、“多对一”两种共享模式形式:一个软件大粒度服务可以对应一个软件资源，主要表现在单个制造类软件的应用上，比如单独应用一种三维造型类软件进行三维产品设计;或者，多个软件资源组合成一个大粒度的服务，如同时应用两种或多种软件资源完成相应的产品设计、工程分析等工作。

(3)虚拟化层虚拟化层是整个框架的核心层，它通过远程虚拟桌面化技术，对多种制造软件资源进行多种形式的虚拟化，并通过服务器与操作系统双重虚拟化进行虚拟服务的划分，避免了软件集中式管理的局限。同时，在软件资源虚拟化的基础上，可将分散的软件资源组合成具有不同应用对象、应用目标的软件组合，屏蔽软件资源的分布性，即，用户可以根据需求进行软件资源的匹配、选择和组合，可实现用户需求和软件资源服务的按需绑定，从而为软件资源的按需使用和个性化服务提供基础。

(4)制造软件资源层软件资源层包括分布于不同场所的各种制造软件资源，是整个框架的运行基础，是用户需求的具体实施者。

本文选择Ulteo虚拟桌面平台来实现云制造环境下大粒度软件资源的共享。Ulteo[18,19]，全称为Open Source Enterprise Virtual Desktop and Application Delivery solutions(Open Source VDI&SBC)，是一种开放源代码的虚拟桌面，能根据用户需求进行裁剪和进一步开发。Ulteo基于Debian和Ubuntu系统，允许用户在任何设备上通过Web浏览器来远程运行Linux和Microsoft Windows系统中的应用程序，包括工程软件资源，如UG、Solidworks等。依据该软件资源共享体系框架，基于Ulteo虚拟桌面技术，构建软件资源服务化的运行过程，如图7所示。

该软件资源服务化运行过程主要是围绕管理主机SM(Session Manager)进行集中式管理，用户分布式注册和应用的基本原理运行的。SM内部包含四大管理中心，即用户管理中心、服务器管理中心、虚拟服务管理中心、功能管理中心。其中，用户管理中心是用于管理用户或用户组的基本信息，如用户或用户组的注册、删除、更新等;服务器管理中心是用于管理服务主机的相关信息，包括服务主机暂停、删除，服务主机系统类型、基本性能参数以及工作状态的查看;虚拟服务管理中心是用于管理虚拟应用服务的详细信息，包括应用服务添加、删除，应用服务详细信息的查看，比如说可用性、所属服务主机、具体描述等;功能管理中心主要是用于测评服务的实用性、实用性而设置的，包含四大功能模块，即状态监测、日志管理、系统测评、计费监控。

在Ulteo应用过程中，用户需要拥有自己的用户名和密码才能定制所需要的资源服务，通过登录远程的虚拟桌面来应用所选择的服务。但在Ulteo系统中，用户注册模块是在管理主机中体现的，而管理主机是不能呈现给外界用户的，这样用户就不能实现自己注册账号和定制资源服务，只能由管理员分配账号及服务，这样就限制了Ulteo本身的应用功能。针对此问题，本文添加了用户本身的分布式注册和管理模式，这样使用者可以登录新增用户界面来注册个人账户，利用此账户用户可以随时登录到自己的用户界面下，查看所需的软件资源服务。同时，用户可以根据自己的需求，定制所需的服务资源。在Ulteo中添加此功能，在一定程度上优化了Ulteo的应用性能，实现按用户需求进行自服务的功能。Ulteo本身是一种开源的虚拟化桌面平台，能实现资源服务的远程共享，尚不具备商业领域内的资源服务计费功能和评价资源服务应用好坏的功能。但在云制造环境下，一切资源都是以一定的资费租赁给使用者。所以，在Ulteo应用过程中，本文提出了添加服务应用计费监控和系统性能测评的功能模块。其中，计费监控功能是用来监控用户使用资源服务的时间，可以一定的资费标准收取相应的使用费用;系统测评功能是提供给用户反馈某个资源服务的性能等级。这两个功能模块的添加，既能保证提供者的利益，又能实现资源服务的最优性能。

4 系统实现

4.1 Ulteo中角色的设置

Ulteo由三种基本角色构成，即管理主机、服务主机APS(Application Server)、客户端主机WCS(Web Client Server)。云制造环境存在三种基本角色:制造云运营者是集成各种制造资源的管理者，资源提供者是提供各种云制造资源的提供方，资源使用者是应用各种制造资源的使用方。因此，在采用Ulteo来实现制造软件资源虚拟化时，云制造下的各种软件资源提供者将由Ulteo中的各个服务主机来承担，这些服务主机提供基本的工程软件资源服务;Ulteo的管理主机将承担制造云运营者的功能，主要负责各应用主机状态的监控、应用主机的添加与删除、软件工具资源的定制与管理等;客户端主机用于提供虚拟远程桌面的Web门户，为云制造环境下的众多资源使用者提供门户访问支撑。用户可从笔记本电脑、台式机等终端登录客户端主机提供的Web门户网站，使用服务主机远程共享的软件资源服务。

4.2 Ulteo协议过程

在Ulteo中，用户在登录和定制服务的时候，是通过与管理主机建立HTTP协议进行交互通信。在整个系统中，客户端主机是用户应用浏览器方式登录和使用虚拟桌面平台的入口，是用户与管理主机以及服务主机的纽带，负责处理用户登录和使用过程中与管理主机交互的数据包，并且为用户提供资源服务的虚拟桌面窗口。

对于每一个用户而言，客户端主机从浏览器访问虚拟资源应用门户网站时，采用的是RDP Java applet客户端作为应用传输单元，此客户端是基于开源软件proper JavaRDP[20]进行开发的。门户主机中会产生一个会话(Session)，并把交互过程中需要的用户信息保存会话中。对于用户建立的每个会话，客户端主机都会与管理主机建立一个对应的TCP连接，并且维护一个用户信息单元。通过用户会话请求，利用RDP协议实现服务主机与客户端主机的远程虚拟桌面的连接与应用。Ulteo各个角色的工作协议图，如图8所示。

客户端主机与管理主机之间是以HTTP的GET/POST方法作为基本通信机制，此通信建立起用户与管理主机之间的会话请求，具体通信流程如下:

(1)客户端主机通过支持Java的网络浏览器访问虚拟资源应用门户网站，RDP Java Applet通过网络传输，由浏览器自动装载并执行;

(2)客户端主机浏览器得到登录页面信息后，填入合适的认证信息;

(3)客户端主机通过HTTP的GET/POST方法向门户主机发送请求;

(4)会话服务创建会话Token(标示符)，该标示符代表了一个确定用户的特定会话;

(5)客户端主机通过此请求，查找到对应的session(会话)。根据该session中所保存的用户名，查找到相应的用户信息单元和与管理主机的TCP连接;

(6)基于用户信息单元和与管理主机的TCP连接，客户端主机向管理主机发送请求包。然后，等待从管理主机发来的回复包;

(7)客户端主机等待到回复包之后，向本身运行的浏览器发回响应。

客户端主机与服务主机之间是以基于SSL的RDP协议[21,22]作为虚拟桌面传输方式，虚拟桌面建立与运行流程如下:

(1)客户端主机接入虚拟桌面服务器后，通过调用Socket的listen和accept函数监听发出的连接请求;

(2)建立数据层连接，连接确认后，开始传送RDP数据;

(3)建立基本的RDP连接建立后，发送初始协议相关信息，通过调用Open SSL相应函数完成SSL握手、协商安全参数、服务主机和客户端认证、密钥交换等;

(4)各功能建立连接，各功能数据传输，功能实现;

(5)客户端主机接收并解析从服务主机发送的RDP数据包，并显示输出。

4.3 基于Ulteo虚拟桌面的软件资源共享流程

图9以流程图的方式描述了Ulteo虚拟桌面部署的过程，根据实际云制造环境的需要，把安装于资源服务器中的软件应用程序称为软件资源，由此实现软件资源的大粒度服务化共享。

步骤1 Ulteo的安装与部署。Ulteo是一个开源的虚拟桌面软件，在应用之前，应该先根据安装应用文档，安装部署Ulteo虚拟桌面。

步骤2部署服务主机程序包。根据Ulteo网站提供的服务主机的安装应用文档，部署相应的服务主机程序包。若调试成功，则进行下一步流程;若调试不成功，则返回上一步继续调试。

步骤3部署管理主机程序包。其实，服务主机与管理主机的调试两者没有先后之分，因服务主机与软件资源有直接的包含关系，所以将服务主机的调试放在步骤2中。根据Ulteo网站提供的管理主机的安装应用文档，安装相应的管理主机。若调试成功，则启动相应的管理门户，管理主机与服务列表;若调试不成功，则返回上一步继续调试。

步骤4软件资源的安装与部署。在服务主机安装调试软件，使之正常工作。

步骤5调试门户主机。根据Ulteo网站提供的门户主机的安装应用文档，安装相应门户主机程序包。若调试成功，则启动虚拟桌面，使用相应的软件服务;若调试不成功，则返回上一步继续调试。

步骤6应用虚拟桌面。用户在客户端主机上应用门户主机提供的虚拟桌面网站入口，应用自己定制的虚拟资源服务。

4.4 共享模式的实现

在Ulteo虚拟桌面平台的支持下，可实现软件资源的四种基本共享模式，即“一对一”、“一对多”、“多对一”、“服务组合”。其中，“多对一”和“服务组合”资源共享模式的实现效果如下所示。

(1)Ulteo实现“多对一”共享模式

利用Ulteo的虚拟化模式，不同资源服务器中的工程软件资源注册到虚拟化平台中，不同种工程软件资源服务与同一个用户之间形成“多对一”的共享模式，如图10所示。这种模式适用于资源服务器配置中等，用户需求较广泛的情况下，每个用户可分别使用多种不同的软件资源服务。

