虚拟制造技术复习资料

2. 虚拟制造技术的定义
以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模、虚拟现实技术、分布式计算、产品数据 管理等为理论基础， 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仿真的技术。
3. 虚拟制造系统的定义
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。 特点： 虚拟性、集成性、分布性、依赖性 优势： 缩短产品研制周期 降低产品研制成本 提供了一个先进的制造系统仿真平台
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特征表示 概念：用一组特征参数表示一组类似的物体。特征包括形状特征、材料特征等 适用于工业上标准件的表示
23. 边界表示
概念：是一种采用描述形体表面的方法来描述的几何表示模型。 通常不一定只有唯一的表示。
第七章
24. 通用 CAD 系统＋可视化分析工具
优点： 原有的造型资源可以充分利用，可加快产品设计； 现有的 CAD 系统仍然是最快捷的造型和设计手段。 存在的问题： CAD 模型向三角面片的虚拟模型转换过程中会损失产品模型的几何精度； 导致拓扑关系和装配约束信息以及参数信息的丢失； 不能直接对装配模型及零件模型进行修改， 须返回到 CAD 环境中修改， 然后再回 到虚拟环境中进行重新验证。
17. VRML 具有的基本特点：
(1) (2) (3) (4) 动态对象描述和超链接； 通用性； 扩展性；可对基本标准增加新的交互对象 易实现性。与通用三维图形编程接口有对应关系。
18. XML 是什么：独立于软件和硬件的信息传输工具。
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第六章
19. 线框模型
概念：将形体表示成一组轮廓线的集合。 优点：简单、处理速度快 缺点： 1、对于非平面多面体，如圆柱、球等形体，其轮廓线随观察方向的改变而改变， 无法用一组固定的轮廓线来表示它们。 2、线框模型与形体之间不存在一一对应关系：它仅仅通过给定的轮廓线约束所 表示形体的边界面，而在轮廓线之间的地方，形体的表面可以任意变化。 3、没有形体的表面信息，不适于真实感显示，由此导致表示的形体可能产生二 义性。
虚拟制造技术复习资料
第一章
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 现实及可视化技术，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、 生产调度与管理、 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与控制能力。
第八章
26. 柔性制造系统，
即 Flexible Manufacturing System，它是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数 字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。
27. 柔性制造系统组成
加工子系统
它是 FMS 的基本制造单元，由 CNC 机床、FMC 及工具等组成
第二章
4. 么是虚拟现实技术？
狭义解释：虚拟现实是由计算机生成的、可交互的仿真环境。 广义解释：虚拟现实是由计算机生成的给人以沉浸感的虚拟环境。 虚拟环境三个特点： 该环境将向介入者（人）提供视觉、听觉、触觉等多种感官刺激。 人能以自然的方式与该环境中的一些对象进行交互操作 该环境应给人以一种身临其境的沉浸感。 沉浸感： 指人的感知系统受到虚拟环境的虚拟刺激程度。
T11
P12
T13
P11 MP13
MP14
T12
P13
T14
MP15
T11——开始装载、T12——开始卸载 T13——完成装载、T14——完成卸载 P11——空闲、P12——正在装载零件 P13——正在卸载零件 MP11——机器装载请求信息 MP12—零件准备装载请求信息 MP13——完成装载信息 MP14——机器卸载请求信息 MP15——零件卸载完成信息
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系统、机械制造系统等）进行建模和分析的图论工具。 Petri 网的关联矩阵 用关联矩阵(incidence Matrix)表示 IN 和 OUT，即输入矩阵和输出矩阵。对一个具 有 m 个库所和 n 个变迁的网，其 IN 和 OUT 均为 m×n 的矩阵 （IN )ij=IN(pi,tj) （OUT）ij=OUT(pi,tj) C = OUT-IN Cij 若为正，则 pi 为 tj 的输出库所；若为负，则 pi 为 tj 的输入库所。 关于变迁的一个概念：使能的 在一个给定的标记 M 中，如果某变迁 tj 的每一个输入库所的令牌数不小于输入 弧的权值， 即：M ( pi ) IN(pi ,t j ) (pi IP(t j )) 则称变迁 tj 是使能的 （Enable） 。
