虛擬制造技術論文范文

前言：我們精心挑選了數篇優質虛擬制造技術論文文章，供您閱讀參考。期待這些文章能為您帶來啟發，助您在寫作的道路上更上一層樓。

第1篇

為了便于學生更好地認識和理解虛擬制造技術，課程教學中必須結合實踐教學。因此結合學校的成形磨齒機床進行教學，向學生講解磨齒機的工作性能和用途，齒輪的磨削加工方法，以及成形磨齒法和展成磨齒法的區別，大大加深了學生對該門課程內容的理解。在實踐教學中，讓學生根據設計任務書自己操作成形磨齒實驗臺，對齒輪進行磨削加工，學生能直觀地觀察到整個過程，加工過程中出現的任何問題，都能便利地隨時進行觀察檢測，從現場的上課情況看出，這個過程加深了學生對生產過程和制造系統的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好地指導實際生產。使學生對磨齒機的相關知識有一定的了解，對學生以后的專業課學習以及金工實習打下堅實的基礎。

在課程中，應用虛擬制造技術用軟件進行高階復雜修形齒面計算、砂輪截形優化、三維磨削過程可視化、基于KBE技術的齒輪工藝參數智能化管理等技術難題，并在齒輪動態性能預測及噪聲控制軟件部分實現技術突破，軟件可實現齒輪噪音對比預測，并能優化齒輪參數，從而達到降低齒輪運行時振動噪聲的目的，此技術大大縮短了齒輪加工工藝調整周期，并具有較好的可視化功能，得到了用戶一致青睞。通過此教學過程，拓寬了學生的視野，學習到了更多的虛擬制造技術的知識。

為了改善傳統的教學方法，我們在課程中采用了啟發式教學、互動式教學。啟發式教學就是通過在教材的重點、難點、疑點處創設一種問題情境，以引起學生的興趣和注意，并作適當啟發，培養學生的創新思維，鼓勵學生主動地、獨立地分析問題和解決問題。在成形磨齒實踐教學中，通過學生學過的知識進行引導，比如從學習過的車床、銑床等切入，進行類比講解，使沒有接觸過磨齒機的學生對此有一定的了解，介紹磨齒機發展史中的一些實例，讓學生了解到相關知識背景，啟發學生的興趣，激發了學生的求知欲。在互動式教學中，老師提出問題，然后把班級同學分成幾組，先由小組進行討論和查閱資料，然后再進行匯報，這樣可以開闊學生的思路，有助于學生自己解決問題，學生能更多參與課堂教學中，有利于學生潛能的開發，綜合素質的提高和創新能力的培養。

2總結

第2篇

[關鍵詞]信息化；虛擬制造；虛擬企業

為把我國建成不僅是新的世界制造中心，而且是廣泛應用先進技術的制造強國，國家對制造企業提出了宏偉目標，即要求國內骨干企業盡快著手信息化工作，2010年到2015年大中型企業要達到國際先進的信息化制造水平。實際上，信息化不僅是政策的約束，更是市場的驅使，隨著市場經濟全球化的進程，信息化制造將成為現代制造企業追求的重要目標之一。

一、信息化制造與虛擬技術

什么才是信息化制造？信息化制造是以虛擬制造和大規模定制生產為標準的，只有基本上實現了從產品設計、開發、生產制造和流通以至產品全生命周期的信息化，才算真正完成信息化工作，在此基礎上的先進制造模式和信息化內容才能叫做信息化制造。

隨著計算機、自動化及網絡技術在制造系統中的應用，信息技術對制造技術發展的作用目前已占到第一位。產品制造過程中的信息投入，己成為決定產品成本的主要因素。信息技術使現代制造的技術含量提高，使傳統制造技術發生質的變化。信息技術也促進著設計技術的現代化，加工制造的精密化、快速化，自動化技術的柔性化、智能化，整個制造過程的網絡化、全球化。

