先进制造技术第3章 虚拟制造技术
虚拟制造技术的相关概念及其应用
虚拟制造技术的相关概念及其应用【摘要】虚拟制造技术是一种基于计算机仿真和虚拟现实技术的创新性制造方法。
它通过数字化建模和仿真，实现了全生命周期的产品设计、工艺规划、生产执行、质量控制和维护管理等各个阶段的优化和智能化。
在产品设计阶段，虚拟制造技术可以帮助设计师实现产品的虚拟验证和优化设计；在工艺规划阶段，它可以模拟制造过程，提高生产效率；在生产执行阶段，它可以优化生产计划和资源调配，实现智能化制造；在质量控制阶段，它可以实时监测和调整生产过程，确保产品质量；在维护管理阶段，它可以预测设备故障和优化维护方案。
未来，虚拟制造技术的发展趋势是向更智能、更数字化、更集成化的方向发展，其重要性和应用前景将会逐渐凸显。
【关键词】虚拟制造技术、产品设计、工艺规划、生产执行、质量控制、维护管理、未来发展趋势、重要性、应用前景。
1. 引言1.1 虚拟制造技术的定义虚拟制造技术是一种利用计算机仿真和虚拟现实技术，将产品的设计、工艺规划、生产执行、质量控制和维护管理等各个阶段都进行虚拟模拟和优化的先进制造技术。
通过虚拟制造技术，可以在产品实际制造之前进行全面的数字化仿真，及时发现和解决问题，降低生产成本，缩短产品开发周期，提高产品质量和生产效率。
虚拟制造技术的发展已经经历了多个阶段，从最初只能进行简单模拟的2D平面图到今天可以实现高度真实感的3D虚拟仿真。
随着计算机性能的不断提升和虚拟现实技术的成熟，虚拟制造技术正在逐渐成为制造业中不可或缺的重要技术手段。
通过虚拟制造技术，企业可以在产品整个生命周期中进行全面的数字化管理和优化，提高整体竞争力，实现智能制造的目标。
1.2 虚拟制造技术的发展历程虚拟制造技术的发展历程可以追溯到上个世纪80年代初。
当时，随着计算机技术的不断发展和成熟，虚拟制造技术开始引起人们的关注。
最初，虚拟制造技术主要应用于汽车、航空航天等行业，用来验证产品设计方案和模拟生产过程。
随着计算机性能的不断提升和软件技术的不断完善，虚拟制造技术在逐渐扩展到了更多的领域，如电子产品、机械设备等。
虚拟制造技术
虚拟制造技术伴随着制造业迅猛发展而形成的生产消费模式，正过度消耗着大量不可再生的资源，破坏着人类的生存坏境。
因此，发展与资源、环境的和谐，以及社会经济的可持续发展，就成为全球性的产业结构调整的战略导向，即向资源利用合理化、废弃物产生少量化、环境影响无害化的方向发展。
至此，运用先进技术和产业化生产，使报废产品高质量地再生，是对产品附加值（包括能量、劳动、材料）的最优化资源回收方式成为必然的发展趋势。
而虚拟制造技术又是再制造设计发展的必要途径，也是其作为先进制造技术的重要特征。
一．虚拟现实技术虚拟现实（Virtual Reality ，VR）技术是近年来出现的一门高新技术，它可以模拟现实、再现真实的过去和显示可见的未来。
从总体上讲，虚拟现实技术就是要把计算机从善于处理数字化的单维信息改变为善于处理人所能感受到的、在思维过程中所能接触到的、除了数字化之外的其它各种表现形式的多维信息，具体地说就是以仿真形式创造出真实反映客观世界变化及其相互作用的三维环境，通过立体液晶眼镜、头盔显示器、数据手套、数据服和跟踪器等装置，使用户沉浸在计算机生成的虚拟环境之中，直接感知事物的变化，并与之发生交互作用，产生一种“身临其境”的感觉，它汇集了计算机图形学、多媒体技术、人工智能、人机接口技术、传感器技术、高度并行的实时计算技术和人的行为学等多项关键技术，是多媒体技术发展的更高境界，是高技术成果的系统集成。
虚拟现实系统是一个闭环系统，包括用户、机器和人—机接口三个基本要素。
其中用户是虚拟环境的接受者和作用者；机器是指安装了相应软件程序, 用来生成虚拟环境的计算机；人—机接口是指将虚拟环境和用户连接起来的传感与控制装置。
虚拟现实技术具有沉浸感、交互性和想象力等特征。
沉浸感是指用户作为主体存在于虚拟环境的真实程度；交互性是指用户对虚拟环境的可操作程度和从环境中得到反馈的自然程度(包括实时性)；想象力是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠其感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。
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ppt课件
虚拟制造技术的内涵
马里兰大学Edward Lin&etc 虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制一体化的、 综合的制造环境 着眼于“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，既 采用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上实现产品的 开发、制造，以及管理和控制等制造本质过程，以增加制 造过程各级的决策和控制能力
