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。
先进制造技术名词解释
制造：分为狭义制造和广义制造狭义制造：又称为小制造，指产品的制作过程广义制造：又称为大制造,指产品的全生命周期过程制造系统:制造作为一个系统,由若干个具有独立功能的子系统构成，各功能子系统相互联系又相互制约,形成一个有机的整体,从而实现从用户订货到产品发送的生产全过程CAD——计算机辅助设计是一种利用计算机支持设计者进行快速、高效、高质量、低成本，方便的完成产品设计任务的现代化设计技术CAPP——计算机辅助工艺过程设计是指用计算机辅助编制零件的机械加工工艺规程CAM-—计算机辅助制造，它是按照零件形状及CAPP生成的数控代码进行数控加工，并考虑刀具补偿等进行的后处理以及加工进程的动态仿真、机器人的在线控制等RE——反求工程，是指以已有产品为基础，进行消化、吸收并进行创新改进，使之成为新产品，之一种开发模式即所谓的反求工程CE——并行工程,是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化工作模式FMS——柔性制造系统是指至少由两台机床、一套具有高度自动化的物料运储系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统，通过简单改变软件程序便能制造出多种零件中任何一种零件CIM—-计算机集成制造,是用计算机通过信息集成、过程集成、企业集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益的一种先进制造理念VM——虚拟制造，是虚拟现实技术和计算机仿真技术在制造领域的综合发展及应用，是实际制造过程在计算机上的应用。
虚拟制造是利用计算机技术对制造过程的各个环节集成在三维动态的仿真模型之上,实现从设计技术到制造技术等各个方面的模拟和仿真RM——可重构制造，是按规划和设计规定的变化,利用子系统、模块或构件的重排、更替、剪裁和革新等手段，对产品或系统进行重新组态，快速实现过程更替与系统功能改变,迅速变换系统的输出、输入和能力，以快速响应市场变化的能力。
LP——精益生产，是指以整体优化的观点，以社会需求为依据，以发挥人的因素为根本，有效配置和合理使用企业资源，最大限度地为企业谋求利益的一种新型生产方式JIT—-准时生产，是一种追求无库存或库存最小，排除一切可能的浪费，而获得最大利润的一种生产方式。
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
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。
简介虚拟制造中的网络虚拟现实技术
２ 虚 拟 制造 技 术
虚 拟 制 造 的 基 本 思 想 是 在 产 品 制 造 过 程 的 上 游 —— 设 计 阶段 就 进 行 对 产 品 制 造 全 过 程 的 虚 拟 集 成 ， 用 户 支 持 、 如 工 程 分 析 、 料 选 用 、 艺 计 划 、 装 分 析 能 （ 计 划 、 作 、 制 ） 如 操 控 的集 成 ， 全 阶 段 将 可能 出现 的 问题 解 决 在 这 一 阶段 ， 过 设 计 的最 优 化 达 到 产 通 品 的一 次 性 制造 成 功 。
摘 要 ： 绍 了 网络 虚 拟 现 实 建 模 语 言 （ Ｍ Ｌ ， ＭＬ 具 有 动 态 对 象描 述 和 超 链 接 、 用 性 、 展 性 、 实 现 性 介 ＶＲ ） ＶＲ 通 扩 易 等 特 点 。Ｖ ＲＭＬ 浏 览 器和 生 成 ＶＲＭＬ 文 件 的 工 具 广 泛 使 用 于 多 ￣ － 台 的计 算 机 ， 虚 拟 制 造 ＶＭ 与 虚 拟 设 计 ？ － － 是
中的 网 络 虚 拟 现 实技 术 的 基 础 。
关键 词 ： 拟 制造 ＶＭ ； 拟 现 实 ； 拟 设 计 虚 虚 虚
中 图 分 类号 ： Ｐ ９ Ｔ ３
文献标识码 ： Ａ
文 章 编 号 ：６ ２ ５５ ２０ ）３ Ｏ ２ — ０ １７ — ４ Ｘ（０ ６ ０ 一 １７ ３
术 ， 使设 计者 可 以用各 种方 式 表达 和 实现 自己的 设计 意 它
基 于虚拟 现实技 术的 虚拟制造 技术 在一个 统一 模型之 下对设计 和制造等等过程 集成 ， 将与产 品制造 相关 的各种 它 过程 与技 术集成在三维 的、 动态 的仿真真实过程 的实体数字 模型之上 。其 目的是在 产品设计阶段 ， 借助 建模与仿真技术 及时地 、 并行地模 拟出产 品未来 制造过程乃 至产品全生命周
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。
制造技术第6章-虚拟制造技术
四、 虚拟制造的关键技术
2．制造系统建模
