虚拟制造与网络制造
虚拟制造技术
简介
虚拟制造技术是由多学科先进知识形成的综合系统技术，是以计算机仿真技术为前提，对设计、制造等生产 过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产 品性能、产品制造成本、产品的制造性，从而更有效、更经济地灵活地组织制造生产，使工厂和车间的资源得到 合理配置，以达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化之目的。
优点
可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生 产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成 企业的市场竞争优势。
举例
如波音777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期 从过去的8年缩短到5年；Chrycler公司与IBM合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前， 即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年时间， 虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影响。
虚拟制造技术
由多学科先进知识形成的综合系统技术
01 简介
03 举例
目录
02 优点 04 效益
05 关键技术
07 应用
目录
06 发展策略
虚拟制造技术是由多学科先进知识形成的综合系统技术，是以计算机仿真技术为前提，对设计、制造等生产 过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时地并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产 品性能、产品制造成本、产品的制造性，从而更有效、更经济地灵活地组织制造生产，使工厂和车间的资源得到 合理配置，以达到产品的开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化，生产效率的最高化之目的。
虚拟制造与网络制造
虚拟制造的相关定义（2）
美国空军Wright实验室 ：虚拟制造是仿真、 建模和分析技术及工具的综合应用，以增强 各层设计制造和生产决策与控制的能力。
Marinov ：虚拟制造是一个系统，在这个 系统中，制造对象、过程、活动和准则的抽 象原型被建立在基于计算机的环境中，以增 强制造过程的一个或多个方面的属性。
现有制造资源的快速调集与充分利用 制造企业快速重组、动态联盟、虚拟企业 并行工程与虚拟制造的跨时空性 分担基础设施建设费用、减少商务风险 减少产品投放市场所需时间 增加市场占有份额、快速进入市场
网络制造的支撑技术
网络通讯技术 并行工程 虚拟现实技术 数控技术 现代检测与信息融合技术 快速成形技术 激光技术
产品模型、数据、只是和规则 通讯协议和数据交换标准 ( IGES、STEP等)
网络及物理链路、硬件设备
虚拟制造的功能框图
产品建模 产品异地设计
产品优化设计
产品性能评价
零部件分析优化
可制造性评价 快速原型
生产工艺优化 虚拟实验
工具设计优化 虚拟检测
刀位控制 参数优化
刀位轨迹 参数优化
加工方案 评估
工艺模型验证 产品模型实验：虚拟机床
虚拟制造的相关定义（3）
马里兰大学Edward Lin ：虚拟制造是一个 用于增强各级决策与控制的一体化的、综合 性的制造环境。
清华大学肖田元 ：虚拟制造是实际制造过 程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿 真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开 发、制造，以及管理与控制等制造的本质过 程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。
虚拟制造是对实际制造活动的抽象 实际制造是虚拟制造的实例 虚拟制造是一种更高层次上的计算 机技术在设计、制造、管理等各个 环节中的应用
数字化制造环境下的虚拟制造技术研究
数字化制造环境下的虚拟制造技术研究在数字化制造的时代，虚拟制造技术成为一种重要的先进制造技术，其可以在数字模拟环境下进行产品的设计、制造和测试，大大缩短了产品研发周期和开发成本，提高了制造的精度，为抢占制造业发展先机提供了关键支持。
本文将阐述数字化制造环境下虚拟制造技术的研究现状与应用前景。
一、虚拟制造技术的概念虚拟制造技术是一种基于计算机技术和模拟技术的新型制造技术。
它通过计算机模拟装配、加工、测试等工艺过程，利用数字化信息技术、虚拟现实技术、智能化制造技术等理论和方法，建立数字化模型和仿真模型，从而实现了产品的设计、制造、测试和优化等环节的数字化化和自动化。
二、虚拟制造技术的研究现状目前，虚拟制造技术已经成为制造业发展中的研究热点。
国内外许多研究机构和企业都投入了大量的人力物力进行虚拟制造技术的研究与开发。
例如，工业和信息化部、中国科学院等单位开展了“数字化制造重大专项”等项目，从而加速了虚拟制造技术的研究与应用。
