虛擬制造技術在軌道交通裝備制造業中的應用

任威振

【摘要】本論文通過分析虛擬制造技術的基本屬性，闡述了虛擬制造技術在軌道交通裝備制造業中的應用，最后以中車長春軌道客車股份有限公司為例，對虛擬制造技術的應用展開深入分析、論述。

【關鍵詞】虛擬制造技術；軌道交通裝備制造業；應用

一、虛擬制造技術的基本屬性

（一）虛擬制造技術概述

虛擬制造技術通常是基于計算機技術以及網絡技術，在計算機設備中構建研發環境，進而為產品的設計研發、生產制造以及后期檢測工作提供基礎。借助此種設計生產模式，能夠讓工作人員在虛擬環境中完成各種環節的研發以及檢測，能夠提高產品的研發效率，降低產品的研發成本，同時能夠加強對產品精確度以及準確性的控制力度。與實際生產研發過程不同，虛擬制造技術更加側重于對產品模型的模式研發，通過將產品實際生產所需的各種材料、設備進行系統化的輸入，最終得出相對應的生產目標產品。通常來說，虛擬制造技術需要關注物質領域、信息領域的資源有效性，通過開展各種類型的虛擬模擬測試，確保產品各項基本屬性能夠滿足設計需求，最終提高產品的生產質量、生產效率。

（二）虛擬制造的主要特征

第一，模型化特征。利用虛擬制造技術將產品以數字化模型的方式體現，并利用產品模型完成一系列的操作環境，實現對產品生命周期的全面管理。第二，映射化特征。利用虛擬制造技術能夠為產品的生產、研發等環節進行環境真實性的模擬，促使現實環境與虛擬環境之間的一一映射。近年來，伴隨著虛擬制造技術逐漸區域成熟化，虛擬環境逐漸趨于真實化，有助于為產品的實際研發與生產提供借鑒意義。第三，集成化特征。虛擬制造技術的具體結果是利用不同維度的仿真實驗得出實際結論，而虛擬制造則是利用各種類型的仿真進行集成化的處理以及驗證。第四，集約化特征。虛擬制造需要構建高精度的仿真系統，因此，虛擬技術對于計算機設備的功能有著較強的要求。隨著分布式系統的全面應用，計算機相關資源逐漸能夠滿足虛擬制造的各種需求。

二、虛擬制造技術在軌道交通裝備制造業中的具體內容

隨著2015年，我國南北車實現合并并構建中國中車，我國的軌道交通裝備制造行業逐漸向智能化轉變，并不斷利用虛擬制造技術加強對軌道交通裝備制造行業的發展與應用。通過對虛擬制造技術在社會諸多行業實際應用結果分析，并充分考慮軌道交通行業自身建設發展的特征，虛擬技術能夠更加廣泛化、深入化運用到產品的研發工作、設計工作以及生產環節當中，提高中車企業對產品的生產效率。

（一）高鐵、機車研發內容

研究人員針對高鐵以及機車軌道設備的研究階段，可以借助于虛擬制造技術，將具體設計的產品進行模型化處理，即利用三維模型的方式，讓研究人員對產品的細節實現全方位的處理，確保產品的外部結構符合動力學的規律，并且對于內部的結構空間利用率進行有效判斷。通過將產品的生產材質、設計結構模擬化，能夠幫助研究人員對產品在使用過程中的各項參與進行收集獲取，有助于在第一時間發現產品的不合理之處，繼而得到及時的改善。

（二）生產線內容

通常來說，產品的生產線設計工作需要充分考慮產品自身的規格型號、產品生產數量、產品的生產加工技術等因素，對產品加工、物流以及其他功能設備的選用實現合理化、對應化。通過考慮產品生產車間的空間分布特點，對內部空間合理分配，同時注重不同設備之間的協作關系，保障產品能夠正常化、穩定化的進行生產。利用虛擬制造技術的VM技術，能夠對產品的生產線進行仿真、模擬，方便研究人員以直觀化的方式，將生產線的各個設計細節進行判斷、處理，進而保證生產線設計的合理性，提高產品的生產質量。

（三）生產過程內容

虛擬制造技術應用于生產過程主要是通過建立虛擬與物理融合的生產可視化監控中心，實現生產環節全鏈條的模擬管控，有效地預知生產中存在的資源浪費、節拍沖突、品質無法保證等問題，從而對物理生產環節進行相應調整，可以節約成本、優化生產過程。在軌道交通制造領域，生產可視化監控中心可用于轉向架、司機室等復雜部件的生產過程，也可用于總裝車間等大型部件的組裝過程，通過虛擬和現實的結合處理提前預知生產過程中可能出現的問題并加以優化，以提高生產效率，避免生產誤差。

三、應用方案實例

（一）設計仿真

中車長春軌道客車股份有限公司的設計研發為譜系化設計，具體流程包括客戶需求、設計策劃、方案設計、技術設計、施工圖設計、工藝設計、檢驗策劃、試制及驗證和設計確認等。經過應用虛擬制造技術中的產品數字化模型化設計，目前中車長春軌道客車股份有限公司的產品研發流程已經實現了產品設計、工藝設計、質量策劃一體化應用；設計過程管理和流程管理；一體化變更管理，電子圖檔指導生產；工程數據向制造現場發放。

（二）工藝仿真

中車長春軌道客車股份有限公司結合企業產品實際情況，要求所生產產品在上線投產之前，在虛擬生產環境中進行試生產，對生產線產能、設備利用率進行分析；對物流流量、方向、路徑進行模擬；對工藝裝配過程進行驗證和優化，減少工藝驗證時間，并逐步取代樣車試制。

參考文獻

[1]焦可如，張志軍，王曉琴.虛擬制造技術及應用研究[J].制造業自動化，2012，34（19）：67～69.

[2]崔鑫，時蕾，夏伯乾.淺談虛擬制造技術的應用[J].煤礦機械，2011，32（06）：10～12.