2-4虚拟制造2014
虚拟制造及其关键技术
虚拟制造及其关键技术市场全球化使企业面临的竞争对手不断增多，面临的竞争压力日益加重，随着产品更新换代速度的加快，交货时间与产品质量较之于成本成为企业参与市场竞争更为重要的手段。
与此同时，由于社会、经济与科学技术的进展而引起的对环境与社会因素的日益关注，导致了产品生命周期概念与可持续性工业生产的出现。
面对制造环境的复杂性、制造产品的复杂性与制造本身的复杂性(包含制造系统结构的复杂性与制造过程的复杂性)[1]的不断提高，企业能否在瞬息万变的市场竞争中立于不败之地，取决于企业的整体竞争能力，即取决于其能否通过信息集成、智能集成、资源集成、技术集成、过程集成、串并行工作机制集成、组织管理集成与人机集成实现分布式协同求解，从而使企业的运作达到全局最优，资源得到合理的配置与利用，提高市场竞争力。
虚拟制造使企业的全面集成成为可能，从而作为一种21世纪的新型制造策略与方法正越来越受到工业界与学术界的重视。
二、虚拟制造的概念与功能1．虚拟制造的概念由于虚拟制造研究的出发点、侧重点与应用场合等方面的不一致，因此存在对虚拟制造各类不一致的定义。
Kimura[2]、Onosato[3]等将虚拟制造定义为现实制造系统在虚拟环境下的映射，是针对现实制造环境的虚拟模型，该模型为生产规划、调度与管理提供测试环境。
ChetanShukla[4]等将虚拟制造定义为一个正在进展中的研究领域，其目的是通过虚拟现实技术将各类与制造有关的技术集成起来。
Hitchcock等则将其定义为一个用于提高制造企业内各级决策与操纵能力的集成的、虚拟的制造环境。
而 Nahavandi与Preece对虚拟制造定义则与为Kimura的定义有些相似，将其定义为已经存在或者还不存在的制造系统的仿真模型，该模型具有与制造过程、过程操纵与管理与产品有关的所有信息。
Lin[5，6]等认为虚拟制造是应用计算机模型与制造过程仿真来辅助产品的设计与制造。
Iwata[7]等认为虚拟制造系统是实现沟通制造工程与信息基础结构建立新型信息基础结构最有希望的方法。
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。
2014年3D 打印报告-3D 打印兴起代表C2B 制造模式的崛起
2014年3D 打印报告-3D 打印兴起代表C2B 制造模式的崛起正文目录一、3D 打印兴起 (2)1、3D 的应用范围和经济范围 (2)2、3D 的打印的兴起代表C2B 制造模式的崛起，具有互联网精神 (3)3、3D 打印在海外和国内快速增长 (4)4、全球3D 打印规模和增长 (4)5、全球设备案例-DDD&Stratasys (5)6、全球应用案例-shapeways (6)二、中国3D 打印现状 (7)1、3D 打印现状市场规模 (7)2、体验经济和长尾市场是3D 打印细分发展的前提更看好消费级3D打印市场 (8)3、相对于工业细分，我们更看好3D 打印的消费级应用最终 (10)4、发展趋势:价格和技术是个伪命题，需求才是关键节点 (10)5、3D打印行业发展建议 (12)（1）：先开店、再发展互联网社区、最终实现规模云打印 (12)（2）：先从线下婚纱摄影等人像打印市场切入，再扩散创意产品等长尾打印需求 (13)6、应用市场看好国内消费级市场，设备商看好全球巨头 (13)图表目录图表1：打印技术类型及基本材料 (2)图表2：3D 打印的应用范围是高端定制化产品和纪念品 (3)图表3：3D 打印实际上是消费者主导的C2B 生产模式的体现 (3)图表4：3D 打印的长尾性与互联网模式相近 (3)图表5：2013-2021年全球3D 打印市场规模预测 (4)图表6：2009-2013年DDD 收入的复合增速超过40% (5)图表7：2009-2013年Stratasys收入的复合增速超过40% (5)图表8：shapeways 为用户提供3D 打印服务、线上交易社区平台 (6)图表9：Shapeways 提供3D 打印交易撮合服务和集中打印服务 (6)图表10：2013-2018年中国3D 打印市场规模增长预测 (7)图表11：对于3D 打印来说，第一象限是最好的细分市场，第三象限是最糟糕的细分市场 (8)图表12：中国人口众多、市场庞大强化了消费级3D 打印，反而弱化了工业级3D 打印 . 