虚拟制造技术在家具制造业中的应用与研究

...v.虚拟制造技术在家具制造业中的应用与研究当今家具制造业正朝着精细化、自动化、柔性化、集成化、信息化和智能化的方向开展。将虚拟制造技术引入到家具制造业中可以减少设计过程中的错误，缩短开发周期，增强产品的竞争力。通过对虚拟制造技术在家具制造业中的研究，有利于中国的家具设计与制造和世界先进水平的接轨。1引言

为了适应快速变化的市场需求，企业必须以最快的上市速度T(time)、最优品质Q(quality)、最低本钱C(cost)和最正确效劳S(service)来满足不同顾客的需求。传统的制造技术渐渐地不能满足现代的制造模式，使得企业的开展面临着严峻的考验。随着计算机科学技术和信息网络技术的开展，20世纪90年代美国提出了一种新的制造概念和理论——虚拟制造VM(virtualmanufacturing)，到现在已经得到广泛的应用，虚拟制造技术已经在汽车、机床、飞机、工程机械以及军事等领域扮演着重要角色。它成功地将现代的设计手段和分析方法运用到相关的制造产业中，迎合了市场的运行模式。随着这个趋势，当今家具产业正朝着精细化、自动化、柔性化、集成化、信息化和智能化的方向开展。将虚拟制造技术引入到家具制造业中可以减少设计过程中的错误，缩短开发周期，增强产品的竞争力。通过对虚拟制造技术在家具制造业中的研究，有利于中国的家具设计与制造和世界先进水平的接轨。

2虚拟制造技术

近几年来计算机技术的广泛应用给人类社会的方方面面带来了巨大的变化。随着Pc平台技术的迅速开展，微机的运算能力有了大幅度的提高，普通PC平台上的软件包在很多方面已经到达以前图形工作站的功能，如三维实体造型技术、参数化计算机辅助设计、虚拟现实技术等。随着全球的网络化，CAD最终走虚拟设计与制造的道路，实现无图纸化，在设计、制造与装配之间实现没有误差的柔性化生产技术。

2．1虚拟制造技术的定义

虚拟制造技术(VMT：VirtualManufacturingtechnology)是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计算机上进展而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。它具有建模和仿真环境，使产品从生产过程、工艺方案、调度方案、后勤供给以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制造环境，在真实产品的制造活动之前，就能预测产品的功能以及制造系统状态，从而可以作出前瞻性的决策和优化实施方案。

为了更细致地了解VMT的含义，美国在一次专业会议上对3种类型的VMT作如下解释：(1)以设计为中心的VMT，这类VMT是将制造信息参加到产品设计和工艺设计中，并在计算机上进展数字化制造，仿真多种制造方案，评估各种生产情景，通过仿真制造来优化产品设计和工艺设计，以便作出正确决策。(2)以生产为中心的VMT，这类VMT是将仿真能力加到生产方案模型中，以便快捷化评价生产方案，检验工艺流程、资源需求状况以及生产效率，从而优化制造环境和生产供给方案。(3)以控制为中心的VMT，这类VMT是将仿真能力加到控制模型中，提供对实际生产过程的仿真环境，即将机器控制模型用于仿真，其目标是实际生产中的过程优化，改良制造系统。

2．2虚拟制造技术的开展状况

虚拟制造技术凭借其全新的制造体系和模式已成为现代制造技术与系统开展的必然趋势。它涉及的技术面很广，诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成根底构造的体系构造、制造特征数据集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。美国波音飞机公司的777新型客机机型设计，就是采用虚拟制造技术的典型范例。它在设计过程中，利用VMT和三维模型进展管道布线等复杂装配过程的模拟获得成功，开发周期从通常的8年减少到5年。

3虚拟制造技术在家具产业中的应用

我国的家具企业经过短短几十年的开展，目前已经在以高科技为依托在市场上找到了立足点。随着CAD，CAM技术的广泛应用，大大提高了家具的设计质量和速度，缩短了设计周期，加速了产品的更新换代，从而使家具设计与制造发生了根本性的变革，给家具制造业注入了新的血液，为家具制造业实现虚拟设计与制造奠定了物质根底，为新世纪家具制造业开展探索出了一条可持续之路。下面主要从虚拟制造技术主要应用在家具制造业中的虚拟设计、虚拟产品制造以及虚拟装配，来阐述虚拟制造技术在家具制造业的应用。

