虚拟制造技术论文篇1

为把我国建成不仅是新的世界制造中心，而且是广泛应用先进技术的制造强国，国家对制造企业提出了宏伟目标，即要求国内骨干企业尽快着手信息化工作，2010年到2015年大中型企业要达到国际先进的信息化制造水平。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。

一、信息化制造与虚拟技术

什么才是信息化制造？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。

随着计算机、自动化及网络技术在制造系统中的应用，信息技术对制造技术发展的作用目前已占到第一位。产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品成本的主要因素。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。信息技术也促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个制造过程的网络化、全球化。

制造业要在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的TQCS要求，即要以最短的产品开发周期(Time)、最优质的产品质量（Quality）、最低廉的制造成本（Cost）和最好的技术支持与售后服务（Service）来赢得市场与用户。为了提高竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化做出快速敏捷的反应，并及时地对自身的生产做出合理的调整与重新规划。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性。计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持。

基于这些因素，概念设计、并行工程、智能制造、敏捷制造等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（VirtualManufacture）就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式。在虚拟制造中，产品开发是基于数字化的虚拟产品开发VPD方式（VirtualProductDevelopment），以用户的需求为第一驱动，并将用户需求转化为最终产品的各种功能特征。VPD保证了产品开发的效率和质量，提高了企业的快速响应和市场开拓能力。

虚拟技术在先进制造技术中的应用主要包括虚拟制造和虚拟企业两个部分。

1．虚拟制造(VM)是在产品设计阶段实时地、并行地模拟产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品的可制造性、产品的成本等，从而更有效地、柔性灵活地组织生产，并使新产品开发一次获得成功，目的是尽量降低产品的成本，缩短产品的开发周期，提高产品的质量和寿命，快速有效地响应瞬息万变的市场。

虚拟制造实际上是一种计算机科学技术，以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支柱，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。从本质上讲虚拟制造技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真，是在计算机上制造数字化产品，经过模拟仿真对产品外形设计、布局设计、加工及装配过程达到优化产品的设计及工艺过程、优化制造环境配置和生产供给计划、优化制造过程并改进制造系统的目的，用来改善各个层次的决策和控制。虚拟制造从根本上改变了设计、试制、修改设计、规模生产的传统制造模式。在产品真正制出之前，在虚拟制造环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而缩短产品的设计与制造周期，降低产品的开发成本，提高系统快速响应市场变化的能力。

2．虚拟企业是为了快速响应某一市场需求，将产品涉及到的不同企业临时组建成为一个没有围墙、超越空间约束、靠计算机网络联系、统一协调的合作经济实体。虚拟企业的特点是企业的功能上不完整、地域上分散和组织结构上非永久性，它是实现敏捷制造的有效手段。由于市场的全球化，企业必须不断创新产品及优化制造过程，快速响应客户要求，才能取得竞争上的优势。同时，企业不可能也不必做每一件事、每一个部件和每一个制造过程，而必须寻找合适的合作伙伴。其最终目标是利用不同地区的现有生产资源，把它们迅速组合成一种没有界限的、靠电子手段联系的经营实体，以便快速推出高质量、低成本的新产品。

由于国内外市场竞争日益加剧，科学技术发展迅速，产品更新换代速度加快及人们对产品多样化的需求增加，使得机械制造业向多品种小批量生产方式发展。因此，缩短产品开发周期成为决定制造业竞争力的首要因素。而虚拟制造技术被认为是加速新产品开发的有效手段，它能很好地解决制造业的TQCS难题，虚拟制造技术对制造业将是一次新的革命，它的广泛应用意义是深远的。

二、市场化与虚拟制造技术应用

制造业是我国国民经济的支柱产业，它一方面创造价值，生产物质财富和新的知识，另一方面为国民经济各个部门包括国防和科学技术的进步与发展提供先进的手段和装备。在我国的经济腾飞中，制造业功不可没。但是，随着计划经济体制向市场经济体制转变，我国制造企业的弊端日益显露出来。

我国制造业目前存在的五大难题：

1．产品质量不稳定，水平低下，主要机械产品中达到当代世界先进水平的不到10%；

2．生产集中度低，分散、重复严重，缺乏协作；

3．科技基础薄弱，自主研发创新能力差；

4．企业装备陈旧，生产工艺落后，精密、高效、数控设备不足10%；

5．人才培养后继乏力；加之企业基础管理薄弱，缺乏现代生产管理意识，在市场经济新形势下显得十分被动。

虚拟制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域，美国处于国际研究的前沿。福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经大量应用虚拟制造技术，大大缩短了产品的时间；波音公司设计的777型大型客机是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机，它的设计成功已经成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑。

虚拟制造(VM)作为一种哲理、一种制造策略为制造业的发展指明了方向。它可以全面改进企业的组织管理工作，提高企业整体运作及全面最优决策的效能和市场竞争力。实施虚拟制造可以打破传统的地域、时域的限制，通过Internet实现资源共享，变分散为集中，可实现异地设计、异地制造，从而使产品开发能以快速、优质、低耗响应市场变化。通过分析设计的可制造性，利用有效的工具和加工方法来支持生产，可以大大提高产品的质量和稳定性。企业不再需要投入大量的设备和仪器，从而避免了不必要的设备闲置，可充分利用其他企业的先进设备和仪器进行生产，能很好地解决一些中小企业资金短缺的难题。

但在实施虚拟制造技术过程中，虽然国家对制造业十分重视，但由于我国当前正处于体制改革过程中，多种机制并行，在资金使用时较难协调，国家也难以投入重金支持虚拟制造技术研究。应用人才短缺，企业的整体认识不统一，就是现有的科研成果都难以推广应用，因此实现企业信息化制造任重而道远，但这些并不能阻挡它的向前发展。

三、实施虚拟制造应采取的措施

1．高度重视和全面规划。虚拟制造技术与其它的先进制造技术是相互关联、彼此交叉的，其涉及面广、技术难度大，研究及推广应用需要投入大量人力、物力及资金，政府部门应从宏观上加强对虚拟制造技术的指导，同时要使虚拟制造技术与各种先进制造技术相互衔接、协调发展。

2．加强人才培养和培训工作。人是先进制造的主体，没有高素质的人的参与，再好的技术也发挥不了应有的作用。因此，企业领导应有人本思维，采用人机一体的技术路线。企业在培养和引进高层次、高质量研究型、管理型和开发应用型人才的同时，大力普及CAD/CAM技术，及时推行精益生产、并行工程等思想和技术，全面提高企业员工的技术素质。企业与高校应探索人才的联合培养新模式，不断增强科技创新能力。

3．加强关键技术的研究、开发和应用。虚拟制造技术包括软件技术和硬件技术，其中建模技术、计算机仿真技术和虚拟现实技术等是实施虚拟制造的关键技术。我国科研力量分散，建立分布式网络化研究中心，以企业为主体，产学研相结合，重点投资与自身发展有关的关键技术的研究，进行研发和推广是一条值得深入探索的道路。

虚拟制造技术论文篇2

 

0.前 言

新世纪以来，随着计算机图像学，人工智能、计算机网络、信息处理、机械设计和制造等技术的告诉发展，虚拟现实技术在工业实际中的应用越来越多，已经成为工业设计各个阶段不可缺少的工具。虚拟现实技术的广发应用是现代工业实际走向更全面的数字化，是设计部门与企业管理、工程设计与市场营销等产品开发的主要部门之间的交流变得更加容易，不记打打缩短了企业产品开发的时间，而且也为其产品的宣传、销售赢得了先机，为企业在竞争中取胜添加了筹码，加快了企业发展的步伐。

1.虚拟现实的定义

虚拟现实（Virtual Reality，简称VR）是一种计算机界面技术。从本质上讲，虚拟现实就是一种先进的计算机用户接口，它通过给用户同时提供诸如视觉、听觉、触觉等各种直观、自然的实时感知交互工具，最大限度地方便用户操作，提高整个系统的效率。根据VR应用的对象不同，VR的作用可以表现为不同的形式，如将设计概念或方案可视化和可操作化，以方便设计评价和优化；实现逼真的遥现场效果等。

2. 虚拟现实技术在工业设计各个阶段中的应用

（1）虚拟现实技术在需求分析阶段中的应用

通过结合虚拟现实技术的Web页面进行市场调查，可以激发被访问者的兴趣，所得到的信息更丰富，更准确，并且有针对性，这样在产品设计之前可以真正了解市场的需求情况。同时可以利用给予Web的虚拟设计环境把产品的特点和功能尽可能展示给用户，并通过用户的反馈信息获得的个性化需求信息，这有助于设计出符合大批量定制原则的合理的产品结构。。

（2）虚拟现实技术在概念设计中的应用

在概念设计中运用虚拟现实技术，可以将体验设计思想更好地融于其中，也就是更多关注产品使用者感受，而非产品本身。在不同的虚拟环境中，让他们亲自体验修改模型的感受；利用触摸屏来选择产品的造型、色彩、装饰风格等许多可选部件，在渲染和生成十分逼真的三维模型时，充分感受自己所喜爱的产品在虚拟环境中的“真实”情况。甚至还可以根据用户的建议，邀请专家和部分用户一起对模型提出修改意见，观察设计和修改过程，直至大多数人满意为止。

（3）虚拟现实技术在详细设计中的应用

详细设计是概念设计之后的一个重要阶段，包括零件详细设计、工艺详细设计和可制造装配性详细分析等，其中可制造装配性详细分析尤为重要。。在进行复杂产品结构设计时，通过虚拟像是技术可以直观地进行装配分析，避免可能出现的干涉和其他不合理问题，及虚拟装配。

（4）虚拟制造

虚拟现实技术为制造模拟带来了真正的虚拟制造环境，通过虚拟知道可以发现制造中潜在的问题，进而在产品实际生产前就采取预防措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发奏起，增强产品的竞争力。

虚拟制造系统基本上不消耗资源和能源，也不生产实际的产品，而是运用计算机迷你现实中产品进行产品设计、开发与制造过程，它的运用将会对未来制造业的发展产生极大的推动作用。。

（5）虚拟评价和测试

在虚拟工业设计中不可忽略的一环是虚拟产品进行评价和测试。虚拟评价技术主要是在方针的基础上，对产品运行状态与性能进行虚拟条件下的评价，从中获得修改的依据，降低修改和生产的成本。