10 图表13：品啦3D 造像报价表，一尊缩小9 倍的情侣像价格在4000元 (11)图表14：开店、办互联网社区、云工厂是实现消费级3D 打印规模发展的路径 (12)图表15：从婚纱摄影等人像打印切入，再扩散至创意产品打印 (13)一、3D 打印兴起1、3D 的应用范围和经济范围3D 打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
虚拟现实技术
§3 虚拟现实软件技术
3、 FreeFrom
FreeForm® Modeling Plus™ 系统是一种独特的3D计算机触觉辅助设计系统， 该系统可以使用户迅速地生成细节丰富、原始的模型，从而加速整个产品的 开发进程。FreeForm Modeling Plus 是复杂设计、自由形态之形状、交付可制造 模型、快速造型文件及图片-真实渲染的理想工具。该系统特色包括了直觉、 3D可触摸的设计工具，这些工具 为制造设计的建模人员 集成了综合的浇铸部件 和模制品骨架功能。
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2019/12/21
§3 虚拟现实软件技术
3、 FreeFrom
SensAble’s FreeForm® Modeling plus base™系统是一款独特的、三维可触式概 念设计系统，该系统能让用户使用当今最有效的和最直观的3D工具轻松建 立和清楚地表达设计观念。
FreeForm Modeling plus base系统允许设计者迅速而概略地勾画出模型， 在决定生成比较细致的模型和物理模型之前用色彩和图片“修饰”或渲 染出具有不同设计理念地的测试品。
特点：
•高度的实时性
•高度的沉浸感
•支持多种I/O交互设备并行
§1 虚拟现实概述
6、虚拟现实的分类
增强现实性的虚拟现实：利用增强现实性的虚拟现实来增强参与者对 真实环境的感受，也就是增强现实中无法 感知或不方便的感受。
例如：战机飞行员的平视显示器， 它可以将仪表读数和武器瞄准数据 投射到安装在飞行员面前的穿透式 屏幕上，它可以使飞行员不必低头 读座舱中仪表的数据，从而可集中 精力盯着敌人的飞机或导航偏差。
优点
虚拟现实的技术实质在于提供一种高级的人机接口。虚拟现 实技术改变了人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，给 用户提供了一个趋于人性化的虚拟信息空间。
先进制造技术试卷一答案
ERP的含义是
可供选择答案:
1.制造资源计划
2.物料需求计划
3.企业资源计划
4.产品数据管理
答案：3
第2题:(0分)
精益生产强调的是
可供选择答案:
1.以社会需求为驱动，以人为中心，以简化为手段，以“尽善尽美”为追求目标
2.绿色生产
3.虚拟制造
答案：1
第3题:(0分)
计算机集成制造技术强调
答案：制造业的生产规模沿着“小批量一少品种?大批量一多品种变批量”的方向发展；随着科技高速发展，制造业的资源配置沿着“劳动密集一设备密集一信息密集一知识密集”的方向发展，与之相适应，制造技术的生产方式沿着“手工一机械化一单机自动化一刚性流水自动化一柔性自动化一智能自动化”的方向发展。?