(2)Ulteo实现“服务组合”共享模式

利用Ulteo的虚拟化模式，不同资源服务器中的工程软件资源注册到虚拟化平台中，不同种软件资源服务静态组合后形成一种软件组合服务，这种组合服务与用户之间形成“服务组合”的共享模式，如图11所示。这种模式适用于用户定制软件服务，且需求较广泛的情况下。该模式与“多对一”模式相类似，但是也有不同，“多对一”模式的软件服务是分散、各自独立的，而“服务组合”模式的软件服务是一个集合整体，用户可在同一个应用环境下使用这些软件资源服务。

4.5 基于Ulteo的软件资源共享实例

Ulteo虚拟桌面的实际部署包括管理主机(SM)、服务主机(APS)、Web主机(WCS)三部分。其中，SM主要是管理用户基本信息以及服务主机的更新设置，获取用户输入信息和控制命令，完成服务的建立部署和控制，并更新应用日志及事件管理;APS主要是为用户提供相应的软件资源;WCS主要是为用户提供虚拟交互平台，实现软件资源的本地交互应用。

Ulteo虚拟桌面系统部署完以后，利用虚拟桌面新增的用户注册界面可以注册用户名，选择单一的软件资源或者软件资源服务的静态组合。在客户端通过浏览器远程登录到虚拟桌面交互平台，填入注册得到的用户名和密码，就可以应用所选的软件资源服务。所选服务会以两种方式即虚拟桌面(Desktop)形式和门户入口(Portal)形式显示，它们必须依靠JDK(Java Development Kit)环境才能运行，所以客户端除了Web浏览器外还必须安装JDK，这样虚拟桌面才会呈现到交互显示设备上。以虚拟桌面形式访问ANSYS服务的界面如图12所示，此时用户的应用环境中出现远程系统的完整桌面环境，仅呈现MATLAB这一种应用软件资源;以虚拟桌面访问组合服务的界面如图13所示，此时用户可以应用自己定制的多个资源服务。

5 结语

虚拟制造技术及信息化论文 篇2

摘 要：在当今经济全球化、贸易自由化和社会信息化的形势下，高新技术和新鲜思想的应用日渐深入企业日常生产，制造业的经营战略不断更新，由之前的规模效益衍生出多种多样的制造哲理，在各种新思维新体系的推陈出新的过程中。虚拟制造技术逐渐浮上台面，占据制造技术的一席之地，文章结合虚拟制造等新的制造技术的发展趋势，探讨了信息化制造的实质意义，以及虚拟制造技术在我国目前的发展概况和遇到的问题。

关键词：信息化;虚拟制造;虚拟技术

要想完成工业流程的信息化制造，首先必须了解信息化制造的概念，信息化制造是以虚拟制造和大规模定制生产为标准的，只有基本上实现了从产品设计、开发、生产制造和流通以至产品全生命周期的信息化，才算真正完成信息化工作，在此基础上的先进制造模式和信息化内容才能叫做信息化制造。

在当代，市场竞争日趋激烈，以国家为单位的竞争体系之间的对抗愈演愈烈，而我国所处的角色正由世界的组装工厂逐渐转变为广泛应用先进技术的制造强国，这也对我国的一线企业提出了更高的要求，实际上，信息化不仅是政策的约束，更是市场的驱使，随着市场经济全球化的进程，信息化制造将成为现代制造企业追求的重要目标之一。国际上，虚拟技术的成功案例也进一步给我国虚拟技术产业以宝贵经验和教训，例如，美国的`硅谷就是众所周知的利用虚拟制造技术成功的典范。他们不是追求全能，而是在某一个方面力争最优，由一群小企业组成最优秀的生产群。都是在价值链某一个环节上做得最好，从而融入国际高技术体系--这是虚拟制造体系核心思想在宏观领域的反映。

随着计算机、自动化及网络技术在制造系统中的应用，信息技术的重要性日益增强，其与制造技术的发展逐渐密不可分。决定产品成本的主要因素由传统物理意义上的物质成本逐渐衍变成产品制造过程中的信息投入，信息技术使现代制造的技术含量提高，使传统制造技术发生质的变化。信息技术的发展进一步促进了整个产业结构链的解体和整合，并在长远角度促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，整个制造过程的网络化、全球化。

基于这些因素，多种有关先进制造技术的新思想、新概念相继诞生。虚拟制造就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式。虚拟制造是指通过对制造知识进行系统化组织与分析，对整个制造过程建模，在计算机上进行设计评估和制造活动仿真.它强调通过用虚拟制造模型对制造全过程进行描述，在实际的物理制造之前就具有了对产品性能及其可制造性的预测能力.

虚拟制造技术不仅仅是单学科的简单应用，而是以计算机科学为依托的跨学科，多平台的立体制造“艺术”，在整个虚拟过程中，完成的都是对模型的实验和开发，并对此模型进行评估和仿真，使整个制造过程脱离了物理手工作业的轨道，令人类的制造工艺提升到一个全新的平台。而虚拟制造过程中得到的数据模型，也为未来产品的更新以及新产品的研发提供宝贵的数据资料。

随着市场信息化产业化的发展，虚拟制造技术水平也不断提高，当前，虚拟制造过程可分为虚拟模型的建立，具有物理属性的虚拟模型的建立，分布式虚拟现实关键技术。而虚拟模型的建立就是整个虚拟制造过程的重中之重。可细分为基于微机的虚拟环境体系结构 ，基于几何建模和图像相结合的建模方法和相关算法，基于图像的虚拟现实关键技术。无论何种虚拟模型建立方法。都是将传统物理建模方式信息化的过程。

虚拟制造在工业发达国家已得到了不同程度的研究和应用，但在我国，由于起步较晚，以及支柱学科发展的滞后等原因，在虚拟制造上落后于世界先进国家。特别是关键技术虚拟模型的建立，以远远落于人后，这中间，应用人才短缺，跨学科技术整合不力都是重要原因。因此，国家制造工业信息化，虚拟制造技术发展任重而道远。

我国要更好更快的发展虚拟制造技术，就必须采取措施为其发展提供各种便利。首先，各级主管部门要高度重视，为采用虚拟制造技术的高科技产业提供政策优惠和导向性支持。逐步淘汰落后的占用资源过多的传统产业，使市场重心转向技术密集型企业。

其次，选派各类人才对国外先进技术进行研究，吸取国际上有关技术成熟经验，在适合我国国情的情况下大胆创新，为我所用，提升我国现有虚拟技术，加快信息化制造水平。

同时，在各大学府开设以虚拟制造为中心的研究课程，培养高素质专业人才。建立良好的人才梯队，是保证此项目可持续发展的基石。企业与学校形成合作关系，使人才培养有的放矢，发展方向清晰明确。

结论

虚拟制造&无痕修改 篇3

从源头上进行优化，这是现代汽车工业产品提高质量的根本。而汽车设计近年来最大的变化，绕不开可视即可得的3D打印

3D打印技术作为现在发展最快的领域，在汽车制造行业已经得到了广泛的使用。选择性激光烧结技术（SLS）由于具有成型材料选择范围宽、应用领域广的突出优点，正被众多汽车制造机零配件制造厂商所应用。3D打印技术突破了传统减材制造加工方法的限制，无需生产零件和其他铸造设备，可根据3D建模数据直接打印出汽车零部件。另外，同一台3D打印设备可用于制造不同类型、不同材质的零部件，具有广泛的材料及设计适应性，显著缩短了零件制造周期、降低制造成本、提高材料利用率。与传统制造工艺相比，使用3D打印技术制造的同类汽车零部件可实现减重65%、节材90%。在竞争激烈的汽车制造行业，已经有越来越多的整车厂和零配件商采用3D打印技术用于大批量生产前低成本的测试产品和制造定制化的配件。

作为一家为全球客户提供3D体验解决方案的知名企业，达索系统为企业和客户提供虚拟空间以模拟可持续创新。目前达索系统已经与140多个国家超过19万个不同行业、不同规模的客户进行过合作。这其中就包括汽车方面。

我们耳熟能详的特斯拉、捷豹、雷诺、福特、长城和平宁法利那都曾经是达索系统的客户。虽然截至目前为止还没有量产车型采用3D打印诞生，但是赛车却有了。同济大学在2014年大学生电动方程式赛车中的赛车，同样采用了达索系统的程序。在这个项目里，一家a股上市公司同样起到了举足轻重的作用，那就是光韵达。

同济大学在湖北襄阳参加了2014中国大学生方程式汽车大赛，编号为E11的电动方程式赛车使用3D打印的零部件（如方向盘、仪表盘等）共计362件，占全车机械结构件数量的30%左右，这些3D打印零部件全部由光韵达制作完成，使用3D打印制造技术后此赛车的总质量由原440KG减少至306KG。

达索系统交通与运输行业副总裁

Olivier Sappin

AF：达索系统的技术性很强，能不能用通俗易懂的语言介绍下你们的主要技术？

Olivier Sappin：最简单的解释就是三维体验平台。通过一个平台的方式去将我们不同的这种企业里边的组织机构，以及企业外部的这些人连接起来。当下正在向体验经济时代迈进，企业对于客户体验的需求越来越高，所以在去年我们收购了RTT公司，它主要是专注于对于三维展示技术的这样一个公司。通过这种三维展示，即使是一些非专业人员，也能很容易的去理解到你所表现的一些东西。通过这样一种方式集成到我们这个平台上之后，就可以去支持到从整车的工程制造，到我们的市场营销，一直到最后的售后，整个全流程的三维方式的展示，让我们的客户或者是用户能够更容易的去体验我们的产品。