3.结束语

正如其它新兴科学技术一样，虚拟现实技术也是许多相关学科领域交叉、集成的产物。它的研究内容涉及到人工智能、计算机科学、电子学、传感器、计算机图形学、智能控制、心理学等。我们必须清醒地认识到，虽然这个领域的技术潜力是巨大的，应用前景也是很广阔的，但仍存在着许多尚未解决的理论问题和尚未克服的技术障碍。客观而论，目前虚拟现实技术所取得的成就，绝大部分还仅仅限于扩展了计算机的接口能力，仅仅是刚刚开始涉及到人的感知系统和肌肉系统与计算机的结合作用问题，还根本未涉及“人在实践中得到的感觉信息是怎样在人的大脑中存储和加工处理成为人对客观世界的认识”这一重要过程。只有当真正开始涉及并找到对这些问题的技术实现途径时，人和信息处理系统间的隔阂才有可能被彻底的克服了。我们期待这有朝一日，虚拟现实系统成为一种对多维信息处理的强大系统，成为人进行思维和创造的助手和对人们已有的概念进行深化和获取新概念的有力工具。

参考文献：

[1]张立群. 计算机辅助工业设计[M]. 上海：上海人民出版社，2003

虚拟制造技术论文篇3

虚拟制造技术是在 CAD／CAM／CAE技术基础上发展起来的。一方面，CAD／CAM／CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础，如建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术 、分析评价技术、设计分析评价技术和产品信息集成 、转换 、共享技术等。特别是特征建模技术在虚拟制造技术中占有极为重要的地位。另一方面，虚拟制造技术超越了CAD／CAM／CAE技术，CAD／CAM／CAE技术主要考虑产品本身信息的集成与建模，而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。

1． 虚拟制造技术的基本概念

虚拟制造技术VMT（Virtual Manufacturing Technology）是20世纪80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。它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，在计算机上对产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期进行模拟和仿真。采用虚拟制造技术，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，使产品的开发周期和成本最小化。

2. 虚拟制造技术的主要特点：

2．1  运用信息技术对制造系统的要素进行全面仿真和高度集成

通过产品模型、过程模型和资源模型的组合与匹配来仿真特定制造系统中的设备布置、生产活动 、经营活动等行为， 优化制造系统各要素(人、技术、管理 、环境等)的整体配置．从而确保制造系统的可行性 、合理性 、经济性和高适应,为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展和进步。

2．2 人与虚拟制造环境交互的自然化

虚拟制造环境是以人为中心，使研究者能够沉浸到由模型创建的虚拟环境中去，通过多种感知渠道直接感受不同媒体映射的模型运行信息，并利用人本身的智能进行信息融合，产生综合映射，从而深刻把握事物的内在实质。人与虚拟制造环境的交互有利于加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产。也有利于对生产人员进行模拟操作训练、异常工艺的应急处理等，加快企业人才的培养速度。     

3 虚拟制造技术的研究内容与关键技术

3. 1  虚拟制造技术的研究内容

由于虚拟制造涉及的技术领域极其广泛，并且许多技术并非虚拟制造所特有，有些技术在其它领域也早有研究和应用，如 CAD／CAM／CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础，多媒体远程通讯 、网络技术、信息集成 、三维实体建模技术等计算机各项技术的发展，为虚拟制造功能的实现提供了有力支撑。近年来，虚拟制造无论在基础研究 ，还是技术开发方面都取得了很大的进步，信息集成技术在虚拟制造中也得到了广泛的应用。但是虚拟制造技术并不是已有各单项技术的简单组合，而是对制造知识进行系统化组织，对工程对象和制造活动进行全面建模，在相关理论和已积累知识的基础上实现集成。

就目前的研究情况来看，虚拟制造技术针对产品生产与制造过程的拟实仿真、制造企业活动知识抽取、系统过程评价的中断介入等，这需要有高计算能力 、高速度、低成本的硬件和软件的支撑，而目前软件的发展远远滞后于硬件 ，虚拟制造技术要真正成为现代制造技术利器，还有许多相关技术有待研究和开发，虚拟制造技术的研究与应用有着巨大的潜力。

3．2 虚拟制造的关键技术

虚拟制造的关键技术可分为软硬两个方面。目前，这些技术仍处于发展完善之中，相比之下，软件方面的开发远远落后于硬件。

软件方面的关键技术，包括制造系统建模 、产品开发和制造过程仿真以及可制造性评价等。软件技术是创建高度交互的、实时的、逼真的虚拟环境所需的关键技术。在进行软件开发时，要考虑虚拟环境的建模以及所建环境的可交互 性、可漫游性等。 

软件方面涉及的主要技术有可视化技术，即将各种信息以一种有意义 、可理解的虚拟方式显示给用户；环境构造技术开发，即一种像通用操作系统那样的环境，以便促进可视化和其它VM功能；信息描述技术，即采用不同的方法、不同的语义或语法表达不 同的信息，集成结构技术，建立硬件和软件技术；仿真技术，在计算机中设计制作实时系统模拟的过程；方法论，找出用于开发和使用VMS 的方法；制造的特征化技术。获取、测量和分析影响制造过程中材料去处的变量；VMS 的实施、测量和检验技术；在VM 环境下的人——机、人——人等关于人机工程学方面的评价和优化技术。

硬件方面涉及的主要技术有输入／输出设备，如头盔式立体显示器（HMD ) ，适用的计算机屏幕、可视化眼镜，数据手套、三维鼠标、数据衣服、虚拟音响设备；与输入／输出有关的存储信息设备；能支持各种设备、数据存储和高速运算的计算机系统，该系统应具有按用户需求实时提供高质量画面的能力；网络体系结构设备和不同站点的硬件设备（如小型机、图形工作站、PC 机等）。

通过软硬技术的结合，建立虚拟现实计算平台，在VRS 中综合处理各种输人信息并产生作用于用户的交互性输出结果的计算机系统。

4. 结束语

虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术，本文从虚拟制造的特点、虚拟制造的研究内容以及几个关键技术出发，对虚拟制造的研究现状、存在问题和研究方向进行了综述和评议。可以看出，尽管近年来国内外取得了一定的研究成果，但还有许多难题需要进行进一步深人的研究，特别是制造系统建模和仿真以及面向虚拟产品开发全过程的集成系统等有待研究和开发，相信通过全世界虚拟制造研究人员的努力，数字化制造的时代一定会到来。

参考文献:

[1] 黄炜．虚拟制造技术及其研究．苏州职业大学学报，2006．(11)

虚拟制造技术论文篇4

虚拟制造技术是在 CAD／CAM／CAE技术基础上发展起来的。一方面，CAD／CAM／CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础，如建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术 、分析评价技术、设计分析评价技术和产品信息集成 、转换 、共享技术等。特别是特征建模技术在虚拟制造技术中占有极为重要的地位。另一方面，虚拟制造技术超越了CAD／CAM／CAE技术，CAD／CAM／CAE技术主要考虑产品本身信息的集成与建模，而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。

1． 虚拟制造技术的基本概念

虚拟制造技术VMT（Virtual Manufacturing Technology）是20世纪80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。它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，在计算机上对产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期进行模拟和仿真。采用虚拟制造技术，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，使产品的开发周期和成本最小化。

2. 虚拟制造技术的主要特点：

2．1  运用信息技术对制造系统的要素进行全面仿真和高度集成

通过产品模型、过程模型和资源模型的组合与匹配来仿真特定制造系统中的设备布置、生产活动 、经营活动等行为， 优化制造系统各要素(人、技术、管理 、环境等)的整体配置．从而确保制造系统的可行性 、合理性 、经济性和高适应,为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间，同时也推动了相关技术的不断发展和进步。

2．2 人与虚拟制造环境交互的自然化

虚拟制造环境是以人为中心，使研究者能够沉浸到由模型创建的虚拟环境中去，通过多种感知渠道直接感受不同媒体映射的模型运行信息，并利用人本身的智能进行信息融合，产生综合映射，从而深刻把握事物的内在实质。人与虚拟制造环境的交互有利于加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好地指导实际生产。也有利于对生产人员进行模拟操作训练、异常工艺的应急处理等，加快企业人才的培养速度。     

3 虚拟制造技术的研究内容与关键技术

3. 1  虚拟制造技术的研究内容

由于虚拟制造涉及的技术领域极其广泛，并且许多技术并非虚拟制造所特有，有些技术在其它领域也早有研究和应用，如 CAD／CAM／CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础，多媒体远程通讯 、网络技术、信息集成 、三维实体建模技术等计算机各项技术的发展，为虚拟制造功能的实现提供了有力支撑。近年来，虚拟制造无论在基础研究 ，还是技术开发方面都取得了很大的进步，信息集成技术在虚拟制造中也得到了广泛的应用。但是虚拟制造技术并不是已有各单项技术的简单组合，而是对制造知识进行系统化组织，对工程对象和制造活动进行全面建模，在相关理论和已积累知识的基础上实现集成。

就目前的研究情况来看，虚拟制造技术针对产品生产与制造过程的拟实仿真、制造企业活动知识抽取、系统过程评价的中断介入等，这需要有高计算能力 、高速度、低成本的硬件和软件的支撑，而目前软件的发展远远滞后于硬件 ，虚拟制造技术要真正成为现代制造技术利器，还有许多相关技术有待研究和开发，虚拟制造技术的研究与应用有着巨大的潜力。

3．2 虚拟制造的关键技术

虚拟制造的关键技术可分为软硬两个方面。目前，这些技术仍处于发展完善之中，相比之下，软件方面的开发远远落后于硬件。

软件方面的关键技术，包括制造系统建模 、产品开发和制造过程仿真以及可制造性评价等。软件技术是创建高度交互的、实时的、逼真的虚拟环境所需的关键技术。在进行软件开发时，要考虑虚拟环境的建模以及所建环境的可交互 性、可漫游性等。 

软件方面涉及的主要技术有可视化技术，即将各种信息以一种有意义 、可理解的虚拟方式显示给用户；环境构造技术开发，即一种像通用操作系统那样的环境，以便促进可视化和其它VM功能；信息描述技术，即采用不同的方法、不同的语义或语法表达不 同的信息，集成结构技术，建立硬件和软件技术；仿真技术，在计算机中设计制作实时系统模拟的过程；方法论，找出用于开发和使用VMS 的方法；制造的特征化技术。获取、测量和分析影响制造过程中材料去处的变量；VMS 的实施、测量和检验技术；在VM 环境下的人——机、人——人等关于人机工程学方面的评价和优化技术。

