虛擬制造技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用

邢萌 紀(jì)巧 王子龍 李波

摘 要：虛擬制造技術(shù)從本質(zhì)上講就是使用計(jì)算機(jī)制造生產(chǎn)出看得見(jiàn)摸不著的“虛擬飛機(jī)”。通過(guò)了解可以發(fā)現(xiàn)，虛擬制造技術(shù)是一個(gè)綜合性高，學(xué)術(shù)理論跨度大的全能技術(shù)，它包含的領(lǐng)域包括仿真、數(shù)據(jù)信息、制造加工等。

關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù);飛機(jī)設(shè)計(jì);制造;應(yīng)用

前言

虛擬制造技術(shù)是近些年由美國(guó)首先提出的一種全新的概念。一些學(xué)者認(rèn)為虛擬制造技術(shù)和實(shí)際的生產(chǎn)制造一樣，有著完整的制造過(guò)程。但是虛擬制造技術(shù)的制造過(guò)程是在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行的，而且虛擬制造技術(shù)中的建模可以對(duì)實(shí)際制造有著預(yù)測(cè)功能，在實(shí)際制造之前預(yù)測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中存在的部分問(wèn)題。而有的學(xué)者認(rèn)為虛擬制造是一個(gè)綜合的制造環(huán)境，它可以將每一級(jí)的決策與控制進(jìn)行一體化的綜合。而美國(guó)空軍實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為虛擬制造技術(shù)是一種綜合應(yīng)用，它將建模和分析急速進(jìn)行了高度還原，增強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)生產(chǎn)制造的精準(zhǔn)和控制。

1虛擬制造技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

虛擬制造可以提供一個(gè)云辦公的環(huán)境。不同專業(yè)、不同領(lǐng)域甚至不同地域的工作人員在同一個(gè)模型中共同工作，極大的提高了工作的效率，通過(guò)計(jì)算機(jī)，很多想法和成果得到了共享，帶來(lái)了線下交流不能擁有的便捷，有更好的精力和時(shí)間進(jìn)行生產(chǎn)工作，整個(gè)飛機(jī)開(kāi)發(fā)到生產(chǎn)的速度和質(zhì)量得以提升。虛擬制造技術(shù)可以降低飛機(jī)的成本，飛機(jī)的研發(fā)和制造都需要付出很大的心血，而利用虛擬制造技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行飛機(jī)的研發(fā)制造，沒(méi)有實(shí)際的消耗和浪費(fèi)。首先，虛擬制造技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，建立正確的模型，在虛擬環(huán)境下對(duì)飛機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造、加工操作，若是出現(xiàn)問(wèn)題，只需要通過(guò)簡(jiǎn)單的編碼修改就可解決，不像傳統(tǒng)的生產(chǎn)線，出現(xiàn)問(wèn)題還要反復(fù)修理調(diào)試。其次，已開(kāi)發(fā)的飛機(jī)模型可以存放在計(jì)算機(jī)里，即節(jié)省了大量的倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存費(fèi)用，也方便客戶或市場(chǎng)產(chǎn)生變化時(shí)飛機(jī)更容易更改，并快速投入實(shí)際的生產(chǎn)。

2幾何建模

2.1線框建模

線框建模是用來(lái)描繪形體最基本的建模方法，主要使用各種線條如直線、圓弧、各種曲線等構(gòu)造成立體線框圖來(lái)描繪形體。線框建模是最基本、最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，線框建模是計(jì)算機(jī)中處理速度最快的，它立體的視圖可以通過(guò)投影技術(shù)得到實(shí)現(xiàn)。但是線框模型所描述的立體在計(jì)算機(jī)中只能體現(xiàn)出與線有關(guān)的信息，對(duì)形狀、特征以及規(guī)格等無(wú)法做出充分的表達(dá)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)線框建模求體積、重量、質(zhì)量等參數(shù)。

2.2表面建模

表面建模的建立依據(jù)是以線框模型的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，有些類似于點(diǎn)線面的機(jī)構(gòu)，構(gòu)造出各種面相關(guān)的數(shù)據(jù)，形成表面建模。在對(duì)模型的面進(jìn)行定義的時(shí)候，只要提供該面由哪些線框按照什么順序連接而構(gòu)成的基本信息和形狀信息。表面建模與線框建模相比只是增加了面的定義中的部分?jǐn)?shù)據(jù)量，通過(guò)對(duì)表面建模數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息資源進(jìn)行處理，可以繪制出相應(yīng)的剖面圖、計(jì)算不同的面相交產(chǎn)生的線以及消除隱藏的線等功能。

