優(yōu)選(VR虛擬現(xiàn)實(shí))虛擬制造及其關(guān)鍵技術(shù)

優(yōu)選（VR虛擬現(xiàn)實(shí)）虛擬制造及其關(guān)鍵技術(shù)虛擬制造及其關(guān)鍵技術(shù)市場(chǎng)全球化使企業(yè)面臨的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手不斷增多，面臨的競(jìng)爭(zhēng)壓力日益加重，隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，交貨時(shí)間和產(chǎn)品質(zhì)量較之于成本成為企業(yè)參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更為重要的手段。與此同時(shí)，由于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而引起的對(duì)環(huán)境和社會(huì)因素的日益關(guān)注，導(dǎo)致了產(chǎn)品生命周期概念和可持續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)的出現(xiàn)。面對(duì)制造環(huán)境的復(fù)雜性、制造產(chǎn)品的復(fù)雜性以及制造本身的復(fù)雜性(包括制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和制造過(guò)程的復(fù)雜性)[1]的不斷提高，企業(yè)能否在瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，取決于企業(yè)的整體串并行工作機(jī)制集成、組織管理集成以及人機(jī)集成實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)同求解，從而使企業(yè)的運(yùn)作達(dá)到全局最優(yōu)，資源得到合理的配置和利用，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。虛擬制造使企業(yè)的21虛擬制造的概念由于虛擬制造研究的出發(fā)點(diǎn)、側(cè)重點(diǎn)以及應(yīng)用場(chǎng)合等方面的不同，Kimura[2]、Onosato[3]等將虛擬制造定義為現(xiàn)ChetanShukla[4]等將虛擬制造定義為一個(gè)正在發(fā)展中的研Hitchcock境。而Nahavandi和Preece對(duì)虛擬制造定義則與為Kimura的定義有些相似，將其定義為已經(jīng)存在或還不存在的制造系統(tǒng)的仿真模型，該模型具有與制造過(guò)程、過(guò)程控制管理以及產(chǎn)品有關(guān)的所有信息。Lin[5，6]等認(rèn)為虛擬制造是應(yīng)用計(jì)算機(jī)模型和制造過(guò)程仿真來(lái)輔助產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造。Iwata[7]等認(rèn)為虛擬制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)溝通制造工程和信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建立新型信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)最有希望的方法和則認(rèn)為虛擬制造系統(tǒng)是表示現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)物理和邏輯結(jié)構(gòu)和特性的一種集成計(jì)算機(jī)模型。 基于對(duì)當(dāng)前虛擬制造研究的歸納總結(jié)和對(duì)虛擬制造的研究，我們認(rèn)為對(duì)虛擬制造的定義應(yīng)該分為3個(gè)層次：織管理、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程、資源、工作機(jī)制等諸方面集成基礎(chǔ)之上，使其成為一個(gè)有機(jī)整體，以達(dá)到提高整體的運(yùn)作及全局最優(yōu)決策的效能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。品開(kāi)發(fā)過(guò)程提供一種實(shí)施虛擬制造的方法，為實(shí)現(xiàn)企業(yè)的全面集成提供指導(dǎo)原則、實(shí)施方法和途徑。對(duì)這種集成的、虛擬的制造環(huán)境的功能進(jìn)行詳細(xì)討論。虛擬制造的功能要求通過(guò)虛擬制造系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成和制造企業(yè)的全面集成根據(jù)制員進(jìn)行合理組織和配置，面向產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)策略與企業(yè)經(jīng)營(yíng)、工程設(shè)計(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)的集成(縱向集成)以及在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段分布式并行處理虛擬環(huán)向市場(chǎng)和用戶提供優(yōu)質(zhì)低價(jià)產(chǎn)品。實(shí)現(xiàn)了虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)／虛擬制造仿真閉環(huán)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式各種建模、仿真和分析技術(shù)和工具的大量使用，實(shí)現(xiàn)了虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)／虛擬制造仿真閉環(huán)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)模式。虛擬制造系性能、加工、裝配、制造過(guò)程以及生產(chǎn)過(guò)程在虛擬環(huán)境下進(jìn)行仿真，并根據(jù)產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系提供的方法、規(guī)范和指標(biāo)，為設(shè)計(jì)修改和優(yōu)化提供指導(dǎo)和依據(jù)。