虛擬制造技術在飛機設計與制造中的應用

邢萌 紀巧 王子龍 李波

摘 要：虛擬制造技術從本質上講就是使用計算機制造生產出看得見摸不著的“虛擬飛機”。通過了解可以發現，虛擬制造技術是一個綜合性高，學術理論跨度大的全能技術，它包含的領域包括仿真、數據信息、制造加工等。

關鍵詞：虛擬制造技術;飛機設計;制造;應用

前言

虛擬制造技術是近些年由美國首先提出的一種全新的概念。一些學者認為虛擬制造技術和實際的生產制造一樣，有著完整的制造過程。但是虛擬制造技術的制造過程是在計算機內進行的，而且虛擬制造技術中的建?？梢詫嶋H制造有著預測功能，在實際制造之前預測生產過程中存在的部分問題。而有的學者認為虛擬制造是一個綜合的制造環境，它可以將每一級的決策與控制進行一體化的綜合。而美國空軍實驗室認為虛擬制造技術是一種綜合應用，它將建模和分析急速進行了高度還原，增強各個環節生產制造的精準和控制。

1虛擬制造技術優點

虛擬制造可以提供一個云辦公的環境。不同專業、不同領域甚至不同地域的工作人員在同一個模型中共同工作，極大的提高了工作的效率，通過計算機，很多想法和成果得到了共享，帶來了線下交流不能擁有的便捷，有更好的精力和時間進行生產工作，整個飛機開發到生產的速度和質量得以提升。虛擬制造技術可以降低飛機的成本，飛機的研發和制造都需要付出很大的心血，而利用虛擬制造技術可以在計算機內進行飛機的研發制造，沒有實際的消耗和浪費。首先，虛擬制造技術是通過計算機的運行，建立正確的模型，在虛擬環境下對飛機進行設計制造、加工操作，若是出現問題，只需要通過簡單的編碼修改就可解決，不像傳統的生產線，出現問題還要反復修理調試。其次，已開發的飛機模型可以存放在計算機里，即節省了大量的倉庫儲存費用，也方便客戶或市場產生變化時飛機更容易更改，并快速投入實際的生產。

2幾何建模

2.1線框建模

線框建模是用來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、各種曲線等構造成立體線框圖來描繪形體。線框建模是最基本、最簡單的結構，線框建模是計算機中處理速度最快的，它立體的視圖可以通過投影技術得到實現。但是線框模型所描述的立體在計算機中只能體現出與線有關的信息，對形狀、特征以及規格等無法做出充分的表達，無法實現線框建模求體積、重量、質量等參數。

2.2表面建模

表面建模的建立依據是以線框模型的結構為基礎的，有些類似于點線面的機構，構造出各種面相關的數據，形成表面建模。在對模型的面進行定義的時候，只要提供該面由哪些線框按照什么順序連接而構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數據量，通過對表面建模數據中蘊含的信息資源進行處理，可以繪制出相應的剖面圖、計算不同的面相交產生的線以及消除隱藏的線等功能。

2.3實體建模

實體建模是比較復雜的，它是建立在表面建模數據的基礎上，通過增加實體在這些面的信息構造而成的。實體建模主要通過CSG（體素構造法）和B-rep（邊界表示法）這兩種方法表達的。為了讓幾何建模有著統一的表達，研發人員還開發出了NURBS（非均勻有理B樣條）算法。在幾何建模中，這種計算方法發揮著及其重要的作用，有著不可忽視的意義。體素構造法是使用簡單的幾個模型模擬復雜的實體做構造的造型方法。通俗的講就是通過系統的定義，將幾何體的模型諸如立方體、球體、不規則物體等進行運算，并根據計算結果制造出實體的造型，創造出實際生產中需要的形體。

3虛擬技術在飛機設計制造中的具體應用

3.1設計方法的完善與優化

過去的工業設計師在進行工業飛機設計時，大多都是采用的最直接的繪圖方法，把自己的設計方案盡可能的復制在圖紙上面。但是這種方法做出來的設計圖紙太過于平面，立體感較差，也更加考驗設計師的想象能力，不僅容易浪費時間，更容易浪費設計師的精力，很有可能達到事倍功半的效果。要想讓設計師自己的設計能力得到更好地展現，可以通過虛擬現實技術，設計出來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、更完整地展現出自己的設計方案，而且后續在進行工業創作的時候也可以讓技術人員變得更容易理解，施工也會變得更加容易，也提高了飛機生產效率。生產效率獲得了提高，企業的經濟也會得到很好的發展，從而也能推動我國的國民經濟的發展。

3.2對用戶需求進行精準分析

只有充分的了解自己的用戶需求之后，才更容易設計出用戶自己喜歡的、比較滿意的方案。但是，如何充分并且準確的了解自己用戶的需求，這個問題必須要好好探討一下。其實現在市場上有很多飛機前期在進行銷售的時候，都沒有實物可以展現給用戶，但有了虛擬技術，就能夠通過互聯網技術，進行虛擬環境設計，通過虛擬技術展現飛機，不僅可以節省生產成本，還可以根據自己客戶的需求和想法愛好對飛機進行更新。同時，還可以通過大數據了解各種用戶各自喜歡什么樣的風格和所不能接受的東西，并對此創作出更適應市場的營銷方案。

3.3虛擬制造當中的虛擬技術應用現如今，虛擬技術的快速發展，讓虛擬制造中也出現了虛擬技術的身影。虛擬制造，簡單來說就是把一個飛機從原材料加工、制作以及使用的整個過程都提前模擬出來，在模擬制造的過程中，把飛機制作過程中和使用過程中的可能出現的問題都提前進行分析，并且可以對此充分研究，減少產品在制造過程中出現失誤的可能性，這樣同時也減少了對原材料的浪費和技術人員的工作強度。

結束語

建模技術是虛擬制造技術的基礎，通過對建模的設計與開發，才能讓整個虛擬制造技術得到完整的運行。虛擬制造技術對飛機制造業而言是全新的革命，它打破了傳統制造業靠經驗累積、摸索前進的模式，通過計算機模擬生產制造，將損耗與成本降到最低，達到了利益最大化，讓企業在市場競爭中占據主導型的優勢。

參考文獻：

[1]李銳.虛擬制造技術在現代機械工程設計領域中的應用[J].河南科技，2013，（13）.