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。

1 虚拟制造系统的定义：是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是现实制造系统的模型化，形式化以及计算机化的抽象描述和表示2 虚拟制造系统的功能需求：1工厂和产品生命周期中的全部活动的集成2 各种硬件软件人员及各种标准的集成虚拟世界与真实世界的集成3 虚拟制造系统的仿真需求：（1）虚拟制造系统的仿真是虚拟环境下的全方位仿真，是产品从设计生产销售到消费的全生命周期仿真（2）仿真器具有多种输入方式3）真实感输入4 虚拟制造系统的机构需求： 1 功能等价性（1）语义一致性（2）数值精确度（3）响应时间2 结构相似性3 开放性和柔性4 系统应满足分布式协同工作和动态运行操作5虚拟制造模式（前三种）1以设计为中心的虚拟制造为产品设计，产品评价和异地协同设计提供模拟环境。

该环境集成了计算机分析，网络通信，可视化仿真技术等开发工具，以支持面向设计与管理的全球化合作2 以生产为中心的虚拟制造以生产为中心的虚拟制造主要研究内容包括车间设备的配置及分布，生产调度，生产环境的布局设计，设备集成，生产组织调度等。

其输出是资源需求规划，生产规划，供货计划及精确的成本信息等3 以控制为中心的虚拟制造是将仿真加到控制模型和信息处理中，以实现基于仿真的最优化控制4 以加工为中心的虚拟制造以加工为中心的虚拟制造目标是研究产品的可加工性，6虚拟制造的结构体系结构有： Mediator体系、Iwata体系、分布式体系、虚拟开发平台体系等7 Mediator体系是通过一个开放式的信息和知识库体系，以提供一套支持复制制造环境的柔性管理技术。

着重处理和解决了这种情况下的知识支持及通信技术。

8 Mediator 体系是一个侧重于知识信息的管理体系，它考虑了多软件，多地域的集成9 Iwata体系的基本组成：虚拟信息系统VIS、虚拟物理系统VPS 、定时控制器和数据游览器组成10 系统建模是虚拟制造系统的核心，是构成虚拟制造的基础。

在虚拟制造系统中，需要采用综合的、各阶段都连贯一致的模型表示方法，使后续操作可以利用前阶段的模型数据11 虚拟制造系统模型：实质上是真实制造系统要素的数字化表达，主要包括产品模型过程模型和生产系统模型，又称3P模型12 过程模型：过程模型有多种形式，如基于理论的物理模型和数字模型，基于经验的统计模型，基于计算机的过程仿真模型，以及列举方法表达的图表和规划等过程模型的有效表示是非常重要的，他提供了同虚拟制造环境的通信机制13 基础模型制造层用以建立描述制造过程及对象的基础模型14面向对象方法的基本特征：（1）抽象性（abstraction）（2）分类性（classification）（3）关联性（association）（4）组装（composition）（5）继承性(Inheretance)15结构式对象模型方法：结构式对象建模方法是基于面向对象方法的封装，继承与关联特性，利用派生图，对象图，事件转移图和状态转移图四种模型描述系统的组成及关系16 构成一个Petri网的基本要素有库所、变迁和令牌。

17 问题求解是建立模拟系统的最终目的，归纳推理，演绎推理和推断推理是问题求解的基本方法18 从本质上说，多Agent系统是一种协同求解方法，全局目标的实现是各个Agent相互协作的结果19产品模型是用来表示制造过程中被制造对象的模型，它包括目标产品，零部件，毛坯及中间产品20 产品建模方法的发展过程：1 面向过程的产品模型2 面向几何的产品模型3 面向特征的产品模型4 面向知识的产品模型5 集成产品模型21 现代制造系统中的设备、仪器及工具主要包括物料处理设备和运输系统。

22设备模型应当实现（1）物理设备几何特征的真实表达。

可真实地复现物理设备的三维实体模型，体素特征和材料纹理特征。

（2）物理设备系统操作的精确表达，以动画形式表达设备行为运动学，动力学信息。

（3）系统性能，可靠性，灵敏性的精确估计。

23 基本模型由基本模型—特征—体素三个层次组成，基本模型和特征为上层数据，而体素为底层数据。

24 约束有一元约束和二元约束，尺寸约束属于一元约束，它包含一个几何参数和一个实值参数。

1 STEP的定义：就是国际化标准组织（ISO）正在制定的一个产品数据表达与交换标准。

STEP的目标：提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的相关数据STEP的标准体系结构： 1描述方法 2集成资源 3应用协议 4一致性测试方法论 5框架、实现方法 6抽象测试集虚拟样机的概念：在虚拟现实环境下模拟产品的设计、制造仿真、装配仿真等过程。

4 虚拟样机与数字样机的区别：在CAD环境下的虚拟样机则采用数字样机的概念。

5 数字样机按照承担的功能可分为：几何样机、性能样机、功能样机。

6 数字样机关键技术包括：三维几何建模技术、产品数字化定义方法、数字化装配技术分析与仿真技术。

7 三维几何建模方法：三维几何建模技术是数字样机的核心制程技术，它为数字样机的形状表达提供基本的建模工具和方法。

四种方法：线框模型、表面模型、实体模型、特征模型。

8 一个合理的产品结构不应当一颗装配书鼓励的表示，而应当使产品的结构具有产品定制功能、产品结构的整体控制功能。

产品定制功能是通过产品结构树，根据用户的个性化需求，快速制定出一个产品的结构。

10（论述题）数字化预装配数字化预装配是数字样机和虚拟设计的一个重要组成部分。

其内容包括产品的装配建模、装配零件之间的约束、装配的间隙分析、可装配性分析与评价。

（1）装配建模：包括产品结构设计和信息建模。

在产品设计过程中，装配设计是在概念设计之后进行的，它可以将概念设计中的模糊、不确定的构思，通过产品结构和逐步求精细化，设计产品的整体装配结构，为详细设计提供一个基本框架。

