虚拟制造

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
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。

机械设计中的虚拟制造与实验技术在当今科技飞速发展的时代，机械设计领域也经历着深刻的变革。

虚拟制造与实验技术作为新兴的技术手段，正逐渐成为机械设计过程中不可或缺的重要组成部分。

它们为设计师们提供了更高效、更精确、更具创新性的设计方法，极大地推动了机械制造业的发展。

虚拟制造，简单来说，就是在计算机上模拟整个制造过程，包括产品设计、工艺规划、生产流程等。

通过建立数字化的模型，设计师可以在虚拟环境中对产品进行全方位的分析和优化，从而提前发现并解决可能出现的问题。

这就好比在真正开始建造房子之前，先在电脑里搭建一个虚拟的房子，看看各个部分是否合理，是否能够满足需求。

虚拟制造的一个重要优势在于它能够显著缩短产品的开发周期。

传统的机械设计往往需要经过多次的实物试制和修改，这不仅耗费大量的时间和成本，而且可能会因为设计的不完善而导致生产延误。

而在虚拟制造中，设计师可以快速地对设计方案进行修改和验证，无需等待实物制造的过程，从而大大加快了产品推向市场的速度。

同时，虚拟制造还能够提高产品的质量。

在虚拟环境中，设计师可以对产品的性能、可靠性、耐久性等进行精确的分析和预测。

例如，可以模拟产品在不同工作条件下的受力情况、温度变化等，从而提前发现可能存在的薄弱环节，并进行针对性的改进。

这样一来，生产出来的产品就能够更好地满足用户的需求和期望，提高市场竞争力。

实验技术在机械设计中同样起着至关重要的作用。

实验可以帮助设计师获取产品在实际运行中的各种数据和信息，从而验证设计理论和模型的正确性，并为进一步的优化提供依据。

然而，传统的实验方法往往受到实验条件、成本和时间等因素的限制，难以全面、深入地研究产品的性能。

随着计算机技术和传感器技术的发展，现代实验技术逐渐向数字化、智能化的方向迈进。

例如，利用计算机模拟实验可以在一定程度上替代部分实物实验，不仅降低了成本，还能够更加灵活地设置实验参数和条件。

此外，基于传感器的实时监测技术可以实时获取产品在运行过程中的各种参数，为设计师提供更加准确和全面的数据支持。

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。