浅谈大数据虚拟制造技术

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的1篇浅谈大数据虚拟制造技术，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

一、前言

在“互联网+”的背景下，大数据技术运用日益广泛，在社会经济发展中，大数据产业极大程度为产业发展提供了推动力。大数据的发展可便利人们的生产和生活，推动企业的发展[1]。企业实际生产运营中，随着产品数量的增加和生产任务的增多，企业生产数据积累量也不断增强，若是能够合理利用大数据技术，将提升企业的经济效益，优化生产效率[2]。虚拟制造技术属于当前应用较为广泛的一种新技术，但由于虚拟制造缺乏实际制造数据的支撑，其仿真的结果与实际情况有差距。本文提出将虚拟制造技术与大数据技术整合应用，这一技术主要由实际制造与虚拟制造共同构成，可以利用数据库与模型库紧密整合，从而实现基于大数据的虚拟制造。在基于大数据的虚拟制造系统中，虚拟制造可对实际制造产生有效的指导效用，同时也会对虚拟制造本身产生一定的积极影响，提升其准确性与实用性。虚拟制造技术就是使现实制造流程中的制造过程在计算机中得以反映，因此这一技术必须在高速网络和高性能的计算机中应用，以群组协同形式开展。依靠模型实现产品性能、产品加工等多方面的评估与模拟，发现其中可能存在的问题并有效解决。大数据虚拟制造技术涵盖产品设计、工艺制造、产品分析和检验等多个流程，可实现产品制造流程控制及管理作用，发挥缩减产品生产成本的作用，有利于产品开发和实际生产效率的提升[3]。

二、虚拟制造技术

（一）虚拟制造与传统制造模式

虚拟制造与传统的制造存在较大的差异性，实际制造系统应用中，在控制流的辅助和协调下，对信息流和物质流进行管理，以此实现由投入至产出的改变。虚拟制造系统指的是借助计算机系统的相关技术，模仿建立制造活动的模型，以此进行虚拟的产品设计，虚拟的产品制造和虚拟的产品生产，由此可知，虚拟制造技术主要依赖于计算机技术、虚拟现实技术和信息技术开展实际制造，并可以在实际制造前实现产品性能的综合分析，有效评估产品的可靠性，所以虚拟制造技术的应用，可以有效预测制造过程中可能出现的问题，并针对性地做出有效决策，相对于传统制造模式来说，其可以缩减产品制造的周期，提高产品制作质量，缩减产品生产成本，降低资源消耗量，降低生产风险的形成。串行模式为传统的制造模式，指的是生产流程中依据产品的设计工艺、设计内容及制造流程顺序开展生产制造。其相对于虚拟制造技术来说，传统制造模式应用中存在非常严重的问题，主要包括以下三点：第一，单向的信息流，开展产品设计制造过程中，由于缺少信息数据的及时反馈，导致不同系统之间的联系欠缺；第二，车间作业计划与工业工艺设计优化是独立性开展的，彼此之间协调程度不足，目标优化时极易产生冲突，导致二者无法有效优化；第三，在实际生产过程中，一旦发生突发事件，生产组织无法迅速做出有效的应对，从而影响产品顺利生产，导致生产间断。由此可见，虚拟制造技术的应用，有利于满足企业发展的市场需求，提升竞争力，属于新型现代制造模式之一。

（二）虚拟制造的关键技术及分类

1.虚拟制造的关键技术

多学科技术共同形成了虚拟制造技术，其中涵盖仿真技术、虚拟现实技术、建模技术、产品数据管理技术等。虚拟制造技术应用过程中主要借助仿真与建模形式进行实际制造生产的模拟，并进行装配流程模拟干预，开展计算机研究中，把控产品生产流程，应用建模与仿真，建立虚拟制造保障。仿真与建模实际应用就是虚拟制造，其在极大程度上对传统建模与仿真发挥了拓展效应。

