虚拟制造技术内容简介

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。

虚拟制造简介一、概念虚拟制造是实际制造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、实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验、以及生产过程的管理与控制等产品制造的本质过程、以增强制造过程的预测与决策能力。

二、虚拟制造与实际制造的区别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三、虚拟制造系统体系结构虚拟设计：①产品建模②产品异地设计③产品优化设计④产品性能评价⑤零部件分析优化⑥可制造性评价⑦快速原型虚拟制造：①生产工艺优化②工具设计优化③刀位控制参数优化④刀位轨迹参数优化⑤加工方案评估⑥虚拟实验⑦虚拟检测⑧工艺模型验证、产品模型实验：虚拟机床虚拟生产：①生产计划仿真优化②虚拟生产布局③虚拟设备集成④虚拟装配⑤虚拟生产平台服务器虚拟企业：①虚拟企业平台服务器②企业协同工作环境③企业虚拟运行④企业运行仿真四、虚拟制造的分类五、成功案例虚拟制造技术应用在以下几个方面：虚拟企业，虚拟产品设计，虚拟产品制造。

在虚拟制造环境中，数控加工过程仿真为产品设计可制造性分析提供关键数据。

在实际数控加工过程中，为了校验数控代码的正确性，需要进行反复试切直至确认数控代码能够完成预定的加工任务。

同时数控加工参数也需要反复调试。

这些操作不仅效率低下，占用了机器资源，而且有可能引起刀具碰撞而造成经济损失。

通过对数控机床建模进而仿真数控加工过程，能节省资源并避免风险。

对机床建模和加工过程仿真的好处还体现在通过真实地模拟机床及加工过程的行为来快速地对机床操作人员进行培训，也可帮助机床制造商向潜在的远程客户逼真演示其产品。

另外数控加工过程仿真可以产生加工过程关键数据如总体加工时间、刀具轨迹长度、刀具空程运行时间等等。

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。

虚拟制造技术英文名称：Virtual manufacturing technology相关技术：计算机仿真技术；先进制造技术；计算机集成制造技术；仿真技术分类：制造；虚拟制造；先进制造技术；定义与概念：先进制造的本质特征是制造资源的有效快速集成，实现快速个性化生产。

虚拟制造是CIMS领域内提出的一个新概念，其内涵在不断发展和外延，尚未形成完整的理论体系。

虚拟制造是涉及多个学科的综合性系统技术，它以非真实的形式揭示了从原材料到产品这一过程中的本质问题及其影响。

它是以计算机支持的图形虚拟和仿真技术为前提，对产品设计和制造全过程进行统一建模，在产品设计阶段进行实时并行地产品制造过程；它是用虚拟模型描述产品设计和制造全过程，预测和评估产品性能、产品可*性和可制造性、制造过程所占用的资源，并可发现制造过程的关键问题和解决方法。

虚拟制造是在计算机上进行的不消耗现实资源和能量的制造活动，其产出是可视的虚拟产品。

虚拟制造研究范围和所直接涉及的技术有三维实体建模、特征建模、电子装配、工程分析、过程仿真、虚拟现实、并行工程、计算机辅助工艺分析、快速原型制造、验证和测试技术等；作为基础技术和工具还包括工程信息管理、多媒体技术、分布式数据库等。

虚拟制造综合运用仿真、建模、虚拟现实等技术，提供三维可视交互环境，对从产品概念产生、设计到制造全过程进行模拟现实，以期在真实制造之前，预估产品的功能和可制造性，获取产品的实现方法，从而大大缩短产品上市时间，降低产品设计和制造成本。

起组织方式市由从事产品设计、分析、仿真、制造和支持等方面的人员组成的"虚拟"产品设计小组，通过网络合作并行工作。

设计、制造过程完全数字化，即完全在计算机上建立产品数字模型，并在计算机上对产品数学模型产生形式、配合和功能进行评审、修改，可使新产品开发一次获得成功。

竞争环境快速变化，要求企业快速作出响应。

然而，现代的产品越来越复杂，对于高技术含量的产品一个企业已经不可能快速、经济的独立开发和制造产品的全部。

虚拟制造技术内容简介课程编号：B0200006C课程名称：虚拟制造技术英文译名：Fundamentals of Virtual Manufacturing适用学科：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论先修课程：CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、C语言程序设计开课院（系）：机电工程学院机械制造及自动化系任课教师：姚英学、李建广内容简介：在介绍虚拟制造技术的发展历程与现状、虚拟制造的定义与分类、虚拟制造技术的应用等内容的基础上，主要讲解虚拟制造系统的工作原理、分类与组成、虚拟现实的原理及其在制造工程中的应用、虚拟产品建模与描述、虚拟制造中的典型数学算法、数字化样机技术、数字化加工技术、数字化装配技术、数字化生产车间、虚拟产品开发与管理、虚拟制造系统开发，最后简要介绍虚拟企业的概念、关键技术和应用。

主要教材：1.姚英学，李建广编．《虚拟制造技术及其应用》．哈尔滨工业大学出版社（待出版）2.朱名拴，张树生等编著．《虚拟制造系统与实现》．西北工业大学出版社2001.10参考文献：1.姚英学等编．《CAD/CAM技术基础》．高等教育出版社2002.12.周祖德编．《数字化制造》．科学出版社2006.63.肖田元等著．《虚拟制造》．清华大学出版社2004.84.汪成为，高文，王行仁。

《灵境(虚拟现实) 技术的理论、实现及应用》，北京:清华大学出版社，1996.5.Andrew Kusiak. Intelligent Manufacturing Systems. Englewood Cliffs, N.J. : PrenticeHall, 1990虚拟制造技术教学大纲课程编号：B0200006C课程名称：虚拟制造技术开课院系：机电工程学院机械制造及自动化系任课教师：姚英学、李建广先修课程：CAD/CAM技术基础、机械制造技术基础、计算机组成技术、C语言程序设计适用学科范围：机械制造及其自动化、机械电子工程、机械设计及理论学时：26 学分：1.5开课学期：春季开课形式：授课＋讨论课程目的和基本要求：近年来，信息技术在制造中的应用越来越广泛，本课程是在学生完成计算机基础技术、CAD/CAM技术基础、机械设计制造等相关课程学习的基础上，培养学生综合应用现代信息技术手段解决制造工程领域技术问题能力的重要环节，为学生开展制造业信息化的研究与应用奠定基础。

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。