硬件方面涉及的主要技术有输入／输出设备，如头盔式立体显示器（HMD ) ，适用的计算机屏幕、可视化眼镜，数据手套、三维鼠标、数据衣服、虚拟音响设备；与输入／输出有关的存储信息设备；能支持各种设备、数据存储和高速运算的计算机系统，该系统应具有按用户需求实时提供高质量画面的能力；网络体系结构设备和不同站点的硬件设备（如小型机、图形工作站、PC 机等）。

通过软硬技术的结合，建立虚拟现实计算平台，在VRS 中综合处理各种输人信息并产生作用于用户的交互性输出结果的计算机系统。

4. 结束语

虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术，本文从虚拟制造的特点、虚拟制造的研究内容以及几个关键技术出发，对虚拟制造的研究现状、存在问题和研究方向进行了综述和评议。可以看出，尽管近年来国内外取得了一定的研究成果，但还有许多难题需要进行进一步深人的研究，特别是制造系统建模和仿真以及面向虚拟产品开发全过程的集成系统等有待研究和开发，相信通过全世界虚拟制造研究人员的努力，数字化制造的时代一定会到来。

参考文献:

[1] 黄炜．虚拟制造技术及其研究．苏州职业大学学报，2006．(11)

虚拟制造技术论文篇5

关键词：演员；数字虚拟角色；表演理论

随着科学技术的迅速发展，数字技术越来越多的应用在电影制作的方方面面，电影中数字虚拟角色的内涵正在不断的扩充和发展。苏联的斯坦尼斯拉夫斯基表演体系、德国的布莱希特“间离效果”演剧观念和中国的梅兰芳民族戏曲表演流派堪称世界三大表演体系，数字虚拟角色表演是表演三大体系融合之下的脱胎，如今在最新科学技术的催化作用下，它以三大表演体系所融合的理论精华为基础进行了表演艺术上的发展和创新，最大限度的将电影表演艺术的魅力展现在观众面前。因此，我们有必要对数字虚拟角色表演艺术理论的发展和创新进行深入研究与探讨。

1数字虚拟角色表演观念的拓展

1.1三位“多”体

“三位一体”是源自舞台戏剧表演艺术的概念，著名艺术家泰依罗夫曾经生动形象地作了这样的论述：“唯有表演艺术，无论是创作人、材料、工具，还是艺术作品本身，全都有机地结合在同一个客体之中，彼此无法分开……一切都是您，一切皆备于您，也一切借助于您。”[1]在过去的电影表演观念里，常常会把电影表演的艺术特点也归纳为“三位一体”。如今电影表演艺术已经步入了数字技术时代，电影中角色塑造过程中开始运用CG等数字技术，数字虚拟角色的创作材料、创作者、创作成品并非集于演员一身，已经不再是“三位一体”的表演艺术。创作材料除了演员外还包括各种材料制作的道具、模型和技术设备等；创作者除了演员外还包括数字技术人员等；创作成品是银幕上由数字技术包裹而被观众忽略背后演员存在的数字虚拟角色。所以，数字虚拟角色表演艺术，是打破传统表演特点进行创新实践的三位“多”体的表演艺术。

1.2我们演“它”

在过去的表演定义里―“电影的表演艺术就是演员在虚拟的环境下以动作（形体动作及语言）进行人物塑造表现的过程。” [2]通常把这一过程简单的概括为“我演他”。“我演他”这样的表演艺术理念一直沿用多年，但对于数字技术开始广泛运用到电影角色塑造的今天，种种迹象已经充分证明这种电影表演理念早已显得落后、过时，无法有效指导正在蓬勃发展的数字虚拟角色表演艺术。例如由鲁伯・华尔特导演的科幻电影《猩球崛起》，片中无比生动的大猩猩其实没有一只是真正的大猩猩所扮演的，是由真实的演员与动作捕捉数字技术相结合而拍摄完成的。所以将过去电影中“我演他”取而代之的则是当代电影中“我们演它”的数字虚拟角色表演艺术形式，“我们”是指包括演员、数字技术人员等在内的创作主体，“它”是指包括人、机器人、外星人、动物等在内的所有形象。这既打破了演员自身外形条件的限制，又突破了过去传统角色的局限，使数字虚拟角色的发展空间越来越广阔。

1.3真情“虚”感

如果说过去的“我演他”表演艺术形式情感体验是真情“实”感的话，那么现在“我们演它”数字虚拟角色表演艺术情感体验则需要真情“虚”感。所谓“虚”主要是指两个方面，虚拟角色和虚拟环境，而真情“虚”感则是指演员在塑造数字虚拟角色过程中，既要发挥好对角色形象塑造的想象力，又要发挥好在虚拟环境下的与数字技术相结合的配合度，灌注于数字虚拟角色真实情感。演员与数字技术人员通过真情“虚”感来塑造数字虚拟角色的重要性是绝不可忽视的。在塑造数字虚拟角色过程中，对于演员来说需要通过大量丰富的想象力来感受那些现实生活中根本没有的角色，这样数字虚拟角色才能开始在演员心中活起来，把精准的表演动作和传神的面部表情与动作捕捉技术等数字技术有效的配合，将真实的情感融入数字虚拟角色之中。对于数字技术人员来说，应该把从演员身上捕捉的影像与数字技术生成的虚拟环境、虚拟影像细致、精准、有效的结合起来，让最终在银幕上出现的数字虚拟角色达到“拟真”、“传神”、“传情”的审美效果。

2数字虚拟角色表演核心理论的提炼

2.1真实的情感

在斯坦尼斯拉夫斯基表演体系中，其核心就是体验，即通过演员外在的肢体和表情深入地挖掘出人性、人心的复杂性。电影《阿凡达》中数字虚拟角色给观众真实情感的传达就是最好的说明：“《阿凡达》涉及多重技术领域：立体视觉、IMAX大屏幕、3D、CG等，尽管《阿凡达》属于技术应用的大手笔，但它不会在任何技术方面都领先。”[3]它的数字虚拟角色是蓝皮肤、不会出汗的外星人，因此虚拟角色外表的“拟真”不足促使观众集中注意力全身心投入到电影所营造的虚拟环境中，而真正打动观众内心的是角色表演的真实情感。正是由于角色在表演上有效运用了斯氏体系理论的“情感的真实体验”，才让电影《阿凡达》中的数字虚拟角色成为了一个个活生生的“人”，而极大的呼唤起观众的情感共鸣。

2.2陌生的角色

布莱希特为推行“非亚里士多德传统”的新型戏剧的核心就是间离理论。纵观大多以数字虚拟角色为代表的影片，一般而言，童话、神话、科幻、恐怖以及未来战争等题材类的电影比较适合数字虚拟效果体验，因此数字虚拟角的故事内容主要集中在这些题材类型上。这些的故事内容和角色，在生活中都是不可能的事情，但是在电影《阿凡达》中，却真实的出现了这样的场景。很多媒体用陌生而又熟悉，让人吃惊、诧异、震撼等词语来评论其中的数字虚拟角色的表演。岂不知，在这样的表演背后，真正发光发亮的是布莱希特理论的内容。它对剧情的展开和观众移情于剧情之中有一定的影响，并在这种间离效果中突出了虚拟角色的人物性格，也符合剧本基调的逐步展开。

2.3虚拟的表演

以梅派为代表的戏曲表演是高度综合性的舞台表演艺术，它提倡程式化的套路与表现相结合、载歌载舞、主观的绝对统一的创作原则。在中国京剧中，“兰花指”、“水袖”、“步辇”等戏曲常见的经典动作均是意念、动作、功能表达集于一身的精粹套式。虚拟表演，是戏曲表演风格的主调。虚拟动作，不但是戏曲表演区别于一切话剧表演的主要标志，而且也是戏曲表演体系区别于其他一切戏剧表演体系的主要标志。[4]由于当今3D电影作品中有大量通过虚拟技术而构建的虚拟环境，演员所饰演的虚拟角色需要在通过其想象中的环境里进行表演。这一点，与我们当代数字电影表演方法有异曲同工之妙，在表演观念上和数字时代表演艺术有着惊人的相似，有利于当今数字时代的电影表演艺术理论建立与完善。电影中数字虚拟角色很好的继承和发展戏曲里的虚拟表演理论，其发展主要表现在数字技术与表演艺术的密切联系。过去电影表演主要是以演员为创作材料塑造的不同人物形象，而如今数字虚拟角色表演结合数字技术和演员虚拟表演艺术为创作材料而塑造的角色形象，数字虚拟角色的表演是否活灵活现、栩栩如生，不仅需要数字虚拟技术的辅助，演员的虚拟表演水平也起着至关重要的作用。

3数字虚拟角色表演理论发展的意义

3.1表演三大体系走向融合的必然要求

三大表演理论体系为电影表演艺术的理论贡献是世界公认的，其影响也是极其深远的。如今，随着社会的不断进步和发展，对于利用最新数字技术、通过大量数字虚拟角色拍摄而成的电影而言，如《少年派的奇幻漂流》、《阿凡达》等，三大表演理论体系本身呈现的不足越来越明显，并开始影响到数字虚拟角色表演的进一步发展和创新，因此我们需要对三大表演理论体系的理论进行筛选、重组、取其各自精华，以适应当今电影表演为目标，规避单个表演体系的局限和劣势，将三大表演理论体系融合在一起取长补短，从而更好的指导当今电影中数字虚拟角色的表演。

3.2表演艺术与数字技术结合的必然要求

当数字虚拟角色作为新兴的表演艺术形式呈现在观众面前时，我们开始慢慢意识到，随着电影数字技术不断的发展，过去传统意义上电影表演理论已经无法全面的归纳现在电影中的数字虚拟角色表演方式了。在当今的电影发展中，面对不断涌现出的各种千奇百怪的数字虚拟角色形象，我们不得不好好思考和研究电影表演艺术理论的发展。数字虚拟角色表演理论的形成和发展不仅能打破过去表演上的局限，也让表演的精神更加的与时俱进，更加符合时代的要求和召唤。基于这种情况，数字技术与电影表演艺术相结合发展数字虚拟角色表演理论，为数字虚拟角色创作带来的创新性的视觉体验，就有了一定的必要性。

3.3观众审美需求不断提升的必然要求

人类与生俱来就拥有分辨美与丑的意识和能力，所有能引起人们心情愉悦的、和谐的、善良的事物，都可以被归纳为美的范畴。现在很多电影的成功并不仅仅在于讲故事，而且还在于在数字技术的催化作用下，三大表演理论体系的融合为虚拟角色创作带来的细腻、拟真、新鲜的视觉体验。银幕中震撼的场面和看似真实数字虚拟角色抓住了观众的注意力，让人们在不知不觉中被吸引和感染，全身心的陶醉于一场视觉奇观的享受之中，极大的满足了观众的审美需求。数字虚拟角色的产生，恰恰是观众审美不断提升的所要求的结果，观众有了这种审美的需求又会引起更多的学者对数字虚拟角色关注和研究，从而最终推动数字虚拟角色表演理论的发展。

4总结

总而言之，在电影表演艺术世界里，任何事物都不是一成不变的，只有良好的继承传统表演理论，才能为发展新的电影表演理论打下扎实基础，只有有效的发展电影的表演理论，才能更有效的创新表演理论。新时代赋予数字虚拟角色表演艺术的新要求，使得三大表演理论体系走向融合，也让数字虚拟表演艺术产生了新的表演观念，这不仅仅是其自身不足导致的，也是在全球商业化，文化大融合的趋势下，满足观众审美的客观现实需要。在3D电影有望成为电影艺术主流的趋势下，表演艺术理论的发展，使数字虚拟角色成为一种新的表演艺术形式，今后必将大力推动电影产业的进一步发展。

参考文献：

[1] 泰依罗夫（俄）.导演札记.俄罗斯名家论演技[M].中国戏剧出版社，1985：190191.