AF：能否介绍下汽车的虚拟制造的流程？

Olivier Sappin：在制造前端，关于制造的一些计划，我们有很多的一些案例，首先我们有一个支持它的产品DELMIA，我们的客户主要是进行数字化制造，虚拟制造，像TOYOTA、BMW、PSA，其实这方面我们主要是希望通过一个方案，把工程阶段与制造阶段能很好的连接起来，因为在传统的方式下，工程和制造这两个流程中间没有太多沟通，而我们的这个方案就能够从工程到制造全部打通，使数据能够无缝的传递到下一阶段。很多时候我们看到OEM厂商，他们都是通过工程把这些数据发放给制造，制造再去复制到自己的系统里面，这中间就会出现一种沟通上的错误，或者是一些不畅的东西，而我们提出的解决方案是一个单一的、从端到端的解决方案。基于三维的建模数据，通过这样一个解决方案，将工程这部分的数据能够无缝的传递到制造端，涉及从工程到制造的端到端的完整业务流程的解决方案。

AF：达索系统主要是做一些技术含量比较高的解决方案，中国作为目前最大的汽车市场，达索系统跟咱们中国的汽车制造商，有哪些合作计划？

Olivier Sappin：我们确实跟中国的很多OEM厂商都有非常多的合作，不仅是在CATIA这个领域。在一些平台机的管理系统上，我们有很多的合作，那么其中最大的一个话题就是说，我们对于画画管理方式的应用。我们知道在汽车行业，模块化是比较好的一个话题，包括在大众，他们都在实施模块化的管理方法，其实是对整车的结构进行重新架构的一种方法。那么通过这种模块化的分解来提高我们对于零部件的重用率，我们在中国比如说跟长城汽车，还有上海的观致汽车都有一些合作，来跟他们一起去定义，我们模块化划分的一些方法，使他们能够比较快速的去接受这种国际比较流行模块化的管理方式。

在达索系统的解决方案中，将造型设计的软件和工程设计软件集成在一个整合平台上，使艺术造型和工程CAD数据能够无缝衔接

虚拟制造及其应用 篇4

关键词：虚拟制造,建模和仿真,体系结构

0 引言

虚拟制造在现代制造体系中,是一种全新的制造方式,是现代制造的重要标志。它是一种广泛的概念,自1993年出现以来,经过19年的发展,取得了很大的进展。相对于传统的制造概念来讲,它不是实际的制造过程,但却从本质和原理上实现了制造的全过程。虚拟制造通过使用计算机建立虚拟和仿真环境,使得制造链的各环节,例如设计、制造、运输、装配、规划等各方面均可以在计算机上模拟运行并实现,并且可以提前发现制造链中可能存在的各种问题,给决策者提供良好的指导性建议,不再像以往如果要取得好的产品,必须依赖于各个参与者的经验,这种变化带来了飞跃性的突破。

最近几年,许多发达国家均致力于虚拟制造的应用和研究工作,例如美国的National Institute of Standards and Technology正在建立国家虚拟制造环境,BOEING公司与麦道公司联合建立了Mechanical Design Automation。德国的Fraunhofer研究所,加拿大的滑铁卢大学,比利时的Virtual Reality协会等均先后深入细致的开展了虚拟制造技术的研究工作[1]。

本文首先介绍了虚拟制造技术的概念、分类、体系结构,阐述了虚拟制造的特点,最后介绍了虚拟制造的进展和应用。

1 虚拟制造技术内涵分析

1.1 虚拟制造概念

“虚拟制造”最早是由美国提出来的,目前国际上仍然没有统一的概念。国际上有很多学者和机构从不同的角度提出了自己的看法和定义,普遍被接受的有[2]:

美国Florida大学的Gloria J.Wiens教授认为:虚拟制造是在进行现实制造之前,提前对产品制造流程中存在的问题进行启发式的预测。主要的侧重点在于“预测”,即用最低的成本实现全过程的模拟,从而实现高效益。

USAF莱特实验室认为:虚拟制造是通过仿真软件,利用软件建模以及各种分析工具,来实现生产制造出最终的产品。主要的侧重点在于“途径”,即采用何种软件,何种形式来实现目的。

马里兰大学的Edward Lin认为:虚拟制造是一种综合性的手段,主要用于创造一种浸入式的环境,来实现制造和控制。主要的侧重点在于“环境”,即通过人机交互实现最终目的。

综上所述,虚拟制造的定义如下:

虚拟制造不是真实的制造,但它是通过计算机为载体,在虚拟和仿真的环境中实现本质上的制造过程,并且对产品链的研发、制造、控制、装配、管理、物流等关键环节进行仿真,以实现对产品全生命周期内的质量强有力的控制和决策。

1.2 虚拟制造分类

虚拟制造不仅包括产品研发、设计、制造的过程,也包括组织管理等活动。根据活动类型可以讲虚拟制造分成以下三类[3]:

1)设计主体式

产品的全生命周期包括各个阶段,一个好的产品应该将大部分的时间放在设计环节,如果设计细致到位,那么就可以节省在制造以及装配环节带来的问题。在设计伊始采用仿真手段进行产品设计,进行制造性分析,装配性分析,干涉检查,有限元分析,动力学分析等工作,主要目标是实现产品设计环节的全仿真和全覆盖,并可以实现评估和评价。

2)生产主体式

在生产过程中大量应用虚拟装配工具,优化生产过程,以减少材料消耗,降低生产成本,提高效益。主要目标是以工艺技术流程为切入点,通过资源需求,生产调度,排产开工等管理流程进行模拟仿真,对生产计划调度进行评价。

3)控制主体式

在生产控制环节应用仿真工具,实现优化设计,利用软件的模拟仿真环境,结合各种数字化功能,对控制器件,仪器仪表,电子电路进行仿真设计,提前发现问题,主要目标是实现精益化控制。

1.3 虚拟制造体系结构

在结合国内外各大研究机构研究成果的基础上,国家CIMS中心提出了一套虚拟制造体系结构,具体如下所示:

1)虚拟开发平台

虚拟开发平台从产品的设计入手,联通加工工艺,装配工艺,重点进行加工性分析和可装配性分析,涵盖力学分析,热学分析,静动力学分析,主要包括的项目有:并行设计,工艺设计,工具设计,可装配设计,加工参数设计,干涉检查,运动轨迹模拟等。

2)虚拟生产平台

虚拟生产平台从生产线布局,生产环境模拟入手,进行资源利用分析,生产计划分析,产能分析,主要包括的项目有:厂房环境布局,生产线优化,生产过程动态监视,生产设备集成,调度排产优化等,最终得到最好的生产计划。

3)虚拟企业平台

虚拟企业平台从管理模式入手,通过合理配置资源、资本、人员等各类条件保障,实现异地工作,集同工作,网络工作,7×24小时全天候全世界不间断运行等。

1.4 虚拟制造特点

虚拟制造不是单纯意义上仿真技术和虚拟技术的组合,是将所有理论和知识进行系统化融合之后的先进技术,它可以对生产制造对象以及企业管理过程进行全面的模拟,是一种全方位的仿真模拟过程,特点如下所示[4]:

1)模型为本

由于虚拟制造从根本上来说是采用计算机进行仿真,其对象就是模型,所以必然涉及到产品模型,环境模型,过程模型。产品模型包含全部的产品信息;环境模型包括各种工装,厂房以及对产品起支撑及支持作用的信息;过程模型包含研发设计、工艺路径、加工参数、装配可行性、干涉检查、静动力学分析等信息。

2)信息集成为本

由于虚拟制造技术的根基是仿真技术,所以它必须实现各种仿真软件的兼容,不同模型的集成,这包括产品模型,环境模型,过程模型之间的信息集成。

3)高精度仿真为本

高精度的仿真需要必然要求实现高准确度,高可信度。仿真结果的生成主要是依靠模型的VVA(Verifi cation,Validation and Accreditation)技术来实现,这种技术是人机交互技术发展的必由之路。

2 虚拟制造进展

最近19年来,虚拟制造的在各种技术领域都取得了广泛的应用,其自身也得到了长足的发展,在1994年的虚拟制造论坛上[5],明确了43项关键技术,虚拟制造技术已经不是各种单独技术的简单汇聚,而是系统化体系化的产物,下面从两个方面介绍虚拟制造的进展。

2.1 虚拟制造体系结构

虚拟制造体系架构具有很强的复杂性,最早的提出人是日本大阪大学Kazuki Iwata和Masahiko Onosato等人,这种体系结构与具体的应用无关,并且其结构与真实系统的结构类似。德国的机电一体化中心研发出带有强烈沉浸感的交互式系统,使用数字手套和数字头盔进行虚拟仿真和制造。

我国高校和研究所也取得了长足的进步,上海交通大学提出了VM体系,包括展示层、运动层、固定层、动态层、数据层,通过网络协同控制,可以实现远程管理。

国家CIMS中心提出了一套虚拟制造体系结构,即基于产品开发管理体系,可以实现可合作性、可生产性、可制造性的集同支持。

2.2 建模方法体系

虚拟制造通过计算机辅助技术来进行复杂的模拟和演算,提高对实际制造模拟的准确度,实现预判和有效控制。

现有的CAD三维建模软件很多,例如CATIA,Pro/E,Solidworks,UG等等,但每种软件都是用产品数据统一的交换标准和交换格式来描述模型的所有信息特征,常用的格式有STEP,X_T,UGS等,实际使用的过程中兼容性并不是十分良好,会出现信息丢失的现象,难以满足实际需求。这主要体现在两个方面:一方面,模型之间兼容性较差,另一方面,仿真分析结果无法进行传递,无法实现全面的数据共享。

为了解决这种问题,广大的研究院校和学者对虚拟制造产品模型信息组成和交换形式进行了大量的研究,形成了两种具有代表性的技术:元建模技术和功能核心建模技术,分别由日本东京大学的Yoshikawa、Tomiyama以及荷兰F.Tolman提出[6]。

国家CIMS中心基于以上两种技术,提出了构建于PDU的元建模技术,以满足日益增长的实际需要。该技术具有三个特征,如图1所示。

1)语义丰富,可以在不同层次进行信息传递;

2)可以随时根据需要提取出信息并附加到新的模型中,保证引用一致性;

3)可以适应自上而下以及自下而上的设计。

3 虚拟制造应用

虚拟制造在生产制造的各行各业取得了广泛的应用,主要体现在以下领域:

1)外形设计

在汽车业,外形设计往往需要制作木模或者塑料模型,经过多次修改后定型,费时费力费钱。采用虚拟制造进行设计,可以随时进行修改,并可以进行风洞试验,模拟冲压加工,优势明显。

2)布局设计

设计复杂产品,复杂系统,往往需要大量的人力物力来进行设计和规划,然而采用虚拟制造,可以在先期就发现不合理或者是可能产生干涉的地方。例如:厂房布局,生产线组合设计,管道布局,物流运输等等。

3)运动学、动力学仿真

在产品的设计阶段就必须考虑到产品的运动学分析和动力学分析,防止产品设计制造完成后,在试验阶段才发现缺陷,这样会造成无法挽回的损失。完善的运动、动力学仿真分析包括力学性能分析,干涉检查,碰撞分析等。

4)加工工艺性分析

在材料的热力学加工方面,利用虚拟制造技术,从材料机理入手,通过对加工过程进行仿真,比较不同参数得到的质量、性能及晶像组织,进而选择最优参数,最大限度的发挥材料的性能。

5)机械加工仿真

现在有很多软件都可以对机械加工过程进行模拟,例如Master CAM,通过仿真,可以对加工参数,加工方法,机床特性,工具选择,NC代码等方面进行优化,得到最优结果。

6)虚拟装配

由于产品的集成性和复杂性,某些产品的装配过程往往会出现问题,导致修改产品带来工期延误或重新设计,使用虚拟制造软件进行仿真,可以在设计阶段进行验证,防止出现干涉,人员无法操作,操作空间狭小等缺陷,保证产品研制过程的正确性。

7)虚拟展示

在展会以及产品发布会上,越来越多的厂家应用虚拟现实技术进行产品的推广或者是将三维动画技术应用于产品广告当中,随着技术的发展,模型越来越精致,细节越来越完整,生动且直观,给人很强的视觉冲击力,通过数字头盔或者是数字手套,人们能更加沉浸在虚拟环境中,代入感更强。

4 结论

“虚拟制造”是一项蓬勃发展的技术,是新时代创新领域的代表性作品。它在本质和原理上实现了制造的全过程,立足于仿真,但又不同于单项的仿真技术,它是多种技术的综合产物。它可以从产品的研发端入手,贯穿设计、制造、装配、物流等全过程,提高产品的质量,提升企业的效益,有效的帮助企业和个人进行决策。通过19年的发展,虚拟制造技术取得了巨大的进步,随着互联网技术的进一步发展,虚拟制造技术必将取得长足的发展和更辉煌的成就。

参考文献

[1]Wiens G J.An overview of virtual manufactutring[A].Proceedings of the2nd Agile Manufacturing Conference(AMC'95),Albuquerque,New Mexico,USA:ERI Press,1995.233-243.

[2]肖田元,等.虚拟制造结构化研究[J].计算机集成制造系统,2001(3):36-39.

[3]VM User Workshop Rcport[R].October25-261994,Dayton Stouffer Hotel,Compiled and Edited by Lawrence Associates Inc July8,1996.

[4]肖田元,韩雪炜,等.NC代码模拟技术[J].系统仿真学报,2005,10(1):3-9.

[5]肖田元,等.国家CIMS工程技术研究中心基地研究进展[J].高技术通讯,2000,(2):31-33.

虚拟制造资源 篇5

1.目前分散式PC管理架构存在的问题

(1)频繁的IT故障造成企业生产效率的降低。

PC是企业工作人员为研发生产提供服务的主要工作平台,工作人员几乎所有的工作都离不开PC为其提供信息、数据的生成和交互,一旦这个载体出现问题,必然导致无法为生产提供服务。但是,由于PC Windows操作系统天然的原因,PC机在连续工作一段时间后操作系统本身就会变慢和容易死机,再加上用户误操作、软件BUG等问题造成宕机,病毒的破坏、黑客的入侵等都将对系统带来致命打击;更不用说微软每天层出不穷的漏洞补丁;如果要确保前端业务平台的稳定和正常运行,IT人员就需要在业务PC停机的情况下,对每个部门的每台业务PC逐一维护,打补丁、重装系统、升级软件、设置参数,工作量非常大,而且时间跨度长、效率低。不仅需要花费大量的运维时间,并且在运维过程中,也必然影响工作PC的正常运作时间,降低了业务人员的工作效率,也就等同降低了企业的生产效率;

(2)昂贵的软件许可费用。

从研发制造型企业的软件采购成本讲,研发需要配置一些先进的国外工程分析软件、研发软件、设计软件等。国外软件高额的成本和后续维护费用是企业信息化发展的极大障碍。国外软件公司对PDM和ERP等信息管理软件都是按照PC安装节点数(每台PC一个license)计算价格,随着企业PDM和ERP应用的深入,用户数会逐渐扩大,用户数会不断的增加,总的成本也就非常高昂。如:PDM中WinChill软件500用户将近1000万;工程分析软件按照license销售,同样价格高昂,像ansoft每个模块只要一个license也要100多万;设计类软件AutoCAD一个license需要2万多、Pro/E一个license需要9万多、UG一个license需要12万多,就连普通的Office办公软件一个license也需要2000多。

(3)桌面应用管控的难题。

PC是一个极为开放的平台,用户可以自由安装各种应用软件,但因为用户的不够专业或是疏忽,其自行安装的软件或拷贝的文件有可能是附带恶意的破坏性程序,从而很容易造成企业整个IT系统地不稳定或是瘫痪、甚至造成研发制造型企业核心电子资产的丢失、科研机密的外泄;

(4)数据安全隐患和冗余备份的难题。

传统的分散式PC的管理是一个极为松散的平台,存在显而易见的安全漏洞,目前研发制造型企业主要采用桌面审计软件、Windows组策略或是文件加密软件等来进行防护,但这几种方式并不能彻底的解决安全隐患。

桌面审计软件、Windows组策略是应用层面的管控,有其先天的缺陷,先不说这样的应用级别的管控对数据端口有多少限制能力,只要恶意用户对应用比较熟悉、还是可以通过破解方式的尝试来攻破管制;并且这两种防护方式都是依赖windows操作系统的,如果避开本机windows系统等于没有安全可言;例如,用户完全可以使用U盘、光盘或是移动硬盘等第三方介质绕开本地操作系统将PC引导到WinPE、NTFSdos等其他操作系统将涉密数据拷出。

哪怕研发制造型企业配置了文件加解密软件,恶意用户还是可以将加密文件拷出,进行各种破解尝试,将一些盗号木马拷入,尝试获得各种用户权限。

因为所有的数据都是以文件的方式存在于本地硬盘上,即使IT封闭了所有数据端口,但恶意用户还是可以通过硬盘下载数据、甚至带走硬盘、然后慢慢解析数据。

用户数据放到PC本地,而频繁的人员变动导致计算机相应数据的导入导出,工作量较大,并且在导入导出的过程中容易形成安全隐患,本地数据没有有效的备份也容易丢失。

(5)欠缺架构灵活性。

从未来的发展讲,研发制造型企业会与时俱进不断进行组织机构的调整,以及不断的管理方式的调整,随着市场的需求对研发制造型企业的业务平台会提出日新月异的应用更新需要,业务内容改变、改换研发应用软件、切换工作模式、部署新的研发协作平台等等都非常的费时费力;而PC的传统分散式桌面管理不够弹性灵活使得IT支持的需求成倍增长,导致研发制造型企业的利益受到影响和遭受损失;

(6)低下的IT管理效率和高昂的人力成本。

研发制造型企业的IT人员整天如同“救火队员”一般,往返奔波于企业各业务部门间,业务系统的升级、软硬件的故障、人为的操作失误、恶性宕机事件等一系列的事务都需要IT人员去一一化解,IT故障的处理对人工过度依赖,是要花费巨大的费用和时间成本的,不仅使处理这些事故的效率大打折扣,而且使IT人力成本不断攀升。

2.研发制造型企业对IT基础架构的要求

随着企业信息化的深入,IT基础架构中的PC桌面已经成为用户业务操作的平台,是IT运维的重要对象。在能满足应用要求的条件下,企业对PC桌面的核心目标是要“可控”。具体如下:

(1)操作系统可控。

为了保证企业PC桌面的安全和可靠,企业需要对PC桌面的操作系统、应用程序进行统一安装、管理,还要防止用户自行安装和修改或是从其他U盘、光盘类介质启动非本机操作系统,以免用户借此摆脱研发制造型企业IT安全策略的限制。

(2)应用软件可控。

研发制造型企业不同的岗位有不同的应用需求,因此需要约定适合自身的应用列表,应用软件可控是研发制造型企业对PC桌面管控能力加强的重要特征。

(3)知识资产可控。

对于研发制造型企业而言,大多数计算机用户属于知识工作者,工作成果也多数以电子形式存在,因此企业需要对员工工作的成果加以控制,防止研发制造型企业核心知识资产的外泄。

(4)运维成本可控。

PC桌面数量多,针对不同的工作岗位和要求,需要配置不同的PC桌面,作为研发制造型企业信息化建设的基石,这个基础架构耗费了IT部门绝大多数的精力,同时大幅增加了IT管理、运行、维护的费用。

(5)灾备高效可控。

PC桌面是每个人的工作平台,其数量远超服务器,人员复杂、用户计算机水平参差不齐,且分布的物理位置范围广,管理难度高,这就要求PC以及其上的信息化应用要易部署和易维护,发生故障可以迅速高效的实现恢复。

3.桌面虚拟可以为研发制造型企业的信息化建设带来哪些改变

桌面虚拟化一直被认为是一项适用于瘦客户端设备的技术,而瘦客户端的局限就在于完全依赖服务器运算、服务器投入成本高、客户端设备需要全部更新、终端应用范围窄、只能支持简单的Web和OA办公需求等;Phantosys DVP桌面虚拟化技术与其他桌面虚拟技术不同的是,Phantosys DVP已经成功将这一技术应用于企业现有的胖客户机(PC)上,并且是在不影响PC的性能、效能、兼容性和不改变用户的操作习惯的前提下。

