工业智能化虚拟仿真技术范文篇1

关键词：自动化发展前景；智能化；集成化；虚拟化

现今，自动化已经深深扎根于各个领域。从机械行业发展来看，印刷机械、数控机床、发电设备、工程机械等重头产品前景仍看好。除了这些传统工业领域，该行业将进一步向机光电一体化发展，向光加工、环保这样的新兴领域拓展。本论文主要讲述机械自动化及其应用前景。

1机械自动化的发展历程

在20世纪初，机械自动化的概念就早早被提出，当时主要只是应用于制冷领域，经过人们更加广泛地使用和推广，渐渐在整个机械制造行业普及开来。20世纪60年代，市场经济以飞快的速度发展，为适应市场的变化和满足市场各方面的需求，可变的自动化的生产加工系统应运而生了，通过计算机技术的应用，实现了机械制造的可变性，因此提高了机械制造的灵活性和可操作性。这种自动化的软件系统基本上不改变制造过程，自动的经验和自动的信息处理与判断分析是通过一定的机械生产设备实现的，不仅如此，还可以通过在管理过程中对这些自动实现进行预期操作。在生产过程中可以实现生产制造的自动化，还极大地方便了生产材料的更换。然而，当时的自动化系统并不能很好地适应现代化企业的生产需求。当前，自动化技术大部分都是在操作过程中的自动化，随着市场竞争越来越激烈，要想在激烈的竞争中站稳脚跟，必须要坚持不懈的努力，持续的创新，抓住机遇，推动自动化技术的发展。

2机械自动化在机械制造中的应用

2.1智能化应用

为了跟上经济与科学发展的脚步，机械制造工业对相应的制造技术也提出了要求。在这种技术需求的推动下，机械制造技术得到了相应的改进和提高，并且使机械制造自动化得以应用到实际生产中。机械制造技术在原有基础上不断改进，对于落后的制造加工理念要坚决摒弃，对于旧的技术，要不断开发出新的技术进行更新换代，简而言之，就是取其精华，去其糟粕。同时，对于商品的概念，要有深刻的理解，从而使制造加工方案更加合理，更加完善，制造出精益求精的商品。智能化应用到机械制造中，即将机械制造技术、自动化技术、人工智能技术以及计算机应用技术等多种技术进行结合，通过这些技术的有机融合，渗透，形成一种全新的，综合性的制造技术，从而达到全方位提高机械制造工艺性能的目的。在实际应用中，智能化制造技术不仅可以实现人工智能，还能够对专家或技术人员的思维活动进行模拟。由于智能化技术的特殊性，对于自身行为监控等专家无法完成的工作，利用智能化技术就可以轻松实现。智能化系统具有与专家相同的智慧、逻辑思考能力，可以把专家从繁重的脑力劳动中解脱出来，改变了以前的只能模拟和减轻体力劳动的局面，具有划时代的意义。

2.2集成化应用

集成化应用在机械制造中是一项全新的技术。集成化技术主要用于实现机械产品制造速度的提升。通过信息化技术的应用，集成化技术实现了机械制造过程的优化，让机械制造过程向着精简化和集成化的方向发展。在机械制造过程中，往往会应用到各个领域的先进技术，如微电子技术、通讯技术等，而这些技术并不是孤立存在的，而是彼此之间相互作用、紧密结合的，于是，新的高新技术也在融合的过程中应运而生，比如目前被广泛应用的计算机辅助技术、柔性制造技术等。想要为了推动这些高新技术的发展与产生，必须充分利用现有的技术和设备，并且进行合理的整合与集成，产生出新的管理应用技术。通过集成化技术的应用，不仅可将生产制造企业内部所有的生产工作、经营管理活动进行整合，使之形成一个完整、统一的整体，还可从原有的机械制造基础上实现柔性生产模式的变革，以人为活动主体，保证企业产品的生产质量，并实现产品生产质量与服务质量的和谐统一。

2.3虚拟化应用

虚拟制造技术是由多学科相互配合的综合技术系统。包括现代机械制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、多媒体技术、信息技术等多种技术。虚拟制造技术以仿真技术和系统建模为基础，利用信息技术、仿真计算机技术对现实机械制造活动过程进行仿真。通过对机械制造过程进行仿真，可以及时发现机械制造中可能出现的问题，制订出相应的解决方案。旧的生产方式下，产品研发和产品试制，必须通过设计和实际的生产试验才能达到试制新产品的目的，开发过程中有很多不确定性，遇到技术难题就要修改设计方案，重新试制新产品，不仅加大了产品的生产周期，还浪费了资源，提高设计成本。而采用虚拟制造技术就可以避免这些现象的发生，仅仅通过计算机来进行模拟和仿真，缩短机械产品开发周期的同时还降低了成本，提高机械产品竞争力。

