1 引言
随着科学技术的发展与进步，制造技术特别是机械制造技术正向着“数、精、极、自、集、网、智、绿”，八个方面发展，并相互交叉渗透、互相促进，最终形成高度集成的计算机集成制造系统(Computet Integrated ManufactutingSystem, CIMS)。特别是随着因特网（Internet）技术以及数字化平台的飞速发展，出现了许多先进制造模式，如网络制造、数字化设计技术、虚拟制造技术等。这些技术都具有一系列的优点，如网络化制造具有敏捷性、协调性、数字化、直接化、远程化以及多样性等特点。产品数据管理(Product Data Management,PDM)技术已经的得到了广大推广与应用，如基于PDM的数字化设计技术、PDM与CAPP集成技术,PDM与CAD集成技术等方面。PDM作为沟通企业中各种信息的桥梁已经成为协同设计等先进制造模式的关键技术之一。尤其是在虚拟制造中，PDM远比传统意义上的CAD和工程技术群体文件管理的功能大的多，它是所有信息的主要载体。因此，开展PDM及虚拟制造技术等先进制造模式及相关理论研究，具有非常重要的理论意义、应用前景和产业化价值。
2 PDM概念与特点
2.1 PDM的定义
产品数据管理系统是CIMdam公司总裁EdMiler在《PDMToday》一文中指出其定义是：PDM是管理所有与产品相关的信息和过程的技术，与产品相关的所有信息即描述产品的各种信息，包括零部件信息、结构配置、文件、CAD／CAM／CAPP电子文档、异构数据、审批信息等与产品相关的所有过程，即对这些过程的定义和管理，包括信息的审批和发放，可以看做是依托IT技术实现企业最优化管理的方法，是科学的管理框架与企业实现问题相结合的产物，是计算机技术与企业文化结合的一种产物。
2.2 PDM的特点
PDM作为一种能够帮助设计人员和其他人员管理数据的工具，PDM系统能够提供设计、制造所需的数据和信息，并由此支撑和维护产品开发的全过程的协调性。具有独立性、可复制性、数据产生维护清除方便性,Internet浏览性以及协同性。PDM可以作为CAD/CAM/CAPP/CAE(CAX)等集成的数据平台，如图1所示。
图1 PDM与CAX之间关系
3 虚拟制造技术
3.1虚拟制造的基本概念及分类
虚拟制造作为一种新型的先进制造模式，特别是以计算机集成制造系统为基础虚拟制造技术(VirtualManufaeture, VM)可以是企业的全面集成和优化成为可能。所谓的虚拟制造是利用计算机仿真技术与虚拟现实技术，在高性能计算初或者计算机群组协同工作下，实现产品的设计、工艺规划、加工制造过程、性能分析、质量检测以及企业各级的管理与决策控制能力的本质过程，以增强制造企业的各级的决策与控制能力网。它是一个对制造全过程全面仿真的一种先进制造技术，通过虚拟制造可以提前发现制造过程中的潜在问题，才产品实际生产前就采取预防控制措施，达到产品一次性制造成功的目标，从而降低成本，缩短产品开发周期，提高企业的竞争能力。根据生产过程的不同阶段，我们可以将虚拟制造分为三类:
（1）以设计为核心的虚拟制造(Design-Centered VM,DCVM );
（2）以制造为核心的虚拟制造(Production-Centered VM, PCVM );
（3）以控制为核心的虚拟制造(Control-Centered VM, CCVM )。如表1所示。
表1 三类虚拟制造比较
3.2虚拟制造技术的特点
虚拟制造具有如下主要特点:
(1)高度集成性;
(2)高度灵活性;
(3)支持协同合作。
4 PDMVMS体系结构
基于PDM的虚拟制造系统(Virtual Manufacture System based on Product Data Management, PDMVMS)与传统的产品设计相比不管是设计方式还是制造控制方式都发生了深刻变化，传统设计过程中会有许多不可少的步骤，在虚拟制造中可以大大简化，实施动态设计过程，大大降低了工作人员的劳动强度和产品成本，在设计阶段就可以针对后续制造问题进行修改，可以提高产品的一次制造成功率，大大降低了产品的研发周期和成本，提高了企业的市场竞争能力，PDMVMS的体系结构，如图2所示。
图2 PDMVMS的基本体系结构
5 PDMVMS的主要技术问题
5.1建模技术研究
虚拟制造系统开发及运行的主要步骤如下:
(1)基于相关理论和经验积累下对制造知识进行系统化组织和描述;
(2)对产品、设备等工程对象及制澎生程、活动进行综合建模;
(3)利用计算机仿真对产品设计、制造进行评价;
(4)不满意的仿真结果进行修改或删除，重复步骤(3);
(5)为了取得同质量的仿真，对日常操作模型进行删除补充维护。系统建模时虚拟制造系统的核心，也是构成虚拟制造系统的基础。PDMVMS的建模可分为三个层次，分别是:目标系统层、虚拟制造过程模型层和基础结构模型层。如图3所示。
图3 PDM VMS阶梯式建模技术
5.2虚拟产品制造仿真技术研究
目前虚拟加工分析工具尚不丰富，采用面向对象(Object-Oriented,O-O)的建模建模方法符合人们的思维习惯，在计算机集成以及计算机仿真技术的飞速发展情况下的集成化是装配建模的必然趋势，信息模型能更好的支持PDMVMS环境下的建模与装配的各阶段活动。虚拟加工仿真的主要内容:
5.2.1仿真环境建立
(1)定义虚拟机床;
(2)定义刀库刀具;
(3)定义工件或夹具的安装方案;
(4)安装夹具、毛坯和刀具。
5.2.2加工过程仿真
(1)刀具轨迹仿真;
(2)夹具安装使用过程仿真;
(3)机床运动仿真;
(4)材料去除过程仿真。
5.3 PDMVMS的实施实例
虚拟制造技术发展到今天，已经取得了不少成果。大众公司为了加快新型汽车的开发周期，从1994年与IGD(FraunboferInstituteof Computer Graphics IGD,Gennany)合作研究虚拟设计系统。成功实现汽车碰撞实验的虚拟仿真。波音777飞机作为第一架无图纸的飞机，不仅省去了大量的图纸绘制工作，而且大大提高了生产效率。
6 结束语
虚拟制造技术的研究与应用具有巨大潜力。由于各项计算机技术的发展，如Internet技术、远程通信技术、网络制造技术、网格技术、信息技术、数据处理技术的飞速发展，为虚拟制造功能的实现提供了有力的支撑。虚拟制造是实际制造的映射，而实际制造是虚拟制造的现实实例。对于基于PDM的虚拟制造系统进行了分析研究，搭建了以PDM为传输平台的虚拟制造系统.分析了PDMVM系统中的各部分功能关系。利用虚拟制造技术进行产品的开发制造可以节省实体材料，降低劳动强度，缩短产品的设计研发周期，提高了企业的市场竞争力。
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本文标题：基于PDM的数字化产品虚拟制造系统研究
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