虚拟制造技术
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。
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。
虚拟制造技术名词解释
虚拟制造技术名词解释
虚拟制造技术是一种新兴的制造技术，利用计算机系统模拟机械装配线的操作，以快速准确的方式模拟制造过程，使设计者在虚拟环境中就能模拟、比较和实现制造过程。
下面简单介绍一些虚拟制造技术名词：
1. 仿真模拟(Simulation)：是将复杂的系统或机械零件进行数字化建模，并通过计算机模拟机器运动，以获取制造过程中参数，是虚拟制造的基础。
2. 虚拟装配(Virtual Assembly)：也称为虚拟组装，是指利用仿真技术对机械装配线进行模拟，以获得装配步骤以及参数，从而更快、更好的实现装配。
3. 虚拟测量(Virtual Measurement)：是指利用虚拟制造技术对机械零件进行测量，从而获得更准确的测量结果，并对制造过程中的参数进行实时监控，从而提高制造质量。
4. 虚拟质量保证(Virtual Quality Assurance)：也称为质量保证仿真，是在虚拟系统中模拟制造过程，并依据设定的质量指标进行检查，以获得准确的质量控制。
5. 虚拟仿真加工(Virtual Simulation Manufacturing)：是指利用计算机技术对机械零件进行3D建模，结合仿真技术，在虚拟环境中进行机械零件加工模拟，以实现最佳的加工结果。
现代虚拟制造技术及应用
现代虚拟制造技术及应用现代虚拟制造技术是指利用虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、计算机仿真技术等，模拟和预测产品设计、生产和运营过程的一种制造技术。
它通过数字化、模拟化和仿真化的手段，将真实制造环境转化为虚拟的数字世界，实现产品的全生命周期管理和优化。
虚拟制造技术在产品设计阶段的应用：1. 产品设计：传统产品设计往往需要制造出多个样品进行试制和测试，而虚拟制造技术可以在计算机中进行三维设计和仿真分析，减少了物理样品制造的成本和时间，同时避免了一些物理试制无法表现出的问题。
2. 产品装配：虚拟装配可以将产品的各个零部件进行虚拟的装配，模拟真实的装配过程，分析和优化装配工艺、方法和工作环境，提高装配质量和效率。
3. 故障分析：利用虚拟制造技术可以将产品的工作状态进行虚拟仿真，模拟和分析产品的故障情况，帮助设计人员找到并修复潜在的故障问题，提高产品的可靠性和使用寿命。
虚拟制造技术在生产制造阶段的应用：1. 数字化工厂：虚拟制造技术可以将整个工厂的设备、物料和人员进行虚拟建模，对生产线进行仿真和优化，降低生产成本、提高生产效率。
2. 生产过程仿真：利用虚拟制造技术可以对生产过程进行虚拟仿真和优化，预测生产能力、排程、物料流动和生产质量等，提高生产计划的准确性和制造执行能力。
3. 操作培训：虚拟制造技术可以打造虚拟现实的生产环境，用于对生产操作人员进行培训，提高其操作技能和遵循生产流程的能力。
虚拟制造技术在产品服务和维护阶段的应用：1. 服务支持：虚拟制造技术可以将产品的维修和保养过程进行虚拟模拟，帮助服务人员更快速地定位问题和解决故障，提高产品的可维护性和服务效率。
2. 远程支持：通过虚拟现实技术，远程支持人员可以在实际操作中提供在线指导，帮助用户解决问题，解决产品使用过程中的疑难问题，节约服务成本和时间。
总之，虚拟制造技术的应用范围非常广泛，从产品设计到生产制造再到售后服务，都可以利用虚拟制造技术进行模拟和优化，提高产品的设计质量、生产效率和服务水平。
虚拟制造技术实习报告
实习报告一、实习目的本次实习的主要目的是让我们了解虚拟制造技术的基本概念、原理和应用，提高我们在制造领域的综合素质和实际操作能力。
通过实习，我们希望能够掌握虚拟制造技术的基本原理，熟悉相关软件工具，并能够运用虚拟制造技术解决实际工程问题。
二、实习时间2023年6月1日至2023年6月30日三、实习地点XX大学虚拟制造实验室四、实习单位及部门实习单位：XX大学实习部门：虚拟制造实验室五、实习内容及成果1. 实习内容（1）虚拟制造技术的基本原理及应用在实习的第一周，我们学习了虚拟制造技术的基本原理，包括虚拟制造的定义、特点、关键技术等。
同时，我们也了解了虚拟制造技术在制造业中的应用，如产品设计、生产过程仿真、制造资源规划等。
（2）虚拟制造软件的学习与实践在实习的第二周，我们学习了虚拟制造软件的基本操作，如3D建模、仿真分析等。
通过实际操作，我们掌握了虚拟制造软件的使用方法，并能够运用软件进行简单的工程问题分析。