制造系统是制造工程及其所涉及的硬件及其相关软件组 成的具有特定功能的一个有机整体，其中硬件包括人员、 生产设备、材料、能源和各种辅助装置，软件包括制造 理论、制造技术（制造工艺和制造方法等）和制造信息 等。
四、 虚拟制造的关键技术
3．虚拟产品开发
又称为产品的虚拟设计或数字化设计，主要包括实体建 模和仿真两个方面，它是利用计算机来完成整个产品的 开发过程，以数字化形式虚拟地、可视地、并行地开发 产品，并在制造实物之前对产品结构和性能进行分析和 仿真，实现制造过程的早期反馈，及早地发现和解决问 题，减少产品开发的时间和费用。
内容
一、 虚拟制造的定义 二、 虚拟制造的分类 三、 虚拟制造系统的体系结构 四、 虚拟制造的定义
虚拟制造技术就是利用仿真与虚拟现实技术，在高性 能计算机及高速网络的支持下，采用群组协同工作，通过 模型来模拟和预测产品功能、性能及可加工性等各方面可 能存在的问题，实现产品制造的本质过程，包括产品的设 计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检测等，并进 行过程管理和控制。
二、虚拟制造的分类
1．以设计为中心的虚拟制造
又称为“面向设计的虚拟制造”，它把制造信息引入到产品设计全 过程，利用仿真技术优化产品设计，从而在设计阶段就可以对所设计的 零件甚至整机进行可制造性分析。
包括加工过程的工艺分析、铸造过程的热力学分析、运动部件的运 动学分析和动力学分析，甚至包括加工时间、加工费用、加工精度等的 分析等。
三、虚拟制造系统的体系结构
由于虚拟制造系统 的复杂性，所构造 的虚拟制造系统体 系结构也不同。
三、虚拟制造系统的体系结构
虚拟制造的目标是对产品的“可制造性”、“可生产性”和“可合 作性”进行决策支持。
《信息时代的生产技术》形成性考核作业1
中央广播电视大学开放教育机械设计制造及其自动化（机电方向）（本科）11秋《信息时代的生产技术》形考作业1结合先进制造技术的产生背景、阐述先进制造技术的发展趋势。
随着科学技术的飞速发展和市场竞争日益激烈，越来越多的制造企业开始将大量的人力、财力和物力投入到先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。
改革开放20年，我国制造科学技术有日新月异的变化和发展，确立了社会主义市场经济体制，但与先进的国家相比仍有一定差距，为了迎接21世纪的挑战，必须认清制造技术的发展趋势，缩短与先进国家的差距，使我国的产品上质量、上效率、上品种和上水平，因此，对机械制造趋势、制造技术及制造模式的研究和实施是摆在我们面前刻不容缓的重要任务，以实现我国机械制造业跨入世界先进行列。
l、机械制造业的发展趋势先进的制造业是将物料、能源、设备、资金、技术、信息和人力等制造资源通过先进的制造技术、先进的管理技术和先进的制造过程转变成人类需求产品的行业。
行业追求的目标是：高质量、高效率、高柔性、低成本、低劳动力、低消耗、品种多和规格全的产品，因此，面向21世纪的机械制造技术的发展趋势体现在以下几个方面［1］：1.1 精密化精密加工、超精密加工技术、微型机械是现代化机械制造技术发展的方向之一。
精密和超精密加工技术包括精密和超精密切削加工、磨削加工、研磨加工以及特种加工和复合加工(如机械化学研磨、超声磨削和电解抛光等)三大领域。
超精密加工技术己向纳米(l nm=10-3μm)技术发展。
纳米技术己在纳米机械学、纳米电子学和纳米材料技术得到了应用。
因此，它促进了机械科学、光学科学、测量科学和电子科学的发展。
美国1997年首次制造出直径仅为60 μm的静电微型电机，以及几十微米的微型齿轮、弹簧及微型机构。
武汉大学研制成纳米级超微电极，将其插入活体细胞后首次测出细胞内部神经递质的动态信息。
目前各国科学家正在进行微型机器人的研究，微型机器人可以潜入人体血管、脏器去疏通血管、诊治疾病［2］。
虚拟制造技术
虚
拟
虚
虚
纹
拟
拟
理
实
生
分
验
产
析
技
技
技
术
术
术
虚拟制造的体系结构
数字化模型
计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
有限元分析
实 虚 运动学分析
际 拟 动力学分析
制 开 虚拟加工
造 过
发 平
工艺过程优化 工具设计优化 单元工艺优化
程 台 加工过程分析
虚拟装配
装配工艺规划 装配路线规划 装配分配规划 装配质量规划
虚拟布局
实际信息系统
需求
工人
样机
实际产品
工厂
RPS
抽象与综合
虚拟制造技术的分类
CAD/CAM
产品概念设计
设计为核心
优化产品设计、 工艺设计 加工方案评价
M1 M2 M3 M4
M1：已有的模型和工艺 M2：日程模型、逻辑模型 M3：过程模型 M4：成品模型参数
供设计者参考的制造信息 虚拟产品原型 成本估算
新产品模型、工艺、制造信息 工厂资源（人、设备）