第3题:(0分)
绿色设计是这样一种设计,即在产品及其生命周期全过程的设计中，充分考虑资源、环境、产品属性(可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等)，并将其作为设计目标,在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。
绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。
领域：1.超精密切削，如金刚石刀具切削，可加工各种镜面，它成功的解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。2.精密和超精密研磨，例如解决大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘面等。3.精密特种加工，如电子束、离子束加工等。
第15题:(0分)
未来先进制造技术发展的总趋势怎样？先进制造技术的产生和发展主要依赖哪几个方面？
3.立方氮化硼刀具
答案：1
第9题:(0分)
先进制造技术试卷一答案汇总
答案：FML柔性制造自动线；FMS柔性制造系统；FMC柔性制造单元；FAS最终装配计划
组成：加工系统，工件运储系统，刀具运储系统，一套计算机控制系统，附属系统
第12题:(0分)
CIMS的组成及其控制结构
答案：功能分系统：经营管理分系统，工程设计自动化系统，制造自动化系统，质量保证信息系统
支撑系统：计算机网络和数据库管理
控制结构：五层递阶控制结构，即工厂层，车间层，单元层，工作站层，设备层
第13题:(0分)
画图说明快速原型制造技术的技术原理？
答案：
第14题:(0分)
什么是精密加工和超精密加工，精密和超精密加工技术目前研究的三个领域分别是什么？
答案：精密加工是指加工零件的尺寸尺寸精度在，加工表面粗糙度为Ra 0.02～0.1μm 之间的加工方法。
超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度小于，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，也称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。
领域：1.超精密切削，如金刚石刀具切削，可加工各种镜面，它成功的解决了高精度陀螺仪，激光反射镜和某些大型反射镜的加工。
2.精密和超精密研磨，例如解决大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘面等。
3.精密特种加工，如电子束、离子束加工等。
虚拟制造PPT课件
6. 对企业的作用及其应用
虚拟生产中产品生产过程
虚拟生产中产品装配
6. 对企业的作用及其应用
虚拟制造技术的应用
汽车外形设计
用SolidWorks2011设计的奥迪R8。奥迪R8（Audi R8）是一款 中置引擎双座超级跑车，极速达316km/h，由德国汽车制造商奥迪 于2006年推出。奥迪R8是奥迪量产的首款中置引擎超级跑车，基 于兰博基尼Gallardo的开发平台，融合了奥迪在多个运动赛事中取 胜的经验，技术以及突破传统观念的完美设计。
主要 主要技术 目标 支持
评价 可制 造性
•特征造型
•面向数学 模型设计
•加工过程 仿真技术
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
4.虚拟制造的分类
以生产为中心的ＶＭ
类
特
主要 主要技术
应用
别
点
目标 支持
领域
以 •将仿真能力用于制
•虚拟现实 •工厂或产品
拟
虚拟生产动态过程 优化生产环境布局
生
产 虚拟设备
拟 企
支持异地设 计、装配、测试 的环境。
业
术 人 员
平 虚拟集成支撑环境 平
和
台 优化集成方案
台 虚拟企业动态 用
组合
户
虚拟调度
系统集成
虚拟产品生产过程
任务调度
优化生产调度方案
产品数据管理（PDM）
6. 对企业的作用及其应用
虚拟制造技术对企业的作用
5.关于虚拟制造
虚拟制造的相关技术
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 子化技术和软件技术，它们之 间的关系如下图所示。计算机 仿真优化技术、三维建模技术、 网络技术和虚拟现实技术是虚
虚拟制造
虚拟制造（一）2002-10-15 22:09:20 阅读：3534 次一、概述自70年代以来，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。
为了适应变化迅速的市场需求，为了提高竞争力，现代的制造企业必须解决TQCS 难题，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进步。
二十多年来的实践证明，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。
80年代初，先进制造技术以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS，Computer 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，Cocurrent 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(VM，Virtual Manufacturing)、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。
在这些诸多新概念中，“虚拟制造”引起了人们的广泛关注，不仅在科技界，而且在企业界，成为研究的热点之一。
原因在于，尽管虚拟制造的出现只有短短的几年时间，但它对制造业的革命性的影响却很快地显示了出来。
典型的例子有波音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，使其开发周期从过去8年时间缩短到5年。
又如Perot System Team利用Dench Robotics开发的QUEST及IGRIP设计与实施一条生产线，在所有设备订货之前，对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的24个月缩短到9.5月。
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2.4 虚拟制造技术
虚拟制造技术简介
90年代以来，出现以虚拟制造为代表的创新制造
技术，成为科技和企业界研究热点之一
虚拟制造与实际制造相似，只是在计算机上执行