（3）虚拟制造技术的实际应用案例分析在实习的第三周，我们分析了多个虚拟制造技术在实际工程中的应用案例，了解了虚拟制造技术在提高生产效率、降低生产成本、优化生产流程等方面的作用。
2. 实习成果通过实习，我们掌握了虚拟制造技术的基本原理，熟悉了相关软件工具，并能够运用虚拟制造技术解决实际工程问题。
在实习期间，我们完成了多个虚拟制造项目的实践，提高了自己在制造领域的综合素质和实际操作能力。
六、实习总结通过本次实习，我们对虚拟制造技术有了更深入的了解，认识到了虚拟制造技术在现代制造业中的重要地位。
同时，我们也明白了虚拟制造技术并非万能，它只是一种辅助工具，实际工程问题还需要结合其他技术手段来解决。
七、对母校教学实习工作的建议1. 增加实习环节的实践操作时间，让学生有更多机会动手实践。
2. 邀请企业专家进行讲座，分享实际工程经验，提高学生的工程意识。
3. 加强校企合作，为学生提供更多实习和就业机会。
4. 注重实习环节的多元化评价，除了考核学生的实习成果，还应关注学生在实习过程中的成长和进步。
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。
虚拟制造及其关键技术
虚拟制造及其关键技术虚拟制造是指利用计算机技术和虚拟现实技术开展产品设计、生产制造和工艺优化等工作的一种集成虚拟化技术。
它通过模拟和仿真技术，实现了从产品设计到生产制造的全过程数字化，将设计、工艺制造和产品质量等因素纳入统一的虚拟环境进行集成，是实现智能制造的重要手段。
虚拟制造的核心技术是虚拟现实技术，在实现产品设计、工艺规划、生产过程模拟等方面发挥了重要作用。
虚拟现实技术通过利用计算机图形学、机器视觉、模型重建等技术，将现实中的物体、场景以虚拟的方式呈现出来，使用户能够与虚拟环境进行交互，获得更加直观、真实的感觉。
虚拟制造的关键技术还包括工艺规划和模拟、数字化加工和装配等。
工艺规划和模拟技术利用计算机辅助设计、虚拟现实技术等手段，模拟和优化产品的生产工艺过程，减少资源消耗和生产时间，提高生产效率和产品质量。
数字化加工技术是指利用数控机床等设备进行数字化加工，将设计数据直接转换成制造过程中所需的指令，实现高效、精确的加工。
数字化装配技术则是利用虚拟现实技术对产品进行虚拟组装，检测产品在装配过程中的合理性和可行性，提高装配效率和产品质量。
虚拟制造的应用领域非常广泛，包括航空航天、汽车制造、机器制造、电子信息等各个行业。
在航空航天领域，虚拟制造可以帮助设计师和工程师们对飞机进行全面的仿真和模拟，包括外形设计、结构强度分析、机载设备布局等方面。
在汽车制造领域，虚拟制造可以对整个汽车生产过程进行优化和模拟，包括车身焊接、喷涂、总装等方面。
在机器制造领域，虚拟制造可以模拟和优化机械设备的加工过程，提高生产效率和产品质量。
在电子信息领域，虚拟制造可以模拟和测试电子产品的制造工艺和性能，提高研发和生产效率。
虚拟制造的发展离不开计算机技术和软件技术的支持。
计算机技术的不断进步为虚拟制造提供了强大的计算能力和存储能力，使得虚拟制造可以处理更加复杂的问题和大规模的数据。
软件技术的不断创新为虚拟制造提供了各种工具和平台，包括三维建模软件、仿真软件、虚拟装配软件等，使得虚拟制造可以更加快速、准确地进行产品设计和制造过程的模拟和优化。
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
感谢观看
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。
虚拟制造关键技术概述
虚拟制造技术
1.1 虚拟制造的技术体系
1994年7月12~13日在美国俄亥俄州的代顿召开的Virtual Manufacturing User Workshop会议上提出了9个技术领域和16项技术。1994年10月25~26日在同一地点召开的 Virtual Manufacturing Technical Workshop会议上又将技术领域扩展为13个,技术项目扩展为 44项。
ห้องสมุดไป่ตู้拟制造技术
3. 控制技术群 控制技术群是指建模过程、仿真过程所用到的各种管理、组织与控制技术与方法。其主 要包括:①模型部件的组织、调度策略及交换技术;②仿真过程的工作流程与信息流程控制;③ 虚拟制造系统方法论;④概念设计与制造方法、加工过程、成本估计集成技术;⑤集成动态的、 分布式的、协作模型的集成技术;⑥实现最佳设计的冲突求解技术;⑦基于仿真的推理技术;⑧ 模型及仿真结果的验证、确认技术。 4. 支撑技术群 支撑技术群是指支持虚拟制造系统开发、控制与运行取得进步的基础性技术。其主要包 括:①数据库技术;②人工智能技术;③系统集成技术;④分布式并行智能协同求解技术;⑤综合可 视化技术等。