3自动化技术在我国的发展趋势

网络虚拟化的制造方式：

网络虚拟制造技术依靠计算机技术、其他交互设备和强大的软硬件功能，通过计算机工作平台，相互协调构建出一个虚拟环境。在这个虚拟的环境中，把人类的知识、人类的技术和人类的感知能力参与其中，从而形成一种全新的人机界面互动形式，对生产活动进行全面的建模和仿真。通过与虚拟世界中的对象进行交互作用，对于产品从设计开发到生产制造的每一个环节进行仿真和模拟。除此之外，还可以对产品性能进行全面模拟试验，对产品的设计和制造合理性、制造周期进行预测。在产品没有生产之前，就对设计的可行性、经济性、合理性进行全面的考核，有效避免不合理的设计和资金投入，从而达到资源的最优化配置。

参考文献：

[1]陆宁，樊江玲.机械原理[M].清华大学出版社，2012：2.

[2]何用辉.自动化生产线安装与调试[M].机械工业出版社，2011：12.

作者简介：益聪（1994―），男，陕西西安人，沈阳理工大学本科在读。

工业智能化虚拟仿真技术范文

早在二十世纪初，机械自动化的概念就已经被提出，当时主要应用于制冷领域，经过更加广泛地应用和推广，渐渐在整个机械制造行业普及。二十世纪六十年代，市场经济以惊人的速度发展，为适应市场的变化和满足市场的需求，可变的自动化的生产加工系统诞生了，通过计算机技术的应用，实现了机械制造的柔性和可变性，从而提高了机械制造的灵活性。这种自动化的软件系统基本上不改变制造过程，自动的经验和自动的信息处理与判断分析是通过一定的机械生产设备实现的，此外，还可以通过在管理过程中对这些自动实现进行预期操作。在生产过程中可以实现生产制造的自动化，还极大地方便了生产材料的更换。然而，当时的自动化系统并不能很好地适应现代化企业的生产需求。当前，自动化技术大部分都是在操作过程中的自动化，随着市场竞争越来越激烈，要想在激烈的竞争中站稳脚跟，必须要坚持不懈的努力，持续的创新，抓住机遇，推动自动化技术的发展。

2机械自动化在机械制造中的应用

2.1智能化应用

为了适应经济与科学发展的脚步，机械制造工业对相应的制造技术也提出了要求。在这种技术需求的推动下，机械制造技术得到了相应的改进和提高，并且使机械制造自动化得以实现。机械制造技术在原有基础上不断改进的进程中，对于落后的制造加工理念要坚决摒弃，对于旧的技术，要不断开发出新的技术进行跟新换代。同时，对于商品的概念，要有深刻的理解，从而使制造加工方案更加合理，更加完善，制造出近乎完美的商品。智能化应用到机械制造中，即将机械制造技术、自动化技术、人工智能技术以及计算机应用技术等多种技术进行结合，通过这些技术的有机融合，渗透，形成一种全新的，综合性的制造技术，从而达到全方位提高机械制造工艺性能的目的。在实际应用中，智能化制造技术不仅可以实现人工智能，还能够对专家或技术人员的思维活动进行模拟。由于智能化技术的特殊性，对于自身行为监控等专家无法完成的工作，利用智能化技术就可以轻松实现。智能化系统具有与专家相同的智慧、逻辑思考能力，可以把专家从繁重的脑力劳动中解脱出来，改变了以前的只能模拟和减轻体力劳动的局面，具有划时代的意义。

