1 引言
隨著科學技術的發展與進步，制造技術特別是機械制造技術正向著“數、精、極、自、集、網、智、綠”，八個方面發展，并相互交叉滲透、互相促進，最終形成高度集成的計算機集成制造系統(Computet Integrated ManufactutingSystem, CIMS)。特別是隨著因特網（Internet）技術以及數字化平臺的飛速發展，出現了許多先進制造模式，如網絡制造、數字化設計技術、虛擬制造技術等。這些技術都具有一系列的優點，如網絡化制造具有敏捷性、協調性、數字化、直接化、遠程化以及多樣性等特點。產品數據管理(Product Data Management,PDM)技術已經的得到了廣大推廣與應用，如基于PDM的數字化設計技術、PDM與CAPP集成技術,PDM與CAD集成技術等方面。PDM作為溝通企業中各種信息的橋梁已經成為協同設計等先進制造模式的關鍵技術之一。尤其是在虛擬制造中，PDM遠比傳統意義上的CAD和工程技術群體文件管理的功能大的多，它是所有信息的主要載體。因此，開展PDM及虛擬制造技術等先進制造模式及相關理論研究，具有非常重要的理論意義、應用前景和產業化價值。
2 PDM概念與特點
2.1 PDM的定義
產品數據管理系統是CIMdam公司總裁EdMiler在《PDMToday》一文中指出其定義是：PDM是管理所有與產品相關的信息和過程的技術，與產品相關的所有信息即描述產品的各種信息，包括零部件信息、結構配置、文件、CAD／CAM／CAPP電子文檔、異構數據、審批信息等與產品相關的所有過程，即對這些過程的定義和管理，包括信息的審批和發放，可以看做是依托IT技術實現企業最優化管理的方法，是科學的管理框架與企業實現問題相結合的產物，是計算機技術與企業文化結合的一種產物。
2.2 PDM的特點
PDM作為一種能夠幫助設計人員和其他人員管理數據的工具，PDM系統能夠提供設計、制造所需的數據和信息，并由此支撐和維護產品開發的全過程的協調性。具有獨立性、可復制性、數據產生維護清除方便性,Internet瀏覽性以及協同性。PDM可以作為CAD/CAM/CAPP/CAE(CAX)等集成的數據平臺，如圖1所示。
圖1 PDM與CAX之間關系
3 虛擬制造技術
3.1虛擬制造的基本概念及分類
虛擬制造作為一種新型的先進制造模式，特別是以計算機集成制造系統為基礎虛擬制造技術(VirtualManufaeture, VM)可以是企業的全面集成和優化成為可能。所謂的虛擬制造是利用計算機仿真技術與虛擬現實技術，在高性能計算初或者計算機群組協同工作下，實現產品的設計、工藝規劃、加工制造過程、性能分析、質量檢測以及企業各級的管理與決策控制能力的本質過程，以增強制造企業的各級的決策與控制能力網。它是一個對制造全過程全面仿真的一種先進制造技術，通過虛擬制造可以提前發現制造過程中的潛在問題，才產品實際生產前就采取預防控制措施，達到產品一次性制造成功的目標，從而降低成本，縮短產品開發周期，提高企業的競爭能力。根據生產過程的不同階段，我們可以將虛擬制造分為三類:
（1）以設計為核心的虛擬制造(Design-Centered VM,DCVM );
（2）以制造為核心的虛擬制造(Production-Centered VM, PCVM );
（3）以控制為核心的虛擬制造(Control-Centered VM, CCVM )。如表1所示。
表1 三類虛擬制造比較
3.2虛擬制造技術的特點
虛擬制造具有如下主要特點:
(1)高度集成性;
(2)高度靈活性;
(3)支持協同合作。
4 PDMVMS體系結構
基于PDM的虛擬制造系統(Virtual Manufacture System based on Product Data Management, PDMVMS)與傳統的產品設計相比不管是設計方式還是制造控制方式都發生了深刻變化，傳統設計過程中會有許多不可少的步驟，在虛擬制造中可以大大簡化，實施動態設計過程，大大降低了工作人員的勞動強度和產品成本，在設計階段就可以針對后續制造問題進行修改，可以提高產品的一次制造成功率，大大降低了產品的研發周期和成本，提高了企業的市場競爭能力，PDMVMS的體系結構，如圖2所示。
圖2 PDMVMS的基本體系結構
5 PDMVMS的主要技術問題
5.1建模技術研究
虛擬制造系統開發及運行的主要步驟如下:
(1)基于相關理論和經驗積累下對制造知識進行系統化組織和描述;
(2)對產品、設備等工程對象及制澎生程、活動進行綜合建模;
(3)利用計算機仿真對產品設計、制造進行評價;
(4)不滿意的仿真結果進行修改或刪除，重復步驟(3);
(5)為了取得同質量的仿真，對日常操作模型進行刪除補充維護。系統建模時虛擬制造系統的核心，也是構成虛擬制造系統的基礎。PDMVMS的建�？煞譃槿齻�層次，分別是:目標系統層、虛擬制造過程模型層和基礎結構模型層。如圖3所示。
圖3 PDM VMS階梯式建模技術
5.2虛擬產品制造仿真技術研究
目前虛擬加工分析工具尚不豐富，采用面向對象(Object-Oriented,O-O)的建模建模方法符合人們的思維習慣，在計算機集成以及計算機仿真技術的飛速發展情況下的集成化是裝配建模的必然趨勢，信息模型能更好的支持PDMVMS環境下的建模與裝配的各階段活動。虛擬加工仿真的主要內容:
5.2.1仿真環境建立
(1)定義虛擬機床;
(2)定義刀庫刀具;
(3)定義工件或夾具的安裝方案;
(4)安裝夾具、毛坯和刀具。
5.2.2加工過程仿真
(1)刀具軌跡仿真;
(2)夾具安裝使用過程仿真;
(3)機床運動仿真;
(4)材料去除過程仿真。
5.3 PDMVMS的實施實例
虛擬制造技術發展到今天，已經取得了不少成果。大眾公司為了加快新型汽車的開發周期，從1994年與IGD(FraunboferInstituteof Computer Graphics IGD,Gennany)合作研究虛擬設計系統。成功實現汽車碰撞實驗的虛擬仿真。波音777飛機作為第一架無圖紙的飛機，不僅省去了大量的圖紙繪制工作，而且大大提高了生產效率。
6 結束語
虛擬制造技術的研究與應用具有巨大潛力。由于各項計算機技術的發展，如Internet技術、遠程通信技術、網絡制造技術、網格技術、信息技術、數據處理技術的飛速發展，為虛擬制造功能的實現提供了有力的支撐。虛擬制造是實際制造的映射，而實際制造是虛擬制造的現實實例。對于基于PDM的虛擬制造系統進行了分析研究，搭建了以PDM為傳輸平臺的虛擬制造系統.分析了PDMVM系統中的各部分功能關系。利用虛擬制造技術進行產品的開發制造可以節省實體材料，降低勞動強度，縮短產品的設計研發周期，提高了企業的市場競爭力。
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本文標題：基于PDM的數字化產品虛擬制造系統研究
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