虚拟制造技术
虚拟样机中的各种相关技术涉及的部分典型软件
虚拟制造技术
1.5 虚拟加工技术
随着产品更新换代周期的缩短,市场竞争的加剧,传统的少品种、大批量自动化作业的概 念已不适用当前时代的潮流,取而代之的是多品种、小批量的自动化生产。CAD/CAM 系统的 应用,计算机性能的不断改善,计算机仿真技术在制造系统中得到广泛的应用,使人们可以借助 图形显示来组织工艺流程,还可以通过在零件上动态显示刀具加工过程来观察刀具与工件之间 的几何关系,对有一定经验的编程员来说,这可以避免很多干涉错误和许多计算不稳定错误。在 数控编程方面,数控程序生成的自动化程度日益提高。在输出检查方面,实体可以用来表达加工 半成品,从而可以建立起有效、真实的加工模拟和数控程序的验证模型,有效地解决图形多义性 的问题。20世纪90年代,由于计算机图形技术的飞速进展,虚拟加工环境应运而生,并成为虚拟 制造技术的有利支持工具。这样,采用虚拟加工来替代或减少实际的试切工作,就可以大大地降 低产品的制造成本,增加整个产品的竞争能力。
虚拟制造技术
虚拟制造技术一、技术概述虚拟制造技术（Virtual Manufacturing Technology, or VMT）是80年代后期提出并得到迅速发展的一个新思想。
它是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。
这样，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。
虚拟制造技术按其功能可划分为：1．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，以优化产品本身的性能、成本为目标。
2．产品的虚拟制造技术。
面向产品制造过程模拟、检验和优化，检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺过程、保证产品的制造质量、制造周期和最低的制造成本为目标。
3．虚拟制造系统。
着重于生产过程的规划、组织管理、资源调度、物流、信息流等的建模、仿真与优化。
如虚拟企业、虚拟研发中心等。
虚拟制造技术是CAD／CAE／CAM／CAPP和仿真技术的更高阶段。
利用虚拟现实技术、仿真技术等在计算机上建立起的虚拟制造环境是一种接近人们自然活动的一种“自然”环境，人们的视觉、触觉和听觉都与实际环境接近。
人们在这样环境中进行产品的开发，可以充分发挥技术人员的想象力和创造能力，相互协作发挥集体智慧，大大提高产品开发的质量和缩短开发周期。
二、现状及国内外发展趋势虚拟制造技术的发展首先是在其支撑技术的发展上取得进展，例如，虚拟现实技术、仿真技术等。
特别是一些单元技术与制造业的紧密结合不断深入，并为其作出了巨大的贡献，更推动了这些技术的进一步发展。
同时，支撑技术和单元技术的不断成熟和在制造业中发挥越来越大的作用，也推动了虚拟制造技术的组合和集成。
但由于各技术的相对独立性，其统一的特征模型的建立、数据共享和交换等遇到了巨大的挑战。
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虚拟制造技术指的是通过计算机模拟技术来创建虚拟制造场景，对产品进行数字化设计、模拟验证、工艺设备优化及数字化制造等一系列生产过程的管理，在实际制造中减少试错成本，加快产品开发及上市时间，提高产品质量和竞争力。
虚拟制造技术通过将数字化方法与传统制造技术相结合，可以大大缩短产品研发周期、提高生产效率和质量，并极大地降低生产成本和环境污染。
虚拟制造技术的应用十分广泛，包括数控机床复杂零部件加工、机器人智能制造、空间航空工程的设计与生产、汽车制造的过程优化等。
在汽车制造方面，虚拟制造技术可以为各种智能制造流程提供重要的支持，比如在产品开发阶段，通过数字化设计、可视化仿真和虚拟验证等手段，把握产品性能及市场需求，从而减少开发成本和提高产品质量。
在之后的生产阶段，通过数字化工厂和虚拟制造技术，实现了自动化生产线智能化、感知化和自适应化，提高生产效率、节约成本、降低质量风险。
虚拟制造技术的核心理念在于数字化和智能化，数字化是指将产品和生产过程转化为数字化数据，以便进行仿真和虚拟验证。
在数字化的基础上，虚拟制造技术可以实现产品的可视化、交互式仿真，以及设计、制造和工程性能优化，并通过对生产过程的模拟和协调最大限度地提高生产效率和质量。