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月16 日星期 五上午1 时31分 14秒01 :31:142 0.10.16
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 上午1时 31分20 .10.160 1:31October 16, 2020
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(4)可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一 个产品模型上协同工作，相互交流，信息共享，减少大量的 文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发以快捷、 优质、低耗响应市场变化。
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。
网络化制造
（1）敏捷化
敏捷化是网络化制造的核心思想之一。生产制造 系统在现今发展阶段，面临的最大挑战是：市场 环境的快速变化带来的不确定性；技术的迅速发 展带来的设备和知识的更新速度加快；市场由卖 方转为买方，市场正逐步走向全球化；产品特征 由单一、标准化转变为顾客化个性化，产品的寿 命周期明显缩短；制造企业之间尽管不再是单纯 的你死我活的竞争，但竞争的激烈程度有增无减。 所有这一切都要求制造业具有快速反应外部环境 变化的能力，即敏捷化的能力。
在服务模式上由于缺乏对服务的集中管理和运营，资 源服务提供者（RSP）的利益没能得到保障，很多RSP 不愿意提供本企业的制造资源，也没有动力和机制提 供高质量的制造服务。由于缺乏稳定、高质量的制造 服务，资源服务需求者（RSD）亦很难在整个过程中 十分满意，从而阻碍了网络化制造的应用和发展。 在制造资源的共享与技术问题上，目前主要是“分散 资源集中使用”思想，体现的是一个整体的独立系统， 固定的资源以及既定的解决方案，业务流程相对比较 固定，缺乏可调控行柔性不强。除此之外，由于系统 和平台本身存在安全隐患，加上网络通信安全隐患， 以及RSP与RSD相互之间缺乏信任，担心企业核心竞争 技术泄露等问题，也严重阻碍了网络化制造的进一步 推广。
网络化制造新模式——云制造
网络化制造要进一步发展和推广，就必须突破以 上的瓶颈。究出现瓶颈问题的症结是缺乏一个高 效率、高信誉的第三方服务运营商搭建计算机存 储和计算机服务中心，为用户提供服务。这就是 近两年出现的一种新的服务化计算模式——云计算。 而这种面向服务的网络化制造新模式就是云制造。 云制造是一种利用网络和云制造服务平台，按用 户需求组织网上制造资源，为用户提供各类按需 制造服务的一种网络化制造新模式。 这种制造模式就传统意义上的网络化制造来说， 可汇聚分布式资源服务进行集中管理，为多个用 户同时提供服务而且在对于客户需求解决方案上 多变，不固定，所以动态性能比较好。
网络化制造应用前景分析
网络化制造应用前景分析摘要：网络化制造是一种以网络技术为基础的新型制造模式，是当前制造领域的热点和趋势。
随着物联网、云计算等技术的发展，网络化制造将会有更广泛的应用和更深入的发展。
本文从网络化制造的定义、现状和特点入手，分析了其应用前景，包括降低成本、提高效率、提升质量、加强安全等方面。
特别是在智能制造、工业互联网等新领域，网络化制造将有更重要的作用。
关键词：网络化制造、物联网、云计算、智能制造、工业互联网正文：一、网络化制造的定义网络化制造是一种以数字化、信息化、智能化技术为基础，以网络技术为支撑的新型制造模式。
它通过建立产品、生产过程、资源等各方面的网络连接，实现全过程的信息共享、资源共享和协同配合，从而实现高效、精准、灵活的生产。
二、网络化制造的现状网络化制造在全球范围内得到广泛应用，各国政府和企业都将其列为优先发展的战略。
在中国，网络化制造已经成为新一轮工业化和信息化的重要内容，相关政策和规划也得到了大力支持。
三、网络化制造的特点（1）信息化：网络化制造与传统制造相比，其最大特点是注重数字化、信息化和智能化，建立各类数据连接和信息共享，从而实现高效协作和优化决策。
（2）灵活性：网络化制造实现了生产资源的共享和匹配，具有高度的灵活性和适应性，可以根据市场需求和个性化要求进行快速生产。
（3）协同化：网络化制造实现各种资源、人员、设备等的协同配合，从而提高生产效率和质量。
（4）安全性：网络化制造中的信息流和物流流程更加透明、安全，可以实现严格的信息和资源控制，保障产品和服务的质量和可靠性。
四、网络化制造的应用前景（1）降低成本：网络化制造实现了生产资源共享和优化，可以大幅降低生产成本，提高企业竞争力。
（2）提高效率：网络化制造实现了个性化定制和高效协作，可以快速响应市场需求，提高生产效率。