制造業要在競爭激烈的全球市場求得生存與發展，必須能夠更好地滿足市場所提出的TQCS要求，即要以最短的產品開發周期(Time)、最優質的產品質量（Quality）、最低廉的制造成本（Cost）和最好的技術支持與售后服務（Service）來贏得市場與用戶。為了提高競爭能力，企業應當能夠對市場需求的變化做出快速敏捷的反應，并及時地對自身的生產做出合理的調整與重新規劃。面對不可預測、持續發展、快速多變的市場需求，企業的生產活動必須具有高度的柔性。計算機軟硬件技術及網絡技術的迅速發展為實現這一目標提供了強有力的支持。

基于這些因素，概念設計、并行工程、智能制造、敏捷制造等多種有關先進制造技術的新思想、新概念相繼誕生。虛擬制造（VirtualManufacture）就是其中之一，它代表了一種全新的制造體系和模式。在虛擬制造中，產品開發是基于數字化的虛擬產品開發VPD方式（VirtualProductDevelopment），以用戶的需求為第一驅動，并將用戶需求轉化為最終產品的各種功能特征。VPD保證了產品開發的效率和質量，提高了企業的快速響應和市場開拓能力。

虛擬技術在先進制造技術中的應用主要包括虛擬制造和虛擬企業兩個部分。

1．虛擬制造(VM)是在產品設計階段實時地、并行地模擬產品未來制造全過程及其對產品設計的影響，預測產品性能、產品的可制造性、產品的成本等，從而更有效地、柔性靈活地組織生產，并使新產品開發一次獲得成功，目的是盡量降低產品的成本，縮短產品的開發周期，提高產品的質量和壽命，快速有效地響應瞬息萬變的市場。

虛擬制造實際上是一種計算機科學技術，以信息技術、仿真技術、虛擬現實技術為支柱，在產品設計或制造系統的物理實現之前，就能使人體會到或感覺到未來產品的性能或者制造系統的狀態，從而可以做出前瞻性的決策與優化實施方案。從本質上講虛擬制造技術是對真實制造過程的動態模擬、仿真，是在計算機上制造數字化產品，經過模擬仿真對產品外形設計、布局設計、加工及裝配過程達到優化產品的設計及工藝過程、優化制造環境配置和生產供給計劃、優化制造過程并改進制造系統的目的，用來改善各個層次的決策和控制。虛擬制造從根本上改變了設計、試制、修改設計、規模生產的傳統制造模式。在產品真正制出之前，在虛擬制造環境中生成軟產品原型代替傳統的硬樣品進行試驗，對其性能和可制造性進行預測和評價，從而縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發成本，提高系統快速響應市場變化的能力。

2．虛擬企業是為了快速響應某一市場需求，將產品涉及到的不同企業臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機網絡聯系、統一協調的合作經濟實體。虛擬企業的特點是企業的功能上不完整、地域上分散和組織結構上非永久性，它是實現敏捷制造的有效手段。由于市場的全球化，企業必須不斷創新產品及優化制造過程，快速響應客戶要求，才能取得競爭上的優勢。同時，企業不可能也不必做每一件事、每一個部件和每一個制造過程，而必須尋找合適的合作伙伴。其最終目標是利用不同地區的現有生產資源，把它們迅速組合成一種沒有界限的、靠電子手段聯系的經營實體，以便快速推出高質量、低成本的新產品。

由于國內外市場競爭日益加劇，科學技術發展迅速，產品更新換代速度加快及人們對產品多樣化的需求增加，使得機械制造業向多品種小批量生產方式發展。因此，縮短產品開發周期成為決定制造業競爭力的首要因素。而虛擬制造技術被認為是加速新產品開發的有效手段，它能很好地解決制造業的TQCS難題，虛擬制造技術對制造業將是一次新的革命，它的廣泛應用意義是深遠的。

二、市場化與虛擬制造技術應用

制造業是我國國民經濟的支柱產業，它一方面創造價值，生產物質財富和新的知識，另一方面為國民經濟各個部門包括國防和科學技術的進步與發展提供先進的手段和裝備。在我國的經濟騰飛中，制造業功不可沒。但是，隨著計劃經濟體制向市場經濟體制轉變，我國制造企業的弊端日益顯露出來。