虚拟制造技术的另一个核心理念是智能化，即在生产过程中采用智能化技术实现生产线的感知、控制和优化，以最大限度地提高生产过程的效率和质量。
虚拟制造技术的未来发展趋势是数字化、智能化和可持续化。
数字化将在越来越多的工业领域实现，基于AI、大数据和物联网等技术的智能制造和自适应制造也将成为行业的发展方向，同时，可持续制造原则也被越来越多的企业所认同，把制造过程中的环境影响降到最低。
总之，随着虚拟制造技术的不断发展，数字化、智能化和可持续制造已成为发展趋势，通过虚拟制造技术的应用，可以有效降低制造成本、提高产品质量、加快产品研发周期，为产业的现代化和高效化作出贡献。
机械工程中的虚拟制造技术
机械工程中的虚拟制造技术
虚拟制造技术是一种在计算机上执行制造过程的技术，它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。
在机械工程中，虚拟制造技术可以应用于以下方面：
1. 设计和工艺规划：通过虚拟制造技术，可以在计算机上模拟产品的设计和工艺规划过程，从而在制造之前发现和解决潜在的问题，提高产品的质量和可制造性。
2. 加工制造：虚拟制造技术可以模拟产品的加工制造过程，从而优化加工参数和流程，提高加工效率和产品质量。
3. 性能分析：通过虚拟制造技术，可以对产品的性能进行模拟和分析，从而预测和优化产品的性能。
4. 质量检验：虚拟制造技术可以模拟产品的质量检验过程，从而在制造之前发现和解决潜在的质量问题。
5. 企业各级过程的管理与控制：虚拟制造技术可以对企业各级过程进行管理和控制，从而提高企业的生产效率和产品质量。
总之，虚拟制造技术在机械工程中具有广泛的应用前景，可以提高企业的生产效率和产品质量，降低生产成本和风险。
虚拟制造技术在现代机械工程设计中的应用
虚拟制造技术在现代机械工程设计中的应用虚拟制造技术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，它为制造业带来全新的概念。
它既是一项先进制造技术又是一种先进制造理念，这项新兴的制造技术为制造业的发展指明了方向，减少了资源浪费，实现了绿色制造，使制造业达到了前所未有的高度集成化与优化，为先进制造技术的进一步发展提供了更广阔的空间，是现代制造业信息化过程中不可逾越的阶段。
本文对虚拟制造技术在现代机械工程设计中的应用进行了研究探讨。
标签：虚拟制造;虚拟现实技术;现代机械;工程设计虚拟制造是20世纪80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等，在产品实际生产前就采取预防措施，确保产品一次性开发成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期、增强企业竞争力的目的。
一、关于虚拟制造的技术特点一是高度集成。
虚拟制造中产品设计与制造过程是在虚拟的产品数字化模型中进行产品设计、制造、测试等过程，并且在虚拟的制造环境中检验其设计、加工、装配和操作。
因此，易于综合运用系统工程知识、并行工程和人―机工程等多学科先进技术，实现信息集成、知识集成、串并行交错工作机制集成和人―机集成。
二是敏捷灵活。
开发的产品（部件）可存放在计算机里，既节省仓储费用，利于产品再次快速改型设计，从而大幅度缩短了生产准备周期，降低了成本，提高了产品从设计、制造到销售全过程的整体性和敏捷性。
三是分布合作。
虚拟制造通过Internet可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一产品模型上同时工作，相互交流，实现资源共享，发挥各自特长，实现异地设计、制造，从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化，将制造业信息化与知识化融为一体。
二、虚拟制造技术对发展我制造业的作用一是减少资源浪费，实现绿色制造。
虚拟制造的核心技术
虚拟制造的核心技术虚拟制造技术涉及面很广，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、多学科交叉功能、决策支持工具、接口技术、虚拟现实技术、建模与仿真技术等。
1、建模技术虚拟制造系统VMS是现实制造系统RMS在虚拟环境下的映射，是RMS的模型化、形式化和计算机化的抽象描述和表示。
VMS 的建模包括生产模型、产品模型和工艺模型。
(1)生产模型。
可归纳为静态描述和动态描述两个方面。
静态描述是指系统生产能力和生产特性的描述。
动态描述是指在已知系统状态和需求特性的基础上预测产品生产的全过程。
(2)产品模型。