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
确认和验证
虚拟产品
计算机仿真 虚拟现实
基于网络的VPS
实际制造系统
实际信息系统
需求
工人
样机
实际产品
工厂
RPS
抽象与综合
虚拟制造技术的内涵
机会 拟实制造
循 环客户 到 合 格
计算机
创意
修改和控制
资源 实际制造
需求
工人
工厂
信息
产品
虚拟制造的体系结构
场 景 预 处 理 技 术
基 技虚
于 术拟
图
声
像
的
的
生
绘
成
制
与
技
增
术
强
术
虚拟制造的使能技术
使能技术之三
产品建模技术
零
特基
部
征于
件
建物
的
模理
物
方的
理
法工
建
程
模
行
方
为
法
分工 方程 法对
象 的 单 元 化 划
算工 方程 法分
析 的 有 限 元 计
则工 图程 示分 方析 法结
果 的 多 准
虚拟制造PPT课件
目录
• 虚拟制造概述 • 虚拟制造技术 • 虚拟制造流程 • 虚拟制造的优势与挑战 • 虚拟制造案例分析 • 总结与展望
01
虚拟制造概述
定义与特点
定义
虚拟制造是一种先进制造技术，通过计算机模拟和仿真技术，在计算机上实现 产品制造的全过程，以评估产品的可制造性、优化制造过程、提高生产效率及 降低成本。
总结词：电子制造业是另一个应 用虚拟制造技术的领域，通过模 拟和优化设计和生产过程，提高 产品质量和生产效率。
1. PCB设计优化：电子制造商可 以利用虚拟制造技术对PCB（印 刷电路板）设计进行模拟和优化 ，提高产品的性能和质量。
3. 质量控制：虚拟制造技术还可 以用于质量控制，通过模拟整个 生产过程，找出潜在的质量问题 ，提高产品的质量。
3. 质量控制：虚拟制 造技术还可以用于质 量控制，通过模拟整 个生产过程，找出潜 在的质量问题，提高 模具的质量。
06
总结与展望
总结
虚拟制造技术的 定义
虚拟制造是一种基于 计算机建模和仿真的 制造过程，通过模拟 产品的设计和制造过 程，以优化制造过程 、提高产品质量和降 低生产成本。
虚拟制造技术的 分类
优化生产过程
虚拟制造可以对制造过程进行优化，提高生产效率，降低能源消耗 和环境污染。
虚拟制造的应用范围
产品设计
虚拟制造技术可以用于产品的设计和优化，通过模拟和仿真技术，实现产品的早期检测和优化。
生产计划
虚拟制造可以用于生产计划的制定和优化，通过对生产过程的模拟和仿真，实现生产计划的精细管理和优化。
THANKS
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详细描述
VR技术可以为用户提供一个逼真的虚拟环境，可用于产品体验、培训和设计等方面。
《虚拟制造技术》课件
虚拟制造技术的发展趋势
1
多模态集成
将多种虚拟制造技术融合在一起，实现
多场景联合仿真
2
多模态信息交互和集成，提高制造过程 的精度和效率。
通过多场景联合仿真，将虚拟制造技术
扩展到更复杂的生产环境，提高仿真结
果的真实性和准确实现虚 拟制造技术与人的智能交互，提高生产 过程的智能化水平。
通过在虚拟环境中进行仿真实验，可以减少 对现场实验的需求，降低试错成本和风险。
虚拟制造技术在制造业的应用
虚拟装配
通过虚拟装配，可以在计算机 上模拟产品的装配过程，提前 发现装配问题并进行优化。
虚拟试验
利用虚拟试验技术，可以在虚 拟环境中模拟产品的性能和可 靠性测试，降低实验成本和时 间。
虚拟加工
通过虚拟加工技术，在计算机 上模拟产品的加工过程，优化 加工方案，提高加工效率和质 量。
结论
虚拟制造技术是制造业发展的趋势，通过数字化建模、虚拟仿真和虚拟现实技术的应用，可以提高生产效率和 质量。 未来虚拟制造技术将会更加普及和完善，有望推动制造业向智能化、高效化和绿色化方向发展。
参考文献
《虚拟制造技术》PPT课 件
虚拟制造技术PPT课件是一个关于虚拟制造技术的介绍性课件，将讨论虚拟制 造技术的概述、主要方法、优势、应用和发展趋势。
概述
什么是虚拟制造技术？
虚拟制造技术是一种基于计算机仿真和虚拟现实技术的制造过程预测和优化方法，通过建立 产品和生产过程的虚拟模型，以提高制造效率和降低成本。
数字化建模
通过采集和处理实际生产环境 的数据，建立产品和生产过程 的数字化模型，实现对制造过 程的仿真和优化。
虚拟仿真
利用计算机模拟技术，在虚拟 环境中对产品和生产过程进行 全面的仿真和评估，以发现和 解决潜在问题。
虚拟制造技术教学教材
虚拟现实技术
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，它通过模拟人的视 听和触觉等感官体验，使用户仿佛身临其境地置身于一个由计算机生成的三维环 境中。
在虚拟制造中，虚拟现实技术可以提供更加真实和沉浸式的操作体验，帮助用户 更好地理解和掌握虚拟制造的流程和技术。
人工智能与机器学习在虚拟制造中的应用
01
案例一：波音公司
02
