虚拟制造技术在飞机设计与制造中的应用

邢萌 纪巧 王子龙 李波

摘 要：虚拟制造技术从本质上讲就是使用计算机制造生产出看得见摸不着的“虚拟飞机”。通过了解可以发现，虚拟制造技术是一个综合性高，学术理论跨度大的全能技术，它包含的领域包括仿真、数据信息、制造加工等。

关键词：虚拟制造技术;飞机设计;制造;应用

前言

虚拟制造技术是近些年由美国首先提出的一种全新的概念。一些学者认为虚拟制造技术和实际的生产制造一样，有着完整的制造过程。但是虚拟制造技术的制造过程是在计算机内进行的，而且虚拟制造技术中的建模可以对实际制造有着预测功能，在实际制造之前预测生产过程中存在的部分问题。而有的学者认为虚拟制造是一个综合的制造环境，它可以将每一级的决策与控制进行一体化的综合。而美国空军实验室认为虚拟制造技术是一种综合应用，它将建模和分析急速进行了高度还原，增强各个环节生产制造的精准和控制。

1虚拟制造技术优点

虚拟制造可以提供一个云办公的环境。不同专业、不同领域甚至不同地域的工作人员在同一个模型中共同工作，极大的提高了工作的效率，通過计算机，很多想法和成果得到了共享，带来了线下交流不能拥有的便捷，有更好的精力和时间进行生产工作，整个飞机开发到生产的速度和质量得以提升。虚拟制造技术可以降低飞机的成本，飞机的研发和制造都需要付出很大的心血，而利用虚拟制造技术可以在计算机内进行飞机的研发制造，没有实际的消耗和浪费。首先，虚拟制造技术是通过计算机的运行，建立正确的模型，在虚拟环境下对飞机进行设计制造、加工操作，若是出现问题，只需要通过简单的编码修改就可解决，不像传统的生产线，出现问题还要反复修理调试。其次，已开发的飞机模型可以存放在计算机里，即节省了大量的仓库储存费用，也方便客户或市场产生变化时飞机更容易更改，并快速投入实际的生产。

2几何建模

2.1线框建模

线框建模是用来描绘形体最基本的建模方法，主要使用各种线条如直线、圆弧、各种曲线等构造成立体线框图来描绘形体。线框建模是最基本、最简单的结构，线框建模是计算机中处理速度最快的，它立体的视图可以通过投影技术得到实现。但是线框模型所描述的立体在计算机中只能体现出与线有关的信息，对形状、特征以及规格等无法做出充分的表达，无法实现线框建模求体积、重量、质量等参数。

2.2表面建模

表面建模的建立依据是以线框模型的结构为基础的，有些类似于点线面的机构，构造出各种面相关的数据，形成表面建模。在对模型的面进行定义的时候，只要提供该面由哪些线框按照什么顺序连接而构成的基本信息和形状信息。表面建模与线框建模相比只是增加了面的定义中的部分数据量，通过对表面建模数据中蕴含的信息资源进行处理，可以绘制出相应的剖面图、计算不同的面相交产生的线以及消除隐藏的线等功能。

2.3实体建模

实体建模是比较复杂的，它是建立在表面建模数据的基础上，通过增加实体在这些面的信息构造而成的。实体建模主要通过CSG（体素构造法）和B-rep（边界表示法）这两种方法表达的。为了让几何建模有着统一的表达，研发人员还开发出了NURBS（非均匀有理B样条）算法。在几何建模中，这种计算方法发挥着及其重要的作用，有着不可忽视的意义。体素构造法是使用简单的几个模型模拟复杂的实体做构造的造型方法。通俗的讲就是通过系统的定义，将几何体的模型诸如立方体、球体、不规则物体等进行运算，并根据计算结果制造出实体的造型，创造出实际生产中需要的形体。

3虚拟技术在飞机设计制造中的具体应用

3.1设计方法的完善与优化

过去的工业设计师在进行工业飞机设计时，大多都是采用的最直接的绘图方法，把自己的设计方案尽可能的复制在图纸上面。但是这种方法做出来的设计图纸太过于平面，立体感较差，也更加考验设计师的想象能力，不仅容易浪费时间，更容易浪费设计师的精力，很有可能达到事倍功半的效果。要想让设计师自己的设计能力得到更好地展现，可以通过虚拟现实技术，设计出来的方案就不再是平面的图纸，并且可以放在三维空间里面，这样就可以更直观、更完整地展现出自己的设计方案，而且后续在进行工业创作的时候也可以让技术人员变得更容易理解，施工也会变得更加容易，也提高了飞机生产效率。生产效率获得了提高，企业的经济也会得到很好的发展，从而也能推动我国的国民经济的发展。

3.2对用户需求进行精准分析

只有充分的了解自己的用户需求之后，才更容易设计出用户自己喜欢的、比较满意的方案。但是，如何充分并且准确的了解自己用户的需求，这个问题必须要好好探讨一下。其实现在市场上有很多飞机前期在进行销售的时候，都没有实物可以展现给用户，但有了虚拟技术，就能够通过互联网技术，进行虚拟环境设计，通过虚拟技术展现飞机，不仅可以节省生产成本，还可以根据自己客户的需求和想法爱好对飞机进行更新。同时，还可以通过大数据了解各种用户各自喜欢什么样的风格和所不能接受的东西，并对此创作出更适应市场的营销方案。

3.3虚拟制造当中的虚拟技术应用现如今，虚拟技术的快速发展，让虚拟制造中也出现了虚拟技术的身影。虚拟制造，简单来说就是把一个飞机从原材料加工、制作以及使用的整个过程都提前模拟出来，在模拟制造的过程中，把飞机制作过程中和使用过程中的可能出现的问题都提前进行分析，并且可以对此充分研究，减少产品在制造过程中出现失误的可能性，这样同时也减少了对原材料的浪费和技术人员的工作强度。

结束语

建模技术是虚拟制造技术的基础，通过对建模的设计与开发，才能让整个虚拟制造技术得到完整的运行。虚拟制造技术对飞机制造业而言是全新的革命，它打破了传统制造业靠经验累积、摸索前进的模式，通过计算机模拟生产制造，将损耗与成本降到最低，达到了利益最大化，让企业在市场竞争中占据主导型的优势。

参考文献：

[1]李锐.虚拟制造技术在现代机械工程设计领域中的应用[J].河南科技，2013，（13）.