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、产品形状特征等静态信息。
而对VMS来说，要使产品实施过程中的全部活动集成，就必须具有完备的产品模型，所以虚拟制造下的产品模型不再是单一的静态特征模型，它能通过映射、抽象等方法提取产品实施中各活动所需的模型，包括三维动态模型，干涉检查，应力分析等。
(3)工艺模型。
将工艺参数与影响制造功能的产品设计属性联系起来，以反应生产模型与产品模型之间的交互作用。
工艺模型必须具备以下功能：计算机工艺仿真、制造数据表、制造规划、统计模型以及物理和数学模型。
2、仿真技术仿真就是应用计算机对复杂的现实系统经过抽象和简化形成系统模型，然后在分析的基础上运行此模型，从而得到系统一系列的统计性能。
由于仿真是以系统模型为对象的研究方法，不会干扰实际生产系统，同时利用计算机的快速运算能力，仿真可以用很短时间模拟实际生产中需要很长时间的生产周期，因而可以缩短决策时间，避免资金、人力和时间的浪费，并可重复仿真，优化实施方案。
仿真的基本步骤为：研究系统一收集数据、建立系统模型一确定仿真算法、建立仿真模型、运行仿真模型*输出结果并分析。
产品制造过程仿真，可归纳为制造系统仿真和加工过程仿真。
虚拟制造系统中的产品开发涉及到产品建模仿真、设计过程规划仿真、设计思维过程和设计交互行为仿真等，以便对设计结果进行评价，实现设计过程早期反馈，减少或避免产品设计错误。
微课-虚拟制造技术
进制造系统。
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智能制造技基术础导与论应用
第六章 智能制造的关键技术
三、 虚拟制造技术的优势和作用
1. 优势
• 缩短产品开发周期。传统制造遵循设计、试制、修改设计、规模化大生产的串行式结构， 只有在试制出样品后才进行产品信息反馈，决定是否要修改设计。而在虚拟制造中，并 不需要制造样机，可以随时在设计过程中检验模型的可制造性和装配性，及时修改，信 息反馈更为及时。
⑦虚拟样机与产品工作性能评测
③产品的运动和动力学仿真
⑧产品的广告与漫游
④热加工工艺模拟
⑨企业生产过程仿真与优化
⑤加工过程仿真
⑩虚拟企业的可合作性仿真与优化
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智能制造技基术础导与论应用
第六章 智能制造的关键技术
The End
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智能制造技术导论
• 提高产品质量。虚拟制造过程通过对多种制造方案进行仿真，优化产品设计和工艺设计， 可弥补传统制造业靠经验决定加工方案的不足，提高产品质量。
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智能制造技基术础导与论应用
第六章 智能制造的关键技术
• 低资源消耗。由于虚拟制造在计算机中进行，并不消耗实际生产所需的物理材料，可减
少材料浪费和设备损耗。
• 提高企业柔性生产能力，增强企业决策准确性。决策者可以在虚拟制造中了解产品
（1）以设计为中心的虚拟制造
将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中，并用计算机进行数字化制造、仿真多种制造方案，
检验其可制造性、可装配性，即面向装配的设计，预测产品性能和成本。目的是能通过“仿真制
造”来优化产品设计、工艺过程，及时发现、识别与设计有关的潜在问题和判断其优缺点。
（2）以生产为中心的虚拟制造
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智能制造技基术础导与论应用
虚拟制造技术及国内外研发现状
虚拟制造技术及国内外研发现状虚拟制造(VM,Virtual Manufacturing)是实际制造在计算机上的本质实现,是计算机仿真技术和虚拟现实技术在制造领域的综合发展及应用,是企业以信息集成为基础的一种新的制造哲理。
虚拟制造技术的广泛应用将从根本上改变现行的制造模式,将带来企业组织、企业管理及生产方式等多方面的变化,对相关行业也将产生巨大影响,是下一代制造技术的重要内容之一。
可以说虚拟制造技术决定着企业的未来,也决定着制造业在竞争中能否立于不败之地。
一、虚拟制造产生的背景在经济全球化、贸易自由化和社会信息化的新形势下,世界市场由过去传统的相对稳定逐步演变成动态多变的特征,由过去的局部竞争演变成全球范围内的竞争;同行业之间、跨行业之间的相互渗透、相互竞争日益激烈,因此,制造业的经营战略发生了很大变化,TQCS成为现代制造企业适应市场需求、提高竞争力的关键因素。