Phantosys DVP的优势表现在它大大提升了现有PC的使用效率,实现了IT对分散的PC的集中式管理,以及客户应用与底层硬件基础设施剥离所带来的高度灵活性。站在管理优化的角度,它赋予了IT管理者战略性的基础架构中央管理能力和安全控制能力。而在用户层面,使用习惯的无需改变、PC应用的无缝兼容、个性化桌面应用的灵活调用更是帮助企业将这一新架构顺利实施的推动因素之一。

具体到研发制造型企业,Phantosys DVP能够帮助研发制造型企业的IT团队和他们的主管应对IT基础架构困境带来的挑战,帮助研发制造型企业不断加强自己的竞争地位。

(1)以最佳的性能、最灵活的方式、最高的安全性和最低的成本随需交付桌面应用,简化IT、精简企业人力成本

Phantosys DVP将桌面环境采用流技术方式交付到PC硬盘中,进行本地化运算、而非安装到PC上,这样,交付桌面应用时便无需担心应用和系统兼容性问题;因为实现了本地化运算、连同I/O也是本地化的,所以也无需担心性能的降低,更提高了PC随需调用操作系统和应用软件的灵活性;

通过Phantosys DVP Server所提供的PIM群集文件系统、树状节点架构,IT部门可以做到再大规模的PC部署“同一种应用,只一次安装”;

利用Phantosys DVP,IT部门能够在不影响桌面用户工作的前提下,在一个位置上在线交付、更新新应用,而无需亲自操作任何桌面,并且能够在不修改任何应用代码的情况下通过局域网交付各种传统软件应用,达到了“简化IT”的目标;

一个IT MIS人员就可以同时管理数千台PC桌面,降低了企业IT人员成本投入;

(2)确保不会因为PC的软件更新、故障导致员工工作效率下降,保证所有应用的连续性、可用性以及业务的灵活性。

Phantosys DVP可以在发现PC工作不正常或感染了病毒木马间谍软件时只需要简单的鼠标单击就可以恢复正常工作,从而杜绝了病毒产生的来源,消除对安全的担心,大大提高了系统和网络的可靠性、稳定性,实现一个可以24/7连续工作的可靠的业务运行环境;

Phantosys DVP能够确保用户不能随意安装未经授权和同意的软件,工作环境保持一致性,避免了对操作系统、网络设置的影响和改变,所有桌面用户都能在每次开机时使用稳定高效、始终如一的系统和软件,不会因为PC繁杂的更新、修复、部署对企业员工的业务造成影响,工作人员的工作效率就可以提高,相应也就提高了企业的生产效率;

Phantosys DVP能够动态交付桌面,通过桌面虚拟化,PC用户能够根据工作需要即刻调用启动全新的桌面,业务工作的开展变得十分灵活,特别是研发部门异构R&D平台的架设轻而易举;

事实上,IT部门还可以利用Phantosys DVP桌面虚拟化技术建立一种按需服务的应用交付模式,IT部门根据桌面端用户的实际需要向他们馈送不同版本或进行个性化定制的应用服务,这是IT部门向业务服务角色转换的有益尝试;

(3)集中存储Windows应用和员工文件夹中的数据,简化Windows应用备份,严密保护知识产权。

传统PC管理模式下,IT人员不仅必须应对数据的存放、打印和操控环境,而且还必须考虑数据在分散在企业各处的PC中如何迁移、备份,并保证知识产权不会泄露,电脑病毒也不会潜入。启动桌面虚拟化项目后,一个公司的所有系统和数据将分为两个大的模块都被整合到了一起,从技术层面保证员工配合研发制造型企业的数据存取制度,从而几乎消除了在分散设备层面上数据被盗或数据丢失的风险,提高了PC的安全标准;

更为重要的是,Phantosys DVP还能满足研发的高安全需求,比如,可以从PC系统底层对所有数据读取端口禁止使用,而存取在硬盘上的所有数据均为无差别的磁盘扇区格式、离开了桌面虚拟化网络、即变成空白碟,大幅提高了企业知识产权的安全性;

(4)充分利用现有技术投资,集中、随需虚拟交付软件应用,降低正版软件授权采购成本、提高企业硬件资产利用率。

事实上,目前企业中存在大量大多数时间里都是闲置状态的IT软件资源,但迫于PC传统的安装软件的形式,只能去不断提高IT软件资源的绝对值(如不断去购买新的软件许可)来满足某一应用软件使用人员数量最大化的资源需求。Phantosys DVP可以通过虚拟化独有的对软件资产的随需调用机制,更加有效地管理和利用现有软件许可,从而避免过度采购或许可证资源的浪费。采用Phantosys DVP,研发制造型企业只要购买最少的license许可数就可以将应用快速推广到所有用户的桌面上,大大节约了研发制造型企业信息化投入成本,降低投资风险,提高信息化推进速度,可以快速使公司得到信息化带来的巨大效益。

(5)在中心机房提供基础架构的安全保护,防止人为失误、抵御DDoS、蠕虫及其他病毒攻击,提供基础架构全面、迅速、灵活的灾难恢复功能。

虚拟制造资源 篇6

随着社会的发展和科学技术的日新月异, 计算机信息技术和网络科学技术为制造行业发挥了空前作用, 促进了我国制造行业迈入高速化发展时期。整个行业都向自动化、信息化、数字化发展。由此出现了许多的新型制造模式, 其中虚拟制造技术就是最重要的一种。简而言之, 虚拟制造技术就是根据市场需要, 通过计算机建模和仿真作用进行三维虚拟设计、动态模拟、程序仿真、装配调试, 等使制造工艺更加简洁方便, 缩短产品生产周期, 大大节约开发时间和设计成本, 此外它不消耗任何能源, 节能省时, 低能高效, 因此, 近年来, 在汽车制造中获得了广泛推广及应用。

1 虚拟制造技术概况

虚拟制造技术是创始于20世纪末期的新型先进技术, 通过对产品性能进行模拟和预测, 综合运用建模、仿真、测试等技术改进设计加强生产。由于其广泛的应用前景, 许多发达国家都纷纷对其进行研究, 不少国家取得了很大的进展。同时, 我国许多高等学府的科研单位也投入了研究工作, 且在技术取得了一定的成就。虚拟制造技术研究方向广阔, 内容复杂, 这与不同的应用技术和研究对象有着紧密联系。虽然我国开始接触时间不长, 但是科研人员对虚拟制造技术已经有了独到的见解。

1.1 虚拟制造技术的基本特点

采用计算机信息技术进行高度集成和全方位仿真。通过组合资源、过程、产品等模型仿真设计经营方案、生产活动等行为。不断优化各类配置, 由此可保证制造系统的合理性和科学性。这些因素都为当前我国汽车行业的发展提供了更多的平台。而在实际操作中, 虚拟制造技术就是通过计算机的映射对其本质进行体现。在控制流、物质流、信息流的相互协调作用下, 成功体现生产制作过程。因为虚拟制造过程可以在实际制造之前预测其性能, 并且可通过数字形式反馈出来。所以这样可以大大降低生产成本, 为企业争取更大效益。

1.2 虚拟制造技术的优势

第一、减短产品研制周期, 按照传统的生产流程需要经历设计、修改、生产等流程。在试制平生产出来之后再进行信息反馈, 这样复杂而又繁琐。而在虚拟生产过程中, 可以根据需要随时检验和预测, 方便操作和改正;第二、增强产品质量, 在生产制造过程中运用虚拟技术可以对各类生产方案就行修改和仿真, 最大程度的优化设计方案, 这与传统方式下的生产模式形成鲜明的对比;第三、降低生产成本和资源损耗, 传统方式的制造生产需要消耗大量的人力物力, 而虚拟制造生产完全不同, 一切通过电脑完成, 直接减少了能源浪费和成本损失;第四、通过虚拟制造技术, 生产者可以随时监控了解产品的性能和进度, 这有助于企业避免生产风险。由于虚拟制造技术的大力发展和广泛应用, 许多科技建设中, 例如、航空、军事、铁路等领域都运用了虚拟制造技术。

2 汽车制造工艺的发展

随着汽车行业的发展, 竞争越来越激烈。消费者对车辆外形和质量都有了更高的要求。这就导致生产者必须在制造工艺上不断改革。因此汽车制造技术的革新给人们带来了新的发展和机遇。

汽车制造工艺的特点:先进的制造工艺是在传统工艺的基础上逐渐发展而来的, 它保留了传统技术的核心技术又融合了先进技术的科研成果。新型的汽车制造工艺贯穿于整个生产和销售过程, 包括产品整体设计、前期准备、生产制造、以及售后处理等一些内容。近年来, 我国不断采用新技术制造汽车并取得了很大成就, 但是与发达国家相比还存有很大差距。第一、发达国家多采用计算机管理模式, 十分关注生产模式的发展, 推行AM、LP、JIT等技术思想。然而我国只有部分企业采取了计算机式管理。第二、许多发达国家都不停更新数据和设计准则, 不断采用新型设计方式, 全面运用CAD等技术。进行计算机化无图纸生产。但是我国的CAD发展远落后于其他国家。第三、发达国家普遍使用高精密的加工仪器, 进行微加工、精加工、使用纳米和激光技术等新加工方式。这在我国来说, 尚在学习研究阶段。第四、欧美等发达国家基本采用:数控技术、FMC、CIMS、FMS等新型科技实现了数字化、集成化、智能化。一汽和二汽是中国的汽车制造行业的先驱, 30多年来, 二汽得到了巨大发展, 同时全球的汽车行业也不断壮大。最先进的技术科研成果都在汽车行业得到了充分体现。随着汽车行业的不断发展, 目前我国已经拥有各类汽车制造和生产厂商近6000余家, 总值远超出万亿。前五名汽车生产企业的集中度高达75%, 汽车使用普及率更是高达270辆/千人, 而发达国家的汽车化水平高达430/千人。据统计, 国家2006年的汽车行业总产值高达16000多亿人民币, 这约占全国2.8%的GDP。从1998年6月到2007年12月之间, 人均年份产量增长率均高于12%, 最高年产量增长率甚至超过30%。汽车一直是中国经济发展的支柱产业, 整个汽车行业的员工队伍多达1000多万人, 其他与之相关行业更是多达3000多万人。纳税值超过5000多亿人民币。

3 结束语

虽然我国的虚拟制造技术和汽车制造工艺在近年来取得了空前发展, 但是技术和设备相对于发达国家来说十分落后, 缺少先进的管理理念和强大科研队伍, 不同技术之间发展不均衡, 焊接技术、冲压技术、涂装技术等关键技术设备都需要进口, 此外研发资金投入不足, 人才缺失等都是我国汽车制造工艺相对落后的主要原因。针对这些现有问题和差距, 生产商应该不断的自我学习, 时刻紧随核心技术的研发, 认识技术差距, 进一步深入研究关键技术, 尤其是仿真和建模等集成系统。只有通过全国乃至全世界研究队伍的共同努力, 数字化、信息化、智能化、自动化的时代才能早日来临。

参考文献

[1]刘燕.浅谈敏捷制造[J].科技信息, 2009 (13) :745.