虚拟制造技术主要包括虚拟加工、虚拟装配、虚拟测试和虚拟维修等方面。
1、虚拟加工技术虚拟加工技术是利用计算机模拟实际加工过程的过程技术，为产品决策提供数据支持。
虚拟加工技术包含了虚拟数控加工、虚拟机床和多质点碾压等方面，可以有效提高制造效率，缩短工艺研究周期和减少产品制造成本。
2、虚拟装配技术虚拟装配技术可以对产品进行数字化模拟装配，从而提高产品装配的精度和装配速度，优化了产品结构与性能，减少了维护成本。
它可以通过数字化专业软件对工程部件及完整产品进行3D建模，根据装配顺序和模型之间约束条件，实现单机和多机间的装配。
3、虚拟测试技术虚拟测试技术是通过计算机仿真技术，在数字模拟环境下对产品进行开发测试，从而减少实物原型的制作和实物实验的试验成本和试验周期。
它包括了力学与动力学仿真测试、流体仿真测试、光学测试等方面。
4、虚拟维修技术虚拟维修技术是一种基于虚拟现实技术的虚拟维修培训技术，可以对产品进行三维动态仿真，进行动态演示，提高了生产力与产品质量。
虚拟制造技术
虚拟制造与实际制造的关系
虚拟制造是实际制造（真实制造）在计算机上的 映射
虚拟制造系统是通过对实际制造系统进行抽象、 分析、综合得到实际生成的全部数字化模型
虚拟制造的最终目标是指导实际生产 虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚拟制 造的实例
几个概念
• • • • • • • • RPS: Real Physical System，真实物理系统 RIS: Real Information System，真实信息系统 VPS: Virtual Physical System，虚拟物理系统 VIS: Virtual Information System，虚拟信息系统 RPS+RIS：真实制造系统 RPS+VIS：自动化制造系统 VPS+RIS：虚拟制造系统 VPS+VIS：虚拟制造系统
3.虚拟制造系统的体系结构
• 怎样的体系结构才算好？
能把虚拟产品开发过程中的设计、制造及装配、生产调度、质 量管理等环节有机集成起来
实现产品开发全过程的信息、功能、过程的集成
实现并行运作，包括异地并行 发挥人在其中的能动性
实现人、组织、管理、技术的协同工作
支持生产活动、生产资源的分布式特性 开放式的结构：层次化的控制、即插即用等
网络层
网络及物理链路、硬件设备
西北工业大学 冯涛等
4 虚拟制造技术分类
• • • • 1996年，美国马里兰大学提出三种模式： 以设计为中心的虚拟制造(DCVM) 以生产为中心的虚拟制造(PCVM) 以控制为中心的虚拟制造(CCVM)
以设计为中心的VM
Design-Centered VM
强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品 模型进行仿真与分析、优化，进行产品的结构性 能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装 配性分析，获得对产品的设计评估与性能预测结 果，以便作出正确决策。 成功事例：美国波音公司波音777喷气式客机的研 制。仅用了3年零8个月时间，一次试飞成功，投 入运营。波音公司777客机数以万计的零部件中任 何一种的设计，观察、研究、讨论都是在计算机 上完成，所有零部件均是三维实体模型。可见虚 拟产品设计给企业带来的效益。
虚拟制造
虚拟制造1.虚拟制造的定义与特征虚拟现实技术对身临其境的真实感和对超越现实的虚拟性以及建立个人能够沉浸其中，超越其上,自如交互的多维信息系统的追求推动了虚拟现实技术在制造业中的发展和应用。
虚拟制造技术是近年来先进制造技术领域内的一门新兴技术，由于概念出现时间比较短，目前国际上还没有对它作统一的定义，研究人员根据各自不同的研究内容和应用背景，做出各具特色的定义。
同时，由于虚拟制造技术本身的不断发展，工程技术人员对它的认识也是一个动态的过程。
综合起来说，虚拟制造技术是由许多先进学科领域知识的综合集成与应用，它以数字化建模技术，计算机仿真技术，分析优化技术为基础，在产品设计阶段或产品制造之前，实时、并行地模拟出产品的未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能、成本和可制造性，以达到产品的开发周期和成本的最优化，生产效率的最高化之目的。
虚拟制造中的“虚拟”是相对于实物产品的实际制造系统而言的，它强调的是制造系统运行过程的计算机化，虚拟制造是实际制造的抽象，生产出的是全数字化的产品，是在计算机及网络系统和相关软件系统中进行的制造，所处理的对象是有关产品和制造系统的信息和数据，处理结果是全数字化产品，而不是真实的物质产品，但是它是现实物质产品的一个数字化模型，即是一个虚拟产品，是现实产品在虚拟环境下的映射，并具有现实产品所必须具有的特征和性能2.虚拟制造的分类根据虚拟制造应用环境和对象的侧重点不同，虚拟制造分为三类:以设计为中心的虚拟制造，以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。
（1）设计为中心的虚拟制造为设计者提供产品设计阶段所需的制造信息，从而使设计最优。