即以最快的上市速度(T—Time to Market)、最好的质量(Q—Quality)、最低的成本(C—Cost)、最优的服务(S—Service)来满足不同顾客的需求。
与此同时,信息技术取得了迅速发展,特别是计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们意想不到的进步。
进入九十年代以来,技术更新的速度明显加快,新兴知识转化成生产力推动力量的时间间隔越来越短。
如何利用新技术所提供的机遇,抓住用户需求,以最短的时间开发出用户能够接受的产品,已成为市场竞争的焦点。
多年来的实践证明,将信息技术应用于制造业,进行传统制造业的改造,是现代制造业发展的必由之路。
自70年代以来,CAD技术是众多计算机应用技术中推广应用最为深入和最为广泛的专业应用领域之一,特别在制造业中的影响力更为突出。
80年代初,以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS,Co mputer Integrated Manufacturing System)开始得到实施;80年代末,以过程集成为核心的并行工程(CE,Concurrent Engineering)技术进一步提高了制造水平;进入90年代,先进制造技术进一步向更高水平发展,出现了虚拟制造、精益生产(LP,Lean Production)、敏捷制造(AM,Agile Manufacturing)、虚拟企业(VE,Virtual Enterprise)等新概念。
虚拟制造技术实习报告
随着科技的飞速发展，虚拟制造技术逐渐成为制造业发展的重要方向。
为了让学生深入了解虚拟制造技术，提高我们的实践能力和创新能力，学校组织了本次虚拟制造技术实习。
本次实习旨在通过实际操作，让学生掌握虚拟制造的基本原理、技术流程和实际应用，为今后从事相关工作打下坚实基础。
二、实习内容1. 虚拟制造基本原理实习过程中，我们首先学习了虚拟制造的基本原理。
虚拟制造是一种利用计算机技术，将产品的设计、加工、装配、测试等环节在虚拟环境中进行模拟和优化的技术。
通过虚拟制造，可以在产品实际生产前，对产品进行全面的性能分析和验证，从而提高产品的质量和降低生产成本。
2. 虚拟制造软件操作在实习过程中，我们主要学习了Unigraphics NX、CATIA等虚拟制造软件的操作。
通过学习，我们掌握了以下内容：（1）三维建模：学习如何利用Unigraphics NX、CATIA等软件进行产品的三维建模，包括实体建模、曲面建模、装配建模等。
（2）有限元分析：学习如何利用虚拟制造软件进行有限元分析，包括结构分析、热分析、振动分析等。
（3）运动仿真：学习如何利用虚拟制造软件进行运动仿真，包括机构运动分析、运动轨迹分析等。
3. 虚拟制造实际应用在实习过程中，我们结合实际案例，对虚拟制造技术进行了实际应用。
具体包括：（1）产品设计优化：通过虚拟制造软件，对产品进行三维建模和有限元分析，优化产品结构，提高产品性能。
（2）工艺规划：利用虚拟制造软件，对产品加工过程进行仿真，制定合理的工艺路线，降低生产成本。
（3）装配仿真：通过虚拟制造软件，对产品进行装配仿真，验证装配过程，提高装配效率。
通过本次实习，我们取得了以下成果：1. 掌握了虚拟制造的基本原理和技术流程。
2. 熟练掌握了Unigraphics NX、CATIA等虚拟制造软件的操作。
3. 提高了创新能力和实践能力，为今后从事相关工作打下了坚实基础。
4. 深入了解了虚拟制造在实际生产中的应用，为今后参与相关项目提供了有力支持。
虚拟制造技术
虚拟制造技术的内涵
以模型信息集成为根本：产品模型、过程模型、 活动模型、资源模型之间的信息集成 以高逼真度仿真为特色：仿真结果的高可信度， 以及人与这个虚拟制造环境的交互的自然化。
虚拟制造技术的内涵
2、特点 以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模 型、资源模型
产品模型：产品信息在计算机上的表示。
虚拟制造的使能技术
使能技术之四
数据转换与处理技术
数 据 文 件 格 式 转 换 技 术
产 品 数 据 管 理 技 术
虚拟制造的使能技术
使能技术之五
网络环境下知识获取与建库技术
据网 信络 息化 的异 统构 一知 表识 达与 数 的分 协布 同式 与虚 自拟 治仿 真 节 点 绘虚 制拟 与场 网景 络的 传快 输速 漫 游 、 与基 制于 造 集的 成产 过品 程设 链计 VR 企基 业于 信多 息 重 组 与的 集虚 成拟 Agent 据网 与络 指环 令境 的下 传虚 输拟 与产 共品 享数