我國制造業目前存在的五大難題：

1．產品質量不穩定，水平低下，主要機械產品中達到當代世界先進水平的不到10%；

2．生產集中度低，分散、重復嚴重，缺乏協作；

3．科技基礎薄弱，自主研發創新能力差；

4．企業裝備陳舊，生產工藝落后，精密、高效、數控設備不足10%；

5．人才培養后繼乏力；加之企業基礎管理薄弱，缺乏現代生產管理意識，在市場經濟新形勢下顯得十分被動。

虛擬制造在工業發達國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應用。在這一領域，美國處于國際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發中已經大量應用虛擬制造技術，大大縮短了產品的時間；波音公司設計的777型大型客機是世界上首架以三維無紙化方式設計出的飛機，它的設計成功已經成為虛擬制造從理論研究轉向實用化的一個里程碑。

虛擬制造(VM)作為一種哲理、一種制造策略為制造業的發展指明了方向。它可以全面改進企業的組織管理工作，提高企業整體運作及全面最優決策的效能和市場競爭力。實施虛擬制造可以打破傳統的地域、時域的限制，通過Internet實現資源共享，變分散為集中，可實現異地設計、異地制造，從而使產品開發能以快速、優質、低耗響應市場變化。通過分析設計的可制造性，利用有效的工具和加工方法來支持生產，可以大大提高產品的質量和穩定性。企業不再需要投入大量的設備和儀器，從而避免了不必要的設備閑置，可充分利用其他企業的先進設備和儀器進行生產，能很好地解決一些中小企業資金短缺的難題。

但在實施虛擬制造技術過程中，雖然國家對制造業十分重視，但由于我國當前正處于體制改革過程中，多種機制并行，在資金使用時較難協調，國家也難以投入重金支持虛擬制造技術研究。應用人才短缺，企業的整體認識不統一，就是現有的科研成果都難以推廣應用，因此實現企業信息化制造任重而道遠，但這些并不能阻擋它的向前發展。

三、實施虛擬制造應采取的措施

1．高度重視和全面規劃。虛擬制造技術與其它的先進制造技術是相互關聯、彼此交叉的，其涉及面廣、技術難度大，研究及推廣應用需要投入大量人力、物力及資金，政府部門應從宏觀上加強對虛擬制造技術的指導，同時要使虛擬制造技術與各種先進制造技術相互銜接、協調發展。超級秘書網

2．加強人才培養和培訓工作。人是先進制造的主體，沒有高素質的人的參與，再好的技術也發揮不了應有的作用。因此，企業領導應有人本思維，采用人機一體的技術路線。企業在培養和引進高層次、高質量研究型、管理型和開發應用型人才的同時，大力普及CAD/CAM技術，及時推行精益生產、并行工程等思想和技術，全面提高企業員工的技術素質。企業與高校應探索人才的聯合培養新模式，不斷增強科技創新能力。

3．加強關鍵技術的研究、開發和應用。虛擬制造技術包括軟件技術和硬件技術，其中建模技術、計算機仿真技術和虛擬現實技術等是實施虛擬制造的關鍵技術。我國科研力量分散，建立分布式網絡化研究中心，以企業為主體，產學研相結合，重點投資與自身發展有關的關鍵技術的研究，進行研發和推廣是一條值得深入探索的道路。

4．從企業實際出發，分階段實施。企業要實現虛擬制造，應分階段逐步實行，要做好全面扎實的基礎工作，應加強CAD/CAPP/CAM/NC/FMC/CAE技術的研究和推廣應用，在全面實施并行工程的基礎上實施虛擬制造。

第3篇

關鍵詞：虛擬制造；表面組裝技術SMT；可視化仿真

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A DoI: 10.3969/j.issn.1003-6970.2012.03.025

The SMT Virtual Manufacturing Training System

PENG Zhi-cong1, LoNG Xu-ming2 Huang Ho2 Dan Mington2 Cui Xiaolu2

(1.Guangdong Electronic Academy, Guangzhou 510055, China; Southwest Jiatong University, Chengdu 610031, China)

【Abstract】 This paper discusses the advance SMT Virtual Manufacturing Training System. The SMT Manufacturing is visual simulated in a computer. the PCB design, the SMT technology, the editting of equipment soft and the visual simulation of SMT equipment are integrated by the system.