描述：波音公司利用虚拟制造技术，在飞机设计阶段就模拟整个制造 过程，优化工艺流程和生产布局，提高飞机制造的效率和质量。
03
案例二：空客公司
04
描述：空客公司通过虚拟制造技术，实现了飞机零部件的设计和生产 过程的模拟，减少了物理原型的使用，降低了研发成本。
电子行业虚拟制造案例
解பைடு நூலகம்方案
提供集成方案和技术支持，帮助学习者了 解如何将虚拟制造技术与其他技术进行集 成，提高应用效果。
人才培养与教育挑战与解决方案
挑战
虚拟制造技术需要具备跨 学科的知识和技能，对人 才培养和教育提出了更高 的要求。
解决方案
建立完善的人才培养体系 和教育机制，包括专业课 程、实践项目、职业培训 等，提高学习者的综合素 质和能力。
VS
详细描述
随着人工智能和机器学习技术的不断发展 ，这些技术将被广泛应用于虚拟制造过程 中，例如自动化工艺规划、智能调度、自 适应控制等。通过这些技术的应用，虚拟 制造将能够更好地模拟真实生产环境，预 测和解决潜在问题，实现高效、高质的制 造。
云化虚拟制造技术
总结词
云化虚拟制造技术将虚拟制造资源与云计算 技术相结合，实现制造资源的动态管理和按 需分配，为中小企业提供更为便捷和高效的 制造服务。
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虚拟制造技术(ppt 27张)
虚拟制造与实际制造
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
虚拟制造的特点
(1)虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映 射和本质表现，即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，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，以增强制造过程各 进程的决策与控制能力。 (2)虚拟制造虽然不是实际的制造，但却实现 实际制造的本质过程，是一种通过计算机虚
(3)产品设计与制造是在虚拟环境下进行的，在计算机上进 行产品设计、制造、测试，甚至设计人员或用户可“进入” 虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖 于传统的原型样机的反复修改；还可将已开发的产品(部件) 存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需 求或市场变化快速改变设计，大幅度压缩新产品的开发时间， 提高质量，降低成本。
优化资源 选择评价工艺 验证新工艺
控制为核心 优化车间控制 优化制造过程
质量 评估
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
车间机床 及控制系统
虚拟制造的技术体系
相关技术
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 虚 拟 实 验 技 术 虚 拟 生 产 技 术
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。
先进制造技术复习讲义整理
第1讲先进制造技术1、数字化制造包含三大部分：以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。
2、并行工程：一种集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的系统方法。
要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。
3、反求工程：对用作参考物的样品作快速测量，并反求为可被3D软件接受的数据模型，进而作修改和详细设计，达到快速开发新产品的目的。
4、虚拟制造技术：以计算机支持的仿真技术为前提，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过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、制造成本和可制造性，从而更有效、更经济和更灵活地组织生产，减少或避免设计错误，缩短开发周期和节省开发成本。
5、电子商务是将业务数据数字化，并将数字信息的使用和计算机的业务处理同Internet进行集成，成为一种全新的业务操作模式。
第2讲特种加工1、切削加工的本质和特点：（1）靠刀具材料比工件更硬；（2）靠机械能把工件上多余的材料切除。
2、特种加工的特点（1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量去除金属材料；（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克刚”；（3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。
