下载文档原格式
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。
虚拟制造模式的分类
虚拟制造模式可以根据不同的分类方法进行划分，以下是一些常见的分类方式：
1. 以设计为中心的虚拟制造模式：这种模式主要面向产品的设计和开发阶段，通过虚拟样机技术，在计算机上对产品进行仿真和测试，以优化产品的设计、性能和成本。
2. 以生产为中心的虚拟制造模式：这种模式主要面向产品的生产制造阶段，通过数字化工厂技术，在计算机上对生产过程进行仿真和优化，以提高生产效率、降低生产成本和提高产品质量。
3. 以控制为中心的虚拟制造模式：这种模式主要面向产品的生产过程控制和调度管理阶段，通过虚拟控制器技术，在计算机上对生产过程进行模拟和控制，以提高生产过程的可靠性和稳定性。
4. 基于仿真模型的虚拟制造模式：这种模式主要通过建立仿真模型来模拟实际生产过程，包括产品、工艺、工厂、供应链等多个层面的仿真模型。
通过仿真模型来预测和优化产品的制造过程和性能表现。
5. 基于虚拟现实的虚拟制造模式：这种模式主要利用虚拟现实技术来模拟产品的设计和制造过程，通过三维建模和交互式场景模拟来实现产品设计和制造的协同优化。
6. 基于云平台的虚拟制造模式：这种模式主要利用云计算平台来实现虚拟制造的功能，将制造资源和服务进行云端化，通过远程访问和协同工作来提高制造效率和质量。
这些虚拟制造模式的分类并不是绝对的，不同的模式之间可能存在交叉和重叠的部分。
选择适合企业需求的虚拟制造模式需要考虑多个因素，如企业的产品特点、生产规模、资源投入等。
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。
1虚拟制造简介80年代以来，日趋激烈的全球化竞争，迫使制造企业必须通过不断地提高生产效率，改善产品质量，降低成本，提供优良的服务，以期在市场中占有一席之地。
与此同时，计算机技术、计算机网络技术和信息处理技术也得到了迅速的发展。
这些条件就使得信息技术不断地融合到传统的制造业中，并对其进行改造，这也是现代制造业的发展趋势。
进入90年代后，先进的制造技术向着更高的水平发展，在原有的计算机集成制造(CIMS即Computer Integrated Manufacturing System)和并行工程(CE即Concurrent Engineering)的基础上，又出现了虚拟制造(VM即Virtual Manufacturing)、虚拟企业(VE即Virtual Enterprise)等概念。
其中“虚拟制造”近年来不断引起科技界和企业界的关注，成为竞相研究的热点。
虚拟制造的基础是虚拟现实技术。
所谓的虚拟现实技术是指利用计算机和外围设备，生成与真实环境相一致的三维虚拟环境，允许用户从不同的角度和视点来观看这个环境，并且能够通过辅助设备与环境中的物体进行交互关联。
虚拟制造则是利用虚拟现实技术，在计算机上完成制造过程的技术。
采用此技术，在实际的制造之前，可以对产品的功能和制造性、经济性等方面的潜在问题进行分析和预测，实现产品设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检测及企业各级的管理控制等，增强制造过程中各级的决策和控制能力。
虚拟制造与实际制造系统的关系如图1所示。
图1虚拟制造与实际制造系统的关系Fig.1Relation between virtual manufacturingand actual manufacturing1.1虚拟制造的特点虚拟制造是集计算机辅助设计(CA D)、计算机辅助制造(CAM)和计算机辅助工艺设计(CAPP)于一体的技术，它是在计算机中完成制造过程的。
正因为如此，虚拟制造具有下述主要特点。
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。
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。
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。
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。
（2）生产为中心的虚拟制造为工艺师提供虚拟的制造车间现场环境和设备，用于分析改进生产计划和生产工艺，从而实现产品制造过程的最优。
在现有的企业资源（如设备、人力、原材料等）的条件下，对产品的可生产性进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。
（3）控制为中心的虚拟制造提供从设计到制造一体化的虚拟环境，对全系统的控制模型及现实加工过程进行仿真，允许评价产品的设计、生产计划和控制策略。
以全局优化和控制为目标，对不同地域的产品设计、产品开发、市场营销、加工制造等，通过网络加以连接和控制。
3.虚拟制造体系结构
面向产品与过程的虚拟制造系统需要对产品、环境和评价的数据、知识、模型
进行共同特征抽取与异型制造过程创建。
虚拟制造完全是数字模型的集成，将相互孤立的制造技术如CAD、CAM、CAPP等集成在一个虚拟产品制造环境下，以实现对制造过程的一一对应的模型化映射关系。