虚 拟 加 工
虚 拟 测 量 技 术
虚拟制造的关键技术
关键技术之三
虚拟检测与评价技术
虚 拟 表 面 接 触 刚 度 分 析 干刀 涉位 检轨 验迹 检 查 及 碰 撞 工 艺 过 程 规 划 与 仿 真 评基 价于 应 力 的 加 工 质 量
装 配 信 息 建 模
虚拟制造的关键技术
关键技术之四
虚拟实验技术
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
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
基于网络的VPS
工厂
RPS
确认和验证
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。
虚拟制造技术定义及应用
四、虚拟制造技术定义及应用1、虚拟制造技术的定义：是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，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的计算与仿真的技术。
2、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。
3、虚拟制造技术的应用：虚拟环境与工具、虚拟产品建模、动态装配仿真、热变形分析、模态分析、有限元分析、运动分析与仿真、虚拟加工、加工过程仿真、虚拟测试、虚拟生产调度控制仿真4、虚拟制造技术的应用研究虽然刚刚起步，却已经有了一些成功的应用，展现了巨大的经济效益和美好的前景。
在美国，采用虚拟制造技术成功地设计了波音777飞机，飞机的整体及其300万个零件，从设计到加工完全实现了无图纸化，利用建立逼真的虚拟三维实体模型对飞机的各种性能进行分析、模拟，因而缩短了数千小时的工作量并节省了大量经费［4］。
福特、通用等汽车公司都成功地运用了部分虚拟制造技术，设计发动机、车体、电气线路等，建立了三维实体模型并进行了碰撞分析和运动特性分析等，还进行了模拟数控加工和质量检查等，大大缩短了设计周期，降低了设计成本［5］。
在国内，北京科学研究院把虚拟制造技术应用于立体车库设计，初步实现直观地布局、参数化设计分析和运动模拟。
5 虚拟制造在我国的研究及应用情况2005年3月份，上海理工大学宣布成立虚拟制造技术研究院。
这是继清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室在国内最早开展虚拟制造研究以来又一个成立的进行虚拟制造技术研究的机构。
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虚拟产品生产过程 优化生产调度方案
虚 协同工作环境 支持异地设 拟 企 计、装配、测试 的环境。 业 平 台 虚拟企业动态
组合
系统集成 任务调度
技 术 人 员 和 用 户
产品数据管理（PDM）
虚拟制造的体系结构
界面层
人机交互接 口
个性化用户界面
框架层
基于COBRDA（DCOM）的分布集成框架
在设计阶段为 以设 · 计为 设计人员提供制造信 中心 息 · 使用基于制造 的仿真以优化产品和 工艺的设计 通过“在计算机上制 造”产生多个“软” 样机
评价 · 特征造 可制 型 造性 · 面向数 学模型设 计 加工过程 仿真技术
虚拟制造技术的分类
类 别 以 生 产 为 中 心 特点 主要 主要技术 目标 支持 应用领域
虚拟制造技术
虚拟制造技术
虚拟制造技术的内涵 虚拟制造技术的体系结构 虚拟制造技术的分类 虚拟制造技术中的使能技术 虚拟制造技术中的关键技术 虚拟制造技术的应用
虚拟制造技术的内涵
1、定义 虚拟制造作为一个全新的概念，是信息时代制造 技术的重要标志。 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。
运行参数 可视化参数
实验
分析 可视化
结果
VIS 环境体系结
虚拟制造的体系结构
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
虚拟设计
快速原型
生产工艺优化
工具设计优化
刀位控制 参数优化
刀位轨迹 参数优化
加工方案 评估
虚拟制造
虚拟实验 虚拟检测 工艺模型验证 产品模型实验：虚拟机床
着眼于“结果” 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。 着眼于“手段”