（1）建模技术

虚拟制造系统应用过程中，建模技术的应用主要涵盖生产建模、产品建模与工艺建模的不同信息体系，所谓生产模型，指的是静态描述与动态描述两部分内容，针对系统生产能力与生产特征能力的就是静态描述，对已知系统需求及状态需求了解基础上，全方位地预测产品生产流程的一种描述就是动态描述。由于产品模型需要在加工过程中形成，其属于各种实体对象模拟的整合产品模型，涵盖目标产品模型、毛坯产品模型及中期产品模型，需要联系制造生产及工艺参数的产品设计属性，体现生产模型与产品模型之间的效用，所以，开展工艺建模中，需要具有物理和数学模型特征、统计模型特征，并符合相关制造规划、制造数据表内容，且需要具备计算机工艺仿真性能。

（2）仿真技术

仿真技术应用中，主要需要经历如下步骤：第一，开展系统研究，收集数据资料，建立系统模型，明确仿真算法的应用；第二，建立仿真模型，依靠该模型，输出仿真结果，并针对性地开展结果分析。产品制造中，需要进行仿真处理，其主要由生产制造流程及制造系统两部分内容。

（3）虚拟现实技术

所谓虚拟现实技术，指的是依靠计算机所构建的动态虚拟环境，人可以通过接口，置身其中，依据仿真物理模型与虚拟环境的操作方法，交互过去与现在的虚拟人物，依靠各种虚拟设备，涵盖力反馈系统、听觉及感觉系统，也包括立体现实系统，可刺激人体的感觉和知觉，实现人与系统的交互作用，生成沉浸感，以此实现对系统的构想[4]。

（4）控制技术

所谓控制技术，指的是在仿真实际流程及模型构建中，依靠各种控制形式、管理方法及组织方式，涵盖信息交换及调度方案等技术，也涵盖实际仿真中信息流程及工作流程的把控，包括集成动态模型、分布式模型及协作模型等各种集成技术，实际设计时，需要突破求解技术。在虚拟制造的环境之中，实际产品研究及开发中机制调动，管理组织问题，均为控制技术应用的重要内容。

（三）虚拟制造的分类

1.以设计为中心的虚拟制造

以设计为中心的虚拟制造指的是将制造信息添加至产品工艺设计及产品设计之中，并将其应用于计算机数字化制造，以此进行多种制作方案的仿真，通过对其检测，可以实现可装配性和制造型的检验，以此对产品的性能及生产成本进行预测。由于数字化仿真的应用，虚拟仿真环境与使用人员之间存在着全面性的感官接触，以此可辅助其感受到所设计产品的性能，对产品工艺过程和产品的设计进行优化处理，对设计相关的潜在问题进行发掘，分析设计的优势和不足。

2.以生产为中心的虚拟制造

以生产为中心，开展虚拟制作，在生产计划模型内添加仿真能力，以此辅助工作人员，建造良好的虚拟制造车间环境与设备，帮助快捷化地评估各种生产计划，对新工艺流程的可行性进行检验，依据产品资源的需求及生产效率状况，实现制造环境优化制造及生产供给计划优化制定的目的，促进产品制造局部最优化，实现全程最优化。

3.以控制为中心的虚拟制造

以控制为中心的虚拟制造主要是在控制模型内，将仿真能力添加其中，可以提供生产流程的仿真环境，其应用的主要目的为对车间控制行为开展分析，对新型或者对产品设计进行优化设计的方式进行评估，并对车间生产相关活动开展评估，以此利用全局最优决策技术和理论对制造流程开展优化处理，满足制造系统改进目标。虚拟制造技术以设计为中心，开展设计时，可以提供设计信息，也可以以生产为中心，生产计划中，虚拟制造可以优化生产流程，若是虚拟技术以控制为中心可对生产过程中的控制及制造系统改造。从这一结构出发分析可知，虚拟制造可以在虚拟的环境之中集成各种制造技术，可以对零件在虚拟车间及设备之中的加工状况进行观察。初始设计中，可以反馈设计评价，依据设计与工艺流程，开展生产调度，优化管理计划的拟定。仿真技术及建模为虚拟制造技术实现装配流程的主要方式，也开展模拟制造和生产流程工作，需要调整模型，模拟算法优化的结果，以使得实际情况与模拟结果具有相似性，为保障方便，一般情况下需要简化模型，若是缺少设计数据及实际生产数据作为支撑，也就无法彰显虚拟制造技术的应用优势。由此可见，虚拟制造技术应用中的主要缺陷就是仿真结果与实际情况之间存在较大差距，其虚拟制造的准确性需要不断提升，若是虚拟制造与实际结果不相符合，将影响虚拟制造应用的实际效益。