【Key words】Virtual Manufacturing; Surface Mounting Technology; Visualization Simulation

1 SMT虛擬制造

1.1 虛擬制造

虛擬制造（Virtual Manufacturing，VM）是實際制造在計算機上的本質實現，即采用計算機建模與仿真技術，在高性能計算機及高速網絡的支持下，在計算機上群組協同工作，通過三維模型及動畫或虛擬現實，實現產品的設計、工藝規劃、加工制造、性能分析、質量檢驗及企業各級過程的管理與控制等產品制造的本質過程，以增強制造過程各級的決策與控制能力。虛擬制造是對已有或未來的制造活動進行仿真，它基本上不消耗現實物質資源，所進行的過程是虛擬過程，所生產的產品也是虛擬的。

VM技術是一個龐大、復雜的新興學科領域，其中涉及到計算機軟件技術、動態數據庫技術、虛擬現實技術、工廠的建模與仿真技術、并行工程等領域，如圖1所示。從提出到現在的幾十年間，VM技術的研究取得了很多成果。在國外，VM單一目標技術和系統已經開始應用于幾十家頂級的汽車制造、航空、重工業和消費電子產品生產公司的某些部門，而且已經發揮了巨大的作用，表明了VM技術的潛力。

在國內，虛擬制造技術方面的研究只是剛剛起步，其研究也多數是在原先的CAD/CAE/CAM和仿真等基礎上進行的，目前主要集中在虛擬制造技術的理論研究和實施技術準備階段，系統地研究尚處于國外虛擬制造技術的消化和國內環境的結合上。清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室是國內最早開展虛擬制造研究的機構之一，主要進行了虛擬設計環境軟件、虛擬現實、虛擬機床、虛擬汽車訓練系統等方面的研究；浙江大學進行了分布式虛擬現實技術、VR工作臺、虛擬產品裝配等研究；西安交大和北航進行了遠程智能協同設計研究；西北工業大學進行了虛擬樣機的研究。國內在虛擬現實技術、建模技術、仿真技術、信息技術、應用網絡技術等單元技術方面的研究都很活躍，但研究的進展和研究的深度還屬于初期階段，與國際的研究水平尚有很大的差距。我國的研究多集中于高等院校和少量的研究所，企業和公司介入的較少。

圖1 虛擬制造

Fig.1 Virtual Manufacturing

1.2 SMT虛擬制造系統

在微電子組裝和制造業，元器件不斷的向微型化和密集化方向發展。表面貼裝技術（Surface Mounting Technology，SMT）是應用最為廣泛的新一代的電子組裝技術，它直接將元件無導線的貼裝在PCB基板上，取代了傳統的插孔元件安裝、導線連接。表面貼裝技術可以使元器件體積更小、安裝密度更大、提高可靠性和生產自動化程度。貼片元件的體積和重量只有傳統插裝元件的1/10左右，一般采用SMT之后，電子產品體積縮小40%～60%，重量減輕60%～80%。

在電子產品組裝生產的傳統模式中，設計一般是由設計工程師在計算機上利用多種計算機輔助設計工具來完成，生產制造則在各種數控設備(如貼裝機等)上完成。每一種產品在加工之前，制造工程師首先必須對數控設備編程并反復試驗，以確保操作規程的可行性和正確性，然后進行試生產，反復修改直到最后定型，再投入實際的批量生產。生產準備時間很長，投入資金很大。事實上，SMT生產線中數控設備編程所需的大多數數據完全可以從CAD系統的相關數據文件中獲取，例如元件在PCB上的坐標位置、角度、物理特征參數等。這些數據量很大，也比較零亂，有些特征數據是不同數控設備都需要的，如貼裝機、點膠機、在線測試設備均需要元件在PCB上的坐標位置，而實際中設計部門和制造部門卻很少相互了解需求，許多信息不能共享，在企業間往往形成了兩個“自動化孤島”。隨著市場競爭的加劇，產品交貨周期必須縮短，生產成本必須控制，因此迫切需要在這兩個“孤島”間建立聯系，虛擬制造被認為是其最好的解決方案。

2000年之后一部分高校開始在電子實踐教學中增加SMT教學內容，大部分專職院校設立SMT電子制造工程專業，但無實驗設備和條件，即使己購買SMT生產線的，也無資金或產品開動生產線。SMT虛擬制造系統中關健設備的虛擬樣機，便于教學，同時便于企業員工職業培訓。