[2] 许同均.电影导演的表演艺术[M].中国电影出版社，2006：4.

[3] 屠明非.技术与文化：数字媒体时代的电影艺术[J].当代电影，2010（7）.

[4] 马也.论中国戏曲虚拟表演产生的原因――兼谈戏曲舞蹈的审美特性[J].戏剧艺术，1982（4）.

[5]夏波.中国戏剧界认识和运用斯坦尼演剧体系的误区及问题[J].戏剧中央戏剧学院学报，2005.

虚拟制造技术论文篇6

Abstract: with the rapid development of social economy, the virtual simulation technology in architectural engineering in the construction of use, can prompt found construction, the deficiencies in the improvement of construction quality at the same time, still can fundamentally save the cost of construction project investment for the future of input use lay the foundation. In this, this article in view of the construction of the application of the virtual simulation technology development, do the following discusses.

Keywords: building engineering; The construction; Virtual simulation technology; Application development

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

在21实际科学技术迅速发展的时代，计算机技术的普及，在推动社会发展的同时，还极大的改变了人们的日常生活。计算机智能系统在建筑工程施工中的运用，能够有效的规范工程施工技术，提高工程的管理水平，为建筑工程的施工质量提供有效的保障。在当前我国建筑工程施工领域中，常用的软件系统主要包括专家系统、 智能管理系统、 办公自动化系统等几个方面，这些计算机技术的应用，在原有的基础上弥补了传统施工方法及理论上的不足，避免了工程施工中不必要的麻烦。在此，本文从虚拟仿真技术、虚拟仿真系统在建筑施工中的应用以及虚拟仿真技术在工程施工中的研究和应用展望等三个方面出发，针对虚拟仿真技术在工程施工中存在的问题及完善途径，做以下简要分析：

一．虚拟仿真技术

在当前工程施工建设中，虚拟仿真技术是指通过计算机图形技术、计算机仿真技术、传感器技术、显示技术等多种学科的优势，为人机 对话提供了更直接和更真实的三维界面，并能在多维信息空间上创建一个虚拟信息环境，使用户身临其境。在虚拟技术使用的过程中，除了能够对制定技术进行虚拟模仿外，还能通过真实逼真的环境，为技术的实提供相应的环境支持，在当前社会发展的过程中，虚拟仿真技术在多个领域中得到了飞速发展。而虚拟仿真技术在建筑工程施工中的运用，其核心在于通过同虚拟仿真技术，真实的再现工程施工中的各个环节，确保施工程序的规范化、科学化，在保障施工质量的同时，还能发现施工过程中存在的问题，以便在实际施工中能够将其造成的损失降到最低。由此可见，虚拟仿真技术在建筑工程施工中有着极其重要的作用。

二．虚拟仿真系统在建筑施工中的应用

在当前人们的日常生活中，虚拟仿真技术作为一门新兴的学科，已经广泛应用到各个行业中，而虚拟建造在形成使用的过程中，至今仍没有形成统一完善的体系，其中既包括技术原有，也在一定程度上存在着较大的资金投入。在当前我国虚拟建造理论形成的过程中，主要体现在以下几个方面：首先，通过对建筑理论的研究，将建筑理论融入到虚拟建造中，为其下一步的施工环节奠定基础。其次，在虚拟仿真技术在建筑施工领域的运用，能够凭借自身的可视化仿真优势，将施工过程中的整体施工体系，清晰的反映出来，以便在实际施工中能够及时的弥补施工过程中存在的不足，确保施工活动的顺利进行，在节省大量施工成本的同时，还能为其下一步的发展奠定基础。最后，虚拟仿真技术在建筑行业中的应用，其核心在于计算机软件研制与系统开发。

三．虚拟仿真技术在工程施工中的研究和展望

随着社会经济的迅速发展，建筑行业也在原有的基础上取得了进步，而虚拟仿真技术在建筑工程施工领域中的运用，不是一朝一夕就能形成的，而是需要长时间的积累与发展。且在其具体实施的过程中，其核心取决于计算机硬件和仿真软件本身的发展。在当前虚拟仿真技术实施的过程中，其存在的问题主要表现在以下几个方面：

首先，在虚拟仿真系统开发实施的过程中，对计算机的硬件平台提出了较高的要求，且在研究开发的同时，需要在专业的工作站及实验室中进行。由此不难看出，企业在进行虚拟系统研究开发的过程中，需要投入大量的资金建造实验室，同时还要购买国外先进的设备与软件，这些，都在一定程度上限制了虚拟仿真技术的应用。

其次，虚拟仿真技术在建造工程施工运用的过程中，需要借助国外进口的软件平台。然而在其实际实施的过程中，结合着我国当前社会的发展现状，在施工企业虚拟仿真系统的集中型软件几乎不存在，再加上建造工程本身施工周期长、规模大、施工程序多等影响因素，对项目开发的成本及技术都提出了较高的要求，而这些，都是当前从事虚拟仿真技术研究人员应解决的。

最后，在虚拟仿真技术研究开发的过程中，人才作为其研究的主体，不仅关系着虚拟仿真技术的研制开发，还在一定程度上关系着建造企业的生产发展。由此就需要建造企业在实施虚拟仿真技术的过程中，其核心基础自爱与培养自己的开发骨干，确保在软硬设施具备的前提下，能够全方面的开展虚拟仿真技术的研究。

面对当前社会经济的发展形式，虚拟仿真技术在建造工程施工中的运用，已经成为社会发展的必然形式，同时也是科技发展的必然结果。在我国一些大型施工企业，其工程技术人员具备高水平的软件研发能力，且在研究的过程中，加上计算机的辅助，能够结合着建造工程的实际状况，将虚拟仿真技术运用进去，真实的再现建筑施工中的每一个施工环节，通过逼真的环境渲染，能够使施工管理人员第一时间发现施工活动中存在的问题，并及时的采取措施进行避免，在减少建筑工程成本投入的同时，还能保障工程的施工质量，为其今后的投入使用奠定基础。

仿真技术的应用使仿真软件取得了飞速发展，新的并行计算方法、 新的仿真平台和编程技术使其具有更好的可扩展性。实行校企 （研） 联合是加快建筑业科技进步， 推进施工现代化的一个重要捷径。建筑企业采用与专门科研院所合作的方式， 充分利用高等院校的科研实力和人才优势， 建立起长期的合作伙伴关系， 积极开发和应用虚拟仿真系统。

总结：

综上所述，随着社会经济的迅速发展，虚拟仿真技术在建筑工程施工中的运用，能够及时的发现施工过程中存在的问题，通过相应的措施将其避免；同时能够在原有的基础上规范施工程序，完善工程的施工管理，在确保工程施工质量的同时，还能在原有的基础上促进我国建筑行业的发展，为我国社会的发展做出杰出的贡献。

参考文献：

[1]禹禄君.探究虚拟仿真技术应用的新模式[J].长沙通信职业技术学院学报，2008，(04) .

虚拟制造技术论文篇7

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0010-02

当今随着科技进步和人类生活水平的提高，消费市场已经逐步进入需求个性化、多样化、快速响应的时代。在竞争日趋激烈的全球市场环境下，消费产品企业必须能够更好地满足市场快速反应的需求，即要以更短的产品开发周期，个性化的产品服务，更高的产品质量，更低廉的制造成本和更好的售后服务来赢得客户市场。为应对快速变化的产品变更，制造企业的生产加工活动必须与时俱进，具备柔性的生产加工能力。随着近年来计算机软硬件技术的快速发展和生产管理理念升级，20世纪90年代以来产生了很多创新的概念和方法，虚拟制造（Virtual Manufacture，VR）就是其中一种全新的制造体系和模式创新方法。在虚拟制造系统中，充分利用信息技术、三维仿真技术、计算机技术对制造系统进行系统化组织与分析，在基础上采采集相关的数据进行系统建模，从而不断优化整个设计过程。整个过程采用虚拟制造技术，并没有制造实物产品，而是利用计算机进行模拟整个制造过程。从而可以做出更为准确的决策与优化方案，大大提高了企业的快速响应和市场开拓能力，降低企业决策风险。

1 虚拟制造技术简介

1.1 虚拟制造技术简介

目前，信息技术技术发展日新月异，信息技术的迅猛发展给制造业的发展提供了巨大支持。从世界制造业发展潮流来看，信息技术与制造业的不断融合是必然的趋势。在这个领域产生了很多新概念，其中虚拟制造技术引起了广泛的关注。所谓虚拟制造技术是采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及软件技术的支持下，实现产品设计工艺规划、制造流程、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制。从这个概念我们可以看出，虚拟生产技术并没有生产出实物产品，这是与传统的制造加工过程最明显的不同。虚拟生产技术将传统的设计加工过程在计算机上进行虚拟演示，在计算机整个模拟过程中，设计师可以清楚看到产品虚拟加工的整个过程，设计人员可以随时在虚拟的空间中根据市场需要和用户需求对产品设计进行不断的修改和完善。虚拟制造技术的出现只有几年的时间，但对制造业的影响是巨大的，虚拟技术摆脱了传统制造业设计、生产的不可逆性，优化了产品的设计流程，提高了产品的设计质量，缩短了产品的研发周期，在极短的时间内迎合市场需求，生产出用户受欢迎的产品，占领市场，赢得竞争优势。