设计部门和制造部门之间在计算机网络的支持下协同工作，以统一的制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至整机进行加工工艺分析、运动学和动力学分析、可装配性分析等可制造性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。
虚拟制造技术
虚拟制造技术一、技术概述虚拟制造技术（Virtual Manufacturing Technology, or VMT）是80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。
它是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。
这样，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。
虚拟制造技术按其功能可划分为：1．产品的虚拟设计技术。
面向产品的原理、结构和性能的设计、分析、模拟和评测，以优化产品本身的性能、成本为目标。
2．产品的虚拟制造技术。
面向产品制造过程模拟、检验和优化，检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺过程、保证产品的制造质量、制造周期和最低的制造成本为目标。
3．虚拟制造系统。
着重于生产过程的规划、组织管理、资源调度、物流、信息流等的建模、仿真与优化。
如虚拟企业、虚拟研发中心等。
虚拟制造技术是CAD／CAE／CAM／CAPP和仿真技术的更高阶段。
利用虚拟现实技术、仿真技术等在计算机上建立起的虚拟制造环境是一种接近人们自然活动的一种“自然”环境，人们的视觉、触觉和听觉都与实际环境接近。
人们在这样环境中进行产品的开发，可以充分发挥技术人员的想象力和创造能力，相互协作发挥集体智慧，大大提高产品开发的质量和缩短开发周期。
二、现状及国内外发展趋势虚拟制造技术的发展首先是在其支撑技术的发展上取得进展，例如，虚拟现实技术、仿真技术等。
特别是一些单元技术与制造业的紧密结合不断深入，并为其作出了巨大的贡献，更推动了这些技术的进一步发展。
同时，支撑技术和单元技术的不断成熟和在制造业中发挥越来越大的作用，也推动了虚拟制造技术的组合和集成。
但由于各技术的相对独立性，其统一的特征模型的建立、数据共享和交换等遇到了巨大的挑战。
虚拟制造
1。
虚拟制造的定义：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机建模与仿真技术，虚拟现实或可视化技术，在计算机网络环境下群组协同工作，模拟产品的整个制造过程，对产品设计，工艺规划，加工制造，性能分析，生产调度和管理，销售及售后服务等做出综合评价，以增强制造过程各个层次或环节的正确决策和控制能力2．映射的特性：（1）映射的定义域是实际制造过程，值域是虚拟制造过程，直接结果是全数字化产品，映射的介质是网络计算机环境。
（2）该映射是非线性迭代过程，需要多次循环直到满足要求为止。
（3）虚拟制造的结果千差万别，难以预测，因而可能是一个混沌的过程。
（4）由于人是整个系统的主体，将人的智能以控制参数的形式复合进去，该映射在一定程度上也是可控的。
由于不同的人其技术水平和经验不同，因而控制参数具有模糊特性。
3 虚拟制造的优势：1缩短了产品的研发周期2 降低了产品的研发成本3 提供了一个先进的制造系统仿真平台4 虚拟制造系统是通过对实际制造系统进行抽象，分析，综合，得到实际生产的全部数字化模型 5 虚拟制造的相关技术包括：输入，输出设备及计算机硬件技术、集成这些硬件系统的电子技术和软件技术。
6 虚拟制造技术的核心与关键技术：计算机仿真优化设计、三维建模技术和网络技术。
7其他的先进技术有哪些： 1 计算机集成制造系统与虚拟制造系统2 敏捷制造与虚拟制造技术3 并行工程与虚拟制造技术4 精益生产与虚拟制造技术5 绿色制造与虚拟制造技术6智能制造与虚拟制造技术1 虚拟现实（VR、Virtual Reality）又称虚拟环境（VE）：虚拟现实是由计算机生成的，通过视听触觉、嗅觉等多通道作用于用户，使之生产身临其境感的交互式计算机仿真，是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统。
2，虚拟现实的特征（1）多感知性（2）沉浸感（3）自治性（4）交互性3，虚拟现实的系统组成（1）检测输入装置（2）图像生成和显示系统（3）音频系统（4）力、触觉系统（5）高性能计算机系统（6）建模系统4虚拟对象的模型主要包括：几何模型、物理模型、运动模型、声音模型等5对象的几何模型：就是用来描述对象固有形状和外表的抽象模型，通常首先用三角形或多边形构造对象的几何外形，然后对几何模型进行纹理，颜色，光照等处理，后者称之为形象建模6 几何模型的生成方法：1测试法 2 CAD法 3二维视图变换法7 纹理的定义：是指物体表面细微的凹凸不平的条纹，可以用随机扰动法生成，即在表面各点法线方向附加微小的随机扰动量，从而产生表面微观不平度。
虚拟企业的名词解释
虚拟企业的名词解释虚拟企业，也称为虚拟组织、无形企业或网上企业，是指运用信息化技术，通过网络和互联网等电子手段组织和运作的一种特殊的企业形态。
虚拟企业不依赖于实体空间，在物理上不存在，通过网络技术将参与者与其他相关方连接起来，形成一个协同工作的组织网络。