三、基于大数据的虚拟制造技术

（一）大数据

大数据涉及的资料具有较大的规模，在一定时间内无法依靠数据库软件工具有效截取相关数据，也无法在短期内整合和处理数据的集合。这个数据可以来源于互联网络，也可以由企业内部整理获取。大数据对企业而言是重要的发展资源，由于数据之中包含着数量巨大的信息资源，可应用先进的技术对其进行分享利用，将其转化为具有价值性的数据资源，辅助企业生产经营中获得巨大的数据支撑。企业之中数据来源较多，不仅包括资源管理系统、制造执行系统，还包括过程控制系统中的数据，这些数据大都在独立的系统之中分布，不同数据之间缺少联系。所以，必须借助数据分析、数据集成、数据收集及数据展示等方式，对企业发展有益的数据进行集合整理，为企业的决策奠定数据基础。应用整合后的数据资源，促进企业经营效益的最优化。若是可以将企业实际制造过程中所积累的数据资料采用大数据的方式进行处理，并将其与虚拟制造技术相结合，将会使得虚拟制造中的仿真结果与实际更加接近，有利于为制造实际产品及设计[5]。

（二）基于大数据的虚拟制造的结构

大数据制造技术的构成部分涵盖虚拟制造与实际制造，其结合了模拟库与数据库，数据库与模型库可以依靠系统集成对资源库和知识库之中的内容进行整合，并将其与制造企业的终端服务系统相联系。

（三）基于大数据的虚拟制造的应用

第一，建立虚拟企业，为对市场需求进行满足，需要开发新型产品，依靠不同区域当前的资源情况、企业制造、企业实际发展状况、企业所处的生产区特点进行虚拟企业的构建。这需要企业在运行前完善网络结构，并集成信息资源、技术资源、人力资源和组织资源，同时分析组合的应用优势和协调运行的可行性，评估后续生产经营的利益分配情况及运营风险，集成性与实效性为虚拟企业的主要特征。第二，虚拟产品设计中，可提升设计效率，及时发现设计中的缺陷问题，优化产品设计内容。第三，虚拟产品仿真及制造时，依靠虚拟制造技术，凭借计算机开展仿真干预，能够保障虚拟产品加工顺序的正常化，协调产品工作中的关系，优化产品动力学性能和应用高度，有利于优化制造流程，促进加工效率的增长。第四，生产过程的虚拟化，产品在生产中需要合理规划生产系统、生产调度方式、物料存储、资源应用、人力资源投入和生产计划的规划，依靠计算机仿真形式开展虚拟生产流程的模拟还可以分析生产系统应用的可靠程度，分析预测产品、市场及资金的应用，优化资源配置，不提升产品生产效率，缩减生产成本[6]。

四、结语

虚拟制造技术的应用，可以实现交互式和可视化的产品概念形成、产品设计及产品制造的全过程仿真模拟，已经成为社会发展中不可或缺的重要技术，这一新兴的制造技术，极大程度促进了虚拟制造的准确度和实用性，可为智能制造的发展提供广阔的发展空间，辅助生产制造业的稳定发展和进步。

参考文献

[1]李爱军,云小林,朝克,等.一种基于大数据分析热点网站的方法[J].长江信息通信,2022,35(7):173-175+179.

[2]黄蓉,黄会端,李秀枝.基于大数据环境下的智慧教材教学平台的构建与应用[J].世纪之星—交流版,2022(8):193-195.

[3]熊文燕.基于大数据平台架构的智慧图书馆分析[J].电子技术,2022,51(6):100-102.

[4]宋振铎,程凯.基于大数据的智能成套装备专家系统设计[J].数字通信世界,2022(8):60-62.

[5]周璨.基于智能制造和大数据云平台的农机数字化设计[J].农机化研究,2021,43(11):234-238.

[6]杜文华.基于大数据的突发事件应急管理情报系统构建[J].现代工业经济和信息化,2022,12(7):111-113.

作者:傅仁军 宣梓鹏 单位:昆仑数智科技有限责任公司