3、特种加工与传统切削加工的不同点（1）主要依靠机械能以外的能量(如电、化学、光、声、热等)去除材料；多数属于“熔溶加工”的范畴。
（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克刚”；（3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力；（4）主运动速度一般都较低；理论上，某些方法可能成为“纳米加工”的重要手段；（5）加工后的表面边缘无毛刺残留。
微观形貌“圆滑”。
4、特种加工对机械制造工艺技术产生的影响（1）提高了材料的可加工性（2）改变了零件的典型工艺路线，以前的典型工艺路线是先加工后淬火，特种加工的工艺路线是先淬火后加工。
先进制造技术中的虚拟样机建模
先进制造技术中的虚拟样机建模章节一：引言先进制造技术的发展正日益重要，它给制造业带来了许多新的机会和挑战。
其中之一就是虚拟样机建模的应用。
虚拟样机建模是指通过计算机技术，将物理产品的各个方面以虚拟的形式呈现出来，从而在产品开发的早期阶段进行设计、仿真和优化等工作。
本文将围绕先进制造技术中的虚拟样机建模展开探讨。
章节二：先进制造技术概述先进制造技术是指将虚拟与现实相结合，借助高科技手段提高制造过程的效率、质量和灵活性的技术体系。
它包括数字化制造、机器人技术、云制造、物联网等众多领域。
在先进制造技术的实践中，虚拟样机建模起着重要的作用。
章节三：虚拟样机建模的意义虚拟样机建模的应用有着诸多意义。
首先，虚拟样机使得设计师能够在产品实体制造之前进行充分的设计和验证，从而提高产品开发的效率和成功率。
其次，虚拟样机可以进行多领域的仿真分析，如结构强度、流体力学、热力学等，从而在设计阶段发现和解决潜在问题。
此外，虚拟样机还可以用于演示产品的功能和性能，帮助企业展示产品的竞争力。
章节四：虚拟样机建模的流程虚拟样机建模的流程主要包括准备阶段、建模阶段、仿真与评估阶段和优化阶段。
首先，在准备阶段，需要搜集与产品相关的数据和信息，包括产品的设计要求、材料属性、工艺过程等。
其次，在建模阶段，根据准备阶段的数据和信息，利用计算机辅助设计软件进行三维建模，并进行各个组件的组装和参数设置。
然后，在仿真与评估阶段，通过对虚拟样机进行各种仿真分析，如运动分析、强度分析、温度分析等，评估产品的性能和可靠性。
最后，在优化阶段，根据仿真分析结果，对虚拟样机进行优化设计，提高产品的性能和质量。
章节五：虚拟样机建模的挑战与前景虚拟样机建模在应用中也面临一些挑战。
首先，虚拟样机建模需要准确的数据和信息支持，而这些数据和信息往往需要由多个部门或合作伙伴提供，因此，信息共享和沟通是一个关键的问题。
其次，虚拟样机建模需要计算机硬件和软件的支持，包括高性能计算机、CAD软件等，这对于一些中小企业来说可能是一个技术和经济上的挑战。
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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。
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。
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3-9 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
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。
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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
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。
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。
返回目录
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。
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。
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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
返回目录
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Байду номын сангаас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。