（3）提升质量：网络化制造实现了信息化和智能化控制、监测、调整等过程，可以大幅提高产品质量和服务水平。
（4）加强安全：网络化制造实现了信息和资源的安全控制和管理，可以保障产品和服务的可靠性和安全性。
云制造典型特征、关键技术与应用
云制造典型特征、关键技术与应用云制造典型特征、关键技术与应用引言随着信息技术和制造业的快速发展，云制造作为新兴制造模式应运而生，并日益受到广泛关注。
云制造运用云计算、物联网、大数据等技术，在制造过程中实现资源共享与集成，提升制造效率和灵活性。
本文将从云制造的典型特征、关键技术和应用领域进行详细阐述。
一、云制造的典型特征1. 资源共享与集成：云制造通过云平台实现制造资源（包括设备、工具、知识等）的共享与集成，避免资源冗余和重复投资，提高资源利用率。
2. 虚拟化制造：云制造通过虚拟化技术将实体制造过程转化为虚拟制造过程，在虚拟环境中进行仿真、优化和决策，提高生产效率和品质。
3. 网络化协同：云制造通过网络平台实现企业内外的协同合作，包括设计、生产、供应链等环节，提高信息流、物流和资金流的运行效率。
4. 灵活智能制造：云制造通过智能技术实现生产过程的自动化和智能化，提高制造的灵活性和适应性，实现个性化定制和高度柔性生产。
二、云制造的关键技术1. 云计算技术：云计算是云制造的基础，通过虚拟化和分布式计算实现资源的共享和灵活调度，提高资源的利用率和成本效益。
2. 物联网技术：物联网技术实现物理设备与互联网的连接，实现设备状态的实时监测和数据的实时采集，为云制造提供实时数据支持。
3. 大数据技术：云制造中涉及大量的数据收集、管理和处理，大数据技术能够对这些数据进行挖掘和分析，从中获取有价值的信息，支持决策和优化。
4. 人工智能技术：人工智能技术包括机器学习、智能优化等，能够对制造过程进行智能化管理和控制，提高生产效率和产品质量。
5. 虚拟仿真技术：虚拟仿真技术能够将实体制造过程转化为虚拟环境，在虚拟环境中进行仿真、优化和决策，提高制造的效率和品质。
三、云制造的应用领域1. 个性化定制制造：云制造能够实现个性化定制制造，通过云平台上的柔性资源共享和集成，满足不同用户的个性化需求。
2. 远程协同制造：云制造可以实现企业内外的协同合作，通过云平台，企业可以与供应商、合作伙伴等进行实时交流和协作，实现远程协同制造。
虚拟制造技术
2）仿真技术
3）对象可视化技术
4）虚拟实验室
5）虚拟电力控制室
6）分布式虚拟现实系统
7）扩增实境
六、虚拟制造技术的发展趋势
从局部应用到集成应用发展 将在复杂高科技产品开发中得到更多应 用 与其他先进制造技术的融合或结合更加 紧密 将在企业和教育部门的技术培训中大显 身手
四、虚拟制造技术分类
以设计为中心的VM 以生产为中心的VM 以控制为中心的VM
四、虚拟制造技术分类
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，以优化产品的性能 例：主轴箱/立柱热变形分析 例：发动机曲轴连杆运动仿真
四、虚拟制造技术分类
产品的虚拟加工技术
一、什么是虚拟制造技术
虚拟制造：Virtual
Manufacturing(VM) 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本 质实现。 采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算 机上群组协同工作； 通过三维模型及动画，实现产品的设计、 工艺规划、加工制造、性能分析、质量检 验，以及企业各级过程的管理与控制等产 品制造的本质过程。 目的：增强制造过程各级的决策与控制能 力。
虚拟现实技术VRT(Virtual
Reality
Technology)
五、虚拟制造技术的关键技术
虚拟现实技术是在为改善人与计算机的
交互方式，提高计算机可操作性中产生 的，它是综合利用计算机图形系统、各 种显示和控制等接口设备，在计算机上
生成可交互的三维环境(称为虚拟环境)
中提供沉浸感觉的技术。
产品模型—是制造过程中，各类实体对象模型的集合。 目前产品模型描述的信息有产品结构明细表、产品形状 特征等静态信息。
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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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
虚拟制造的分类
CAD/CAM
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
供设计者参考的制造信息 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
虚拟环境建模技术
虚拟声的生成与增强 技术 基于图像的绘制技术
