先进制造技术第3章 虚拟制造技术
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图3-9 机车车体底架的变形图 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
5）虚拟生产技术：虚拟生产线/车间实时三维布局、生产线/车 间生产过程虚拟仿真、基于VR的网络化分散制造仿真与评价等。 虚拟生产调度控制仿真，如图3-10所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
图3-10 虚拟生产调度控制仿真 返回目录
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
图3-6 虚拟加工 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统 虚拟测试，如图3-7所示。
图3-7 虚拟测试 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
3）虚拟检测与评价技术：虚拟表面接触刚度分析、刀位轨迹检 查及碰撞干涉检验、工艺过程规划与仿真、基于应力的加工质量 评价、装配信息建模等。例如：机车喷油器压叉的应力图，如图 3-8所示。
3.2 虚拟制造系统 3.2.1 虚拟制造系统的体系结构 虚拟制造系统的体系结构，如图3-3所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统 3.2.1 虚拟制造系统的体系结构
图3-3 虚拟制造系统的体系 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
3.2.2 虚拟制造的关键技术 虚拟制造的使能技术主要有以下几项： 1）多通道交互技术：包括虚拟现实设备的软硬件接口驱动技术、 真实感渲染的三维图形加速技术、三维定位跟踪设备的定标技术、 大面积纹理的可见性快速显示技术、人像分离与多传感信息的融 合技术、信息与时间的同步技术等。 2）虚拟环境建模技术：包括图像图形混合建模技术、多细节层 次建模技术、智能化视区裁剪技术、场景预处理技术、基于图像 的绘制技术、虚拟声的生成与增强技术等。 3）虚拟产品建模技术：是指建立产品的虚拟原型或虚拟样机的 过程，包括产品建模技术零部件的物理建模方法、基于物理的工 程行为特征建模方法、工程对象的单元化划分方法、工程分析的 有限元计算方法、工程分析结果的多准则图示方法等。虚拟样机 过程，如图3-4所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.3 虚拟制造的应用
a)
b)
图3-11 虚拟环境 a)虚拟家居环境 b)虚拟军事环境
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第3章 虚拟制造技术
3.3 虚拟制造的应用 3.3.2 虚拟工具 虚拟头盔，如图3-12所示。
图3-12 虚拟头盔 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.3 虚拟制造的应用 3.3.3 虚拟产品建模 加工中心虚拟建模，如图3-13所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
a)
c)
b)
图3-5 机车部件的有限元模型
a)车体 b)机车抱轴箱系统 c)机车转向架
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
2）虚拟产品实现技术：虚拟加工、远程机器人操作与监控、 虚拟测量技术、基于表面质量分析的切削参数选择等。 虚拟加工，如图3-6所示。
图3-l 虚拟制造的三个特征 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.1.3 虚拟制造的分类 按照产品在生命周期中的各类活动，可将虚拟制 造技术分类，如图3-2所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.1.3 虚拟制造的分类
图3-2 虚拟制造技术分类 返回目录
第3章 虚拟制造技术
图3-13 加工中心建模 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.3 虚拟制造的应用
3.3.4 汽车设计 福特汽车公司利用虚拟原型技术在产品开发阶段就进行装配
评价，这样在设计阶段就可从整个产品的装配性角度考虑产品的 可制造性，而不只从单个零件的角度进行考虑。他们将车辆的零 部件在CAD系统中建模，然后将模型文件传输到虚拟环境中。用户 可用手操纵虚拟零件，并试着将其安装到车辆当中。系统可检测 零件与车辆的干涉情况。福特汽车公司还希望将该系统应用于装 配中的人机工程学的研究。该系统的硬件设备采用的是SGI图形工 作站、显示器和数据手套等。福特汽车数字原形件，如图3-14所 示。汽车内部三维实体，如图3-15所示。
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，以增强各层制造设计 和生产决策与控制。
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.1.2 虚拟制造的特点 交互性、沉浸性和想像力是虚拟制造的三个重要
特征，如图3-l所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.1.2 虚拟制造的特点
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
图3-4 虚拟样机过程 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
虚拟制造相关的关键技术如下： 1）虚拟设计与装配技术：包括虚拟产品形状设计、虚拟装配/拆 卸设计与优化、虚拟样机、具有力觉的虚拟装配等。基于虚拟样 机的试验仿真分析，可以在真实制造之前发现问题，并得以解决。 例如：机车部件的有限元模型，如图3-5所示。
第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.2 虚拟制造系统 3.3 虚拟制造的应用
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述
3.1.1 虚拟制造的定义 虚拟制造作为一个全新的概念，各国学者有多种
表述。 佛罗里达大学Gloria J Wiens：虚拟制造是这样
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 和可制造性的潜在问题进行预测。
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
3.2.3 虚拟制造系统的作用 VM系统可以为制造企业提供如下支撑作用: 1．为企业决策提供支持 2．产品开发过程管理 3．生产过程管理 4．整体运作 5．系统维护
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第3章 虚拟制造技术
3.3 虚拟制造的应用
虚拟现实技术有着许多的应用领域，尤其在制造业虚拟设计 与制造的应用日益广泛。 3.3.1 虚拟环境 虚拟环境，如图3-11所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
图3-8 喷油器压叉的应力图 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
4）虚拟实验技术：虚拟试验的物理建模、虚拟试验的运行平台、 虚拟测试、虚拟样机的性能评价等。例如：机车车体底架的变形 图，如图3-9所示。
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3.2 虚拟制造系统