以下是虚拟企业的相关概念和解释。
1. 虚拟企业模型：虚拟企业模型是虚拟企业运作的框架和规范，包括组织结构、业务流程、管理制度等，为虚拟企业的运行提供了参考和指导。
2. 虚拟企业集群：虚拟企业集群是由一组虚拟企业组成的网络集合体，通过合作和协同，共同开展业务活动。
虚拟企业集群可以通过共享资源、技术和市场信息实现协同创新和资源整合。
3. 虚拟制造型企业：虚拟制造型企业是通过外包和合作等方式，将企业的部分生产功能外包给其他企业或组织，通过内外协同合作实现产品生产和供应链管理的一种企业形态。
4. 电子商务：电子商务是指基于互联网和信息技术，通过电子手段进行商务活动的一种商业模式。
虚拟企业通常依托于电子商务平台，进行产品销售、供应链管理、支付结算等业务活动。
5. 虚拟团队：虚拟团队是指由分散地域和不同单位组成的团队，通过信息技术进行协调和合作，实现分工合作和项目管理等业务活动。
6. 虚拟交易：虚拟交易是指通过网络进行的交易活动，包括虚拟商品的销售、在线支付、网上招投标等。
虚拟交易提供了便捷的购物方式和商务交流平台。
7. 虚拟领导：虚拟领导是指虚拟企业中的领导者，通过网络、电话和视频会议等方式进行有效的沟通和指导，实现团队目标的达成。
8. 虚拟组织文化：虚拟组织文化是指虚拟企业内部的共同价值观和行为准则，它可以通过信息技术传递、共享和塑造，使组织成员形成共同的认同和归属感。
9. 虚拟合作伙伴关系：虚拟企业通常需要与其他企业或组织建立合作伙伴关系，共同开展业务活动。
虚拟合作伙伴关系可以通过网络技术实现信息共享、资源整合和业务协同。
10. 虚拟企业风险管理：虚拟企业面临的风险包括网络安全风险、数据泄露风险、合作伙伴风险等。
网络化制造(Networked-manufacturing)
网络化制造（Networked-manufacturing）姓名：班级：专业：摘要：网络化制造是指通过采用先进的网络技术、制造技术及其其它相关技术, 构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统, 并在系统的支持下, 突破空间对企业生产经营范围和方式的约束, 开展覆盖产品整个生命周期全部或部分环节的企业业务活动(如产品设计、制造、销售、采购、管理等) , 实现企业间的协同和各种社会资源的共享与集成, 高速度、高质量、低成本地为市场提供所需的产品和服务。
关键词：网络化制造技术应用迄今为止, 国内外许多专家、学者、企业应用人员在网络化制造方面已经开展了大量的研究和应用实践工作, 德国Produktion2000 框架方案旨在建立一个全球化的产品设计与制造资源信息服务网; 欧洲联盟公布的“第五框架计划(1998- 2002 年) ”已将虚拟网络企业列入研究主体, 其目标是为联盟内各个国家的企业提供资源服务和共享的统一基础平台, 在此基础上公布的“第六框架计划(2002- 2006 年) ”的一个主要集成平台体系结构目标是进一步研究利用Internet 技术改善联盟内各个分散实体之间的集成和协作机制。
国内方面, 华中科技大学的杨叔子院士阐述了网络经济时代制造环境的变化与特点, 指出了网络化制造模式的必然性, 研究基于Agent 的网络化制造模式及基于利益驱动的动态重组机制。
重庆大学的刘飞教授对网络化制造的定义、内涵特征进行了描述, 并归纳出了支撑网络化制造的技术体系; 浙江大学的祁国宁和顾新建教授则分析了网络化制造的几种发展途径并指出了网络化制造模式在21 世纪制造业中的重要地位; 贵州工业大的谢庆生教授提出了基于ASP 模式的网络化制造系统结构, 并针对我国发展网络化制造的实际着重讨论了基于ASP 模式网络化制造的发展策略。
网络化制造内容企业信息涉及有关产品设计、计划、生产资源、组织等类型的数据，不仅数据量大，数据类型和结构复杂。
虚拟制造技术及其在制造业中的应用
虚拟制造技术及其在制造业中的应用摘要：阐述了虚拟制造的基本概念，虚拟制造的核心技术，以及虚拟制造技术在制造业中的应用。
着重介绍了虚拟企业的特征。
当今制造业正朝着精密化、自动化、柔性化、集成化、信息化和智能化的方向发展，随着这个趋势，诞生了许多先进制造技术和先进制造模式。
虚拟制造就是根据企业市场竞争的需求，在强调柔性和快速的前提下，美国80年代提出的，随着计算机技术和信息网络技术的发展，在90年代得到人们的重视，并获得迅速的发展。
1 虚拟制造VM虚拟制造(VM：Virtual Manufacturing)是对真实产品制造的动态模拟，是一种在计算机上进行而不消耗物理资源的模拟制造软件技术。
它具有建模和仿真环境，使产品从生产过程、工艺计划、调度计划、后勤供应以及财会、采购和管理等一种集成的、综合的制造环境，在真实产品的制造活动之前，就能预测产品的功能以及制造系统状态，从而可以作出前瞻性的决策和优化实施方案。
为了更细致地了解VM的含义，美国在一次专业会议上对3种类型的VM作如下解释：①以设计为中心的VM，这类VM是将制造信息加入到产品设计和工艺设计中，并在计算机上进行数字化制造，仿真多种制造方案，评估各种生产情景，通过仿真制造来优化产品设计和工艺设计，以便作出正确决策。
②以生产为中心的VM，这类VM是将仿真能力加到生产计划模型中，以便快捷化评价生产计划，检验工艺流程、资源需求状况以及生产效率，从而优化制造环境和生产供应计划。
