1 虚拟制造
1.虚拟制造的定义与特征
虚拟现实技术对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性以及建立个人能够沉浸其中，超越其上,自如交互的多维信息系统的追求推动了虚拟现实技术在制造业中的发展和应用。
虚拟制造技术是近年来先进制造技术领域内的一门新兴技术，由于概念出现时间比较短，目前国际上还没有对它作统一的定义，研究人员根据各自不同的研究内容和应用背景，做出各具特色的定义。同时，由于虚拟制造技术本身的不断发展，工程技术人员对它的认识也是一个动态的过程。综合起来说，虚拟制造技术是由许多先进学科领域知识的综合集成与应用，它以数字化建模技术，计算机仿真技术，分析优化技术为基础，在产品设计阶段或产品制造之前，实时、并行地模拟出产品的未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能、成本和可制造性，以达
到产品的开发周期和成本的最优化，生产效率的最高化之目的。虚拟制造中的“虚拟”是相对于实物产品的实际制造系统而言的，它强调的是制造系统运行过程的计算机化，虚拟制造是实际制造的抽象，生产出的是全数字化的产品，是在计算机及网络系统和相关软件系统中进行的制造，所处理的对象是有关产品和制造系统的信息和数据，处理结果是全数字化产品，而不是真实的物质产品，但是它是现实物质产品的一个数字化模型，即是一个虚拟产品，是现实产品在虚拟环境下的映射，并具有现实产品所必须具有的特征和性能
2.虚拟制造的分类
根据虚拟制造应用环境和对象的侧重点不同，虚拟制造分为三类:以设计为中心的虚拟制造，以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。
（1） 设计为中心的虚拟制造为设计者提供产品设计阶段所需的制造信息，从而使设计最优。设计部门和制造部门之间在计算机网络的支持下协同工作，以统一的制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至整机进行加工工艺分析、运动学和动力学分析、可装配性分析等可制造性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。
1、前言
随着国民经济的高速发展，人民生活水平的大幅提高，人们对汽车的需求量越来越大，汽车模具的市场竞争也越来越激烈。“质量好”、“精度高”、“价格低”、“交货期短”等是人们对现代汽车模具的基本要求。但是，汽车模具是一种大型模具，它体积庞大、结构复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高，制造相当困难。而且，为了减轻模具的重量采用的底座掏空的薄壁式结构和为了维修容易中间型面采用的镶拼结构，给设计和制造带来了更大的困难。通常来说，一个汽车覆盖件零件需要3道或3道以上的工序才能完成，也就是说，生产一个汽车覆盖件零件至少需要3副或3副以上的模具。如果汽车覆盖件零件在设计的时候没有考虑到实际制造情况，那么设计出来的模具在制造的时候可能根本就无法进行加工，或者是制造出来的模具无法生产出预期的产品，从而导致模具的报废，延长产品的开发周期，这种经济损失是无法想象的。但是，模具在设计阶段是无法预料在制造过程中将出现的困难的。虚拟制造技术是一种软件技术，是CAD/CAE/CAM/CAPP和仿真技术的更高阶段，它能在计算机上实现模具从设计到制造到检验的全过程，根据虚拟模型的仿真过程，可以在计算机上根据“实际”的加工情况来修改模具的设计，避免了在模具制造过程中可能出现的问题，从而达到缩短模具的开发周期、降低开发成本、提高生产效率的目的，因而是汽车模具开发最有潜力最实用最有效的技术之一。
2、虚拟制造(VM)
虚拟制造(VirtualM anufacturing)又叫拟实制造，是80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，使得产品一次性制造成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期，增强企业竞争力的目的。在虚拟制造中，产品从初始外形设计、生产过程的建模、仿真加工、模型装配到检验整个的生产周期都是在计算机上进行模拟和仿真的，不需要实际生产出产品来检验模具设计的合理性，因而可以减少前期设计给后期加工制造带来的麻烦，更可以避免模具报废的情况出现，从而达到提高产品开发的一次成品率，缩短产品开发周期，降低企业的制造成本的目的。