场景预处理技术
智能化视区裁剪技术
多细节层次建模技术 图像图形混合建模技术
使能技术之三
产品建模技术
工程分析结果的多准 则图示方法
工程分析的有限元计 算方法
工程对象的单元化划 分方法
基于物理的工程行为 特征建模方法
零部件的物理建模方法
使能技术之四
8.风险评估
9.联盟治理 机制
4. 交易成本及其它成本 的期望净现值
政府
5.额外的风险补偿费用 6. 基于净利润的选择
网络制造的基本内涵
网上产品快速设计与制造系统 （网上制造车间）
虚拟操作面板返回信息
虚拟操作面板
虚拟装配设计环境VADE
CAD环 境
部件几何特 征属性及装 配信息等
VADE环
境
轨迹及序列 信息设计变 化的建议
轨迹信息序列信息
DFA分析确定的有穷自
动机
基于虚拟现实的训练系统 计算机辅助过程规划系统 机器人路径规划系统
专用的装配设备设计
虚拟制造的使能技术 使能技术
虚 建模理论
拟
离散系统建模
神经网络建模 模糊神经网络建模 实体流图法 活动周期图理论 离散系统仿真
事件调度法 活动扫描法 进程交互法
理
实时仿真
论
基
础
并行计算
点对点通信 全局通信
并行控制与任务组
处理机拓扑
并行I/O
可视化交互建模体系结构
交互式用户
模型 生成 器
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。
工厂资源
已有的 模型和 工艺
过程 模型
日程模型 逻辑模型
成品 模型 参数
以生产为中心的VM 虚拟生产计划 目标：
1资源优化
新工艺及对应的信息
2选择评价工艺
3验证新工艺
以控制为中心的VM
质量
目标：
估计
1优化车间控制
2优化制造过程
车间机床 控制系统
虚拟制造的理论基础
连续系统建模
机理建模 辩识建模 模糊建模
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
二、虚拟制造
虚拟制造的相关定义（1）
日本Kimura ：通过对制造知识进行系统化 组织与分析，对整个制造过程建模，在计算 机上进行设计评估和制造活动仿真。
佛罗里达大学Gloria J. Wiens ：虚拟制造 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。
生产计划 仿真优化
虚拟生产布局
虚拟设备集成
虚拟生产平台服务器
虚拟装配
企业协同工作环境
虚拟企业平台服务器 企业虚拟运行
企业运行仿真
虚拟设计 虚拟制造 虚拟生产 虚拟企业
虚拟机床模型
NC 代码
机床系统 热力学模型 结构系统 刚度模型
运动学模型
传感器输入
伺服模型 精确模型
运动系统
力域
位移
其它输入
切削过程 工件属性 切削系统
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
网络化制造 设计与制造系统与过程
市场竞争的新要求
对市场需求的快速反应 各种资源的合理利用 各种资源的集成与共享 基于网络的信息获取与融合
创新机制 信息技术 虚拟现实 网络技术
网络制造提高快速反应能力
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 模块
运动控制模块
（NC系统功 能界面）
各轴位置数据 、刀号、行号 虚拟操作面板信息
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
关键技术之四
虚拟实验技术
虚拟样机的性能评价 虚拟测试
虚拟试验的运行平台 虚拟试验的物理建模
关键技术之五
虚拟生产技术
基于VR的网络化分 散制造仿真与评价
生产线/车间生产过 程虚拟仿真
虚拟生产线/车间实 时三维布局
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 分布式虚拟环境
关键技术之一
虚拟设计与装配技术
具有力觉的虚拟装配
虚拟样机 虚拟装配/拆卸设计 与优化
虚拟产品形状设计
关键技术之二
虚拟产品实现技术
基于表面质量分析的 切削参数选择
虚拟测量技术
远程机器人操作与监控
虚拟加工
关键技术之三
虚拟检测与评价技术
装配信息建模
基于应力的加工质量 评价
工艺过程规划与仿真
刀位轨迹检查及碰撞 干涉检验 虚拟表面接触刚度分析
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。
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 成本 质量 速度
60s 70s
80s
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） 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）