2.2集成化应用

作为机械制造中的一项新技术，集成化技术主要用于实现机械产品的快速制造。通过信息化技术的应用，集成化技术实现了机械制造过程的优化，让机械制造过程向着精简化和集成化发展。在机械制造过程中，会应用到各个领域的先进技术，如微电子技术、通讯技术等，而这些技术并不是孤立存在的，而是彼此之间相互作用、紧密结合的，于是，新的高新技术也在融合的过程中应运而生，例如目前被广泛应用的计算机辅助技术、柔性制造技术等。为了推动这些高新技术的发展与产生，就要充分利用现有的技术和设备，并且进行合理的整合与集成，产生出新的管理应用技术。通过集成化技术的应用，不仅可将生产制造企业内部所有的生产工作、经营管理活动进行整合，使之形成一个完整、统一的整体，还可从原有的机械制造基础上实现柔性生产模式的变革，以人为活动主体，保证企业产品的生产质量，并实现产品生产质量与服务质量的和谐统一。

2.3虚拟化应用

虚拟制造技术是由多学科构成的综合系统技术。包括现代机械制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、多媒体技术、信息技术等多种技术。虚拟制造技术以仿真技术和系统建模为基础，利用信息技术、仿真计算机技术对现实机械制造活动过程进行仿真。通过对机械制造过程进行仿真，可以及时发现机械制造中可能出现的问题，制订出相应的解决方案。旧的生产方式下，产品研发和产品试制，必须通过设计和实际的生产试验才能达到试制新产品的目的，开发过程中有很多不确定性，遇到技术难题就要修改设计方案，重新试制新产品，不仅加大了产品的生产周期，还浪费了资源，提高设计成本。而采用虚拟制造技术就可以避免这些现象的发生，仅仅通过计算机来进行模拟和仿真，缩短机械产品开发周期的同时还降低了成本，提高机械产品竞争力。

3自动化技术在我国的发展趋势

3.1网络虚拟化的制造方式

网络虚拟制造技术主要依靠计算机技术、强大的软硬件功能和其他交互设备，通过计算机工作平台，构建出一个虚拟的环境。在这个虚拟的环境中，把人类的知识、人类的技术和人类的感知能力参与其中，形成一种全新的人机界面形式，对生产活动进行全面的建模和仿真。通过与虚拟世界中的对象进行交互作用，对于产品从设计开发到生产制造的每一个环节进行仿真和模拟。除此之外，还可以对产品性能进行全面模拟试验，对产品的设计和制造合理性、制造周期进行预测。在产品没有生产之前，就对设计的可行性、经济性、合理性进行全面的考核，有效避免不合理的设计和资金投入，从而达到资源的最优化配置。

3.2绿色化的制造方式

“绿色”这一概念，最初被应用于环境保护领域，目前，已被社会各个领域所广泛采用。必须坚持走可持续发展的道路，创建绿色环境，作为自然界的一个部分，人和人类社会不能脱离自然界而存在，人类的生存与发展依赖于自然界的发展，人类必须与自然界和谐共处。人类的发展历史中，由于各种原因给自然界带来了巨大地破坏，有些甚至是无法修复的。长此以往，人类和人类社会的发展必将受到阻碍，甚至停滞不前。值得庆幸的是，人类已经意识到自己的错误，并逐步推动人与人类社会同自然界的和谐一致，制造技术的自动化也是如此。开发与运用一项新技术时，应站在哲学高度，把可持续发展作为必须考虑的因素，促进环境文明，推动制造自动化向“绿色”自动化方向发展。

4结束语

工业智能化虚拟仿真技术范文

关键词：虚拟仿真；砂型铸造；金工实习；机械制造技术

虚拟仿真技术是21世纪信息技术的代表，它的互动性和逼真性有望给传统教学方式带来革命性的升级[1-5]。教育部2018年4月18日印发了《教育信息化2.0行动计划》，明确提出加快面向下一代网络的高校智能学习体系建设的智慧教育创新发展行动，其中示范性虚拟仿真实验教学项目是重要的载体[6]。目前，虚拟仿真技术在冶金教学方面已有不少成功引用的案例[7-9]。本文通过构建金属砂型铸造成形虚拟仿真实验平台，以交互式的虚拟三维模型，引导学生熟悉砂型铸造的步骤、工艺及质量分析等，以期探索虚拟仿真技术在金属成形实践教学中的应用方式，为教学模式的革新提供借鉴。