制造全过程，虚拟制造是实际制造过程在计算机 上的映射
虚拟制造是仿真、建模与分析技术的综合应用 在实际制造之前用虚拟模型对产品的功能及可制
资本、技术、管理和信息等的最优配置
为敏捷制造提供可合作性分析支持 虚拟企业协同工作环境： 支持异地设计、装配、测试的环境，特别是基于广 域网的三维图形的异地快速传送、过程控制、人机 交互等环境。 虚拟企业动态组合及运行支持环境， 特别是Internet 与Intranet 下的系统集成与任务协调 环境
“可合作性”---考虑到制造技术的发展，对
“敏捷制造” 提供支持， 即为企业动态联盟的“可合作性”提供支持
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2013/11/18
研究领域1---虚拟制造平台（可制造性）
以全信息仿真模型为基础的众多仿真分析软件
的集成，包括力学、热力学、运动学、动力学 等可制造性分析
支持产品的并行设计、工艺规划、加工、装配
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虚拟设备集成：
虚拟计划与调度：
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虚拟制造系统
汽车焊装虚拟仿真
2013/11/18
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虚拟生产线
2013/11/18
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海河联运仿真规划
2013/11/18
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BIL项目现场拼装虚拟现实系统
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研究领域3---虚拟企业平台（可合作性）
利用虚拟企业的形式，以实现劳动力、资源、
3
敏捷灵活
分布合作
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虚拟制造技术简介---目标
目标：是对产品的可制造性、可生产性和可合作
性的决策支持。
“ 可制造性 ”--- 所设计的产品的可加工性（铸造、冲压、
焊接、切削等）和可装配性
“ 可生产性 ”--- 企业在已有资源（设备、人力、原材料
等）的约束条件下，如何优化生产计划和调度，以满 足市场或顾客的要求
预测曲拐的最终形状和尺寸、优化弯锻工艺 弯曲镦锻过程的塑性流动机制研究 弯锻过程热力耦合模拟 金属塑性成形过程中组织演变模拟
动态再结晶 静态再结晶 晶粒生长
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原始组织
应变速率0.02s-1
应变速率0.01s-1
应变速率0.005s-1
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(3)大型半组合曲轴红套关键技术
2013/11/18 11
机械系统计算机辅助工程
2.4 虚拟制造技术
数字化工艺技术
重大装备数字化极端制造技术
船用大功率柴油机曲轴制造数字化技术
特点：
重量、尺寸、投资巨大，难以试验 制约我国造船和大型船用柴油机发展的瓶颈
曲轴制造关键技术
高纯度、晶粒细化，组织均匀的曲轴坯料 大型曲轴锻压成型工艺技术 先进的船用曲轴红套技术 曲轴精加工工艺及其技术 基于“曲轴—柴油机—船舶轴系—螺旋桨系统”的曲轴系统动 力学分析和设计技术
研究方法
先进的计算机数值仿真制造和试验技术
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(1)、曲轴坯料的铸造成型仿真—浇铸过程
康明斯柴油机缸体铸 造成型仿真试验
2013/11/18 15
铸造成型仿真—冷凝过程
2013/11/18
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（2）曲轴锻压成型工艺仿真研究
温度变化
应力变化
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铸造锻压成形加工数字仿真
温度变化
红套制造工艺数值 化仿真试验研究
热应力与变形
2013/11/18 19
几十种红套工艺方案的仿真试验研究
2013/11/18
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（5）曲轴精加工工艺仿真试验和优化
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我国首根大型船用曲轴
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及维修等过程
可以进行可加工性分析 （包括性能分析、费
用估计、工时估计等）和可装配性分析
实例
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研究领域2---虚拟生产平台（可生产性）
支持生产环境的布局设计及设备集成、产品远程虚拟测
试、企业生产计划及调度的优化， 进行可生产性分析：
虚拟生产环境布局：
三维真实地模拟生产环境，允许用户交互地修改有关布局， 对 生产动态过程进行模拟，统计相应评价参数，对生产环境的布 局进行优化； 为不同厂家制造的生产设备实现集成提供支撑环境，对不同集 成方案进行比较； 根据产品的工艺特征和生产环境布局，模拟产品的生产过程， 并允许用户以交互方式修改生产排程和进行运态调度，统计有 关评价参数，以找出最满意的生产作业计划与调度方案。
造性的潜在问题进行预测,以增强各层制造设计 和生产决策与控制
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虚拟制造技术简介---虚拟制造的特征
高度集成
基于计算机虚拟制造环境，进行产品设计、制造、测试； 可“进入”虚拟制造环境检验其设计、加工、装配和操作； 可以综合运用多学科先进技术，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； 开发的产品/部件可存放在计算机里，大大节省仓储费用 能根据市场变化快速改型设计，快速投入批量生产，从而缩 短新产品的开发时间，提高质量，降低成本 可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产 品模型上同时工作，相互交流，信息共享