科技创新 ２０１３年第２期ｌ科技创新与应用 虚拟制造技术在汽车覆盖件制造中的应用 孙允香 （山东省龙口市旭鑫汽车零部件有限公司，山东龙口２６５７１８） 摘要：本文介绍了虚拟制造技术的特点和发展现状，指出了虚拟制造技术在汽车覆盖件生产中应用方法和步骤，并以汽车车门 的拉延模具为例，运用ＵＧ对汽车车门进行虚拟制造。本文的研究对于汽车覆盖件的虚拟制造具有指导意义。 关键词：虚拟制造；汽车覆盖件；汽车车门；制造工艺 １虚拟制造概述 同一般冲压件相比，覆盖件具有材料薄，结构尺寸大和表面质 量要求高等特点，特别是汽车车体、车门等大面积覆盖件的工艺设 计、冲模结构设计和冲模制造工艺都具有特殊性。其表面质量、尺寸 形状、产品刚性、工艺性等方面的要求较高。近年来，汽车覆盖件对 于压铸模、冲压模的质量、寿命和复杂程度提出了越来越高的要求。 通过虚拟制造技术模拟汽车覆盖件的生产过程，能够及时发现生产 工艺等方面的不足，对于模具改进、工艺优化等提供了更加高效和 方便的选择。 设备 厂‘房 图１虚拟制造过程示意图 ２汽车车门及其的虚拟制造 ２．１应用ＵＧ进行汽车车门及其拉延模具的设计 汽车覆盖件及其冲模结构设计的过程不同于手工设计，它不是 先设计一个完整严格的装配图，再绘制零件图。而是首先选择一个 预先制定好的规范化的典型结构组合，然后设计冲模零件，最后再 将零件拼装成装配图。因此，应尽量最大限度的总结设计经验，制定 冲模设计规范，以便建立设计模型。同时在虚拟制造过程中，充分发 挥数据库和图形库的功能，自动检索、查询全部设计用的数据表格 及标准零件的信息。此外，选择一个合适的图形系统更是至关重要。 ２．１．１结构尺寸参数 汽车覆盖件拉延模的凸模、凹模、压料圈和固定座都采用铸件， 要求既要尽量减轻重量又要有足够的强度，因此铸件上非重要部位 应挖空，影响到铸件强茺的部位应加添立筋。 冲模的闭合高度应适应双动压力机的规格。内滑块除凸模上装 有固定座外还备有垫板，垫板与内滑块紧固，固定座安装在垫板上。 在人工安装时要求固定座上平面高于压料圈上平面３５０ｒａｍ以上， 便于安装工卧装。外滑块备有下垫板、下台面和上垫板。上垫板紧固 在外滑块上，压料圈安装在上垫板上。 ２．１．２凹模与凸模结构 凹模的作用是形成凹模压料面和凹模拉延圆角。压料圈首先行 程入下到下极点，将拉延毛坯压紧在凹模压料面上并保持不动，这 时运动着凸模行程往下，对拉延毛坯进行拉延直到下极点，拉延毛 坯通过凹模圆角拉入凹模，拉延或凸模形状。凸模形状就是拉延件 （ａ）凸模实体模型 内表面形状，拉延件形状都是凸形的。拉延件上的装饰棱线、装饰筋 条、装饰凹坑、加强筋、装配用凸包、装配用凹坑等一般都是在拉延 模上一次成形出，拉延件的反拉延也是在拉延模上成形出。因此凹 模结构除凹模压料面和凹模圆角外，在凹模里装有成形用的凸模或 凹模也属于凹模结构的一部分。得到凹模和凸模的模具模型如图２ 所示。 ２．２模具虚拟装配 模具装配的质量好坏，对于模具的技术状态、使用寿命以及制 件的质量都有很大的影响。因此，装配工作应在装配工艺规程指导 下进行。由于模具的生产属于单件小批量生产，故在装配时，模具零 件加工误差的累积会直接影响模具装配精度。冲模的装配，最主要 的是保证凸凹模的对中，使间隙均匀。为此，总装前必须认真考虑 上、下模的装配顺序，否则可能出现不便于调整间隙的情况。上下模 的装配顺序与模具的类型和结构有关。通常是看上下模的主要零部 件中哪一位置所受的限制大，就作为装配的基准件先装，再以它来 调整别的零件的位置。 虚拟环境下装配过程用户从传统装配造型过程中的繁琐的操 作中解脱出来，通过自动的配合约束满足特征元素的装配，从而大 大简化了装配过程，使得装配过程更加趋于自然，并通过干涉碰撞 检测，对装配过程的问题进行实时反馈。 装配的具体步骤为：（１）确定基准零件与装配零件。（２）确定特 征配合对ｆ３）建立特征元素对之间的约束（４）建立零件之间的约束。 装配过程的结束，可以随操作过程结束而终止，也可由用户抓握一 个新的零件而终止。一旦装配过程要结束，系统要搜集整理已有特 征对的约束，并将其存入到装配约束模型，从而建立零件之间的约 束。 ３模具的数控加工 在虚拟制造的整个过程，数控加工是必不可少的一个环节，也 是非常重要的一个环节。设计的零件是否有很好的加工工艺性，或 者是否能够加工出来，这些通过数控加工这一环节来体现。更重要 的是使设计的零件的在实际装配时，能否达到合理的装配要求，以 及装配好以后能否达到加工满足要求的零件的目的，所以零件的虚 拟加工的作用是不言而喻的。这样就可以减少实际生产的费用，提 高生产的效率。 另外，如果对于形面的光洁度要求非常高，则在精加工时留余 量０．０２ｍｍ，进行光整加工处理。下面以门板的拉延模具的凸模的粗 加工为例来说明曲面的数控加工仿真。 ４总结 借助计算机技术，采用虚拟制造技术，能大大提高设计的效率， 降低传统模具的周期长，花费大等缺点。本文介绍了虚拟制造技术 的特点和发展现状，指出了虚拟制造技术在汽车覆盖件生产中应用 方法和步骤，并以汽车车门的拉延模具为例，运用ＵＧ进行了汽车 车门及其凹凸模具的虚拟制造过程。本文的研究对于汽车覆盖件的 虚拟生产具有借鉴意义。 图２模具实体建模 （ｂ）凹模实体模型 参考文献 ［１］张树生，杨茂奎，朱名铨等．虚拟制造技术［Ｍ］． ≯ 陕西：西北工业大学出版社，２００６． 菇［２］陈定方，罗亚波．虚拟设计［Ｍ］．北京：机械工业 蕞出版社，２００２． ［３］赵利华．基于虚拟现实的挤压铸造模具动态 ＿仿真设计：ｆ硕士学位论文）．湖北：武汉理工大学， ２００５． 一
２００７年第３期（总１１７期） 虚拟制造系统 付群 ，郭君 ，刘 宁。 （１．中国第一重型机械集团大连加氢反应器有限公司高级工程师，辽宁大连 １１６１１３；２．齐齐哈尔医 学院管理系副教授，黑龙江富拉尔基１６１０４２；３．一重集团大连设计研究院高级工程师，辽宁大 连１１６６０ｏ） 摘要：简要介绍了虚拟制造系统的功能和组成。 关键词：虚拟制造技术；虚拟制造系统 中图分类号：ＴＨ１６６文献标识码：Ｂ文章编号：１６７３—３３５５（２０ｏ７）０３—００４７—０２ 基于虚拟制造思想的虚拟制造系统的研究， 为虚拟制造系统的构建和虚拟制造的实施提供理 论和技术上的支持。 １ 虚拟制造系统的功能 虚拟制造系统是虚拟制造环境下的一种基于 计算机仿真技术的多集成的、多学科技术综合应 用的制造系统。在信息集成的基础上，通过组织 管理、技术、资源和人机集成实现产品开发过程 的集成。在整个产品开发过程中。在基于虚拟现 实、科学计算可视化、多媒体等技术的虚拟使用 环境、虚拟性能测试环境以及虚拟制造环境下。 在各种人工智能技术和方法的支持下，通过集成 地应用各种建模、仿真、分析技术和工具，实现 集成的、并行的产品开发以及对产品设计、制造 过程以及生产规划、调度和管理的测试，利用分 布式协同求解。以提高制造企业内各级决策和控 制能力，使企业能够实现自我调节、自我完善、 自我改造和自我发展，以达到提高整体的运作效 能、实现全局最优决策和提高市场竞争力的目 的。 通过虚拟制造系统实现制造企业产品开发过 程的集成和制造企业的多集成。根据制造企业策 略，基于虚拟制造系统，在信息集成和功能集成 收稿日期：２００７—０３－１０：修回日期：２００７—０４—１１ —８８一 的基础上，实现产品开发过程的集成。通过对整 个产品开发过程的建模、管理、控制和协调。对 企业资源、技术、人员进行合理组织和配置，面 向产品的整个生命周期，实现制造企业策略与企 业经营、工程设计和生产活动的集成（纵向集成） 以及在产品开发的各个阶段分布式并行处理虚拟 环境下多学科小组的协同工作（横向集成），快速 适应市场和用户需求的变化，以最快的速度向市 场和用户提供优质低价产品。 实现了虚拟产品设计／Ｏ真闭环开发模式。各 种建模、仿真、分析技术和工具的使用，使产品 开发从过去的经验方法跨到预测方法，实现了虚 拟产品设计／虚拟制造仿真闭环开发模式。虚拟制 造系统能够在产品开发的各个阶段。根据用户的 要求，对虚拟产品原型的结构、功能、性能、加 工、装配、制造过程在虚拟环境下进行仿真，并 根据产品评价体系提供的方法、规范和指标，为 设计修改和优化提供指导和依据。由于开发过程 都是在虚拟环境下针对虚拟产品原型进行的，所 以大大缩短了开发时间，节约了研制经费，并且 能够在产品开发的早期阶段发现可能存在的问 题，解决在成为事实之前：又由于开发进程的加 快，使设计——评价——修改从多次串行工作模