装配建模可以利用装配建模工具建立装配树。

在装配建模中，信息量的大小是影响产品操作、浏览的一个重要因素，解决信息量大的方法有：（1）1）减少每次装配的零件数目。

2）减少几何信息3）减少其他模型信息量（２）．装配零件之间的约束数字化装配并不是简单的零件堆积，而是对装配零件进行几何或参数约束，模拟实际的装配条件。

常见的约束类型有：面贴合、面对齐、角度约束、平行约束和垂直约束、对称约束、距离约束、相切约束（３）．装配的间隙分析数字样机通过奸细分析判断装配的可行性。

目前的装配间隙分析主要是从静态的干涉角度进行检查。

主要有５钟干涉检查结果：无干涉、软干涉、接触干涉、硬干涉、包容（４）．可装配性分析与评价可装配性指产品及其装配件易装配的能力和特性，是衡量装配结构优劣的重要指标11 并行设计：是以并行工程的思想贯穿于产品设计过程的一种集成化设计方法。

12 DFM方法强调制造对设计的约束，在产品的设计阶段，分析制造因素对设计的影响。

13 产品可制造性评价指标：技术指标、经济指标。

1 虚拟装配系统包括：虚拟装配环境、虚拟零件设计、装配工艺规划、工作面布置、装配操作模拟2虚拟现实的三个特点：沉浸感、交互性、想象力3 装配工艺规划是连接装配设计和装配实施的桥梁。

4 所谓装配序列的几何可行性是指：从几何约束角度来讲，两个装配单元之间的装配操作或分解操作不存在几何干涉现象。

5 装配序列生成时所需要的装配信息主要包括零件的几何信息、非几何信息以及零件之间配合约束关系信息。

6装配序列规划分类：1按装配的单调性分（1）单调装配规划（2）非单调装配规划2 按装配的序列性分（1）序列装配规划（2）非序列装配规划3 阿布装配的线性或非线性分（1）线性装配规划（2）非线性装配规划7 装配路径规划的内容主要包括：装配体及其相关的数据结构模型的前置处理、分离方向的确定、分离平移量的确定、拆分方向的确定和干涉检查。

8 数字化装配路径规划方法主要有两种：可视图法和平移边界法。

9 装配序列的选择方法：基于最短时间的装配序列、基于最低成本的装配序列、基于装配设备利用率最高的装配序列。

1加工过程仿真包括：NC切削过程仿真、焊接过程仿真、冲压过程仿真、浇注过程仿真。

2 切削过程仿真研究内容：1是刀具路径仿真2是评估加工工艺中规定的工艺参数是否合适。

3 （论述）虚拟加工环境及系统应该具有以下功能1全面逼真的反应现实加工过程，在仿真中，人们可以直接“观察”全部的加工过程包括工件的装夹定位、机床调整、切削、检测等。

2 可以真实的描述加工过程的物理效应，例如工件的切削温度与应力的分布，工件的变形等 3 能对加工过程中出现的碰撞、干涉进行检测，并提供报警。

4 可以对工夹具的实用性进行评估，对产品的可加工性和工艺规程的合理性进行评估 5 对加工精度、表面粗糙度、加工时间等进行精准的估计，为宏观仿真提供数据。

4 虚拟加工过程定义：在NC指令的驱动下，由机床刀具模型的运动过程和工件模型的变形过程构成5 虚拟加工过程4个仿真：1刀具运动轨迹的仿真 2夹具安装使用过程仿真 3机床运动过程仿真。

4材料去除仿真。

6在虚拟环境中，加工过程表现为包括时间在内的四维过程，建模时，需要将表达加工环境的实体几何模型、运动模型和表达加工过程的物理模型结合起来。

7 数控机床零件几何模型之间的装配约束关系主要包括三类：几何约束、运动约束和排斥约束。

8 数控机床定义：通过数控系统控制机床个运动轴的运动来实现工件与刀具之间的相对运动，从而完成切削加工的空间机构。

9数控加工过程几何仿真技术包括定性图形显示和定量检验二个方面。

根据建模方法特点，将数控加工过程几何仿真技术分为四类：直接实体建模、光线表示法、离散矢量法和空间分割法。

10碰撞与干涉：主要包括检验刀具和主轴相对于非加工部位如夹具、工件非加工部位的干涉现象。

碰撞与干涉检测方法：包容盒检测法、分层检测法。

11 刀具轨迹生成目标：使所生成的刀具轨迹满足无干涉、无碰撞、轨迹平滑、切削负荷定性好、编程效率高、代码量小的要求。

12刀具轨迹生成方法：1参数线法 2CC路径截面法 3CL路径截面法 4导动面法 5等距面法 6刀具接触点法13 NC加工过程物理建模与仿真包括：1切削力的建模与仿真 2切削温度的建模与仿真3加工震动模型 4加工误差模型与评估 5加工表面粗糙度预测与仿真。

14表面粗糙度是最重要的表面质量特征参数之一。