第三章
8. 虚拟制造系统的定义
它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。
9. 虚拟制造系统的分类
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)
第九章
29. 虚拟加工（或数字化加工）的概念
在虚拟环境下对产品对象实现几何及物理性能变化的过程 真实加工过程在虚拟环境下的映射，是对象行为的微观描述
30. 虚拟加工环境及系统应具有的功能：
全面逼真地反映加工环境和加工过程。如可以进行装夹定位、机床调整、切削等 真实地描述加工过程中的物理效应，如工件的切削温度及应力分布等 对加工过程进行碰撞、干涉检测 对夹具的实用性进行评价，对工艺规程的合理性评估等 对加工精度、加工表面粗糙度、加工时间等进行精确估计
22. 构造表示
构造实体几何表示(CSG) 概念： 通过对体素定义运算而得到新的形体的一种表示方法。 体素可以是立方体、 圆柱、圆锥等，也可以是半空间，其运算为变换或正则集合运算并、交、差。 CSG 树是无二义性的，但不是唯一的。 优点： 数据结构比较简单，数据量比较小，内部数据的管理比较容易； 物体的有效性自动得到保证； CSG 方法表示的形体的形状，比较容易修改。 缺点： 对形体的表示受体素的种类和对体素操作的种类的限制，也就是说，CSG 方 法表示形体的覆盖域有较大的局限性。 对形体的局部操作不易实现，例如，不能对基本体素的交线倒圆角； 由于形体的边界几何元素（点、边、面）是隐含地表示在 CSG 中，故显示与 绘制 CSG 表示的形体需要较长的时间。 表示不唯一
7. 虚拟现实的软件开发工具
建模软件：CAD、creator、3D Max 三维图形绘制引擎：vega、vtree、wtk、 virtools，MR（Minimal Reality）等
各种支持 cluster 绘制结构的 VR 软件： OpenSG、chromium(wireGL)、VRJuggler、Syzygy、OpenSceneGraph、AnyGL 等
33. 空间分割法
概念： 将实体几何模型分解为若干三维形体的集合来实现 NC 验证 缺点：对内存的需求量比四叉树表达法还多 34. 碰撞与干涉检测（4 种情况） 1 刀具非切削部位与物体的干涉 2 主轴不转时的干涉或切削 3 快速趋近时的切削 4 夹具可动零件在运动范围内与其他固定零件的干涉
物料储运子系统
包括自动化仓库、中央刀具库、无人运输小车、输送带及搬运机器人等。 6/9
运行控制子系统
它接收来自工厂或车间主计算机的指令并对整个 FMS 实行监控，实现单元层对上级(车间或其 它)及下层(工作站层)的内部通信传递， 对每一个标准的数控机床或制造单元的加工实行控制， 对夹具及刀具等实行集中管理和控制，协调各控制装置之间的动作。另外，该子系统还要实现 单元层信息流故障诊断与处理，实时动态监控系统状态变化。
25. 基于 VR 的 CAD 系统（直接在虚拟现实环境下建立零件和装配模型）
优点： 产品设计、修改和显示统一在同一个环境下，模型统一； 产品模型无需在 CAD 系统和虚拟现实环境之间进行数据转换。 存在的问题： 目前的三维输入设备精确定位还比较困难，而工程设计中，特别是详细设计中， 精确定位是必须的。 缺少高层次的造型软件和复杂有效的设计修改工具，缺少高层次的描述信息和手 段。
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10. 分布式虚拟制造系统的框架结构
集中式结构：应用系统运行在中心服务器； 优点：结构简单，便于同步 缺点：所有活动通过中心服务器，对网络带宽要求高 复制式：每个客户节点都复制有一个应用系统 优点：网络带宽小； 缺点：结构复杂，各个节点的状态、数据的一致性维护困难
11. 复制式协同应用系统的框图
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31. 数控加工过程的几何建模方法
（1）直接实体建模法：CSG,B-rep （2）光线表达法——基于屏幕像素的光线表达法 （3）基于任意方向的光线表达法 （4）离散矢量求交法 （5）空间分割法
32. 直接实体建模法：CSG,B-rep
概念： 精确仿真法,通过对毛坯和刀具进行布尔减运算而得到切削后的实体形状实现加工 仿真。 CSG 树用来纪录零件的造型过程, B-rep 模型用于表示零件的最终实体。 缺点： 涉及大量的布尔减运算，仿真和检验效率较低。
20. 表面模型
概念：将形体表示成一组表面的集合 缺点：不能有效的用来表示实体 原因： 1、表面模型中的所有面未必形成一个封闭的边界 2、各个面的侧向没有明确定义，即不知道实体位于面的哪一侧
21. 实体模型
用来描述实体，主要用于 CAD/CAM 包含了描述一个实体所需的较多信息，如几何信息、拓扑信息，可以支持多种运 算，如欧拉运算等。