③以控制为中心的VM，这类VM是将仿真能力加到控制模型中，提供对实际生产过程的仿真环境，即将机器控制模型用于仿真，其目标是实际生产中的过程优化，改进制造系统。
虚拟制造是一种新的制造技术，它以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。
虚拟制造技术涉及面很广，诸如环境构成技术、过程特征抽取、元模型、集成基础结构的体系结构、制造特征数据集成、多学科交驻功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。
虚拟制造系统的功能特点
虚拟制造系统的功能特点
虚拟制造系统的功能
（1）虚拟设计功能
虚拟设计是在虚拟现实和网络环境中，群组协同工作，对未来产品进行优化设计，完成产品的性能评价、可制造性评价等工作，从而最终实现产品的虚拟原型等功能。
（2）虚拟制造功能
该功能主要包括生产工艺设计与评价、加工过程切削参数优化、材料加工成形仿真、数控设备软件的编制与验证等。
它是以全信息模型为基础的众多仿真分析软件的集成，包括力学、热力学、运动学、动力学等分析。
（3）虚拟生产功能
该功能包括生产环境的布局设计、设备集成产品远程虚拟测试、企业。
虚拟制造技术
虚拟制造技术的内涵
以模型信息集成为根本：产品模型、过程模型、 活动模型、资源模型之间的信息集成 以高逼真度仿真为特色：仿真结果的高可信度， 以及人与这个虚拟制造环境的交互的自然化。
虚拟制造技术的内涵
2、特点 以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模 型、资源模型
产品模型：产品信息在计算机上的表示。
虚拟制造的使能技术
使能技术之四
数据转换与处理技术
数 据 文 件 格 式 转 换 技 术
产 品 数 据 管 理 技 术
虚拟制造的使能技术
使能技术之五
网络环境下知识获取与建库技术
据网 信络 息化 的异 统构 一知 表识 达与 数 的分 协布 同式 与虚 自拟 治仿 真 节 点 绘虚 制拟 与场 网景 络的 传快 输速 漫 游 、 与基 制于 造 集的 成产 过品 程设 链计 VR 企基 业于 信多 息 重 组 与的 集虚 成拟 Agent 据网 与络 指环 令境 的下 传虚 输拟 与产 共品 享数
虚 拟 加 工
虚 拟 测 量 技 术
虚拟制造的关键技术
关键技术之三
虚拟检测与评价技术
虚 拟 表 面 接 触 刚 度 分 析 干刀 涉位 检轨 验迹 检 查 及 碰 撞 工 艺 过 程 规 划 与 仿 真 评基 价于 应 力 的 加 工 质 量
装 配 信 息 建 模
虚拟制造的关键技术
关键技术之四
虚拟实验技术
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造系统
虚拟信息系统
技术人员 客户
实际制造系统
虚拟产品
实际信息系统
需求 工人
实际产品
计算机仿真 虚拟现实
基于网络的VPS
工厂
RPS
确认和验证
虚拟制造发展趋势
虚拟制造发展趋势及进展当今，全球制造企业之间的竞争越来越激烈，决定企业全球竞争能力的主要指标是产品的开发时间、质量、成本以及相应的服务。
为适应市场瞬息多变的要求．减少成本和周期。
制造企业将许多新出现的技术引入到设计和制造领域中。
其中虚拟制造就是最为突出的一种，它能够在产品设计开发的各个阶段把握产品制造过程的实况，找出各个阶段可能出现的问题．有效地协调设计与制造环节的关系，以寻求企业的最优效益。
1虚拟制造的简要介绍由于虚拟制造出现的时间较短．而且对其研究也在不断地深入，所以国际上还没有对虚拟制造作出一个统一的定义。
不同的研究人员从不同的角度出发给出了具体的描述，其中代表性的包括以下几种：定义一：虚拟制造是这样的一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程，其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测。
(G1oriaJ．Wiens，UniversityofFlorida) 定义二：虚拟制造是仿真、建模和分析技术以及工具的综合应用，以增强各层制造设计和生产决策与控制。
定义三：虚拟制造是提供“在计算机上制造”的能力。
本质上，虚拟制造最终将提供建模与仿真环境。
2先进制造技术的优越性先进制造技术作为21世纪的制造技术，在制造业技术的基础上，极大地融入信息技术和现代管理技术，并与之相辅相成。
信息技术和现代管理技术是先进制造技术的两个支柱，而现代管理技术和信息技术要以先进制造技术为基础。
三者的有机结合，必然产生新的生产模式。
制造技术、信息技术与现代管理技术三位一体，共同构成先进制造技术生长的环境。
近年来先进制造的新概念层出不穷，如精益生产、并行工程、敏捷制造、全能制造等。
但从实质上看，这些新概念具有共同的特点：1)从以产品为中心向以客户为中心转变；2)从以技术为中心向以人、信息为中心转变；3)从传统的顺序工作方式向并行工作方式和小组工作方式转变：4)从多层次、细分工、严格从属管理的金字塔模式向分布式、平行网络、模糊分工和自主管理的扁平结构模式转变；5)更加重视产品的质量，把产品质量放在企业的首位，增强产品对市场反应的灵敏性。