一、平台架构及操作

平台架构虚拟仿真实验平台采用Unity3D制作，平台架构如图1所示。置入不同模具（零件），学生根据所学知识选择浇铸系统与分型面，确定成形工艺，按照步骤执行，仿真最后铸件成形质量，反推成形工艺对成形质量的影响，总结出影响铸件质量的关键因素，生动、快速理解液态金属成形技术要点。虚拟仿真砂型铸造交互操作分为13个步骤：安放模具，用鼠标将所选零件放置于砂箱内；填砂紧实，通过控制铲子，将型砂填入砂箱，并用压头压实；修整，控制模板，将型砂抹平；翻转下砂箱，控制下砂箱，将其翻转；修整分型面，撒上分型砂；放置上砂箱，控制浇口棒放于合适的位置；填砂紧实，控制铲子，用型砂填满上砂箱；修整，控制模板修整；插通气孔，用针在合适位置布置通气孔；拔出浇口棒，并分开上下砂箱；起模，用针起模；修型，挖内浇道；合箱，将上下砂箱合上，开始浇筑。学生首先在模具库中选择要铸造的零件，每种零件对应有1种或多种成形工艺方案，选择完成后进入交互场景。场景中有上下箱体、铲子、刮刀、型砂、木板、模具等，学生用鼠标点击工具可进行拖动与操作，场景中有文字提示，可引导学生操作。主要面向机械设计制造及其自动化、车辆工程、机械电子工程、工业工程等机械类及近机械类专业的二、三年级本科生开设。在使用该虚拟仿真实验平台前，要求学生已经修习了机械制图、金属工艺学等课程内容，已经熟悉和掌握相关专业知识。

二、特色与创新

平台特色液态金属成形实验涉及高温金属，学生必须在充分掌握成形技术后方可实际操作，难以做到铸造零件的多样性，也难以做到浇铸系统和分型面选择的多样性。因此，本平台采用虚拟动画，选择不同零件，根据不同零件设置不同成形工艺，最终得出铸件，仿真铸件的质量，并进行质量分析，反推工艺参数的确定。软件经过编译后，可在个人电脑安装程序，对电脑配置要求较低，目前市面主流配置的电脑皆可流场运行。该教学方法的创新具体体现在以下三个方面。首先，实现理论课堂和实验教学的结合。采用所开发的虚拟仿真实验平台，在理论课堂可方便进行实验操作，打破了传统实验教学与理论课堂的脱节现象，实现了理论和实验教学的紧密结合。其次，实现课堂翻转，使学习的决定权从教师转移给学生。采用该虚拟仿真实验平台，学生可以在渲染的虚拟信息指导下进行实验操作，多样的互动性使学生迅速理解机构的工作原理和特性等，促使主动学习。第三，实现虚实融合互动的机构虚拟仿真实验教学。采用该虚拟仿真实验平台，可在真实的环境中通过交互操作来实现虚实融合的实验体验，克服了传统纯虚拟仿真实验教学存在的脱离实物、不能进行实践教学的现象，易使学生从被动的接受者转变为主动的学习者。完成实验步骤后，通过铸件质量的仿真及质量分析，提供铸件成形工艺的判断，可视化的评判，使学生更易发现问题所在。传统的实验教学提升了材料成形技术基础和金工实习中液态金属成形的教学效果，但仍然存在零件多样性差、工艺单一的问题。本项目在此基础上，借助虚拟仿真技术，通过虚实融合实现自然的人机交互，提供了更智慧化的学习环境，是对传统虚拟仿真实验教学的延伸。该虚拟仿真实验平台，提供多样化的零件及成形工艺，为学生提供了一个不受时间、空间限制的智慧化学习环境，并且实现了理论课堂和实验教学的结合，是对传统的实验教学的拓展。使用该辅助教学平台后，采用不记名问卷调查方式，统计学生主观评价。83.3%学生认为，该虚拟仿真实验平台有助于快速熟悉砂型铸造的工艺流程。75%学生认为通过平台的使用，加深了对金属铸造成形知识点的理解。87.5%学生认为该虚拟平台增加了学习的趣味性。66.7%学生认为用过平台的使用增加了对课程的和专业的热爱度。在意见或建议一栏，学生主要反馈模型数量偏少，操作流畅度需要进一步提升。从调研结果来看，虚拟仿真在金属铸造成形中有较好的应用效果，大部分学生对互动教学内容感兴趣，加深了对课程教学内容的理解，拓展了铸造知识面，有助于实习的顺利进行。调研结果表明，虚拟仿真技术在金属成型技术的教学中有较大的应用前景。随着模型库的扩展，本平台可逐步实现复杂零件的砂型铸造演示，并可向其它铸造工艺拓展。

三、结语