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
5）虚拟生产技术：虚拟生产线/车间实时三维布局、生产线/车 间生产过程虚拟仿真、基于VR的网络化分散制造仿真与评价等。 虚拟生产调度控制仿真，如图3-10所示。
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3.2 虚拟制造系统
图3-10 虚拟生产调度控制仿真 返回目录
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
图3-6 虚拟加工 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统 虚拟测试，如图3-7所示。
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3.2 虚拟制造系统
3）虚拟检测与评价技术：虚拟表面接触刚度分析、刀位轨迹检 查及碰撞干涉检验、工艺过程规划与仿真、基于应力的加工质量 评价、装配信息建模等。例如：机车喷油器压叉的应力图，如图 3-8所示。
3.2 虚拟制造系统 3.2.1 虚拟制造系统的体系结构 虚拟制造系统的体系结构，如图3-3所示。
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3.2 虚拟制造系统 3.2.1 虚拟制造系统的体系结构
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3.2 虚拟制造系统
3.2.2 虚拟制造的关键技术 虚拟制造的使能技术主要有以下几项： 1）多通道交互技术：包括虚拟现实设备的软硬件接口驱动技术、 真实感渲染的三维图形加速技术、三维定位跟踪设备的定标技术、 大面积纹理的可见性快速显示技术、人像分离与多传感信息的融 合技术、信息与时间的同步技术等。 2）虚拟环境建模技术：包括图像图形混合建模技术、多细节层 次建模技术、智能化视区裁剪技术、场景预处理技术、基于图像 的绘制技术、虚拟声的生成与增强技术等。 3）虚拟产品建模技术：是指建立产品的虚拟原型或虚拟样机的 过程，包括产品建模技术零部件的物理建模方法、基于物理的工 程行为特征建模方法、工程对象的单元化划分方法、工程分析的 有限元计算方法、工程分析结果的多准则图示方法等。虚拟样机 过程，如图3-4所示。
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3.3 虚拟制造的应用
a)
b)
图3-11 虚拟环境 a)虚拟家居环境 b)虚拟军事环境
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3.3 虚拟制造的应用 3.3.2 虚拟工具 虚拟头盔，如图3-12所示。
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3.3 虚拟制造的应用 3.3.3 虚拟产品建模 加工中心虚拟建模，如图3-13所示。
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3.2 虚拟制造系统
a)
c)
b)
图3-5 机车部件的有限元模型
a)车体 b)机车抱轴箱系统 c)机车转向架
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3.2 虚拟制造系统
2）虚拟产品实现技术：虚拟加工、远程机器人操作与监控、 虚拟测量技术、基于表面质量分析的切削参数选择等。 虚拟加工，如图3-6所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.1.3 虚拟制造的分类 按照产品在生命周期中的各类活动，可将虚拟制 造技术分类，如图3-2所示。
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3.1 虚拟制造概述 3.1.3 虚拟制造的分类
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3.3 虚拟制造的应用
3.3.4 汽车设计 福特汽车公司利用虚拟原型技术在产品开发阶段就进行装配
评价，这样在设计阶段就可从整个产品的装配性角度考虑产品的 可制造性，而不只从单个零件的角度进行考虑。他们将车辆的零 部件在CAD系统中建模，然后将模型文件传输到虚拟环境中。用户 可用手操纵虚拟零件，并试着将其安装到车辆当中。系统可检测 零件与车辆的干涉情况。福特汽车公司还希望将该系统应用于装 配中的人机工程学的研究。该系统的硬件设备采用的是SGI图形工 作站、显示器和数据手套等。福特汽车数字原形件，如图3-14所 示。汽车内部三维实体，如图3-15所示。
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，以增强各层制造设计 和生产决策与控制。
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.1.2 虚拟制造的特点 交互性、沉浸性和想像力是虚拟制造的三个重要
特征，如图3-l所示。
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3.1 虚拟制造概述 3.1.2 虚拟制造的特点
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3.2 虚拟制造系统
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3.2 虚拟制造系统
虚拟制造相关的关键技术如下： 1）虚拟设计与装配技术：包括虚拟产品形状设计、虚拟装配/拆 卸设计与优化、虚拟样机、具有力觉的虚拟装配等。基于虚拟样 机的试验仿真分析，可以在真实制造之前发现问题，并得以解决。 例如：机车部件的有限元模型，如图3-5所示。
第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述 3.2 虚拟制造系统 3.3 虚拟制造的应用
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第3章 虚拟制造技术
3.1 虚拟制造概述
3.1.1 虚拟制造的定义 虚拟制造作为一个全新的概念，各国学者有多种
表述。 佛罗里达大学Gloria J Wiens：虚拟制造是这样
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 和可制造性的潜在问题进行预测。
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
3.2.3 虚拟制造系统的作用 VM系统可以为制造企业提供如下支撑作用: 1．为企业决策提供支持 2．产品开发过程管理 3．生产过程管理 4．整体运作 5．系统维护
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第3章 虚拟制造技术
3.3 虚拟制造的应用
虚拟现实技术有着许多的应用领域，尤其在制造业虚拟设计 与制造的应用日益广泛。 3.3.1 虚拟环境 虚拟环境，如图3-11所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
图3-8 喷油器压叉的应力图 返回目录
第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统
4）虚拟实验技术：虚拟试验的物理建模、虚拟试验的运行平台、 虚拟测试、虚拟样机的性能评价等。例如：机车车体底架的变形 图，如图3-9所示。
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第3章 虚拟制造技术
3.2 虚拟制造系统