1.2 虚拟制造的关键技术

虚拟制造技术是制造技术的一大突破，也是未来制造技术发展的潮流。事实上，虚拟生产技术涉及范围很广，应用也比较广泛，其核心技术分别是信息技术、仿真技术以及虚拟现实技术。

1.2.1 信息技术

在现代制造技术中的信息技术主要包括管理信息系统（MIS）技术、生产排程系统、仓储管理系统（WMS）、配送优化系统等。通过虚拟制造系统应用，可以模拟这些系统运行情况，设计合理的系统功能和数据库结构。

1.2.2 仿真技术

计算机仿真技术是以计算机系统为基础，根据用户的要求建立实际系统的数学模型，并使之转换为仿真模型，在不同的工况下在计算机系统中运行演示，从而真实地展现实际系统运行状态的过程。仿真技术主要优点有：

1）减少方案设计与开发时间。

2）减少运营瓶颈的风险。

3）降低方案改善成本。

1.2.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种综合计算机图形技术、多媒体技术、传感器技术、人机交互技术、网络技术、立体显示技术以及仿真技术等多种科学及时而发展起来的计算机领域的新技术。

它包括以下关键技术：

1）动态环境建模技术。

2）三维显示和传感器技术。

3）实时三维图形生成技术。

4）系统集成技术。

2 虚拟制造技术在家电制造业中的应用

家电是制造业中竞争最为激烈的领域之一，我国的家电企业经过短短几十年的发展，通过人性化的产品设计、敏捷的市场反应能力和低廉的制作成本，目前已经在以高科技为依托的家电市场上找到了立足点，特别是以电视、空调、冰箱为代表的大家电在国内市场占有率超过70%。家电业为了提高产品的市场竞争力，对产品的制造技术的应用力度明显加大，随着CAD，CAM等技术的广泛应用，家电产品在产品设计和质量标准上得到了大大改善，产品更新换代速度加大，市场竞争力不断加强，其中虚拟制造技术的使用更使得家电产品设计与制造发生了根本性的改变。下面本文分别对虚拟制造技术在家电制造业中的虚拟设计、虚拟产品制造来阐述虚拟制造技术在家电制造业的应用。

2.1 虚拟设计在家电产品设计中的应用

设计阶段是家电产品走入市场的最重要阶段，这个阶段对产品的质量和成本具有重要影响。在家电产品设计阶段利用虚拟技术是家电设计领域的一大突破，家电设计师们利用虚拟技术对家电产品这个过程进行计算机模拟，与以往的实物模型设计不同，采用虚拟技术后，设计师们对虚拟的家电产品进行零部件装配，大大提高了设计效率和质量。还可以通过动画演示来展示家电产品的性能和结构，发现问题及时进行修改和补充，尤其是对家电产品的零部件进行有限元分析，来对家电产品的可加工性、可采购性、可装配性等因素进行分析，并参考客户反馈的意见进行优化综合优化设计，必要时用快速成型样机予以验证。

虚拟产品设计主要包含以下两类。

1）增强的可视化系统。

利用先行的CAD系统进行建模，在对数据格式进行转换后输入虚拟环境系统进行进一步的设计；目前的虚拟设计系统大都属于这种类型。

2）基于虚拟现实的CAD系统。

CAD技术最早的应用就是在设计中，将虚拟技术用于CAD系统中，创建虚拟现实的集成化CAD系统，这种系统不再是传统的二维交互手段进行建模，而直接是进行三维设计，用户可以在这种虚拟环境中进行设计活动，大大提高设计效率。另外，这种系统也支持其它的输入方法，如语音识别、手势和眼神跟踪等。整个系统操作方便、简单易懂，设计人员经过简单了解后就可以进行操作，不需要进行专门的培训，因而拥有广阔的应用市场。

2.2 虚拟产品制造在家电生产中的应用

虚拟产品制造在家电生产中的应用主要是虚拟家电产品生产线制造流程。利用计算机仿真技术，模拟产品生产整体流程，对生产线规划方案进行评估，择优选择设计方案，大大降低产品生产风险，降低后期生产线改造成本，并对部分难以通过手工分析的复杂控制逻辑模块进行仿真分析，验证优化生产线控制逻辑，以实现设备、人员、物料、生产计划的最优化运作。图1为虚拟制造分析流程。

图1 虚拟制造分析流程

进行生产系统仿真分析主要包含以下步骤：系统分析收集数据抽象系统模型建立仿真模型运行仿真模型仿真实验输出结果并分析。图2为仿真技术在生产线规划中的应用。

2.3 应用虚拟制造技术可以给家电企业带来的好处

1）为家电制造企业提供高质量的设计产品，虚拟制造技术在家电生产领域的应用，改变了家电产品设计模式，降低了设计成本，设计师们可以在计算机虚拟环境中正确处理家电产品生产成本与效率之间的关系，帮助管理者做出正确的决策，获取最大利润。

2）家电产品开发中使用虚拟制造技术，可以在建模方法、虚拟运动仿真中的运动链简化和等价转换的精度评价等技术或应用上有所创新，

3）家电制造企业采用虚拟制造技术，可以迅速根据市场的发展以及用户的要求来修改产品设计，实现了家电产品的定制化设计和生产，为家电产品迅速占据市场形成竞争优势提供了巨大帮助。

图2 虚拟制造中的生产系统仿真技术

3 总结

结合本文所述和相关文献知识，虚拟制造技术是制造技术的一大突破，虚拟制造技术在制造行业的使用可以大大提高制造业的生产效率，降低成本。对家电制造行业而言，随着家电市场竞争的日益白热化，传统的家电生产方式已经滞后于家电市场的发展以及用户的实际需要，急需创造新的制造技术突破口。在这方面，虚拟制造技术的使用更使得家电产品设计与制造发生了根本性的改变，帮助家电企业迅速的适应市场需求、形成竞争优势。当然，虚拟制造技术在我国发展不过短短几年，还处于理论研究阶段，对于我国制造行业而言，要积极借鉴国外成熟的虚拟制造技术理论，与我国实际相结合，在生产实践中不断完善和强化，最终进行大规模的推广和应用。

参考文献

[1]王爱云.虚拟制造技术研究现状及展望[J].矿山机械，2007（12）.

[2]（德）施普尔，等.虚拟产品开发技术[M].机械工业出版社，2000.

[3]张阿维，雷晓凤.虚拟产品设计技术研究[J].纺织器材，2002（7）.

虚拟制造技术论文篇8

0 引言

虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说，是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ，它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术，而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ，它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。

工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ，以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等  。将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论 以新的理念。

1 虚拟现实技术在国内外研究的现状

1．1 国外的研究情况

随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ，一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ，其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目，此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。

1．2 国内的研究现状

相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来，至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ，有 4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：① 产品的虚拟设计；② 热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad／cam 及仿真技术的基础上进行，而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。

2 基于虚拟现实技术的工业设计方法

2．1 创新设计法

创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ，在传统 的工业设计中，人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ，主动索取信息，从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ，使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。

此外 ，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体 ，全面表达设计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。

2．2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析

(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大，且成本高 、周期长；②无法进行动态修订；③缺乏对于企业具体产品的针对性；④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据)，即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上，通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ，实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ，故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况，精确研究产品的人机工程学参数 ，直接与设计的产品进行交互，并评价产品的性能。

在传统产品设计的人机系统中，人是操作者 ，机器只是被动的反应 ，而在虚拟产 品设计的人机系统中，人成为主动参与者 ，复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中，人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行．而在基于人机工程的虚拟产品设计中，人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行，也可与产品使用者进行各种实时的交互。

如图 4所示．基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行，若人机评价结果达不到要求 ，就需要进行重新设计 和样 品试 制 ，再进行人机评价，这样反复循环指导方能达到要求，这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式，人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ，而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ，大大 的节省 了时 间和资原，也加快 企业 新产品的开发进程。

2.3形态组构法

有研究表明，“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉，因此，形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造，依赖于深入观察理解生活与 自然 形态，及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是，通过对自然的学习、研究、分析，进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程，必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤，其头部造型形成了电锤强劲的冲击力，而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格，更有本款造型个性设计的明显特征；锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征，但也被赋予了更明确的时尚个性，线条形式随锤体轻微向外弯曲，以至前端产生运动感，海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破，但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时，设计师借助于freeform系统，依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究，见图6，找出形态变化的一般 规律 ，使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造，把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。

2.4设计管理法

虚拟制造技术论文篇9

0 引言

虚拟现实 vr (virtual reality)是一种高度逼真的模拟人在 自然 环境 中的视 、听、动等行为 的人机界面。 简单地说，是一种可 以创建和体验虚拟世界的 计算 机系统。虚拟现实技术是 20世纪末兴起的一 门新的综合性信息技术 ，它融合了计算机图形学、多媒体技术 、人工智能、人机接口技术 、数字图像处理 、 网络 技术 、传感器技术及高度并行的实时计算等技术，它不仅指那些戴着头盔和手套的技术，而且还包括一切与之有关的具有 自然模拟、逼真体验的技术和方法 ，它的根本目标就是达到真实体验和基于 自然技能的人机交互。

工业设计是建立在 科学 技术基础之上 ，以赋予工业产品 艺术 性为目的的一项感性思维和理性思维相互融合的工作。工业设计的程序有具体的方法和整体的战略进行指导和支持，不同国家、不同时期面对不同的设计对象时，工业设计的程序与方法也是各不相同，大体上有以下几种：创新设计法 、人机工程学法 、形态组构法 、系统设计方法 、caid方法 、价值工程与价值创新法、设计管理法等 。将虚拟现实技术引入工业设计中，在设计的各个阶段利用虚拟数字模型方便快速地进行各种调查和试验，可以取得适用面更广、更接近真实状态的试验数据。同时，建立在实验基础上的产品设计工作将更具科学性和客观性，给工业设计的方法论 以新的理念。