虚拟制造技术的初步研究 篇7

当今社会科学技术飞速发展,生产技术大幅提高,随着人民生活水平的日益提高,对各种消费产品的使用不断地提出新的需求,使得生产产品的加工周期越来越短,市场瞬息万变,生产将市场上的主导生产形式逐渐地被品种多、批量小的产品所占领,所以全力缩短产品的研究开发时间和生产周期,快速地生产、灵活地生产是取胜市场的法宝。针对这一情况,科研工作者们提出了大量的新型概念和方法,其中既包括新的制造技术理念,也包括新的制造系统,如柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)、智能制造系统(IMS)等。新的制造系统有着显著的特征,就是全部表现为柔性化、集成化和智能化,这些新的制造系统对提高产品质量、减少残次品率、加快产品的设计及制造周期、降低生产成本、提高企业的市场竟争力都有重大影响。

为解决上述问题,虚拟制造技术V M T(Virtual Manufacturing Technology)与虚拟制造系统VMS(Virtual Manufacturing System)也就应运而生了,VMT&V M S在国际上被称为2 1世纪制造企业的新型生产模式,是21世纪的挑战中必备应用技术[1]。

V M S&V M S的诞生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果,是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。V M T是一门综合系统技术,它的前提是计算机支持的仿真技术,在生产过程对设计和制造进行统一建模,使组织制造生产更加有效、更加经济、更加灵活,让生产资源得到合理配置,产品布局更加合理、有效,让产品的开发时间和成本降到最低,使生产出来的产品质量的更高,达到最大的生产效率。把虚拟制造技术推广应用将使制造企业彻底改变当前固有的加工理念,在行业的竞争中也将产生巨大的影响,可以说虚拟制造技术给制造行业的未来指引了方向,也决定着制造业在市场的竞争中能否占有一席之地。因此我们必须高度重视虚拟制造技术,加快研究虚拟制造技术,重点推广虚拟制造技术。

2 虚拟制造技术

2.1 虚拟制造的概念

目前各国学术者对虚拟制造的概念尚未形成统一的认识,趋于一致的理解是:在计算机内构造虚拟的生产系统模型,进行实际生产过程的模拟。本文将从信息变换等价性的观点出发,分析V M系统与实际生产系统的相互对应关系,探讨V M的基本概念,并介绍目前国际上虚拟制造研究的方法、手段、研究开发的动向及VM的广阔应用前景。虚拟制造(VM:VirtualManufacturing)是一种模拟制造软件技术,该技术以计算机为平台,在计算机仿真环境下进行而不消耗物理资源,对真实产品制造的动态进行描述。它的主要功能是产品建模、生成仿真环境。虚拟制造实际上就是一种综合制造环境,它包括产品的生产过程、加工工艺、调度计划、后勤供应以及财会、采购和管理等一系列事情,在真实产品加工之前,就能准确把握住产品的功能状态,及时作出决策,优化生产方案。

2.2 VMS的基本构成

虚拟制造系统V M S是基于虚拟制造技术实现的制造系统,是现实制造系统RMS(RealManufacturing System)在虚拟环境下的一种反映,是一种新的制造技术,它包括信息技术、仿真技术和虚拟现实技术。该技术技术涉及面很广,涵盖了产品的构成技术、特征抽取技术、模型制造技术、集成了基础结构的体系、制造特征数据等多学科交驻功能、支持各种工具接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。

V M T&V M S是国际科学新近提出的制造加工理念,其理论基础与体系正处于初步形成阶段。研究虚拟制造技术的工作需要面对的是计算机软、硬件技术以及机械制造等多种学科的相互交叉、各种高尖端、新技术的融合,需要研究和解决一系列的问题。我们当前的主要工作是应该充分利用国内外CIMS和IMS的研究成果,根据虚拟制造系统的特点,结合我国制造业的实际情况重点研究虚拟制造系统基础理论及其关键技术。

2.3 虚拟制造技术的应用意义

虚拟制造技术包括虚拟产品设计、虚拟产品制造、虚拟生产过程。虚拟制造技术VMT(VirtualManufacturingTechnology)目前尚未在制造业广泛应用,但在飞机、汽车等大消费领域中得到了成功的应用。例如,美国波音公司在777新型客机机型设计过程中,就充分的利用V M T和三维模型进行管道布线等复杂装配过程的模拟获得成功。虚拟制造技术在应用过程中可以通过计算机仿真环境虚拟零件的加工工序,选用工装和工艺参数,通过建模仿真演示加工过程中各种的工艺性、配合性、连接性、运动构件的运动性等。这样就可以在投产前第一时间发现产品加工缺陷,及时解决出现的问题,在加工过程中实现优化生产,提高生产效率。制定合理的生产调度过程,这一切均可通过计算机虚拟仿真进行,包括对生产系统的可靠性分析,生产资金的分配情况以及市场行情都可以分析和预测,从而做到对各种资源的合理配置,对缩短加工产品的生产周期,降低成本意义重大。

3 虚拟制造技术的研究开发动向[2]

目前在国际上已形成了由国家政府、制造业、科研机构组成的多层次,多方位的综合研究开发力量。V M已被作为增强产业的国际竞争力的重要手段,由政府支持的研究,开发及商品化正在加紧进行。主要项目有:

·TEAM(Technologies Enabling Agile Manufacturing,Dept.of Energy)

·NAMT(National Advanced Manufacturing Testbed).

·SIMA(Advanced Manufacturing Systems and Networking Testbed).

·NIIIP(National Industrial Information Infrastrclcture Protocols,NIST)

·MAVE(the Metrices for the Agile Virtual Enterprise,DARPA)

在欧洲、许多大学及研究机构通过相互间的合作,并联合企业共同进行V M的研究。如:

·A virtual workshop for Design by Manufacturing(University of Bath,OK)

·MOSES(Model Oriented Simultaneous Engineering System,Univ.of Leeds and?Loughborough University of Technology,OK)

·Virtual Manufacturing Group(Herriot-Watt University,OK)

·Virtual Factory for Education(Pohjois-savo polytechnic,Finland)。

4 结束语

综上所述,制造企业应用虚拟制造技术可以为企业带来可观的经济效益。仿真环境的虚拟设计不但可以提高产品的设计质量、优化产品的各种性能,还可以大大的缩短研发周期。制造加工企业通过虚拟产品制造技术来提高产品质量,优化工艺,缩短加工周期。同时还可以对生产过程进行合理化配置,以达到降低生产成本的目的。增强企业的灵活性,满足不同客户的特殊要求,使企业在市场的竞争中保持优势[3]。

目前,我国制造业在虚拟制造技术方面的研究已经开始,但系统的、全面的研究还没有大规模的开展,我们会在消化国外理论的基础上结合国内的环境逐步的展开虚拟制造技术的研究工作,争取创造一个良好的环境基础,让虚拟制造技术在我国制造企业早日应用,使我国的加工产品在国际市场占据竞争优势。

参考文献

[1]陶亦亦;黄炜;姜左.虚拟制造的研究与发展[J].机械制造与自动化;2006,1.

[2]刘伟达,刘剑雄,严波.虚拟制造技术及其在制造业中的应用研究综述[J].机械研究与应用.2005,2.

虚拟制造资源 篇8

虚拟技术是一种基于计算机的创造模拟技术,它以计算机仿真技术为基础,综合了各个领域诞生的新技术,形成了一个综合的系统技术群。它的应用领域非常广泛,涉及产品的设计制造、建筑的设计开发以及医疗、环保、管理、娱乐和教学等方面,对这些领域的发展起到了不可估量的作用。

虚拟仪器技术是基于计算机由用户自己设计、定义组成仪器的技术。运用虚拟仪器技术,用户可以在计算机里设计或定义新的理论和新的算法来适应不同的测量需求。它突破了传统测量仪器的概念,在仪器的设计、制造与使用方法上进行了突破性的创新,不仅保持了传统仪器的功能,而且实现了传统仪器无法实现的许多功能,降低了仪器的维护费用,使仪器的功能和使用效率得到提高。

1虚拟制造技术与应用

虚拟制造(Virtual Manufacturing,VM)是实际制造过程在计算机上的映射, 即采用计算机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,在计算机上群组协同工作,实时地、并行地模拟产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验以及企业生产的成本管理与控制。

虚拟制造技术的关键就是在计算机中建立起虚拟的生产环境:以产品为核心,并围绕产品进行设计建模、制造加工和生产管理等一系列的生产过程。产品开发的关键技术是在并行工程CE环境及企业范围内实现产品信息管理PM、计算机辅助设计CAD、计算机辅助制造CAM和计算机辅助工程CAE的集成以及快速原型制造RPM、VRT及国际互联网技术等。

