虚拟制造技术在飞行器设计中的应用

摘要：目前，各个行业的竞争都十分激烈，企业都希望自己的产品能够迅速占领市场，不过新型产品在研发过程中会遇到很多问题，导致大量人力、物力、财力的浪费。因此，虚拟制造技术被应用于产品制造中，尤其是在飞行器设计中的应用最为广泛。文章主要分析了虚拟制造技术在飞行器中的具体应用。

关键词：虚拟制造技术；飞行器；立体建模

中图分类号：TH166 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）02-0041-02

很多企业为了提高自己的竞争力，把虚拟技术应用于产品制造中，使虚拟技术充分发挥作用。目前，虚拟技术已经被广泛应用于各个行业。通过它，管理者可以从中了解到产品的具体制作过程，并及时发现制作中存在的问题，便于对产品进行改造，有利于提升企业的经济效益。

1 虚拟制造技术概述

虚拟制造技术是一种新型的仿真与建模技术，目前，人们对它并没有一个明确的定义。虚拟制造技术具备多种功能，它能够把制造信息融于工艺与产品设计之中，计算机对数据进行处理后，可生成产品制造模型，模拟不同产品、不同类型的制作方案。除此之外，它还能够分析数字化产品的可制造性、可装配性、性能等，便于生产者进一步了解产品。其应用领域非常广，主要有运动学分析、容差分析、造型设计等。虚拟制作技术最初在德国、美国等工业发达国家较为流行，随后，我国也跟上了时代发展的步伐，将这种技术引入产品的设计与制造过程中。

1.1 虚拟制造技术的功能

虚拟制造技术的基本功能就是仿真，它可以将仿真融入产品生产中，可迅速对产品加工过程进行评估，另外，通过它还可以了解到产品的具体工艺流程、产品性能、生产效率等，便于生产者随时优化产品，给产品制造创造一个合理的环境。其最主要的支持技术主要有两种：一是嵌入式仿真技术，二是虚拟现实技术，这两种技术主要适用于工业生产技术与产品设计中。生产者使用仿真技术，可建造一个产品设计的虚拟环境，优化并合理控制产品制作过程。

1.2 主体技术群

虚拟制造技术的软件设计非常复杂，对虚拟现实技术的依赖性较强，它的主体技术群主要三种，分别为仿真技术群、控制技術群与建模技术群。就仿真技术群而言，它能够以虚拟技术的重点部分为依据，对生产规划、产品性能与产品制作过程进行仿真，为产品的可制造性与生产技术提供条件。控制技术群主要指仿真与建模过程中的组织、管理方法和技术。除此之外，它还能监控仿真的信息与工作流程，估算产品设计的成本。按照模型层次可将建模技术群分为三个部分，分别为企业级、车间级和产品级。企业级模型包括多个组成部分，主要有市场预测、成本分析、风险与效益评估、生产决策等；车间级模型主要包括布局模型、监控模型、调度模型、设备模型等；产品级模型表现为工艺模型、产品模型。

2 虚拟制造技术在飞行器中的应用

目前，虚拟制造技术在飞行器中的应用非常广泛，它为飞行器的零件设计与加工创造了良好的条件。

2.1 合理对产品设计进行布局

利用先进的计算机技术，对飞行器进行虚拟设计，有利于使产品设计效率得到提升，帮助我们及时发现设计过程中存在的具体问题，优化其设计结构。以往的飞行器在设计上习惯以塑料作为工具建立外形模型，这种模型的修改与测评难度非常大，需要耗费大量的时间和精力，且会造成财力的浪费。

利用虚拟技术可弥补传统塑料模型中的不足，它便于生产者及时发现产品设计过程中存在的问题，对不合理的地方进行测评与修改。计算机会为产品建模生成相应数据，将其应用于冲压模具的加工、设计与仿真过程中。飞行器的布局较为复杂，虚拟技术可将其简化，对产品设计进行合理布局。

2.2 调节产品的动力性能

在设计飞行器的过程中，利用虚拟制造技术可对产品行为进行仿真，以动态形式表现产品性能。产品在设计过程中需要解决很多问题，例如明确运动设计范围、动力学性能、运动协调关系、产品刚度和强度等。它能够有效调节产品动力性能，通过仿真技术，可在直观条件下观察产品的设计与配置，确保产品设计的合理与科

学性。

2.3 了解加工生产的具体过程

产品设计中的很多问题都需要进行分析、仿真与处理。利用虚拟技术，可对零件的工艺流程、参数、装备、连接件等通过仿真技术以动态形式表现出来，及时发现加工过程中存在的问题，并完善设计中存在缺陷的地方，使加工效率得到提升。产品生产是一个非常复杂的过程，它主要包括资源制造、生产规划、生产调度等，这些都可以利用虚拟制造技术对其进行优化，并预测产品设计所需的资金和未来的市场发展空间。有利于为生产者节约成本，使产品生产周期缩短。

2.4 完成部件装配

飞行器的设计与生产都需要很多附件原型，在实际工作中，无法将所有配件准备安装，一旦配件在安装过程中出现错误，便会导致零件报废，给生产厂家造成严重损失。利用二维图样完成对产品的线性设计，在这个过程中通常无法及时发现装配对产品设计的干扰问题，致使大量设计材料被浪费。通过虚拟技术可避免发生这种意外情况，它可使用三维图样为产品建立一个立体模型，其精确度非常高，从中可了解到产品的质量、重心、性能等。它具备一个装配模拟软件，这个软件可监测产品设计过程中的干扰因素，除此之外，利用它还可以与加工前的模型进行对比，便于修改产品中的不足，生成新的模型。

3 结语

目前，虚拟制造技术被广泛应用于各个行业中，其在飞行器中的应用非常典型。通过虚拟技术，生产者能够迅速了解到产品设计中存在的问题，并做出相应改正，有利于实现产品设计的科学与合理性。本文首先对虚拟制造技术进行了详细阐述，然后具体分析了这种技术在飞行器生产中的应用，便于生产厂家在直观条件下观察产品制造过程，了解产品性能，评估生产成本，为企业的生产规划提供依据。

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作者简介：郑伟（1980—），男，辽宁康平人，沈阳飞机工业（集团）有限公司产品研发部强度室主任，工程师，研究方向：飞机强度设计。