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
产品模型：产品信息在计算机上的表示。
模 型
过程模型：设计过程、工艺规划过程、加工制造过程 装配过程、性能分析过程。 活动模型：对企业生产组织和经营活动建立的模型 资源模型：对企业人力、物力建立的模型
虚拟制造技术的内涵
以模型信息集成为根本：产品模型、过 程模型、活动模型、资源模型之间的信息集 成 以高逼真度仿真为特色：仿真结果的高 可信度，以及人与这个虚拟制造环境的交互 的自然化。
虚拟制造技术的内涵
3、虚拟制造与实际制造
实际制造系统是物质流、信息流在控制流的协 调和控制下，在各个层次上进行相应的决策，实 现从投入到产出的有效转变，其中物质流和信息 流的协调工作是主体。
虚拟制造系统是在分布式协同工作等多学科技 术支持的虚拟环境下的现实制造系统的映射。 虚拟制造系统是实际制造系统的抽象，实际制 造系统是虚拟制造系统的实例。
应用层
虚拟设计 平台
虚拟加工 平台
虚拟控制 平台
数据层 产品模型、数据、只是和规则
协议层
通讯协议和数据交换标准 ( IGES、STEP等)
网络层
网络及物理链路、硬件设备
虚拟制造的体系结构
可视化交互建模体系结构
交互式用户
模型生 成器
模型 说明
模型 分析
模型 转换
可执行 模型
模型说明语言
VIM环境体系结构
数字化模型 计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
实 际 制 造 过 程
虚 拟 开 虚拟加工 工艺过程优化 发 工具设计优化 平 单元工艺优化 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
有限元分析 运动学分析 动力学分析
虚拟布局
虚 虚拟实际生产环境 拟 虚拟生产动态过程 优化生产环境布局 生 产 虚拟设备 平 虚拟集成支撑环境 台 优化集成方案
虚拟制造技术的内涵
虚拟ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ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
基于网络的VPS
工厂
RPS
确认和验证
样机
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 创意
需求
资源 实际制造
计算机
工人 工厂
修改和控制
信息
产品
虚拟制造的体系结构
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造的综合定义：
一个在计算机网络及虚拟现实环境中完 成的，利用制造系统各层次及不同侧面的数 学模型，对包括设计、制造、管理和销售等 各个环节的产品全生命周期的各种技术方案 和技术策略进行评估和优化的综合过程。
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造技术的定义：
是一门以计算机仿真技术、制造系统与 加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理 论、产品数据管理技术等为理论基础，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的计算与仿真的技术。
工厂或产品的 物理布局 传统制造：主要 考虑空间 虚拟制造：总体 协调、优化动态 过程, 人、环境、 效率 生产计划的编 排 传统制造：静 态、确定型 虚拟制造：动态、 随机型
· 将仿真能力用于制 评价 · 虚拟现 造过程模型，以便低 可生 实 费用、快速地评价不 产性 · 嵌入式 同的工艺方案 仿真 用于资源需求规划、 生产计划的产生及评 价的环境
虚拟制造技术的内涵
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。
虚拟制造技术的内涵
2、特点 以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模 型、资源模型
生产计划 仿真优化
虚拟生产布局
虚拟设备集成
虚拟装配
虚拟生产
虚拟生产平台服务器
虚 拟 制 造 的 功 能 框 图
虚拟企业平台服务器
虚拟企业
企业协同工作环境 企业虚拟运行 企业运行仿真
虚拟制造技术的分类
类别 特点 主要 目标 主要技术 支持 应用领域 造型设计 热力学分析 运动学分析 动力学分析 容差分析 加工过程仿真