虚拟制造技术是对真实加工制造过程的动态模拟仿真,通过对产品外形设计、加工及装配过程的模拟仿真以达到优化产品设计、加工工艺过程、产品制造环境配置和生产供给计划以及优化制造过程并改进生产系统的目的。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、质量测试、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前,通过运用建模工具、分析工具等软件工具,在虚拟环境中生成软产品原型以代替传统的硬样品进行产品分析试验,对其性能和可制造性进行预测和评价,从而可以及时地对产品模型进行修改和调整,对加工及装配进行修改,缩短产品的设计与制造周期,降低产品的开发成本,提高系统快速响应和适应市场变化的能力,使企业的生产能够迅速地与市场挂钩。

2虚拟仪器技术

虚拟仪器是美国NI公司在20世纪80年代中期提出来的,是电子测量技术与计算机技术深层次结合、具有很好发展前景的新一类电子仪器。它以计算机作为仪器统一的硬件平台,充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同,同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。它是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。

虚拟仪器技术实际上就是在测试系统或仪器设计中尽可能地以软件的形式代替硬件。虚拟仪器软件由应用程序和I/O接口仪器驱动程序两大部分构成。其中,应用程序包含实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定义测试功能的流程图软件程序;I/O接口仪器驱动程序用来完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。NI公司的LabVIEW是一款可视化的图形编程软件,它不仅提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的高级信号分析工具, 且还非常容易和各种数据采集硬件集成。它是计算机硬件、仪器测控硬件和用于数据分析及图形用户界面软件之间的有效结合, 具有测量精度高、重复性好、测量速度快及易于扩展等优点。

3虚拟仪器技术在虚拟制造上的应用

虚拟仪器技术可以方便地将硬件系统和软件系统集成在一起,大大地节省测试的时间和空间,提高工作效率,因此在测控系统开发方面具有强大的优势。如果将虚拟仪器技术广泛地应用于虚拟制造中,将对虚拟制造技术的发展提供强有力的支撑。虚拟仪器技术可以运用在以下两个方面:

3.1 测量系统的设计

利用LabVIEW高度可视化的特点可以对测量系统的前台面板进行有效的设计,主要是进行相应功能的编制,以实现对相关数据的采集、分析处理、输出、存储和显示。通过编程在计算机屏幕上生成一个与传统仪器面板相似的图形界面,用于显示测量的数据结果。在测量中用户可以通过鼠标对面板上的开关和按钮进行各种操作,并且可以输入事先计算好的数值进行模拟运算以便验证测量结果的准确性。通过选用LabVIEW的波形显示器控件,实现数值显示,并且加入理论计算功能,使得实际数据可以和理论数据进行对比,方便调整实际测量中的误差,同时加入数据保存控件并将所得的测量数据及时保存。测量系统面板设计见图1。

3.2 测量系统的远程控制

利用强大的网络进行远程控制可以为企业节省大量的空间和时间,虚拟仪器技术提供的远程控制技术可以为虚拟制造技术的发展提供重要的帮助。LabVIEW为方便远程用户的使用提供了相当强大的远程控制功能。利用远程面板(Remote Panels)技术,通过Web发布工具生成网页,并放在发布目录下,供客户端用户通过Web浏览器进行远程访问和控制,利用它可以使远程的用户通过通用的网络实时地掌握测试系统的情况并做出相应的操作。这样即使用户不在操作现场也可以很方便及时地掌握最新情况。测量系统的Web发布面板见图2。

LabVIEW除了上述的Web发布技术,还可以在本地机器上实现程序的远程动态控制。利用LabVIEW中的VI Server进行设置,设置的过程和参数见图3。VI Server的网络通讯使用TCP/IP协议,端口号为3363。

完成了VI Server的设置,利用图4的控制程序可以将远程计算机上的LabVIEW应用程序在本地机器上打开运行。利用Open Application Reference 函数,输入希望连接的远程计算机的地址,并将打开远程计算机上LabVIEW的参考号输入到Open VI Reference函数中。Open VI Reference函数的路径参数连接远程计算机测量系统VI的路径再调用程序,这样就可以在本地实现程序的远程控制。

4结束语

摘要：随着生产的发展,虚拟制造技术由于其能缩短企业产品的生产周期、提高产品质量、降低产品的生产成本、提高产品的市场竞争力而受到越来越多的重视。虚拟仪器技术是一种基于计算机的自动化测试仪器技术,是计算机技术和现代仪器技术相结合的产物,它实现了传统仪器测量理论和测量方法上的革命性突破,同时具有远程的可操控性,为虚拟制造提供了重要的支撑,是虚拟技术的一个重要组成部分。

关键词：虚拟制造,虚拟仪器,测试系统,远程控制

参考文献

[1]王志新,张华,黎永明.虚拟技术及其应用[J].上海理工大学学报,1998,20(1):50-55.

[2]李祎文,李建中.先进制造技术的应用发展趋势[J].矿山机械,2007,35(6):7-9.

[3]洪凯.现代虚拟制造技术及应用前景分析[J].大众科技,2006(8):74-75.

[4]张欣豫,卞树檀,谷立军.基于Web的虚拟仪器技术[J].现代电子技术,2004(22):57-64.

虚拟制造资源 篇9

随着经济的全球化和社会的信息化, 市场竞争日益激烈, 顾客需求日趋多样化。由于制造业产品价值链上的产品设计开发和销售服务环节变得相对重要, 现代的制造企业产品的上市速度、产品质量、生产成本和售后服务成为决定企业经营成败的关键, 为此产生了许多新的制造技术和制造系统, 如柔性制造系统 (FMS) 、计算机集成制造系统 (CIMS) 等。今天的制造业已经成为同时对物质、信息和知识进行处理的产业。然而, 这些系统仍然存在着一些问题, 如:系统投资较大、周期较长, 系统的效益和风险有效的评估可操作性差;不能确实有效地协调设计与制造各阶段的关系, 以寻求企业整体全局最优效益。随着计算机网络和虚拟现实等先进技术的出现, 虚拟制造技术应运而生, 它的诞生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果, 是各种现代制造技术与系统发展的必然趋势。

二、虚拟制造的内涵

1. 虚拟制造的定义。

虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质实现, 即采用计算机仿真与虚拟现实技术, 在计算机上实现产品开发、制造以及管理与控制等制造的本质过程, 以增强制造过程各级的决策与控制能力。也就是说虚拟制造是对实际制造进行抽象、分析、综合、得到实际产品的全数字化模型, 其最终目标是反作用于实际制造过程, 用来指导生产实践。

虚拟制造技术可以分为三大类:一是以设计为中心的虚拟制造技术;二是以生产为中心的虚拟制造技术;三是以控制为中心的虚拟制造技术。

2. 虚拟制造的技术特征。虚拟制造与实际制造相比, 它具有如下主要特征:

(1) 高度集成。虚拟制造中产品设计与制造过程是在虚拟的产品数字化模型中进行产品设计、制造、测试等过程, 并且在虚拟的制造环境中检验其设计、加工、装配和操作。因此, 易于综合运用系统工程知识、并行工程和人—机工程等多学科先进技术, 实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人—机集成。

(2) 敏捷灵活。开发的产品 (部件) 可存放在计算机里, 既节省仓储费用, 利于产品再次快速改型设计, 从而大幅度缩短了生产准备周期, 降低了成本, 提高了产品从设计、制造到销售全过程的整体性和敏捷性。

(3) 分布合作。虚拟制造通过Internet可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一产品模型上同时工作, 相互交流, 实现资源共享, 发挥各自特长, 实现异地设计、制造, 从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化, 将制造业信息化与知识化融为一体。

三、虚拟制造技术对发展我制造业的作用

1. 减少资源浪费, 实现绿色制造。

绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式, 其目标是使产品在从设计、制造、包装、运输、使用到报废的整个产品生命周期中, 对环境的影响 (负作用) 最小, 资源的使用效率最高。而虚拟制造技术的应用对整个制造工艺来说减少了废弃物, 这要比处理工厂已经排放的废弃物大大节省开支, 它将成为绿色制造的一部分。

2. 规避生产要素缺乏、生产成本过高的局面。

在实际生产前, 在不消耗资源和能量的情况下验证产品方案。在虚拟制造环境下, 工程设计人员可以直接对设计出的产品进行各项实验, 检查产品各方面的技术性能等, 还可以对生产的组织和进度安排进行实验, 确立合理的进度表等。这样就可大大降低生产成本, 减少新产品开发的投资。

3. 敏捷转换产品生产, 快速满足市场需求。

虚拟制造是“核心”企业按市场需求决定委托加工的任务单, 将设计、生产、组装的全部或部分任务外包给其他企业来完戎, 而虚拟企业中的成员企业均拥有各自的优势资源、核心技术, 是专业程度很高的企业, 容易对产品的某一零部件进行改进和创新, 能敏捷地转换不同类型产品的生产, 从而快速满足市场需求。

4. 增强企业柔性和抗市场风险能力。

“虚拟制造”能按市场需求决定委托加工的任务单, 当产品的市场需求减少时, 可以迅速降低委托加工量, 而不用承担生产过剩的风险。显然, 这部分风险分散转嫁给了委托加工企业。但由于受委托方往往是专业化的加工企业, 对分散转嫁的风险具有较强的应变能力, 常能在短时间内改变生产加工产品内容。

5. 突破中小企业的规模瓶颈。

虚拟企业内部交易是一种“准市场交易”, 它比纯市场交易稳定, 又比一体化企业内部交易灵活, 集合了市场和企业的双重优势。企业通过虚拟制造有效避免或降低了在纯市场、信息不对称条件下寻求生产要素、进行交易的高成本, 从而提升了产品在市场中的竞争力。企业突破传统发展模式、扩大规模、跳跃发展成为可能。

