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一、前言

在“互聯網+”的背景下，大數據技術運用日益廣泛，在社會經濟發展中，大數據產業極大程度為產業發展提供了推動力。大數據的發展可便利人們的生產和生活，推動企業的發展[1]。企業實際生產運營中，隨著產品數量的增加和生產任務的增多，企業生產數據積累量也不斷增強，若是能夠合理利用大數據技術，將提升企業的經濟效益，優化生產效率[2]。虛擬制造技術屬于當前應用較為廣泛的一種新技術，但由于虛擬制造缺乏實際制造數據的支撐，其仿真的結果與實際情況有差距。本文提出將虛擬制造技術與大數據技術整合應用，這一技術主要由實際制造與虛擬制造共同構成，可以利用數據庫與模型庫緊密整合，從而實現基于大數據的虛擬制造。在基于大數據的虛擬制造系統中，虛擬制造可對實際制造產生有效的指導效用，同時也會對虛擬制造本身產生一定的積極影響，提升其準確性與實用性。虛擬制造技術就是使現實制造流程中的制造過程在計算機中得以反映，因此這一技術必須在高速網絡和高性能的計算機中應用，以群組協同形式開展。依靠模型實現產品性能、產品加工等多方面的評估與模擬，發現其中可能存在的問題并有效解決。大數據虛擬制造技術涵蓋產品設計、工藝制造、產品分析和檢驗等多個流程，可實現產品制造流程控制及管理作用，發揮縮減產品生產成本的作用，有利于產品開發和實際生產效率的提升[3]。

二、虛擬制造技術

（一）虛擬制造與傳統制造模式

虛擬制造與傳統的制造存在較大的差異性，實際制造系統應用中，在控制流的輔助和協調下，對信息流和物質流進行管理，以此實現由投入至產出的改變。虛擬制造系統指的是借助計算機系統的相關技術，模仿建立制造活動的模型，以此進行虛擬的產品設計，虛擬的產品制造和虛擬的產品生產，由此可知，虛擬制造技術主要依賴于計算機技術、虛擬現實技術和信息技術開展實際制造，并可以在實際制造前實現產品性能的綜合分析，有效評估產品的可靠性，所以虛擬制造技術的應用，可以有效預測制造過程中可能出現的問題，并針對性地做出有效決策，相對于傳統制造模式來說，其可以縮減產品制造的周期，提高產品制作質量，縮減產品生產成本，降低資源消耗量，降低生產風險的形成。串行模式為傳統的制造模式，指的是生產流程中依據產品的設計工藝、設計內容及制造流程順序開展生產制造。其相對于虛擬制造技術來說，傳統制造模式應用中存在非常嚴重的問題，主要包括以下三點：第一，單向的信息流，開展產品設計制造過程中，由于缺少信息數據的及時反饋，導致不同系統之間的聯系欠缺；第二，車間作業計劃與工業工藝設計優化是獨立性開展的，彼此之間協調程度不足，目標優化時極易產生沖突，導致二者無法有效優化；第三，在實際生產過程中，一旦發生突發事件，生產組織無法迅速做出有效的應對，從而影響產品順利生產，導致生產間斷。由此可見，虛擬制造技術的應用，有利于滿足企業發展的市場需求，提升競爭力，屬于新型現代制造模式之一。

（二）虛擬制造的關鍵技術及分類

1.虛擬制造的關鍵技術

多學科技術共同形成了虛擬制造技術，其中涵蓋仿真技術、虛擬現實技術、建模技術、產品數據管理技術等。虛擬制造技術應用過程中主要借助仿真與建模形式進行實際制造生產的模擬，并進行裝配流程模擬干預，開展計算機研究中，把控產品生產流程，應用建模與仿真，建立虛擬制造保障。仿真與建模實際應用就是虛擬制造，其在極大程度上對傳統建模與仿真發揮了拓展效應。