1 虚拟现实技术在国内外研究的现状

1．1 国外的研究情况

随着虚拟技术的不断成熟与 发展 ，一些发达国家已经在很多领域 中应用了虚拟设计 ，也成立了许多与虚拟技术相关的实验室、课题组，其中著名的有美 国贝卡罗来那大学(unc)的计算机系 ，其主要的研究课题是物理建模与仿真项目和建筑漫游项 目，此外还有美 国的密歇根大学虚拟现实实验室，主要研究 vr在轿车车身设计中的应用以及虚拟现实技术在产品开发中的应用。瑞士苏黎士理工大学计算机图形实验室主要的研究课题包括动画与虚拟平台、协同虚拟环境 (collaborative virturalenvironment)等。美国宇航局(nasa)的ames研究中心利用流行的液晶现实技术和其它零部件研制出了虚拟飞行器，弥补了飞行模拟器成本过高的不足。美国麦道飞机公司采用沉浸式的虚拟现实系统进行新型号发动机的辅助设计。

1．2 国内的研究现状

相对于国外虚拟设计的发展。国内虚拟技术的研究和应用还比较落后。自20世纪 80年代 vr技术开始起步以来，至今我国在 vr的基础图形技术领域 已经具备了坚实的基础。据不完全统计，目前全国已有 34家科研机构、高等院校和 企业 正在开展虚拟制造技术的研究、开发及初步的示范应用工作 ，有 4家企业参与了这种新的探索，其主要的研究内容包括：① 产品的虚拟设计；② 热加工工艺模拟；③加工过程、装配过程的仿真；④ 虚拟轴机床和虚拟量仪的研制和开发；⑤虚拟企业。总体来看，我国虚拟制造技术的研究多数 是在原先的cad／cam 及仿真技术的基础上进行，而系统 、全面的虚拟制造技术的研究尚未开展，还很少能将成熟的虚拟技术应用到实际开发中，尤其在产品的创新设计中，虚拟技术还未发挥出它应有的作用，应用水平远落后于发达国家。由此来看，我国重视产品设计水平的提升，将虚拟技术应用到设计领域已成为当前国内产品开发的重要环节。

2 基于虚拟现实技术的工业设计方法

2．1 创新设计法

创新是工业设计 的灵魂所在。当代社会 经济 条件下 ，市场产品没有创新就犹如失去了灵魂，很难在竞争对手如林的市场上取得优胜。在当今全新 的经济背景下，设计创新将引导消费、把握机遇，成为决定产品生命力的重要条件之一，以思维创新、行为创新、方式创新为核心的工业设计将在企业产品开发过程中扮演着举足轻重的角色。如图 1、2所示 ，在传统 的工业设计中，人们一直沿用着平面 图来表达设计思想。即使应用计算 机三维 软件，最终也只能得到某个视角的立体效果图，难以真实完整地表达 出设计者的意图。而基于虚拟现实技术的工业设计方法将 以数字化的三维模型作为设计思想的载体，全面表达设计者的意图。人们可以根据自己的需要任意放大、旋转模型 ，主动索取信息，从而实现工业设 计由 面表达 向体表达 的突破 ，使设计师有更充裕 的时间来考虑设计的细节 问题这无疑对工业设计的方法创新带来了革命性的冲击如图 3所示。

此外 ，虚拟现实技术与网络技术的结合，将可以构建一个全新的开放式设计平台，以三维数字化模型作为设计思想的载体 ，全面表达设计者的意图。打破地域限制，实现用户与设计 、开发人员的良好沟通和互动。

2．2 基于虚拟现实技术的产品人机工程分析

(1)人机工程学参数的采集与分析。传统的人机工程学在参数的采集和分析中存在诸多问题：①采样数量 、测量和数据分析的工作量均很大，且成本高 、周期长；②无法进行动态修订；③缺乏对于企业具体产品的针对性；④参数多为二维模型。若在具体的采集和分析中使用三维扫描技术 (获取静态三维数据 )、 动作捕捉技术 (获取动作特征数据)，即可生成虚拟被试三维动态数字模型 。这些数字模型在被更新前一直可以 “活在”虚拟现实技术平台上，通过对虚拟被试三维动态数字模型的关键点控制 ，实现实时数据的不断更新。 (2)虚拟人机工程设计与评价 。虚拟人机工程设计借助于虚拟样机 (virtual prototype)系统进行设计 ，故也称其为虚拟人机工程学环境。设计人员和不同技术背景的人可以直观地观察到各种虚拟人体三维数字模型的实时情况，精确研究产品的人机工程学参数 ，直接与设计的产品进行交互，并评价产品的性能。

在传统产品设计的人机系统中，人是操作者 ，机器只是被动的反应 ，而在虚拟产 品设计的人机系统中，人成为主动参与者 ，复杂系统中可能有许多参与者共同在以计算机网络系统为基础的虚拟环境中协同工作。在基于人机工程的传统产品设计中，人机分析和评价必须是在产品设计完成后的样机模型中或者在试制的产品中进行．而在基于人机工程的虚拟产品设计中，人机设计分析评价又是在产品设计的过程中可以同时进行，也可与产品使用者进行各种实时的交互。

如图 4所示．基于人机工程的传统产品设计的人机评价是在样品试制后才进行，若人机评价结果达不到要求 ，就需要进行重新设计 和样 品试 制 ，再进行人机评价，这样反复循环指导方能达到要求，这种评价方式既浪费时间又耗费资源。而图 5基于人机工程的虚拟产品设计全过程采用协 同并行式，人机设计 、人机仿真和人机评价实现交互式。不需要样品试制的过程 ，而且和虚拟加工 、虚拟制造形成并行 ，大大 的节省 了时 间和资原，也加快 企业 新产品的开发进程。

2.3形态组构法

有研究表明，“看”是人类五种感觉中最为重要的感觉，因此，形态与色彩在设计中占据着尤为关键的地位。崭新符号的合理创造，依赖于深入观察理解生活与 自然 形态，及随后进行的创造性抽象思维活动。这里需要强调的是，通过对自然的学习、研究、分析，进一步升华创造出富有生命力的形态这一过程，必须遵循 科学 的研究方法与程序[5]。图2所示的电锤，其头部造型形成了电锤强劲的冲击力，而整体的外形设计不仅有传统电锤的风格，更有本款造型个性设计的明显特征；锤前端典型的电锤圆鼓造型构成了锤的共有特征，但也被赋予了更明确的时尚个性，线条形式随锤体轻微向外弯曲，以至前端产生运动感，海鱼般的外形与原有造型相比更是有着大胆的突破，但那正体现了电锤灵活的运动特征。在采用虚拟现实技术进行本产品的造型设计时，设计师借助于freeform系统，依照科学的方法从虚拟立体的观察和人机交互中不断进行深入分析研究，见图6，找出形态变化的一般 规律 ，使其在固有的限定条件下自如地进行联想、抽象与创造，把思维与创造力带入一个“美的自由王国”。

2.4设计管理法

虚拟制造技术论文篇10

文献标识码：A中图分类号：TH166文章编号：1009-2374（2016）05-0073-02

作者简介：伊纪斌（1994-），男，山东淄博人，山东理工大学国防教育学院学生，研究方向：机械设计

随着知识经济和工业制造的快速发展，现代化的市场要求产品生产厂商要以最快的速度、最优的品质、最短的研发时间、最低的成本消耗和最佳的服务来满足顾客的需求。传统设计一般是在图纸结合产品的特性和设计的具体要求进行的，在机械设计的过程中需要提前对设计中的设备装配的干扰因素的不确定进行考虑，但是产品在装配中的缺陷只有在产品开发的后期才能暴露出来或者在产品的试制阶段和装配中显现出来。如果设计的零件已经开始投入生产了，那么损失就更加严重了。产品的质量在传统的设计和制造方式上不能得到很好的保证，并且传统设计的工艺比较粗糙、开发的效率低、花费时间比较长、耗费的资金比较大。在变化速度快、持续性发展和不可预测性市场中难以适应。因此，企业的生产活动需要具备高度的柔性和快速的反应，与此同时信息技术的飞速发展保证了机械制造的先进性，信息化的使用对于现代机械工程设计十分重要。

1虚拟机械制造技术

以往传统的机械设计技术的设备条件比较差，设计技术性不强，传统的设计观念比较保守，设计的手段主要依靠的是粗略的计算和估算，主要是在较多的简化和静止化假设中完成机械工程的设计，传统设计具有较大的随意性，并且设计的关键过程还对设计者的经验和设计习惯具有很大的依赖性。设计的过程很难实现合理、高效和准确。但是在现代化虚拟设计的相关技术可以很好地实现设计经验依赖性强、设计过程静态性和设计理念随意性向现代化设计精确性、以数据知识工程和专家系统为保证的设计方式的发展，虚拟计算机技术需要对必要的信息进行检索、分析和收集。最终找出最优的设计方案和数值运算的方式，当然也会对CAD技术和人工智能技术、数据库技术等进行大量的应用。虚拟机械制造技术主要是在虚拟环境下对计算机的模型进行虚拟分析的一种计算机设计技术。该技术集成并综合应用了综合性的机械制造环境，主要包括了各种仿真、分析、应用等工具以及信息模型和控制工具等。虚拟制造需要经历的主要阶段有装配产品的概念设计、动态仿真、回收利用。依靠虚拟制造技术，机械设计人员不需要将所有的零件设备生产制造出来，可以通过对零件模型的建立，随后对零件进行虚拟装配，并对各零件部位之间的装配间隙进行干涉、对装配的状态实现检查，对零件设计中的错误及时发现，如果零件不符合设计要求，可以依靠计算机技术方便及时更改模型，最后形成新的零部件设计图和装配图，达到设计、装配和制造检验的协调。

2虚拟制造技术的关键

虚拟制造技术包含了许多方面，主要有设计技术的提出、产品制造过程的抽取、原模型的建立、集成基础结构、建模仿真等。下面就对虚拟制造技术中的关键技术进行详细的介绍：

2.1虚拟技术中的建模技术

虚拟指的是在系统中将现实制造系统映射到虚拟环境下，主要涉及了RMS的模型化、形式化、计算机化的抽象描述和表示。VMS建模的主要内容有生产模型建立、产品模型建立、工艺模型建立的信息化体系结构的建立。生产模型中有静态描述和动态描述两种。静态描述主要是关于对系统生产能力和生产特性。动态描述是在已经被得知的系统状态和需求的性质上对产品的整个过程进行全面的预测。在制造过程中我们将种种实体对象总的称之为产品模型。在产品的模型建立中需要对产品的明细、形状特征等方面进行描述。对于VMS而言，要实现产品实施过程的全部继承必须具备完整的产品模型。因此在虚拟制造中的产品模型不再是单一和静止的，它可以运用抽象的技术实现各种模型面貌的提取。工艺模型主要指的是在制造过程中对产品的工艺参数和关于产品功能的各种因素进行联系，最终实现对产品模型和生产模型之间相互作用的反映。