6. 通过分析设计的可制造性, 虚拟制造可以提高产品设计质量、减少设计缺陷、优化产品性能。

四、结论

虚拟制造技术是虚拟现实技术和计算机仿真技术在制造领域的综合发展及应用, 它为制造业带来全新的概念。它既是一项先进制造技术又是一种先进制造理念, 这项新兴的制造技术为制造业的发展指明了方向, 减少了资源浪费, 实现了绿色制造, 使制造业达到了前所未有的高度集成化与优化, 为先进制造技术的进一步发展提供了更广阔的空间, 是现代制造业信息化过程中不可逾越的阶段。

参考文献

[1]长城企业战略研究所课题组, 制造业模式的历史演变与虚拟制造模式产生的历史背景[J].经济研究参考, 2001

[2]曹岩:虚拟制造的实施研究[J].制造业自动化, 1999, 6

[3]肖田:虚拟制造的定义与关曹岩.键技术[J].清华大学学报, 1998, 10

虚拟制造资源 篇10

现代的城市公共雕塑已经成为一种不可或缺的精神文明载体，体现着一个城市的文化内涵与品味。针对当今城市化迅速发展、市场需求量增大、传统的制造体系逐渐不能满足现代社会对效率、个性、多样化等诸多因素需求的情况下，利用新的技术手段，进行标准化，系统化的设计制造成为本文阐述的重点，通过沈阳蒲河生态走廊区域公共雕塑设计制造的例子论证新技术在公共雕塑领域的可行性和优越性。

关键词：

3D打印 虚拟技术 公共雕塑 产品设计

在当今科技高速发展的进程中，3D打印和虚拟现实技术凭借着自身高效便捷的特点已经渗透到各行各业的各个领域中。其在制造业领域发挥着越来越重要的作用。随着城镇化的加快发展，公共雕塑作为精神载体对其的需求量与日俱增。此时现有的技术手段显得过于单一。文中通过对虚拟现实技术和3D打印的技术现状的分析，并将新旧制造方式进行对比，旨在建立一个数字化智能雕塑系统体系，结合具体案例论证新技术在公共雕塑设计与制造的合理性和有效性。

1.研究背景分析

1，1景观规划对公共雕塑的需求

公共雕塑不仅是一个城市的标志，也是一个城市文化魅力的体现。它能够让人们产生领属感和自豪感。随着我国城市化的快速推进，旧城改造和新区建设涌现大量的公共开发空间。为了营造公共文化、增强空间人文气息，公共雕塑的需求量不断增加，这为公共雕塑的发展提供了广阔的前景。现阶段我国公共雕塑“一步一景”的设计理念和小型雕塑的普及度与国外发达国家相比存在这明显差距，传统的雕塑制作工艺的方法逐渐不能满足现代社会讲求效率、个性、多样化特征的市场需求。

1，2虚拟现实与3D打印技术现状及其应用分析

虚拟现实技术通过模拟使用者的听觉、触觉、视觉等感受，让使用者全方位无限制地去观察计算机模拟出的虚拟空间，仿佛身临其境。虚拟现实技术在产品设计开发的过程中，设计师可通过虚拟三维环境对产品的创意、工艺装配、工艺优化进行直观化、数据化、系统化的评价和修改。与传统的计算机辅助设计相比虚拟现实技术具有交互性、沉浸性、想象性的特点。进而有效地避免_了产品开发周期长、资源消耗大的缺陷，加快了设计进度，降低了研究成本。虚拟现实技术逐渐成为行业的主流并广泛应用在汽车仿真实验、展示设计、影视制作等方面。例如2013年谷歌发布了一款增强现实眼镜GoogleGlass，通过对真实场景的虚拟互动和手势控制，能让你分分钟创造自己的虚拟物体，然后3D打印出来如图1所示：

3D打印技术采用粉末树脂或金属等可黏合材料通过电脑控制采用分层加工方式叠加成型，不仅可以打印微小的物品甚至可以颠覆传统的建筑行业的制造方式。例如美国南加州大学研发的“轮廓工艺”。它可以在24小时内可以打印出2层楼高的房子。“轮廓工艺”其实就是一个超级打印机器人，如图2所示，其外形像一台悬停于建筑物之上的桥式起重机，两边是轨道，而中间的横梁则是“打印头”，横梁可以上下、前后移动，进行X轴和Y轴的打印工作，然后一层一层地将整栋房子打印出来。与传统房屋建造相比，“轮廓工艺”3D打印技术能够节省20%-25%的资金和25%-30%的材料，也节省了40%-55%人力。

2.虚拟现实与3D打印技术在公共雕塑设计制造中的可行性探索

2，1传统工艺与新技术制造对比分析

现有的公共雕塑制作流程先是由设计师对雕塑主题的理解构思平面图，通过平面图交代场景、地点、主体、面积，然后制作成小样，接着按原比例制作放大模型，同时进行造型上的修改，然后根据所用材料选择浇铸、锻造、焊接、雕刻等方法进行制作。这一过程要求设计者反复修改甚至重新制作，同时由于加工手段的因素，一些复杂的形态也不得不被放弃，造成了设计周期长、成本高、资源消耗大等问题。

虚拟现实技术与3D打印技术同时参与公共雕塑的设计与制造，是技术与艺术的结合。在艺术领域创造者通过虚拟交互手段实现与雕塑作品的互动完成设计、检测、修复等一系列的工作，同时在技术领域利用三维打印技术能够更精确更快捷地完成作品的制造，提高了设计者的工作效率，节约了设计成本，以深圳职业技术学院图书馆雕塑《思想者》为例，如表1所示，更加直观的体现出新技术相比现有技术的优越性。

2，2公共雕塑3D打印设备设计

2，21公共雕塑3D打印机设计定位

当前，国内外的3D打印机分为开放式和封闭式两种结构类型。由于公共雕塑以景观作品居多，且尺寸大小不一，根据行业的特性，此设计选择开放式结构。其创新点在于结构的整体性强、拆卸便捷、扩展性大同时采用履带式设计移动灵活，在复杂的地形条件下也能够顺利地完成工作。通过建立一个三轴交互运动坐标使打印平面每一个点都具有唯一确定的坐标值与其对应，采用整体造型设计避免零件凌乱布置，分别由机身部分、移动部分和工作部分组成。

2.22公共雕塑3D打印机机体结构设计及加工方式

公共雕塑3D打印机整体的设计结构由x组件、Y组件、z平台组件与工作组件、电路控制部分联接组成。x组件是由直线导轨、移动滑块与工作组件组成。Y组件做整体升降运动，升降运动的精度由控制步进电机与传输带交互完成。

z轴由移动履带与伸缩直线导轨控制步进电机组成。公共雕塑3D打印机整机如图3所示。

打印加工方式为：如表2所示从外部存储设备或者从计算机直接提取得到3D模型，由微控制器（单片机）对模型进行分析建立支撑结构，然后输出指令控制打印喷头的温度，使材料能够迅速融化并通过驱动电机带动喷头进行x、Y、z轴的移动，喷头在接收到指令后会调节喷出材料的多少，每打好一层控制器会读取下一层参数再打印下一层，直到最后打印完成。

3.虚拟现实与3D打印技术在具体雕塑的制作与应用

3.1案例总体设计规划

沈阳蒲河景观带是名副其实的“万顷生态湿地”，同时也是七星文化、蒲河文化、满族文化、现代文化的宜居风情带。该案例设计选址在蒲河景观带中游，如图4所示。为使雕塑与环境气氛相协调，此设计以“藤”作为元素，外观融入了七星文化元素，更能体现区域发展的激情与活力。该雕塑采用新的技术手段，来诠释新技术在公共雕塑设计制作中的可行性与优越性。

3，2虚拟现实与3D打印技术下雕塑制作流程

3，21基础雕塑模型的构建

新技术下雕塑的制作成型不依賴于手工制作，但不代表没有作品的呈现方式。设计中可以采用软件代替传统雕塑中手工制作的方式，将作品转化成立体模型。此设计采用犀牛软件来实现模型的构建，在犀牛软件中将作品创建成型。如图5所示。这里创建的模型替代传统雕塑中手工制造的初模阶段，仅仅表现出雕塑的立体形态，具备观看的效果。此阶段没有确定材质和最终尺寸，这一切都需要利用虚拟现实技术通过与环境的交互体验最终确定雕塑的信息参数。

在确定雕塑的基本形态之后，犀牛软件将以作品模型导出obj格式文件，该格式便于在接下来的虚拟眼镜操作中使用。

3.22虚拟现实预览测试

虚拟交互预览操作借助谷歌meta眼镜，其核心是增强现实技术。简而言之就是把现实世界放到屏幕上的虚拟展示，让现实的信息更丰富，易于观察。通过语音、触控、自动三种模式控制显示信息取代传统鼠标、键盘、显示器的操作，让场景更加真实、有说服力。本公共雕塑虚拟测试步骤：

1首先把基本的模型信息传输到META设备中，运行操作界面后根据蒲河生态走廊的自然环境色与雕塑的表面肌理，选择与其符合的材质与色彩参数。本雕塑材质选取为：SLA材料，色彩参数为C1 M89 Y17 K99；

2通过手指的滑动，转动到所需要的位置，完成对雕塑各个角度的观察。更加直观地优化作品的细节。如图6所示；

3利用手指的撑开与收拢完成任意的缩放，直至得到一个合适的作品尺寸，本雕塑的打印范围：5700，5700，700ram。

3.233D打印实物成型

此环节中我们借助上章节所设计的公共雕塑3D打印设备快速成型，经过虚拟现实预测后，将调整后的3D数字模型保存为STL文件格式，利用前台控制软件PROE对3D模型进行分层处理，分层完成后PROE软件可以导出被3D打印机识别的CODE控制文件。将CODE文件输入到3D打印机中，打印机Arduino主板里的固化软件开始读取控制文件，在确认设备状态正常后，开始控制分层打印。

最终的打印雕塑实物如图7所示，最终打印参数：材料为SLA，设置了2层实心层、2圈轮廓、23%填充绿色。打印速度为每分钟2-4层，成型体积为5700，5700，5700mm，打印精度为10，27，34mm。

4.结论