3．1虚拟设计在家具产业中的应用

作为面向21世纪的新技术，虚拟设计并不是生产实际产品，而是在计算机上实现产品的设计、开发和加工过程，即完成产品的数字化过程，根本上不消耗资源和能量，所以与传统的设计和制造相比拟，它具有高度集成、快速成型和分布合作等特征。

虚拟家具设计是在专业软件平台上建立家具的数据模型，采用虚拟现实技术和可视化技术对家具的数据模型进展数值计算。目前由国内一些高等院校和IT企业所开发的家具设计软件在板式家具的参数化设计功能上已较为成熟。例如，参数化计算机辅助设计PCAD(PammetricputerAidedDesign)。PCAD在家具设计中是指以AutoCAD为设计平台。通过LISP/VBA程序二次开发和指令输入使计算机自动完成特定形式家具模型构建的设计方法。参数化CAD系统(PCAD)的主要功能有：首先在设计初始阶段，设计师根据勾画的草图，通过程序语言表达设计思想，在给出必要的数据后，PCAD将根据尺寸大小和草图根本形状绘制出规整的图形。其次，在修改设计阶段，只需在对话框中改变参数或修改源程序中的约束关系式即可得到新的设计图。设计师便可对不同的设计方案进展比拟。最后，只需要定义一X原型图并提供图中设计变量的数据，PCAD系统就能生成一系列构造一样而尺寸不同的相似零部件族，这使得创立标准零部件和常用零部件库的工作变得十分容易。

3．2虚拟生产在家具产业中的应用

虚拟生产在家具产业中的应用主要是虚拟模具的制造。虚拟模具制造充分利用计算机提供的刀具、机床等信息，根据具体零件的加工特点，编制刀路文件，并对模具进展虚拟生产过程仿真。在虚拟模具制造过程中，需要解决的问题是模具的各个零部件的加工方法，机床、工艺参数的选用，以及加工过程中可能出现的加工缺陷等，能够得到的和传递的是上述问题的数据信息。

其中铣削仿真加工是目前应用最广泛的加工方法之一。其加工流程如图1所示。虚拟铣削加工将对铣削加工能够完成的各种工作，如铣削、外形铣削、挖槽、钻孔、曲面铣削等加工形式中的几何及物理因素的变化情况进展模拟与预测。

图1虚拟铣削加工流程

应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装的选用、工艺参数的选用，加工工艺性等均可建模仿真，提前发现加工缺陷等的问题，从而优化制造过程、提高加工效率。

3．3虚拟装配在家具产业中的应用

虚拟装配是在计算机上建立起如同真实样机的直观可视化的三维数学几何模型，即虚拟样机，然后在虚拟环境下对零件装配情况进展干预检查。对家具产品，尤其是对实木家具而言，产品零部件的装配，是家具产品虚拟设计的关键所在。针对家具产品的构造和设计特点，为此提出基于约束的家具产品设计思想，如图2所示。

图2基于蓉配约束的家具产品CAD设计思想

虚拟装配不仅可以建立虚拟的真实产品模型，同时也可解决产品装配后的零件间静态干预的问题，装配图的爆炸图表示和模拟视窗功能。基于装配约束的产品设计，确保在设计群体中每个成员的设计从产品设计开场，就被有效地控制在最终产品可装配范围内，从而减少了设计过程中的重复现象，缩短了产品的开发周期。

4完毕语

虚拟制造将是下一代生产制造的—个趋势。我国虚拟制造技术在家具制造业中的应用还刚刚起步，系统全面的研究尚未展开，目前仍停留在国外的理论消化与国内环境结合上。开展我国在家具产业里的虚拟制造技术应该以企业的需求为动力，通过政府的政策和方案的协调，继续深人开展成组技术、准时化生产技术及并行工程的研究与应用，并利用工业工程思想和分布式网络化研究中心，组织各地区的科研力量集中突破与虚拟制造技术密切相关的如远程通讯、网络、数据库技术等，为虚拟制造功能的实现提供有力支撑。而且还应当吸收国外的