（1）建模技術

虛擬制造系統應用過程中，建模技術的應用主要涵蓋生產建模、產品建模與工藝建模的不同信息體系，所謂生產模型，指的是靜態描述與動態描述兩部分內容，針對系統生產能力與生產特征能力的就是靜態描述，對已知系統需求及狀態需求了解基礎上，全方位地預測產品生產流程的一種描述就是動態描述。由于產品模型需要在加工過程中形成，其屬于各種實體對象模擬的整合產品模型，涵蓋目標產品模型、毛坯產品模型及中期產品模型，需要聯系制造生產及工藝參數的產品設計屬性，體現生產模型與產品模型之間的效用，所以，開展工藝建模中，需要具有物理和數學模型特征、統計模型特征，并符合相關制造規劃、制造數據表內容，且需要具備計算機工藝仿真性能。

（2）仿真技術

仿真技術應用中，主要需要經歷如下步驟：第一，開展系統研究，收集數據資料，建立系統模型，明確仿真算法的應用；第二，建立仿真模型，依靠該模型，輸出仿真結果，并針對性地開展結果分析。產品制造中，需要進行仿真處理，其主要由生產制造流程及制造系統兩部分內容。

（3）虛擬現實技術

所謂虛擬現實技術，指的是依靠計算機所構建的動態虛擬環境，人可以通過接口，置身其中，依據仿真物理模型與虛擬環境的操作方法，交互過去與現在的虛擬人物，依靠各種虛擬設備，涵蓋力反饋系統、聽覺及感覺系統，也包括立體現實系統，可刺激人體的感覺和知覺，實現人與系統的交互作用，生成沉浸感，以此實現對系統的構想[4]。

（4）控制技術

所謂控制技術，指的是在仿真實際流程及模型構建中，依靠各種控制形式、管理方法及組織方式，涵蓋信息交換及調度方案等技術，也涵蓋實際仿真中信息流程及工作流程的把控，包括集成動態模型、分布式模型及協作模型等各種集成技術，實際設計時，需要突破求解技術。在虛擬制造的環境之中，實際產品研究及開發中機制調動，管理組織問題，均為控制技術應用的重要內容。

（三）虛擬制造的分類

1.以設計為中心的虛擬制造

以設計為中心的虛擬制造指的是將制造信息添加至產品工藝設計及產品設計之中，并將其應用于計算機數字化制造，以此進行多種制作方案的仿真，通過對其檢測，可以實現可裝配性和制造型的檢驗，以此對產品的性能及生產成本進行預測。由于數字化仿真的應用，虛擬仿真環境與使用人員之間存在著全面性的感官接觸，以此可輔助其感受到所設計產品的性能，對產品工藝過程和產品的設計進行優化處理，對設計相關的潛在問題進行發掘，分析設計的優勢和不足。

2.以生產為中心的虛擬制造

以生產為中心，開展虛擬制作，在生產計劃模型內添加仿真能力，以此輔助工作人員，建造良好的虛擬制造車間環境與設備，幫助快捷化地評估各種生產計劃，對新工藝流程的可行性進行檢驗，依據產品資源的需求及生產效率狀況，實現制造環境優化制造及生產供給計劃優化制定的目的，促進產品制造局部最優化，實現全程最優化。

3.以控制為中心的虛擬制造

以控制為中心的虛擬制造主要是在控制模型內，將仿真能力添加其中，可以提供生產流程的仿真環境，其應用的主要目的為對車間控制行為開展分析，對新型或者對產品設計進行優化設計的方式進行評估，并對車間生產相關活動開展評估，以此利用全局最優決策技術和理論對制造流程開展優化處理，滿足制造系統改進目標。虛擬制造技術以設計為中心，開展設計時，可以提供設計信息，也可以以生產為中心，生產計劃中，虛擬制造可以優化生產流程，若是虛擬技術以控制為中心可對生產過程中的控制及制造系統改造。從這一結構出發分析可知，虛擬制造可以在虛擬的環境之中集成各種制造技術，可以對零件在虛擬車間及設備之中的加工狀況進行觀察。初始設計中，可以反饋設計評價，依據設計與工藝流程，開展生產調度，優化管理計劃的擬定。仿真技術及建模為虛擬制造技術實現裝配流程的主要方式，也開展模擬制造和生產流程工作，需要調整模型，模擬算法優化的結果，以使得實際情況與模擬結果具有相似性，為保障方便，一般情況下需要簡化模型，若是缺少設計數據及實際生產數據作為支撐，也就無法彰顯虛擬制造技術的應用優勢。由此可見，虛擬制造技術應用中的主要缺陷就是仿真結果與實際情況之間存在較大差距，其虛擬制造的準確性需要不斷提升，若是虛擬制造與實際結果不相符合，將影響虛擬制造應用的實際效益。

