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虚拟现实技术助力工业产品制造升级

在“工业4.0”“中国制造2025”、智能工厂、智能制造、智能物流等时代背景下,对于当今制造领域的生产厂家而言,为了提高生产效率和降低制造成本,他们亟需将概念化的新兴技术转化为实际产品。这些新兴技术中虚拟现实技术应用,可提升工业产品数字化与信息化制造,助力工业产品制造升级。


关于虚拟现实技术的来源可以向后追踪到“最终显示”中,虚拟现实技术可以使其应用者通过计算机屏幕进入到三维(3D)的沉浸世界中,这些虚拟的东西犹如实物一样,应用人员可以随意观察、拖动及分析。虚拟现实技术实际是通过假设构造的初始概念,是将人大脑想象出来的东西通过计算机图形表示出来。该技术也是一种新型的获取技术知识的渠道,也是以前未曾敢于想象的一种思想概念。随着计算机科学技术的不断发展,虚拟现实技术会在许多领域贡献更大作用。

虚拟制造技术(VM)是一种将虚拟现实技术应用于制造业中的生产技术,早在1995年,马里兰大学的研究者已将该技术介绍到了虚拟制造技术中。虚拟制造技术就是计算机系统可以帮助制造系统获取到真实的生产环境下的结构、位置以及其相关特点,虚拟制造技术为在“计算机中生产”提供了可能。也就是说虚拟制造技术会提供一个非常强大的模拟仿真环境,使得所有产品包括关联在一起的制造工艺在内的制造和装配工序,都可以在计算机内进行模拟。


虚拟现实技术在制造业中的应用

制造业会为一个在国家工业化进程中提供非常大的动力,然而,当今的制造业越来越难以满足顾客的需求,并且越来越失去竞争力了。随着虚拟现实技术近十年的发展,已经大大的促进了该技术在如产品设计,造型,车间管理,过程模拟,生产计划,培训,测试和验证等工程领域的发展。由于虚拟现实技术可以在实际投入生产制造之前,有效地解决所遇到的问题,从而可以避免重大错误,使得该技术在制造应用中有着很大的潜力。虚拟现实不仅在三维空间里为人们提供了一个可视环境,而且还在定性和定量上为人们做出改进性决定提供了依据。下面这不分着重讨论虚拟现实技术在制造业中的应用,使产品的规划、设计、制造、装配、检验等均在计算机虚拟环境中进行。

设计


虚拟现实在设计新产品时会成为一个非常重要的依据,该技术已经被申请应用于两个不同的专利设计里,虚拟现实技术也为设计者在进行新产品的概念设计阶段提供了一个虚拟的设计环境,设计人员在虚拟环境下可以构造出一个产品的3D“素描”图。在这种情况下,例如铰接、装配等机械结构的功能特性,就可以用来评估概念设计的可行性,也可以根据实际的需求进行相关的修改,一旦设计人员满意他们的设计,那么他将会被用于进行相关的修改。在产品开发过程,原型制作是一个非常必要的步骤。产品模型可以体现产品的一些特征,根据产品模型可以对产品进行调研、评估和改进。虚拟样本可以证明进行物理方案设计的可行性,可以进行工程分析,生产计划,支持管理决策,也可以从潜在的新产品客户得到一些反馈。虚拟环境的模型制作就包括这些。

制造工艺


 虚拟现实技术在制造工艺方面,评估零部件机械加工的可行性,以及对加工设备的选择。以产品模型和相关模拟为依据,帮助用户研究影响产品质量的因数,机械加工工时以及成本预算。

加工


加工技术还经常用于研究影响质量的因素,材料的加工、切除的时间进程以及工具盒工件之间的相对运动。位于巴斯的巴斯大学专门为了涂装而开发了包含有一个三轴数控铣床、一个五轴机器人在内的综合虚拟车床。用户可以在铣床上安装一个工件,选取制造一个工具,就可以直接的进行机械加工了,比如用以轴向进给或预设程序。

装配

虚拟装配是虚拟制造的重要组成部分,其定义是:利用计算机工具“协助”装配工程师在没有实际成品或程序支持的情况下进行模拟分析、预测和可视化模拟。在装配工作中虚拟机械加工技术常常用于核实机械装配工序,检查加工设备和工具的机械和物理性能,以虚拟模型和模拟为依据寻找影响产品质量的各种因素。虚拟现实技术可用于装配和拆装过程中。例如:一个工人能够装配一个部件和元件吗?以及该部件可以拆装开来用于后续的服务和维修当中吗?还有其他问题也需要解决:该部件是“复杂”还是“容易”拆装/装配?需要多长时间?在人类工程学中地位高低?有足够空间来存放工具吗?


已有的虚拟现实技术现有的虚拟现实技术已经被用于解决客户的实际问题,提高了赢利能力,减少了产品投入市场的时间,也提高了工作人员的安全性。如果这些虚拟现实技术能被有效地利用,将会改善产品设计,而优质的产品将会使客户们视客户们使用的更加满意放心。