2.2虚拟制造技术中的仿真技术

仿真指的是通过计算机实现复杂现实系统的抽象化和简洁化最终形成的系统模型，并且在仿真的基础上对模型进行应用，最终得到相应的系统性性能分析。仿真主要以系统模型为主体的研究方法，它对实际的生产系统没有直接的干扰作用，并且仿真系统可以对计算机的计算能力进行应用，实现在短时间内完成在实际工作中需要很长时间的工作，有效缩短了生产决策的时间，最大化地避免了对人力、物力和资金的投入以及浪费。计算机技术还有很好的仿真修复功能，最大化地保证了方案的最优。仿真技术过程的主要步骤有系统研究、数据收集、系统模型建立、仿真算法的确定、仿真模型的计算、仿真模型的运行、结果的输出和分析。仿真在产品的制造过程主要被分为制造的仿真和加工的仿真。在系统产品的开发中主要涉及的是产品建模、设计交互行为仿真等。方便对设计结果的评价，及时进行反馈，降低产品设计中的错误。加工过程的仿真主要有切削、装配、检验及焊接、压力加工和铸造等。以上两种仿真过程是相对独立的，两者不能实现集成，而VM中应建立全面过程的统一仿真。

2.3虚拟制造中的虚拟现实技术

虚拟现实技术的目的是改善计算机的交互方式，提高计算机的可操作性，它是在对计算机图形系统和多种显示以及控制等接口设备的基础上，以交互的三维环境为人提供沉浸体验的技术。虚拟现实技术主要由图形系统和多种接口设备组成，使人在虚拟环境中感受到真实的沉浸感觉，交互性计算机系统是虚拟现实系统的基础。虚拟现实系统中有操作者、机器和人机接口。它帮助提升人和计算机间的和谐度，同时也是最有力的仿真工具。在VRS的作用下实现对真实世界的模拟。在用户交互输入以及输出修改虚拟环境的条件下，使人达到身临其境的沉浸感觉。VM的关键技术之一就是虚拟现实技术。

3机械虚拟样机技术介绍

虚拟样机技术在机械工程设计中被称作机械系统动态仿真技术，它是20世纪80年代在计算机技术的快速发展中发展起来的一种计算机辅助技术。在计算机建立样机模型后，对模型的多种动态性能进行具体的分析，最后对样机方案实现改进。用数字化模型代替物理性的样机。通过虚拟样机技术的作用，简化了机械产品的设计开发过程，有效缩短产品开发的时间，最大程度降低产品的开发成本和费用，实现产品质量和系统性能的提升，使设计产品实现最优化和最具创新性。综合以上优势，该技术一经出现就受到了众多工业发达和高等院校及设计和生产企业的重视，许多著名的产品开发设计者都对该技术进行了引入并运用在自身产品的开发中，并且取得了极好的经济和生产效益。在机械工程设计

中应用仿真技术对零件进行设计、生产工序等方面的选用以及工艺参数、加工工艺、装配工艺等构件的运动性等均可以实现建模仿真。

4虚拟制造技术在机械工程中发挥的优势

4.1强大的通用性和分析处理复杂问题的能力

虚拟样机技术建立和发展的基础是分析力学和多体运动力学，该技术的关键是对复杂机械系统进行自动建模。因此，大多数的虚拟样机技术软件主要运用的是带约束乘子的微分代数混合方程。令每个构件都有六个自由度是它的核心，还要要求其对多余的自由度进行限制，实现其具有良好的通用性，达到适用性强的目的。与此同时，虚拟样机技术还对机械系统的详细环节进行考虑，具体指弹性、接触和摩擦等因素。

4.2为机械系统建模带来便利

传统的机械系统建模中要先建立运动分析，随后在运动分析的基础上进行动力分析，这中间需要许多的图形分析和公式推导。但是图形的分析和公式的推导过程往往比较复杂，并且错误率高。同样的建模过程中设计人员只需要将机械的构成方式和连接方法以及相应的物理参数实施输入，其后的建模和求解只需要计算来完成就可以了，极大地帮助设计人员承担了许多的设计难度。

4.3强大的后期处理能力

在传统的分析方法上通常得出的是大量的数据，数据的理解还要依靠丰富的经验和理论。但是运用虚拟样机计算软件为复杂性的数据提供了可视化技术，使得设计人员直观地看到机械设计的性能和运动效果。

5结语

虚拟制造技术实现了现代工程机械工程设计领域中的设计、试制等一系列过程的直观性。实现了在产品真正制造出来前，可以在虚拟的制造环境中生成产品的原型，更好地替代现实中的硬件产品，更方便地对设计产品的性能和可生产性进行评估，极大地缩短了产品的设计和生产周期，最大化地节约了产品开发的成本，保证产品的开发和设计可以适应市场的灵活性的变化。虚拟制造技术是现实技术和计算机仿真技术在机械制造中的综合应用。在现代化计算机虚拟设计技术的帮助下实现对众多产品的开发和设计，不仅不会造成实际物质的浪费，并且还能更直观地了解产品生产的具体情况，打开了机械制造和设计的全新局面。

参考文献

[1]李锐．虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J]．河南科技，2013，（13）．

[2]刘玲娣．浅谈虚拟制造技术在农机设计制造中的应用[J]．河北农机，2013，（2）．

[3]孙福臻，阎勤劳，单忠德，等．机械虚拟现实技术的应用与发展[J]．机械设计与制造，2010，（5）．

[4]郝虎．虚拟样机技术在采煤机械设计中的应用[J]．城市建设理论研究（电子版），2011，（25）．

虚拟制造技术论文篇11

随着计算机技术的飞速发展,涉及计算机图形技术、人机交互技术、人工智能、传感技术等领域的虚拟现实技术在近阶段同样高速发展。虚拟现实技术通过计算机模拟出一个三维的虚拟世界,为用户提供视觉、听觉、触觉等感官的模拟,令用户如同身临其境。由于虚拟现实技术所具有的突出特性,目前虚拟现实技术已广泛应用在军事、医疗、教育、文化、航天、水利、城市规划等方面,无形中改变着我们的工作、学习、生活的方式,因此也成为学者们当前关注和研究的热点。

工业旅游是伴随城市化和工业化高速发展而产生的,是融合知识、观光、休闲的一种旅游项目。工业旅游在满足大众好奇心的同时,也可以宣传企业文化、提升企业形象,随着工业旅游的深入发展,将来也可以成为企业新的经济增长点。工业旅游最早出现在西方,人们把倒闭、废弃的工矿企业重新进行改造,转变成为工业博物馆、景观公园、艺术表演场地、设计公司的办公场所等现代实用场所,逐渐发展成为工业遗产旅游。随着工业遗产旅游的发展,旅游开始进入生产经营中的工业企业,从而形成现在完整的工业旅游概念。我国在经历了几十年的工业高速发展后,工业企业逐步成熟,对于工业旅游的认识不断深入,近年来越来越多的工业企业开始加入到工业旅游中,并呈现出一种快速增长的趋势。

一、虚拟现实技术涉及了多种学科的技术,综合利用了多种先进技术装备,具有如下三个主要的特点

1. 沉浸性。指用户感觉完全置身于虚拟世界中,被虚拟世界所包围。由于虚拟现实技术提供的多感知性,用户不仅具有常见的视觉、听觉感知,还具有触觉感知、嗅觉感知、运动感知等。通过多感知性,使用户沉浸于虚拟世界中,由被动的观察者成为主动的参与者,参与虚拟世界的活动。

2. 交互性。在虚拟现实系统中,交互性的实现相比以往的人机交互方式有了巨大的改变,不再像以往那样完全依赖于键盘、鼠标,借助于虚拟现实系统殊的硬件设备,人与虚拟现实世界可以通过自然的方式进行交互,例如人的走动、头的转动、手的移动等等。

3. 想象性。虚拟现实技术不仅可以虚拟构建真实存在的环境,还可以构建人们的想象空间,从而去体现设计者的思想,实现一定的目标。虚拟现实技术为人类认识世界提供了一种全新的方法和手段,为人类去探索和研究已知以及未知的问题提供了新的方法及思路。

充分利用虚拟现实技术所具有的鲜明特点,在工业旅游中发挥虚拟现实技术的优势,从而完善、促进工业旅游。

二、增强工业旅游中知识的传播与普及

在工业旅游过程中,工业企业或多或少都会对工业企业的制造流程、制造工艺进行一定的介绍,但是由于制造流程、制造工艺涉及的知识专业性、理论性较强,有些很难通过讲解员的讲解完全说明,并且很多机器设备内部结构也是无法直接观察到的,因此目前的讲解方式还不能十分有效的进行知识传播。但是通过虚拟现实技术,就可以完全解决这些问题,通过对厂房、机器设备的虚拟构建,在计算机的虚拟平台上就可以构建任何我们需要的部件,不仅可以渲染动画进行工作原理、工作流程的介绍,还可以提供计算机终端设备供参观者模拟操作,从而极大提高知识的普及和传播。

三、增强工业旅游中的冲击力、感染力

由于虚拟现实技术是以计算机平台为基础的,因此通过虚拟现实技术生成的虚拟环境、虚拟模型都可以利用计算机的图形技术进行画面的优化,从而为参观者呈现出精美绚丽的画面。在拥有了优质画面的前提下,充分发挥计算机多媒体技术的优势,声觉、触觉等设备营造出完整地虚拟现实环境将给予参观者多感官的刺激,带给参观者强劲的冲击力、感染力。

四、增强工业旅游过程中的安全性

在工业企业中,总是有些区域是具有一定危险性的。在参观过程中,由于人员数量多,人员的组成结构复杂,增加了工业企业管理上的难度。而利用虚拟现实技术,可以在实地参观中避开潜在危险区,通过在虚拟厂区系统中模拟游览来替代实地参观,从而彻底避免危险情况的发生,增强工业旅游的安全性。

五、增强工业旅游企业的宣传方式

通过虚拟现实技术完成了虚拟厂区的整个系统之后,可以利用系统在多种途径进行知识传播和企业宣传。例如:在多媒体放映厅进行大屏幕播放、装载在单机上供使用者单机操作、还可以通过互联网使普通民众在网络上进行浏览操作、通过系统导出数据刻录在光盘等媒介后,用户可以在个人电脑上进行浏览。总而言之,虚拟现实技术可以极大丰富工业企业现有的宣传方式。

六、增强工业旅游企业的规划管理能力

通过扩展系统功能,可以为工业企业提供一个全三维可视化的规划管理系统平台,在管理系统中工业企业可以对厂区的改建、扩建规划方案进行可视化的评估论证,为规划方案的修改完善提供有力的支持。同时对于厂区中的地下管线等隐蔽设备,通过系统可以进行可视化的管理,从而极大提高地下管线等隐蔽设备的管理、维护水平。

本文从虚拟现实技术入手,对虚拟现实技术在工业旅游方面的应用进行了阐述,结合虚拟现实的技术特点对它在工业旅游应用中的优势进行了初步的介绍,对于虚拟现实技术在工业旅游中更深入的应用,有待于以后的研究。随着工业旅游的不断发展,虚拟现实技术的进步,虚拟现实技术与工业旅游的结合必将更加紧密,推动工业旅游更加蓬勃的发展。

参考文献:

[1] 张 洁 李同升:我国工业旅游发展的现状与趋势[J].西北大学报(自然科学版),2007年6月,第37卷第3期.