SMT虛擬制造系統就是在計算機支持下，以仿真技術為前提，建立功能強大的虛擬制造環境，對PCB設計、組裝等生產過程進行統一建模。在PCB設計階段或組裝之前，就能實時、并行地模擬出其未來組裝全過程及對設計的影響，預測PCB組裝的性能、成本和可制造性，從而有助于更有效、更經濟靈活地組織生產，使工廠和車間的資源得到合理配置，使生產布局更合理、更有效，以達到開發周期和成本的最優化、生產效率的最高化之目的。

2 SMT虛擬制造系統設計

采用虛擬制造技術，開發出“先進電子SMT虛擬制造系統SMT-VM2011”，在電子SMT設計和制造“孤島”間建立聯系，將PCB設計、SMT生產線工藝設計、關健SMT設備編程、加工過程可視化仿真和可制造性評價系統集成，在計算機上以直觀、生動、精確的方式模擬出先進電子SMT制造技術。

2.1 系統設計

根據組裝對象不同，SMT有多種工藝流程，一般單面組裝的典型工藝流程為：上料涂布(上焊膏或點膠)貼片再流焊清洗測試下料。SMT生產線如圖2所示，主要由自動上板機、自動絲網印刷機或自動點膠機、自動貼片(裝)機、自動焊接爐、自動清洗機、在線測試機和AOI測試機、自動下板機等自動化組裝和測試設備組成。

圖2 SMT生產線

Fig.2 SMT Production Line

2.1.1系統組成

SMT虛擬制造系統組成如圖3所示，主界面如圖4所示，將兩個“孤島” ――SMT設計和制造集成, 主要包括:

圖3 SMT虛擬制造系統組成

Fig.3 SMT VM System

圖4 主界面

Fig.4 Main window

1）PCB設計虛擬制造系統

2）SMT生產線工藝流程設計

3）關健SMT設備虛擬編程，主要包括：絲網印刷機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰焊、AOI測試機。

4）關健SMT設備加工過程可視化仿真，主要包括：絲網印刷機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰焊、AOI測試機。

5）可制造性評價

（1）電子產品PCB設計與制造

根椐用戶設計的EDA（Protel、Mentor、OrCAD…）電路PCB文件，自動檢測出用戶設計的EDA電路的錯誤；

能3D可視化直觀顯示EDA設計的PCB板組裝后的情況（基板、器件、焊膏、焊點、膠點），如圖5所示；

圖5 PCB設計靜態仿真Fig.5 PCB Static simulation

模擬PCB標號Mark點示教和PCB貼片過程，并進行貼片程序順序優化；

根據所設計的PCB板的結構，設計SMT生產線工藝流程和參數，3D動畫顯示SMT生產線工藝流程；

在PCB設計和制造“孤島”間建立聯系，在最短時間內為EDA最優設計提供直觀依據，效率高， 成本低。

（2）電子SMT設計與制造

SMT關鍵設備包括：絲印機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰

2.1.2 系統主要技術功能

SMT-VM2011系統主要技術指標如表1所示，非常適合高校高職教學和企業培訓，不僅使用戶進一步掌握EDA電路設計技術，更使用戶掌握SMT組裝技術和各種世界著名公司SMT關鍵設備技術。SMT-VM2011性能優，功能強，交互性強，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統的一把烙鐵學電子的局面。焊，件機，AOI測試機，API測試機；

讀入EDA設計的PCB文件，進行國際市場上主流SMT機型的摸擬編程（Yamaha、Fuji、Seimens、Panasonic、MPM、DEK、GKG、Heller、EASA、ANDA、Aleader、VATA……）；

SMT關鍵設備靜態仿真，可縮放、旋轉、平移；

按照摸擬編程CAM程序，自動進行SMT關鍵設備工作過程3D模擬仿真；

可進行制造性分析，在3D仿真過程中對模擬編程的錯誤進行檢測；

在SMT關鍵設備編程設計和制造之間建立聯系，將SMT關鍵設備的貼片過程在計算機上以直觀、生動、精確的方式呈現出來，取代傳統的試機過程，縮短開發周期、降低成本、提高生產效率。

