虚拟制造技术在轨道交通装备制造业中的应用

任威振

【摘要】本论文通过分析虚拟制造技术的基本属性，阐述了虚拟制造技术在轨道交通装备制造业中的应用，最后以中车长春轨道客车股份有限公司为例，对虚拟制造技术的应用展开深入分析、论述。

【关键词】虚拟制造技术；轨道交通装备制造业；应用

一、虚拟制造技术的基本属性

（一）虚拟制造技术概述

虚拟制造技术通常是基于计算机技术以及网络技术，在计算机设备中构建研发环境，进而为产品的设计研发、生产制造以及后期检测工作提供基础。借助此种设计生产模式，能够让工作人员在虚拟环境中完成各种环节的研发以及检测，能够提高产品的研发效率，降低产品的研发成本，同时能够加强对产品精确度以及准确性的控制力度。与实际生产研发过程不同，虚拟制造技术更加侧重于对产品模型的模式研发，通过将产品实际生产所需的各种材料、设备进行系统化的输入，最终得出相对应的生产目标产品。通常来说，虚拟制造技术需要关注物质领域、信息领域的资源有效性，通过开展各种类型的虚拟模拟测试，确保产品各项基本属性能够满足设计需求，最终提高产品的生产质量、生产效率。

（二）虚拟制造的主要特征

第一，模型化特征。利用虚拟制造技术将产品以数字化模型的方式体现，并利用产品模型完成一系列的操作环境，实现对产品生命周期的全面管理。第二，映射化特征。利用虚拟制造技术能够为产品的生产、研发等环节进行环境真实性的模拟，促使现实环境与虚拟环境之间的一一映射。近年来，伴随着虚拟制造技术逐渐区域成熟化，虚拟环境逐渐趋于真实化，有助于为产品的实际研发与生产提供借鉴意义。第三，集成化特征。虚拟制造技术的具体结果是利用不同维度的仿真实验得出实际结论，而虚拟制造则是利用各种类型的仿真进行集成化的处理以及验证。第四，集约化特征。虚拟制造需要构建高精度的仿真系统，因此，虚拟技术对于计算机设备的功能有着较强的要求。随着分布式系统的全面应用，计算机相关资源逐渐能够满足虚拟制造的各种需求。

二、虚拟制造技术在轨道交通装备制造业中的具体内容

随着2015年，我国南北车实现合并并构建中国中车，我国的轨道交通装备制造行业逐渐向智能化转变，并不断利用虚拟制造技术加强对轨道交通装备制造行业的发展与应用。通过对虚拟制造技术在社会诸多行业实际应用结果分析，并充分考虑轨道交通行业自身建设发展的特征，虚拟技术能够更加广泛化、深入化运用到产品的研发工作、设计工作以及生产环节当中，提高中车企业对产品的生产效率。

（一）高铁、机车研发内容

研究人员针对高铁以及机车轨道设备的研究阶段，可以借助于虚拟制造技术，将具体设计的产品进行模型化处理，即利用三维模型的方式，让研究人员对产品的细节实现全方位的处理，确保产品的外部结构符合动力学的规律，并且对于内部的结构空间利用率进行有效判断。通过将产品的生产材质、设计结构模拟化，能够帮助研究人员对产品在使用过程中的各项参与进行收集获取，有助于在第一时间发现产品的不合理之处，继而得到及时的改善。

（二）生产线内容

通常来说，产品的生产线设计工作需要充分考虑产品自身的规格型号、产品生产数量、产品的生产加工技术等因素，对产品加工、物流以及其他功能设备的选用实现合理化、对应化。通过考虑产品生产车间的空间分布特点，对内部空间合理分配，同时注重不同设备之间的协作关系，保障产品能够正常化、稳定化的进行生产。利用虚拟制造技术的VM技术，能够对产品的生产线进行仿真、模拟，方便研究人员以直观化的方式，将生产线的各个设计细节进行判断、处理，进而保证生产线设计的合理性，提高产品的生产质量。

（三）生产过程内容

虚拟制造技术应用于生产过程主要是通过建立虚拟与物理融合的生产可视化监控中心，实现生产环节全链条的模拟管控，有效地预知生产中存在的资源浪费、节拍冲突、品质无法保证等问题，从而对物理生产环节进行相应调整，可以节约成本、优化生产过程。在轨道交通制造领域，生产可视化监控中心可用于转向架、司机室等复杂部件的生产过程，也可用于总装车间等大型部件的组装过程，通过虚拟和现实的结合处理提前預知生产过程中可能出现的问题并加以优化，以提高生产效率，避免生产误差。

三、应用方案实例

（一）设计仿真

中车长春轨道客车股份有限公司的设计研发为谱系化设计，具体流程包括客户需求、设计策划、方案设计、技术设计、施工图设计、工艺设计、检验策划、试制及验证和设计确认等。经过应用虚拟制造技术中的产品数字化模型化设计，目前中车长春轨道客车股份有限公司的产品研发流程已经实现了产品设计、工艺设计、质量策划一体化应用；设计过程管理和流程管理；一体化变更管理，电子图档指导生产；工程数据向制造现场发放。

（二）工艺仿真

中车长春轨道客车股份有限公司结合企业产品实际情况，要求所生产产品在上线投产之前，在虚拟生产环境中进行试生产，对生产线产能、设备利用率进行分析；对物流流量、方向、路径进行模拟；对工艺装配过程进行验证和优化，减少工艺验证时间，并逐步取代样车试制。

参考文献

[1]焦可如，张志军，王晓琴.虚拟制造技术及应用研究[J].制造业自动化，2012，34（19）：67～69.

[2]崔鑫，时蕾，夏伯乾.浅谈虚拟制造技术的应用[J].煤矿机械，2011，32（06）：10～12.