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三维虚拟仿真技术的发展前景及其应用

   三维动画与系统仿真的区别

提到三维的虚拟仿真技术，人们可能会想到阿凡达等3D大片，其实在制造业，虚拟仿真技术已经生根开花。尤其是对于未来的智能工厂而言，虚拟仿真技术将成为企业优化生产流程的利器。未来企业通过构建三维数字化的工厂，能够对公司的整体的设计、制造链条进行可视化，精细化管理，彻底打开制造过程管理的“黑箱”。

【虚拟装配技术】

(一)什么是虚拟装配技术

虚拟装配是近十几年兴起的虚拟制造技术研究的重要方向之一，它从产品装配的视角出发，以提高全生命周期的产品及其相关过程设计的质量为目标，综合利用计算机辅助设计技术、虚拟现实技术、计算机建模与仿真技术、信息技术等，建立一个具有较强真实感的虚拟环境，设计者可在虚拟环境中交互式地进行产品设计、装配操作和规划、检验和评价产品的装配性能，并制定合理的装配方案。

虚拟装配技术已成为数字化制造技术在制造业中研究和应用的典范，针对复杂产品利用该技术可优化产品设计，避免或减少物理模型的制作，缩短开发周期，降低成本，从而实现产品的并行开发，提高装配质量和效率，改善产品的售后服务。虚拟装配在航空航天、汽车、船舶、工程机械等领域的复杂产品设计及其装配工艺规划具有重要的意义，受到国内外的普遍关注。

(二)虚拟装配分类

按照国内外研究目的和实现功能的不同，虚拟装配的研究大体上围绕产品的设计、装配工艺的规划、装配系统规划和装配性能分析4 个方面进行。因此，虚拟装配可分为以产品设计为中心的虚拟装配、以工艺规划为中心的虚拟装配、以制造系统规划为中心的虚拟装配和以虚拟原型为中心的虚拟装配4 类。

1.以产品设计为中心的虚拟装配。

在产品设计过程中，虚拟装配技术主要用于2 个方面：一是基于虚拟装配的产品设计，二是基于虚拟装配的产品结构优化。

2.以工艺规划为中心的虚拟装配。

针对产品的装配工艺设计问题，基于产品信息模型和装配资源模型，借助计算机仿真技术进行产品的装配工艺设计，获得可行且较优的装配工艺方案。

3.以制造系统规划为中心的虚拟装配。

针对车间柔性装配制造系统的规划，基于产品的信息模型、装配工艺和装配资源模型，利用计算机仿真技术进行柔性装配制造系统的设计、仿真和分析，主要研究内容包括柔性装配系统建模、生产规模与生产周期分析、资源分配、装配车间布置、装配生产线平衡分析、自动化装配操作误差诊断与预测、装配单元装配操作控制及其仿真等，为柔性装配系统的设计与调整、协同操作与控制提供支持。

4.以虚拟原型为中心的虚拟装配。

虚拟原型是利用计算机建模和仿真系统在一定程度上对产品的外形、功能和性能进行模拟，以产生与物理样机具有可比性的效果来检验和评价产品特性。虚拟装配和虚拟原型技术的结合，可以有效地分析零件的设计公差及其加工与装配过程中的误差对产品装配性能的影响，为产品的精度分析、公差优化设计等提供可视化手段。

【应用案例】

2015年10月15日，中国商飞公司科技委虚拟仿真专业委员会正式揭牌成立。近年来，计算机技术、新一代信息技术和显示技术发展迅猛，在欧洲工业4.0、美国工业互联网和中国制造2025等时代大背景下，虚拟仿真技术在大型装备制造业中的应用，面临重大发展机遇。作为民机全生命周期的重要技术支持手段，虚拟仿真对于减少物理建模和实验，尽早发现问题，减少返工，具有重要现实意义。公司成立虚拟仿真专业委员会将进一步统筹规划虚拟仿真专业方向、条件能力建设、人才和项目等资源，使虚拟仿真技术更好地服务于公司的发展战略与核心业务。

深圳华为集团度身打造了一套虚拟数字化管理配置系统，通过虚拟仿真软硬件结合以及计算机网络技术，帮助华为集团对大规模设备执行可视化管理和快速配置。将原本难以整体把控的诸多设备通过仿真软件、虚拟环境等技术合理、有序整合，在企业技术人员、管理人员及决策者之间搭建一个沟通的平台，有效地提升了企业的核心竞争力。