由于以上開(kāi)發(fā)過(guò)程都通過(guò)多層次、分階段、多目標(biāo)的決策支持，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的決策和控制能力通過(guò)虛擬制造系統(tǒng)在人與系統(tǒng)之間、人工智能與非人工智能技術(shù)與工具之間、設(shè)計(jì)人員之間、現(xiàn)實(shí)世界與虛擬的計(jì)算機(jī)制造環(huán)境之間、不同的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程之間、不同的知識(shí)來(lái)源之間等建立起了連接的紐帶。在分布式并行處理環(huán)境下，在對(duì)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程多層次、分階段、多目標(biāo)的智能決策支持下，通過(guò)任務(wù)規(guī)劃、調(diào)度、分配和協(xié)調(diào)，在評(píng)價(jià)系統(tǒng)支持下，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的不同階段，根據(jù)不同的評(píng)價(jià)體系指標(biāo)及規(guī)范，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品、生產(chǎn)制造過(guò)程在時(shí)間、質(zhì)量、成本等多個(gè)目標(biāo)的評(píng)價(jià)，通過(guò)協(xié)同決策，提高企業(yè)的決策和控制能力，從而實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)行效率以達(dá)到全局尋優(yōu)的目標(biāo)。這包括：模，對(duì)可能取得的效益和可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)及組織生產(chǎn)等進(jìn)行協(xié)同決策；置和利用企業(yè)的人、財(cái)、物資源。通過(guò)虛擬制造系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的集成，提高企業(yè)自我調(diào)節(jié)、自我完善、自我改造和自我發(fā)展的能力基于企業(yè)建模的虛擬制造系統(tǒng)，通過(guò)信息集成、組織管理集成、智能集成、資源集成、技術(shù)集成、串并行工作機(jī)制集成、過(guò)程集成以及人機(jī)集成等，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的全面集成，為使其能夠根據(jù)復(fù)雜多變的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，監(jiān)控現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的運(yùn)行，不斷等提供了一種系統(tǒng)的方法和途徑，使企業(yè)的自我調(diào)節(jié)、自我完善、自我改造和自我發(fā)展的能力大為提高。提供一種具有制造語(yǔ)義的制造信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)虛擬制造系統(tǒng)能夠在制造系統(tǒng)和信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)和加快制造活動(dòng)之間各種制造信息的交換。三、研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)虛擬制造是近幾年來(lái)國(guó)際上提出的，完整的理論體系還沒(méi)有形成，其研究處于探索階段。雖然某些基礎(chǔ)單元技術(shù)已有了較深入的研究，但即使在歐美日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，目前也主要是分析虛擬環(huán)境下基礎(chǔ)單元技術(shù)的要求，對(duì)其進(jìn)行理論上的研究。美國(guó)自然科學(xué)基金(NSF)、美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)和美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃署1993CIRP究成果。虛擬制造對(duì)于很多工業(yè)部門(mén)來(lái)說(shuō)，仍處于醞釀階段[9]777我國(guó)在虛擬制造領(lǐng)域方面的研究基本上處于剛剛起步階段。為適應(yīng)制造技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)，有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究，使我國(guó)的制造技術(shù)上一個(gè)新臺(tái)階，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水41．虛擬制造哲理的研究虛擬制造哲理的研究為制造企業(yè)實(shí)現(xiàn)從精良制造向敏捷制造的轉(zhuǎn)變提供指導(dǎo)思想。在信息集成的基礎(chǔ)上，通過(guò)組織管理、技術(shù)、資源和人機(jī)集成實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的集成。在整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在基于虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化、多媒體等技術(shù)的虛擬使用環(huán)境、虛擬性能測(cè)試環(huán)境以及虛擬制造環(huán)境等虛擬環(huán)境下，在各種人工智能技術(shù)和方法的支持下，通過(guò)集成地應(yīng)用各種建模、仿真和分析技術(shù)和工具，實(shí)現(xiàn)集成的、并行的產(chǎn)品和過(guò)程開(kāi)發(fā)以及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過(guò)程以及生產(chǎn)規(guī)劃、調(diào)度和管理的測(cè)試，利用分布式協(xié)同求解，以提高制造企業(yè)內(nèi)各級(jí)決策和控制能力，使企業(yè)能夠?qū)崿F(xiàn)自我調(diào)節(jié)、自我完善、自我改造和自我發(fā)展，以達(dá)到提高整體的運(yùn)作效能、實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)決策和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的目的。