任威振

【摘要】本論文通過分析虛擬制造技術的基本屬性，闡述了虛擬制造技術在軌道交通裝備制造業(yè)中的應用，最后以中車長春軌道客車股份有限公司為例，對虛擬制造技術的應用展開深入分析、論述。

【關鍵詞】虛擬制造技術；軌道交通裝備制造業(yè)；應用

一、虛擬制造技術的基本屬性

（一）虛擬制造技術概述

虛擬制造技術通常是基于計算機技術以及網(wǎng)絡技術，在計算機設備中構建研發(fā)環(huán)境，進而為產(chǎn)品的設計研發(fā)、生產(chǎn)制造以及后期檢測工作提供基礎。借助此種設計生產(chǎn)模式，能夠讓工作人員在虛擬環(huán)境中完成各種環(huán)節(jié)的研發(fā)以及檢測，能夠提高產(chǎn)品的研發(fā)效率，降低產(chǎn)品的研發(fā)成本，同時能夠加強對產(chǎn)品精確度以及準確性的控制力度。與實際生產(chǎn)研發(fā)過程不同，虛擬制造技術更加側重于對產(chǎn)品模型的模式研發(fā)，通過將產(chǎn)品實際生產(chǎn)所需的各種材料、設備進行系統(tǒng)化的輸入，最終得出相對應的生產(chǎn)目標產(chǎn)品。通常來說，虛擬制造技術需要關注物質領域、信息領域的資源有效性，通過開展各種類型的虛擬模擬測試，確保產(chǎn)品各項基本屬性能夠滿足設計需求，最終提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質量、生產(chǎn)效率。

（二）虛擬制造的主要特征

第一，模型化特征。利用虛擬制造技術將產(chǎn)品以數(shù)字化模型的方式體現(xiàn)，并利用產(chǎn)品模型完成一系列的操作環(huán)境，實現(xiàn)對產(chǎn)品生命周期的全面管理。第二，映射化特征。利用虛擬制造技術能夠為產(chǎn)品的生產(chǎn)、研發(fā)等環(huán)節(jié)進行環(huán)境真實性的模擬，促使現(xiàn)實環(huán)境與虛擬環(huán)境之間的一一映射。近年來，伴隨著虛擬制造技術逐漸區(qū)域成熟化，虛擬環(huán)境逐漸趨于真實化，有助于為產(chǎn)品的實際研發(fā)與生產(chǎn)提供借鑒意義。第三，集成化特征。虛擬制造技術的具體結果是利用不同維度的仿真實驗得出實際結論，而虛擬制造則是利用各種類型的仿真進行集成化的處理以及驗證。第四，集約化特征。虛擬制造需要構建高精度的仿真系統(tǒng)，因此，虛擬技術對于計算機設備的功能有著較強的要求。隨著分布式系統(tǒng)的全面應用，計算機相關資源逐漸能夠滿足虛擬制造的各種需求。

二、虛擬制造技術在軌道交通裝備制造業(yè)中的具體內(nèi)容

隨著2015年，我國南北車實現(xiàn)合并并構建中國中車，我國的軌道交通裝備制造行業(yè)逐漸向智能化轉變，并不斷利用虛擬制造技術加強對軌道交通裝備制造行業(yè)的發(fā)展與應用。通過對虛擬制造技術在社會諸多行業(yè)實際應用結果分析，并充分考慮軌道交通行業(yè)自身建設發(fā)展的特征，虛擬技術能夠更加廣泛化、深入化運用到產(chǎn)品的研發(fā)工作、設計工作以及生產(chǎn)環(huán)節(jié)當中，提高中車企業(yè)對產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。

（一）高鐵、機車研發(fā)內(nèi)容

研究人員針對高鐵以及機車軌道設備的研究階段，可以借助于虛擬制造技術，將具體設計的產(chǎn)品進行模型化處理，即利用三維模型的方式，讓研究人員對產(chǎn)品的細節(jié)實現(xiàn)全方位的處理，確保產(chǎn)品的外部結構符合動力學的規(guī)律，并且對于內(nèi)部的結構空間利用率進行有效判斷。通過將產(chǎn)品的生產(chǎn)材質、設計結構模擬化，能夠幫助研究人員對產(chǎn)品在使用過程中的各項參與進行收集獲取，有助于在第一時間發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的不合理之處，繼而得到及時的改善。

（二）生產(chǎn)線內(nèi)容

通常來說，產(chǎn)品的生產(chǎn)線設計工作需要充分考慮產(chǎn)品自身的規(guī)格型號、產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量、產(chǎn)品的生產(chǎn)加工技術等因素，對產(chǎn)品加工、物流以及其他功能設備的選用實現(xiàn)合理化、對應化。通過考慮產(chǎn)品生產(chǎn)車間的空間分布特點，對內(nèi)部空間合理分配，同時注重不同設備之間的協(xié)作關系，保障產(chǎn)品能夠正?；⒎€(wěn)定化的進行生產(chǎn)。利用虛擬制造技術的VM技術，能夠對產(chǎn)品的生產(chǎn)線進行仿真、模擬，方便研究人員以直觀化的方式，將生產(chǎn)線的各個設計細節(jié)進行判斷、處理，進而保證生產(chǎn)線設計的合理性，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)質量。

（三）生產(chǎn)過程內(nèi)容

虛擬制造技術應用于生產(chǎn)過程主要是通過建立虛擬與物理融合的生產(chǎn)可視化監(jiān)控中心，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)全鏈條的模擬管控，有效地預知生產(chǎn)中存在的資源浪費、節(jié)拍沖突、品質無法保證等問題，從而對物理生產(chǎn)環(huán)節(jié)進行相應調整，可以節(jié)約成本、優(yōu)化生產(chǎn)過程。在軌道交通制造領域，生產(chǎn)可視化監(jiān)控中心可用于轉向架、司機室等復雜部件的生產(chǎn)過程，也可用于總裝車間等大型部件的組裝過程，通過虛擬和現(xiàn)實的結合處理提前預知生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的問題并加以優(yōu)化，以提高生產(chǎn)效率，避免生產(chǎn)誤差。

三、應用方案實例

（一）設計仿真

中車長春軌道客車股份有限公司的設計研發(fā)為譜系化設計，具體流程包括客戶需求、設計策劃、方案設計、技術設計、施工圖設計、工藝設計、檢驗策劃、試制及驗證和設計確認等。經(jīng)過應用虛擬制造技術中的產(chǎn)品數(shù)字化模型化設計，目前中車長春軌道客車股份有限公司的產(chǎn)品研發(fā)流程已經(jīng)實現(xiàn)了產(chǎn)品設計、工藝設計、質量策劃一體化應用；設計過程管理和流程管理；一體化變更管理，電子圖檔指導生產(chǎn)；工程數(shù)據(jù)向制造現(xiàn)場發(fā)放。

（二）工藝仿真

中車長春軌道客車股份有限公司結合企業(yè)產(chǎn)品實際情況，要求所生產(chǎn)產(chǎn)品在上線投產(chǎn)之前，在虛擬生產(chǎn)環(huán)境中進行試生產(chǎn)，對生產(chǎn)線產(chǎn)能、設備利用率進行分析；對物流流量、方向、路徑進行模擬；對工藝裝配過程進行驗證和優(yōu)化，減少工藝驗證時間，并逐步取代樣車試制。

參考文獻

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