2.2 貼片機虛擬制造系統

貼片機虛擬制造編程系統的主界面如圖6所示，自動進行貼片機工作過程3D模擬仿真如圖7所示。貼片機軟件體系結構如圖8所示，包括：模擬編程模塊、貼片機3D仿真模塊、貼片程序優化模塊和貼裝數據庫模塊，系統先對貼片機機型進行模擬編程，讀入EDA設計文件，自動生成貼裝順序程序文件，并將數據輸入到貼裝數據庫中；再在VC++6.0環境下采用面向對象技術和OpenGL技術，按貼片機類型自動進行3D機構組裝3D仿真；最后設計生成最優化程序。

3 SMT教學培訓課程和實驗室建設

SMT教學培訓課程教學培訓大綱如表2所示。

（1）電子產品EDA設計的PCB虛擬制造實驗，學時20 h。

圖6 貼片機虛擬制造編程系統Fig.6 The placing VM system

圖7 貼片機工作過程3D模擬仿真Fig.7 The placing 3D simulation

目的：該實驗在電子設計和制造“孤島”間建立聯系，在最短時間內為EDA最優設計的數據修改提供直觀依據，以達到開發周期和成本的最優化、生產效率的最高化之目的。不僅使學生進一步掌握EDA電路設計技術，更使學生了解電子產品PCB電路板是如何制造出來的。

圖8 貼片機軟件體系結構

Fig.6 The frame of placing softwere

內容：根椐學生設計的EDA電路PCB板圖，能自動檢測出學生設計的EDA電路的錯誤，包括電路設計錯誤和可制造性錯誤，能3D可視化直觀顯示EDA設計的PCB板的布局和SMT組裝生產后的PCB情況；并且，模擬PCB板的SMT制造過程，設計SMT生產線工藝流程和參數，3D動畫顯示SMT生產線工藝流程。

（2）電子SMT制造生產線虛擬制造實驗，學時30小時。

目的：讓學生根據自己設計的EDA電路PCB板，設計SMT關鍵設備的CAM程序，并且自動3D動畫模擬所設計的CAM程序驅動的設備工作過程，能實時、并行地模擬出其未來組裝全過程及對設計的影響，預測PCB組裝的性能、成本和可制造性。使學生掌握SMT組裝技術和各種世界著名公司SMT關鍵設備技術。使學生了解和掌握現代先進電子大制造技術，徹底改變了傳統的一把烙鐵學電子的局面。

內容：首先讀入EDA設計的PCB文件，進行國際市場上主流機型的SMT關鍵設備的摸擬編程，SMT關鍵設備包括：絲印機、點膠機、貼片機、回流爐、波峰焊和AOI測試機；最后按照摸擬編程CAM程序，自動進行SMT關鍵設備機構工作過程3D模擬仿真，并可進行制造性分析。

（3）先進電子制造創新開發實驗，學時30小時。

目的：在“電子SMT虛擬制造系統SMT-VM2011” 平臺上，進行針對個性化實驗、SRTP（科研創新實驗）、國家創新實驗、電子競賽、本科生畢業設計、研究生畢業論文等的開發實驗。使學生了解和掌握國際現代電子制造的軟件、控制和電子等最先進技術。

內容：開發世界著名公司SMT關鍵設備CAM編程軟件和3D仿真軟件、世界著名公司IC關鍵設備CAM編程軟件和3D仿真軟件、軌道交通電氣自動化虛擬制造系統等。

4 結論

SMT-VM2011非常適合高校高職教學和企業培訓，不僅使用戶進一步掌握EDA電路設計技術，更使用戶掌握SMT組裝技術和各種世界著名公司SMT關鍵設備技術。SMTVM2012性能優，功能強，交互性強，操作性好，興趣性高，徹底改變了傳統的一把烙鐵學電子的局面。

參考文獻

[1] 龍緒明主編. 電子表面組裝技術-SMT[M]. 北京：電子工業出版社，2008.11.

[2] 袁鵬，胡躍明，吳祈生等. 基于視覺的高速高精度貼片機系統的程序實現[J].計算機集成制造系統，2004，10（12）.

[3] 龍緒明主編. 先進電子制造技術[M]. 機械工業出版社，2010.10.