虛擬制造技術(shù)層虛擬制造技術(shù)的研究為虛擬制造的實(shí)施和虛擬制造系統(tǒng)的建立提供理論和技術(shù)上的支33建模技術(shù)群建模技術(shù)群是指用來(lái)開(kāi)發(fā)虛擬制造系統(tǒng)中各種模型的所有技術(shù)與方法。主要包括①產(chǎn)品、過(guò)程及生產(chǎn)系統(tǒng)建模技術(shù)：虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品模型除了要表達(dá)產(chǎn)品的幾何／拓?fù)?、特征、產(chǎn)品所具有的功能和特性等信息外，還應(yīng)具有動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，以反映在不同開(kāi)發(fā)階段產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能等方面的變化；此外，還應(yīng)能夠通過(guò)調(diào)度、管理、控制和決策機(jī)制為設(shè)計(jì)分析、加工制造、生產(chǎn)規(guī)劃與調(diào)度等各個(gè)環(huán)節(jié)提供信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)其能夠進(jìn)面的研究，綜合利用虛擬產(chǎn)品、制造過(guò)程以及生產(chǎn)系統(tǒng)等各種模型，對(duì)整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造和生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行仿真；②虛擬公司建模技術(shù)；②虛擬制造環(huán)境與現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境之間結(jié)構(gòu)、功能等映射關(guān)系的管理、維護(hù)、監(jiān)控和更新問(wèn)題；④基于分布式并行處理環(huán)境下的虛擬制造開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)的研究；⑤面向整個(gè)產(chǎn)品生命周期綜合經(jīng)濟(jì)模型和產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系：為產(chǎn)品研制開(kāi)發(fā)過(guò)程中的經(jīng)營(yíng)決策、生產(chǎn)決策、產(chǎn)品設(shè)計(jì)／制造過(guò)程決策以及效益和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等各個(gè)方面的評(píng)價(jià)提供方法、規(guī)范和指標(biāo)等。仿真技術(shù)群仿真技術(shù)群是指運(yùn)行和操作構(gòu)成虛擬制造系統(tǒng)的各種模型的所有方法和技術(shù)。分布式交互仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在仿真中的應(yīng)用是虛擬制造對(duì)仿真提出的新要求。與方法。①模型部件的組織、調(diào)度策略及交換技術(shù)；②仿真過(guò)程的工作流程與信息流程控制；②虛擬制造方法論；④概念設(shè)計(jì)與制造方法、加工過(guò)程、成本估計(jì)集成技術(shù)；⑤集成動(dòng)態(tài)的、分布式的、協(xié)作模型的集成技術(shù)；⑥實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)的沖突求解技術(shù)；⑦基于仿真的推理技術(shù)；⑧模型及仿真結(jié)果的驗(yàn)證、確認(rèn)技術(shù)；⑨虛擬制造環(huán)境下，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的調(diào)度與控制機(jī)制的研究，以及面向產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的組織與管理等問(wèn)題的研究等。支撐技術(shù)群支撐技術(shù)群是指支持虛擬制造系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、控制與運(yùn)行的基礎(chǔ)性技術(shù)。主要包括：①數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)；②人工智能在制造企業(yè)各級(jí)組織、產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段決策中應(yīng)用的研究；②系統(tǒng)集成技術(shù)；④虛擬環(huán)境下分布式并行處理多智能主體協(xié)同求解技術(shù)與系統(tǒng)的研究，以及全局最優(yōu)決策理論和技術(shù)的研究；⑤綜合可視化技術(shù)(虛擬現(xiàn)實(shí)算機(jī)軟硬件技術(shù)以及通訊技術(shù)等。虛擬制造原型系統(tǒng)層在虛擬制造哲理和技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，虛擬制造原型系統(tǒng)的研究和開(kāi)發(fā)可以從以下3個(gè)方面進(jìn)行。從產(chǎn)品整個(gè)生命周期的各個(gè)階段出發(fā)，建立面向經(jīng)營(yíng)決策、產(chǎn)品決策、設(shè)計(jì)、制造從制造企業(yè)的各個(gè)組成要素出發(fā)，面向技術(shù)、組織、管理、人員等各方面建立原型系統(tǒng)。4模。虛擬制造集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)層在理論研究和虛擬制造原型系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，從集成開(kāi)發(fā)平臺(tái)的要求出