2.3實(shí)體建模

實(shí)體建模是比較復(fù)雜的，它是建立在表面建模數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加實(shí)體在這些面的信息構(gòu)造而成的。實(shí)體建模主要通過(guò)CSG（體素構(gòu)造法）和B-rep（邊界表示法）這兩種方法表達(dá)的。為了讓幾何建模有著統(tǒng)一的表達(dá)，研發(fā)人員還開(kāi)發(fā)出了NURBS（非均勻有理B樣條）算法。在幾何建模中，這種計(jì)算方法發(fā)揮著及其重要的作用，有著不可忽視的意義。體素構(gòu)造法是使用簡(jiǎn)單的幾個(gè)模型模擬復(fù)雜的實(shí)體做構(gòu)造的造型方法。通俗的講就是通過(guò)系統(tǒng)的定義，將幾何體的模型諸如立方體、球體、不規(guī)則物體等進(jìn)行運(yùn)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果制造出實(shí)體的造型，創(chuàng)造出實(shí)際生產(chǎn)中需要的形體。

3虛擬技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)制造中的具體應(yīng)用

3.1設(shè)計(jì)方法的完善與優(yōu)化

過(guò)去的工業(yè)設(shè)計(jì)師在進(jìn)行工業(yè)飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，大多都是采用的最直接的繪圖方法，把自己的設(shè)計(jì)方案盡可能的復(fù)制在圖紙上面。但是這種方法做出來(lái)的設(shè)計(jì)圖紙?zhí)^(guò)于平面，立體感較差，也更加考驗(yàn)設(shè)計(jì)師的想象能力，不僅容易浪費(fèi)時(shí)間，更容易浪費(fèi)設(shè)計(jì)師的精力，很有可能達(dá)到事倍功半的效果。要想讓設(shè)計(jì)師自己的設(shè)計(jì)能力得到更好地展現(xiàn)，可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，設(shè)計(jì)出來(lái)的方案就不再是平面的圖紙，并且可以放在三維空間里面，這樣就可以更直觀、更完整地展現(xiàn)出自己的設(shè)計(jì)方案，而且后續(xù)在進(jìn)行工業(yè)創(chuàng)作的時(shí)候也可以讓技術(shù)人員變得更容易理解，施工也會(huì)變得更加容易，也提高了飛機(jī)生產(chǎn)效率。生產(chǎn)效率獲得了提高，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)也會(huì)得到很好的發(fā)展，從而也能推動(dòng)我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

3.2對(duì)用戶需求進(jìn)行精準(zhǔn)分析

只有充分的了解自己的用戶需求之后，才更容易設(shè)計(jì)出用戶自己喜歡的、比較滿意的方案。但是，如何充分并且準(zhǔn)確的了解自己用戶的需求，這個(gè)問(wèn)題必須要好好探討一下。其實(shí)現(xiàn)在市場(chǎng)上有很多飛機(jī)前期在進(jìn)行銷售的時(shí)候，都沒(méi)有實(shí)物可以展現(xiàn)給用戶，但有了虛擬技術(shù)，就能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)行虛擬環(huán)境設(shè)計(jì)，通過(guò)虛擬技術(shù)展現(xiàn)飛機(jī)，不僅可以節(jié)省生產(chǎn)成本，還可以根據(jù)自己客戶的需求和想法愛(ài)好對(duì)飛機(jī)進(jìn)行更新。同時(shí)，還可以通過(guò)大數(shù)據(jù)了解各種用戶各自喜歡什么樣的風(fēng)格和所不能接受的東西，并對(duì)此創(chuàng)作出更適應(yīng)市場(chǎng)的營(yíng)銷方案。

3.3虛擬制造當(dāng)中的虛擬技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)如今，虛擬技術(shù)的快速發(fā)展，讓虛擬制造中也出現(xiàn)了虛擬技術(shù)的身影。虛擬制造，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是把一個(gè)飛機(jī)從原材料加工、制作以及使用的整個(gè)過(guò)程都提前模擬出來(lái)，在模擬制造的過(guò)程中，把飛機(jī)制作過(guò)程中和使用過(guò)程中的可能出現(xiàn)的問(wèn)題都提前進(jìn)行分析，并且可以對(duì)此充分研究，減少產(chǎn)品在制造過(guò)程中出現(xiàn)失誤的可能性，這樣同時(shí)也減少了對(duì)原材料的浪費(fèi)和技術(shù)人員的工作強(qiáng)度。

結(jié)束語(yǔ)

建模技術(shù)是虛擬制造技術(shù)的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)建模的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，才能讓整個(gè)虛擬制造技術(shù)得到完整的運(yùn)行。虛擬制造技術(shù)對(duì)飛機(jī)制造業(yè)而言是全新的革命，它打破了傳統(tǒng)制造業(yè)靠經(jīng)驗(yàn)累積、摸索前進(jìn)的模式，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬生產(chǎn)制造，將損耗與成本降到最低，達(dá)到了利益最大化，讓企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)主導(dǎo)型的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李銳.虛擬制造技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用[J].河南科技，2013，（13）.