虚拟制造技术定义及应用
四、虚拟制造技术定义及应用1、虚拟制造技术的定义：是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算与仿真的技术。
2、虚拟制造系统的定义：是一个在虚拟制造技术的指导下，在计算机网络和虚拟现实环境中建立起来的，具有集成、开放、分布、并行、人机交互等特点的，能够从产品生产全过程的高度来分析和解决制造系统各个环节的技术问题的软硬件系统。
虚拟制造的关键技术：虚拟设计与装配技术、虚拟产品实现技术、虚拟检测与评价技术、虚拟纹理分析技术、虚拟实验技术、虚拟生产技术。
3、虚拟制造技术的应用：虚拟环境与工具、虚拟产品建模、动态装配仿真、热变形分析、模态分析、有限元分析、运动分析与仿真、虚拟加工、加工过程仿真、虚拟测试、虚拟生产调度控制仿真4、虚拟制造技术的应用研究虽然刚刚起步，却已经有了一些成功的应用，展现了巨大的经济效益和美好的前景。
在美国，采用虚拟制造技术成功地设计了波音777飞机，飞机的整体及其300万个零件，从设计到加工完全实现了无图纸化，利用建立逼真的虚拟三维实体模型对飞机的各种性能进行分析、模拟，因而缩短了数千小时的工作量并节省了大量经费［4］。
福特、通用等汽车公司都成功地运用了部分虚拟制造技术，设计发动机、车体、电气线路等，建立了三维实体模型并进行了碰撞分析和运动特性分析等，还进行了模拟数控加工和质量检查等，大大缩短了设计周期，降低了设计成本［5］。
在国内，北京科学研究院把虚拟制造技术应用于立体车库设计，初步实现直观地布局、参数化设计分析和运动模拟。
5 虚拟制造在我国的研究及应用情况2005年3月份，上海理工大学宣布成立虚拟制造技术研究院。
这是继清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室在国内最早开展虚拟制造研究以来又一个成立的进行虚拟制造技术研究的机构。
虚拟制造技术概述
虚拟制造技术
3. 以控制为中心的虚拟制造 其核心是将仿真能力加入到控制模型和实际生产过程中,提供对实际生产过程仿真的环 境。通过对制造设备和制造过程进行仿真,建立虚拟的制造单元,对各种制造单元的控制策略和 制造设备的控制策略进行评估,从而实现车间级的基于仿真的最优控制。对于离散制造,其主要 支持技术有基于仿真的实时动态调度技术;对于连续制造,其主要支持技术有基于仿真的最优控 制技术。
虚拟制造的分类及关系
虚拟制造技术
1. 以设计为中心的虚拟制造 其核心是将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中,并在计算机中进行“制造”,仿 真多种制造方案,检验其可制造性或可装配性,预测产品性能和报价、成本。它的主要支持技术 包括特征造型、面向数学的模型设计及加工过程的仿真技术,主要应用领域包括造型设计、热 力学分析、运动学分析、动力学分析、容差分析和加工过程仿真。 2. 以生产为中心的虚拟制造 其核心是将仿真能力加入到生产过程,通过建立生产过程和生产计划模型来评估和优化 生产过程,快捷地、低成本地评价不同的工艺方案,检验新工艺流程的可信度、产品的生产效率、 资源需求计划、生产计划等,从而优化制造环境的配置和生产计划。它的主要支持技术包括虚 拟现实技术和嵌入式仿真技术,其主要应用领域包括工厂或产品的物理布局及生产技术(virtual manufacturing technology,VMT)是由多学科先进知识形成的综合 系统技术,是以计算机仿真技术为前提,对设计、制造等生产过程进行统一建模,在产品设计阶 段,实时、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制造 成本、产品的制造性,从而更有效、更经济、更灵活地组织┈制造生产,使工厂和车间的资源得 到合理配置,以达到产品的开发周期和成本最小化,产品设计质量最优化,生产效率最高化的目 的。虚拟制造系统(virtual manufacturing system,VMS)是基于虚拟制造技术实现的制造系统, 是现实制造系统(real manufacturing system,RMS)在虚拟环境下的映射。虚拟制造系统生产 的产品是可视的虚拟产品,是一个数字化产品,它具有真实产品所必须具有的特征,并具有动态 结构及决策、控制、调度、管理等4个机制。
先进制造模式
第4章 先进制造模式
虚拟制造技术是一种软件技术，它填补了CAD/CAM技术 与生产过程和企业管理之间的技术鸿沟，把企业的生产和管理 活动在产品投入生产之前就在计算机屏幕上加以显示和评价， 使设计员和工程师能够预见可能发生的问题和后果。基于计算 机模拟的产品开发环境使得人们能够在“真实地生产产品”之 前“虚拟地生产产品”。零件生存周期的模拟将提供精确的数 据，这些数据将排除开发难制造的或不能制造的产品设计。 AM被称为21世纪美国制造业的发展战略，而其关键技术之一 就是虚拟制造技术。
第4章 先进制造模式
由此可见，虚拟制造通过计算机提供的虚拟制造环境来 模拟和预测评估产品的功能和性能，可制造性等方面可能存 在的问题，从而提高了人们的预测和决策水平。它为设计师 及制造工程师提供了从产品概念形成、结构设计到制造全过 程的三维可视和交互的环境，使制造技术走出了主要凭经验 的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段。