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[3] 黄心渊:虚拟现实技术及应用[M].北京:北京科学出版社,1999.

[4] 方 丽:虚拟校园的研究与实现[M].西安科技大学,硕士学位论文,2007.4.

虚拟制造技术论文篇12

1．虚拟设计在新产品开发中的特征

由于当今市场竞争日益激烈与科学技术进步的加快，使得产品开发的技术含量与复杂程度日益增加，同时也由于产品的生命周期不断地缩短，因此，缩短新产品开发的周期、提高新产品开发的技术水平、降低新产品开发的成本，并保证上市后产品的上市周期，是当前新产品开发着重要解决的问题。

虚拟设计（VirtualDesign）属于多学科交叉技术，涉及众多的学科和专业技术知识，它是随着科学技术的发展，特别是计算机辅助CAX技术的发展，开始广泛地应用于企业的生产与制造之中。由于虚拟设计技术在新产品开发过程中的应用，使产品设计实现更自然的人机交互，采用并行设计工作模式，系统考虑各种因素，使相关的人员之间相互理解、相互支持，把握了新产品开发周期的全过程，提高了产品设计的一次性成功。从而缩短产品开发周期，降低生产成本，提高了产品质量，给企业带来了更多的商机。

2．虚拟设计在新产品开发中的应用

2．1虚拟产品设计

近几年来，CAID技术为企业在新产品开发过程中提供了有力的支持，但目前在虚拟产品设计中多使用软件组合来完成产品设计过程。例如复杂曲面的产品造型，多采用Rhino和Pro/Engineer等软件的组合使用来完成虚拟产品设计模型，其实质并没有把设计人员从二维鼠标与键盘上解放出来，设计人员也并没有真正参与到虚拟产品设计中来，在某种角度上限制了设计人员的积极性与创造性的发挥。

随着虚拟现实（VirtualReality）技术与多媒体技术的发展，虚拟现实技术与多媒体技术有机结合在新产品开发过程中的使用，以及科技人员在不断提高的计算机操作的人机界面综合技术，改善了虚拟产品设计中人与计算机的交互方式。目前，所采用的将虚拟现实技术引入CAD环境，这将便于模拟新产品开发中产品的某些性能，又便于设计人员对产品的修改。技术条件好的公司，在进行虚拟产品设计时，设计人员可以先利用现有的CAD系统建模，再转换到VR环境中，让设计人员或准客户来感知产品。设计人员也可以利用VR-CAD系统，直接在虚拟环境中进行设计与修改。例如在对汽车的设计时，设计人员在具有全交互性的设计环境中，利用头盔显示器、具有触觉反馈功能的数据手套、操纵杆、三维位置跟踪器等装置，将视觉、听觉、触觉与虚拟概念产品模型相连，不仅可以进行虚拟的合作，产生一种身临其境的感觉，而且还可以实时地对整个虚拟产品（VirtualProduct）设计过程进行检查、评估，实地解决设计中的决策问题，使设计思想得到综合。在交互性的虚拟环境快速成型设备上，设计人员对虚拟产品设计模型的直接设计，提高了设计人员积极性与创造性的发挥。

有的企业在新产品开发设计时，还建立了物理试验模型PMU（PhysicalMock-up），如油泥模型（ClayModeling）等已逐步被计算机和仿真代替，在此基础上进行产品设计建模和仿真设计，以达到改进产品方案设计的目的。虚拟产品也就是最初的数字试验模型DMU（DigitalMock-up），虚拟产品设计初级阶段的虚拟油泥建模（VirtualClayModeling），可以适应创造性设计过程所提出的直观要求，设计人员可以在虚拟环境空间中，利用轨迹跟踪系统可以削掉和涂抹虚拟的油泥材料。所设计的产品可得到精确的描述，物理模型能通过快速原型方法被迅速的制作出来。例如：美国波音公司777飞机的虚拟原形机，就利用虚拟产品设计对该产品进行全数字化三维描述，实现了产品设计的虚拟油泥模型和无纸工程等，这个模型可为产品开发不同的阶段和设计原则提供参考。同时，虚拟产品设计在造船等其他新产品开发方面也得到了成功的应用。

另外，虚拟产品设计与其它设计过程进行数字连接，可实现新产品开发过程的集成，使并行工程(ConcurrentEngineering)得到充分体现与实施。从而缩短开发时间，降低开发成本，发挥设计人员的创造性潜能。

2．2虚拟装配设计（VirtualAssemblyDesign）

虚拟装配设计（VirtualAssemblyDesign）是虚拟设计在新产品开发方面具有较大影响力的一个领域。虚拟装配（VirtualAssembly）采用计算机仿真与虚拟现实技术，通过仿真模型在计算机上进行仿真装配，实现产品的工艺规划、加工制造、装配和调试，它是实际装配的过程在计算机上的本质体现。目前，就其技术而言，已经成熟，虽尚没有商用虚拟装配系统，也尚未充分地应用于新产品开发的分析和评价，但这项技术在新产品开发中已得到肯定，并具有很重要的意义。

过去传统的产品开发，常需要花费大量的时间、人力、物力来制作实物模型进行各种装配实验研究，力求在产品的可行性、实用性和产品性能等方面进行各种测试分析。现代设计要求设计人员在虚拟产品开发早期就应考虑装配问题，在进行虚拟装配的同时创建产品、分析装配精度，及时优化设计方案。

虚拟装配的第一步是在CAD系统创建虚拟产品模型，然后进入并利用虚拟装配设计环境（VirtualAssemblyDesignEnvironment）系统，产品开发人员在VADE系统中开展工作，借助虚拟装配设计环境系统，设计人员可以在虚拟环境中使用各种装配工具对设计的机构进行装配检验，帮助设计人员及时发现设计中的装配缺陷，全面掌握在虚拟制造中的装配过程，尽可能早地发现在新产品开发过程中的设计、生产和装配工艺等问题。利用这个虚拟环境，评价产品的公差、选择零部件的装配顺序、确定装拆工艺，可将结果进行可视化处理。

实验表明，虚拟装配设计的完善将有效缩短新产品开发的周期，减轻设计返工的负担，加快了引入高级设计方法和技术的速度，提高新产品开发的质量与可靠性，同时也降低新产品开发的成本。

2．3虚拟人机工程学设计

虚拟人机工程学设计是借助虚拟样机（Virtualprototype）系统，也有人称其为虚拟人机工程学环境，将它引入虚拟人机工程学评价系统，设计人员可以精确研究产品的人机工程学参数，并且在必要时可以修改虚拟部件的位置，重新设计整个产品的构造。另外，它还允许不同技术背景的人直接与设计的产品进行交互及评价产品的性能，有助于满足不同用户的特殊要求。

英国航空实验室研究人员研制了一个虚拟人机工程学评价系统。通过这个系统设计人员可以精确研究轿车内部的人机工程学参数，适时修改轿车虚拟部件的位置，对整个轿车的内部构造重新设计。这项技术为新产品开发在产品的人机工程学研究方面提供了新的方法，可以不断地利用该系统来验证假设，既减少开发费用，又缩短了制造模型的时间，同时又可以满足产品多样化的要求。

2．4虚拟设计在新产品开发中应用前景

随着多媒体技术软硬件飞速发展，特别是虚拟现实技术与多媒体技术有机结合，加快了设计人员从键盘和鼠标上解脱下来的速度，使虚拟设计技术在新产品开发应用方面也得到提升。虽然目前仅是起步阶段，在通过多种传感器与多维的信息环境进行自然的交互方面，及实现全方位的认识方面还有待于进一步提高，但在新产品开发设计应用方面具有很大的潜力，而且应用前景广阔。应该深入开发研究，使虚拟设计技术更好地帮助设计人员在新产品开发中提升设计创新思维能力与产品设计水平。

3、虚拟设计在新产品开发中应用使科学与艺术更好地得到融合

虚拟设计技术与新产品的开发都是建立在科学技术进步的基础之上，都需要科学技术的支持。新产品开发以科学技术理论为基础，然而在新产品开发中的虚拟产品设计等问题上，虚拟现实技术又为设计人员提供了有艺术创造性思维的空间，扩展了设计人员的艺术设计思维，使设计人员能够从理论认识到感性认识对产品进行设计、分析和评价。使设计人员在精神世界的存在中获得心灵自由，让设计更趋人性化、艺术化。

虚拟设计在新产品开发中的应用，使科学的思维方式和艺术的思维方式悄悄地相互侵入和占有着。科学的发明和创造溶入了艺术的想象和品格，艺术的创造和对产品形态美的探索又渗入科学的理论和品质，虚拟设计在新产品开发中的应用是科学与艺术的融合。

4、结束语

虚拟设计技术为新产品开发提供了数字设计平台，使新产品开发的周期减少、费用降低，提高了新开发的产品质量。但是如何更有效地利用虚拟设计技术为新产品开发服务，还有待于我们在实际的设计中进行探索。

参考文献：

[1]柳冠中.科学×艺术的时代,

卢新华.科学与艺术——互溶的两个世界,

中央工艺美术学院艺术设计论集北京工艺美术出版社,1996.10