三、基于大數據的虛擬制造技術

（一）大數據

大數據涉及的資料具有較大的規模，在一定時間內無法依靠數據庫軟件工具有效截取相關數據，也無法在短期內整合和處理數據的集合。這個數據可以來源于互聯網絡，也可以由企業內部整理獲取。大數據對企業而言是重要的發展資源，由于數據之中包含著數量巨大的信息資源，可應用先進的技術對其進行分享利用，將其轉化為具有價值性的數據資源，輔助企業生產經營中獲得巨大的數據支撐。企業之中數據來源較多，不僅包括資源管理系統、制造執行系統，還包括過程控制系統中的數據，這些數據大都在獨立的系統之中分布，不同數據之間缺少聯系。所以，必須借助數據分析、數據集成、數據收集及數據展示等方式，對企業發展有益的數據進行集合整理，為企業的決策奠定數據基礎。應用整合后的數據資源，促進企業經營效益的最優化。若是可以將企業實際制造過程中所積累的數據資料采用大數據的方式進行處理，并將其與虛擬制造技術相結合，將會使得虛擬制造中的仿真結果與實際更加接近，有利于為制造實際產品及設計[5]。

（二）基于大數據的虛擬制造的結構

大數據制造技術的構成部分涵蓋虛擬制造與實際制造，其結合了模擬庫與數據庫，數據庫與模型庫可以依靠系統集成對資源庫和知識庫之中的內容進行整合，并將其與制造企業的終端服務系統相聯系。

（三）基于大數據的虛擬制造的應用

第一，建立虛擬企業，為對市場需求進行滿足，需要開發新型產品，依靠不同區域當前的資源情況、企業制造、企業實際發展狀況、企業所處的生產區特點進行虛擬企業的構建。這需要企業在運行前完善網絡結構，并集成信息資源、技術資源、人力資源和組織資源，同時分析組合的應用優勢和協調運行的可行性，評估后續生產經營的利益分配情況及運營風險，集成性與實效性為虛擬企業的主要特征。第二，虛擬產品設計中，可提升設計效率，及時發現設計中的缺陷問題，優化產品設計內容。第三，虛擬產品仿真及制造時，依靠虛擬制造技術，憑借計算機開展仿真干預，能夠保障虛擬產品加工順序的正常化，協調產品工作中的關系，優化產品動力學性能和應用高度，有利于優化制造流程，促進加工效率的增長。第四，生產過程的虛擬化，產品在生產中需要合理規劃生產系統、生產調度方式、物料存儲、資源應用、人力資源投入和生產計劃的規劃，依靠計算機仿真形式開展虛擬生產流程的模擬還可以分析生產系統應用的可靠程度，分析預測產品、市場及資金的應用，優化資源配置，不提升產品生產效率，縮減生產成本[6]。

四、結語

虛擬制造技術的應用，可以實現交互式和可視化的產品概念形成、產品設計及產品制造的全過程仿真模擬，已經成為社會發展中不可或缺的重要技術，這一新興的制造技術，極大程度促進了虛擬制造的準確度和實用性，可為智能制造的發展提供廣闊的發展空間，輔助生產制造業的穩定發展和進步。

參考文獻

[1]李愛軍,云小林,朝克,等.一種基于大數據分析熱點網站的方法[J].長江信息通信,2022,35(7):173-175+179.

[2]黃蓉,黃會端,李秀枝.基于大數據環境下的智慧教材教學平臺的構建與應用[J].世紀之星—交流版,2022(8):193-195.

[3]熊文燕.基于大數據平臺架構的智慧圖書館分析[J].電子技術,2022,51(6):100-102.

[4]宋振鐸,程凱.基于大數據的智能成套裝備專家系統設計[J].數字通信世界,2022(8):60-62.

[5]周璨.基于智能制造和大數據云平臺的農機數字化設計[J].農機化研究,2021,43(11):234-238.

[6]杜文華.基于大數據的突發事件應急管理情報系統構建[J].現代工業經濟和信息化,2022,12(7):111-113.

作者:傅仁軍 宣梓鵬 單位:昆侖數智科技有限責任公司