第4章 先进制造模式
(3) 交互性。交互性是指用户对模拟环境内物体的可操作 程度和从环境得到反馈的自然程度(包括实时性)。例如，用户 可以用手去直接抓取环境中的物体，这时手有握着东西的感 觉，并可以感觉物体的重量，视场中的物体也随着手的移动 而移动。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互， 用户不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互，而且能够通过 特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据用 户的头、手、眼、语言及身体的运动，来调整系统呈现的图 像及声音。用户通过自身的语言、身体运动或动作等自然技 能，就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
第4章 先进制造模式
2．虚拟制造的分类
虚拟制造既涉及到与产品设计及制造有关的工程活动， 又包含与企业经营有关的管理活动，因此虚拟设计、生产和 生产控制机制是虚拟制造的有机组成部分。按照这种思想， 虚拟制造可以分成三类，即以设计为中心的虚拟制造，以生 产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造。
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VIM环境体系结构
运行参数 可视化参数 分析 可视化 VIS环境体系结构
实验 结果
虚拟制造的体系结构
界面层
人机交互接口
个性化用户界面
框架层
基于COBRDA（DCOM）的分布集成框架
应用层
虚拟设计 平台
虚拟加工 平台
网络制造的主要特点
快速响应市场变化 资源的充分利用 稳定和提高产品质量 减小企业风险
制造业的发展必然
市 场 竞 争 的 新 要 求
对市场需求的快速反应 设 计 与 制 造 系 统 与 过 程 创新机制
各种资源的合理利用
信息技术
各种资源的集成与共享
虚拟现实
网 络 化 制 造
基于网络的信息获取与融合
使能技术之六
基于VR的科学计算可视化技术
映多 射通 机道 理技 与术 操与 纵可 方视 法化 技 术 的
化分 环布 境式 的的 协计 同算 与 可 视 构特 分征 析可 视 化 与 拓 扑 结 驭基 计于 算 的 可 视 化 与 驾
VR
虚拟制造的关键技术 关键技术
虚 拟 设 计 与 装 配 技 术 虚 拟 产 品 实 现 技 术 虚 拟 检 测 与 评 价 技 术 虚 拟 纹 理 分 析 技 术
一、绪论
产生背景
社会发展、科技进步、生活节奏加快 市场瞬息万变，反应速度意味着商机
规模 60s
成本 70s
质量 80s
速度 90s
制造业竞争重点的变迁
产生背景
全球经济一体化：全球制造网络、WTO 制造产业信息化：电子商务、EDI电子数据交换 消费个性化：顾客化大生产
相关研究计划
先进制造技术计划（美国） 关键技术(制造)计划（美国）
虚拟装配设计环境VADE
基于虚拟现实的训练系统
部件几何特 征属性及装 配信息等
计算机辅助过程规划系统
CAD环境
VADE环境
机器人路径规划系统
轨迹信息序列信息
轨迹及序列 信息设计变 化的建议
专用的装配设备设计
DFA分析
确定的有穷自动机
虚拟制造的使能技术 使能技术
虚 拟 环 境 建 模 数 据 转 换 与 处 理
虚 拟 实 验 技 术
虚 拟 生 产 技 术
关键技术之一
虚拟设计与装配技术
优虚 化拟 装 配 拆 卸 设 计 与 / 具 有 力 觉 的 虚 拟 装 配
虚 拟 产 品 形 状 设 计
虚 拟 样 机
关键技术之二
虚拟产品实现技术
远 程 机 器 人 操 作 与 监 控 切基 削于 参表 数面 选质 择量 分 析 的
虚拟制造的相关定义（3）
马里兰大学Edward
Lin ：虚拟制造是一个 用于增强各级决策与控制的一体化的、综计算机上的本质实现，即采用计算机仿 真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开 发、制造，以及管理与控制等制造的本质过 程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。
虚拟制造系统的定义
是一个在虚拟制造技术的指导下，在计 算机网络和虚拟现实环境中建立起来的， 具有集成、开放、分布、并行、人机交 互等特点的，能够从产品生产全过程的 高度来分析和解决制造系统各个环节的 技术问题的软硬件系统。
虚拟制造的特点
集成性
反复性
并行性
人机交互性
虚拟制造与实际制造的关系
虚 拟 加 工
虚 拟 测 量 技 术
关键技术之三
虚拟检测与评价技术
虚 拟 表 面 接 触 刚 度 分 析 干刀 涉位 检轨 验迹 检 查 及 碰 撞 工 艺 过 程 规 划 与 仿 真 评基 价于 应 力 的 加 工 质 量
装 配 信 息 建 模
关键技术之四
虚拟实验技术
虚 拟 试 验 的 物 理 建 模
连续系统建模
虚 拟 制 造 的 理 论 基 础
建模理论
离散系统建模 连续系统仿真