面对模型集成各个子系统功能是虚拟制造技术的关键技术之一，由于产品的多样性和制造过程的动态性，虚拟制造环境是一个动态多变的集成环境，其过程会产生大量的各种数据，虚拟过程的数据管理变得非常复杂。
面向产品与过程的虚拟制造系统对产品设计的数据、知识、模型进行共同特征抽取，建立5大相关模型如下：
概念模型：从市场调研到产品功能分析和原理确定，为后续其他模型提供信息、引导完成产品方案设计，并提供产品性能参数。
评价模型: 从产品功能、质量、价格、交货期、售后服务、环境保护、营销等整个产品生命周期范围内进行评价, 确保产品品质和实用性。
装配模型: 装配模型是在概念模型的基础上对方案进行具体化, 继承概念模型性能参数和外观参数, 确定产品的装配关系和装配约束, 分解和传递概念模型的功能和结构。
特征模型: 特征模型实现零件的设计, 也称零件模型, 特征模型借助各种特征构造零件, 同时继承装配模型的参数, 是联接设计与制造的纽带。
几何模型: 几何模型是特征模型的基础, 虽然不具备工程含义, 却是产品表示的最基础的手段, 给产品最直观的描述, 也是制造加工最直接的对象。
4.虚拟制造实施的步骤
建立企业网和工程数据库，初步实现CAD、CAPP、CAM功能。
进行信息集成，推行PDM技术、特征建模技术，形成一个CAD、CAPP、CAM的集成系统。
首先在设计、工艺、制造部门建立统一的产品模型，初步实现并行工程；再将企业管理方面的MIS、MRPII与CAD/CAM系统进行集成，实现全厂范围内的信息集成，全面实现并行工程。
在上述工作的基础上，对企业内的生产、经营等多方面的活动进行建模、仿真，最终实现虚拟制造。
5.虚拟制造技术在制造业中的应用和发展现状
虚拟制造是一个处于发展中的极具应用潜力的新技术，许多国家都在进行这方面的研究与应用。
但作为一项高新技术，虚拟制造技术尚未形成完整的理论体系，还远未达到成熟。
目前，在这一领域，美国处于国际研究的前沿，许多大学和科研机构都在从事虚拟制造的研究工作，如华盛顿州立大学有一个虚拟现实和计算机集成制造实验室;密执安大学在进行虚拟加工机床的研究;爱荷华州大学在进行虚拟车间的研究;国家标准及技术局制造工程实验室系统集成部在研究开放式虚拟现实测试床（OVRT）和国家先进制造测试床（NAMT）等。
美国Boeing飞机公司设计的一架VS—X虚拟飞机，它可用头盔式显示器和数据手套来进行观察与控制，当手指指向飞机时就可以看到跑道上的飞机起飞;手指向下，飞机便停下来。
通过其它手势，还可以进入座舱，起动发动机，进行飞行试验或者打开应急门。
这种虚拟飞机可以让设计人员身临其境地观察飞机设计的结果，并对其外形、内部结构及使用性能进行考察。
Michigan大学的VR实验室采用沉浸式虚拟现实对一艘PD337 海军运输船的生产过程进行了模拟。
船的双层底模型是用AutoCad 生成，然后转换成虚拟原型。
利用沉浸式虚拟现实可以步入实物大小的船体模型中观察其特性，发现在开始的
CAD/CAM 模型中存在很多问题。
比如: 有些间隔无法进行焊接，以及很多的刚性衍架放到船的另一侧去了。
研究的第二阶段是船的装配。
通过模拟一个真实的造船厂的标准装配过程研究了装配的不同阶段的焊接操作和起吊机的运动以及其他的步骤。
德国Paperboard大学对虚拟企业中自动加工过程的构成进行了研究; 英国B a t h 大学用OpenIventor2.0软件工具开发出了基于自己的Svlis建模软件的虚拟制造系统，为用户提供具有机床、成套刀具、机器人等虚拟设备的三维虚拟车间环境。
在日本，已形成了以大阪大学为中心的研究开发力量，主要进行虚拟制造系统建模和仿真技术的研究，并开发出虚拟工厂的构造环境Virtual-works。
德国Cadform公司和英国Cosw-orth工程公司在发动机的制造中应用了虚拟装配;上海汽车齿轮总厂在变速器总成及换档机构的制造应用了虚拟装配;上海汽车工业技术中心将虚拟装配应用于轻型客车底盘的设计与制造。
图1 是开展虚拟装配研究的实例，利用CAD 软件UG 造型，然后导入ENVISION 软件。
在本例中对轿车的焊接进行模拟。
6.热点及存在问题
尽管虚拟现实技术在制造业的研究取得了巨大成就，但仍存在很多问题有待研究。
（1）各种资源的整合与协同，包括人力资源和现有的知识与技术资源的有效组织，使各方面专家利用现有条件、方法与工具有效的合作，进行VR 在制造业的研究与开发。
（2）模型数据在虚拟产品设计、虚拟工艺设计、虚拟生产加工、虚拟装配、虚拟企业与虚拟设备、原料和产品供应链等共享和继承、可重用性问题。
（3）虚拟装配中的碰撞和零件的碰撞变形以及力反馈问题。
7.结论及展望
在制造业中，从概念设计到生产加工直至装配虚拟现实技术都有着广泛的应用。
虚拟设计、虚拟装配是其具体的应用，加上虚拟企业等统称为虚拟制造。
虚拟制造是由许多先进学科、先进知识形成的综合系统技术，是一个极具潜力的前沿研究方向，由于现在多媒体技术和网络技术的迅速发展，虚拟制造将是下一代生产制造的趋势。
由于CAD/CAE /CAM 系统基本上解决了虚拟产品的概念设计和详细设计部分，目前虚拟制造主要研究的是生产制造，装配部分以及各个环节信息的综合。
在宏观上虚拟制造要仿真整个工厂，仿真工厂中的物流、信息流、能量流，这对实际生产中如何控制物料、掌握生产节拍有指导意义。
在微观上虚拟制造要细化到仿真每个细节，这为宏观虚拟制造奠定了基础。