神经网络建模 实体流图法
模糊神经网络建模 活动周期图法 Petri网法
仿真理论
离散系统仿真 实时仿真
事件调度法
活动扫描法
进程交互法
并行计算
点对点通信 处理机拓扑
全局通信 并行I/O
并行控制与任务组
可视化交互建模体系结构
位 移
其它输入 切削过程 工件属性 切削系统
运动系统
温度域
虚拟CNC系统体系结构
虚拟机床子系统 虚拟机床控制信息 虚拟机床反馈信息
虚拟机床控制接口 虚拟数字控制子系统 物理轴号、位置 轴号 匹配模块 虚拟机床其它 控制信息 虚拟机床 反馈信息
逻辑轴号、位置
输入\输出 NC程序系统参数 运动控制模块 模块 （NC系统功 各 轴 位 置 数 据 、刀号、行号 虚拟操作面板返回信息 虚拟操作面板信息 能界面） 虚拟操作面板
分布式虚拟环境
分布式虚拟制造的特点
支持智能体的自主性和相对独立性，使其能够根据内
部状态和外部消息事件控制自身的行为
支持数据、过程以及通信设施的封装，使智能体有明
确的边界、标识和引用的概念
支持消息的通信，直接给出与通信意图有关的信息 支持新的过程加入以及数据与通信信息修改的重组能
力
分布式虚拟制造的关键技术
敏捷制造使能技术计划(TEAM)
（美国） 智能制造(IMS)技术国际合作计划（日本) 制造2000年计划（德国） 高级先进制造技术计划(G-7) （韩国）
最新研究进展
利用虚拟制造技术，MD公司对MD-11型飞机压式空气门的再设计, 使零件 数减少36%，装配操作减少34%，重量减少107镑。 美国国防先进研究工程机构创建了基于因特网的制造系统的敏捷基础结构。 美国海军开发的集成制造数据环境系统中已采用美国Computervision公司 研制的虚拟制造系统软件EPD.Connect。 福特汽车公司的Ford C3P集成系统，为公司的内给部门或其供应商提供了 各种信息，使每年的成本下降了2亿多美元。 波音公司的777客机，在IBM公司的计算机辅助三维交互式系统Catia的支 持下，在虚拟制造环境中，由2200个工作站和8个大型机分布式处理大量 数据，分别在美国、日本、巴西和澳大利亚等地生产的机身部件一次装配 成功，偏差仅为0.3毫米。 美国斯坦福大学快速制造实验室用SLS方法制成战斗直升飞机螺旋浆产品 样件用于各种性能测试。 美国的机电装备制造技术已进入微组装的新一代。
网络制造的理论模型
基 网 上 设 研发机构
础
互 联
研
规模和功能可扩展的异构型软件结构 自然的人-机交互技术
网络通信和网络协议
异构性分布式环境
动态可扩展性
安全性设施 DVE系统与工具的开发
三、网络制造
网络制造NM
通过计算机网络组织起来的制造体系 Networked Manufacturing System
网络制造的定义
基于虚拟现实、计算机网络、MultiAgent等支撑技术，构筑网上虚拟企业， 重组各种生产与制造资源，实现对异地 产品设计和功能的仿真，进而快速生产 出满足用户要求的产品的整个制造过程。
虚拟制造是对实际制造活动的抽象 实际制造是虚拟制造的实例 虚拟制造是一种更高层次上的计算
机技术在设计、制造、管理等各个 环节中的应用
虚拟制造的分类
CAD/CAM 供设计者参考的制造信息 产品 设计概念
以设计为中心的VM 目标： 1优化设计及优选工艺 2加工方案评价
虚拟产品原型、成本估算 新产品模型 新产品工艺 产品制造信息 工厂资源
虚 拟 试 验 的 运 行 平 台 虚 拟 样 机 的 性 能 评 价
虚 拟 测 试
关键技术之五
虚拟生产技术
时虚 三拟 维生 布产 局线 车 间 实 /
虚生 拟产 仿线 真车 间 生 产 过 程
/
制基 造于 仿 真的 与网 评络 价化 分 散
VR
分布式虚拟制造
虚拟制造中的多智能体体系结构
多智能体系统与虚拟现实仿真
网 络 环 境 下 知 识 获 取 与 建 库
多 通 道 交 互
基 于 的 计 算 可 视 化
VR
产 品 建 模
使能技术之一
多通道交互技术
件虚 接拟 口现 驱实 动设 技备 术的 软 硬 形真 加实 速感 技渲 术染 的 三 维 图 定三 标维 技定 术位 跟 踪 设 备 的 快大 速面 显积 示纹 技理 术的 可 见 性 息人 的像 融分 合离 技与 术多 传 感 信 术信 息 与 时 间 的 同 步 技
虚拟制造的定义
一个在计算机网络及虚拟现实环境 中完成的，利用制造系统各层次及 不同侧面的数学模型，对包括设计、 制造、管理和销售等各个环节的产 品全生命周期的各种技术方案和技 术策略进行评估和优化的综合过程。
虚拟制造技术的定义
是一门以计算机仿真技术、制造系统与 加工过程建模理论、VR技术、分布式计 算理论、产品数据管理技术等为理论基 础，研究如何在计算机网络环境及虚拟 现实环境下，利用制造系统各层次及各 环节的数字模型，完成制造系统整个过 程的计算与仿真的技术。
虚拟控制 平台
数据层 产品模型、数据、只是和规则
协议层
通讯协议和数据交换标准 ( IGES、STEP等)
网络层
网络及物理链路、硬件设备
虚拟制造的功能框图
产品建模 产品异地设计 产品优化设计 产品性能评价 零部件分析优化 可制造性评价
虚拟设计
快速原型
生产工艺优化
工具设计优化
刀位控制 参数优化
刀位轨迹 参数优化
分工 方程 法对 象 的 单 元 化 划
算工 方程 法分 析 的 有 限 元 计