虚拟制造技术名词解释
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。
机械工程设计中的虚拟制造技术探讨
机械工程设计中的虚拟制造技术探讨虚拟制造技术是指利用计算机仿真和虚拟现实技术，在产品设计、制造和服务过程中进行全方位、全过程的虚拟仿真和数字化演示，以达到优化产品制造过程、提高产品质量和降低制造成本的目的。
在机械工程设计中，虚拟制造技术的应用已经成为改进设计和优化制造过程的重要手段。
虚拟制造技术能够在产品设计阶段进行虚拟装配和测试。
传统的产品设计需要通过制作实物样机或零部件进行装配和测试，这不仅耗时耗力，而且成本也较高。
而通过虚拟制造技术，可以在计算机模拟环境下进行产品装配和测试，节省了实物样机制作的时间和成本。
虚拟制造技术还可以对装配过程进行优化，例如通过人机工程学分析，优化产品的人机接口设计，提高产品的使用便捷性和舒适性。
虚拟制造技术可以用于优化制造工艺和工艺规划。
传统的制造工艺规划需要依靠经验和试错法进行，往往效率较低并且存在较大的风险。
而通过虚拟制造技术，可以在计算机模拟环境下进行工艺规划和优化，模拟不同工艺方案的生产过程，并通过仿真结果评估每个方案的优劣。
虚拟制造技术还可以进行工序布局和流程优化，提高生产效率和降低制造成本。
虚拟制造技术可以用于质量控制和故障诊断。
在机械工程设计中，产品质量的控制和故障的诊断是非常重要的环节。
通过虚拟制造技术，可以对产品进行全面的数字化模拟和分析，通过模拟结果评估产品的质量指标。
虚拟制造技术还可以通过故障模拟和虚拟现实技术，对制造过程中可能出现的故障进行预测和诊断，提前采取相应措施，避免生产线的停产和产生不必要的损失。
虚拟制造技术还可以用于工艺培训和人才培养。
利用虚拟制造技术，可以建立虚拟仿真实验室和虚拟现实教学环境，对学生和工程师进行工艺培训和技能培养。
虚拟制造技术可以在计算机模拟环境下进行实践操作和工艺训练，提高学生和工程师的动手能力和操作技能，为他们将来的工作打下坚实的基础。
虚拟制造技术在机械工程设计中的应用具有显著的优势。
它可以在产品设计阶段进行虚拟装配和测试，优化制造工艺和工艺规划，提高产品质量和降低制造成本。
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。
现代机械工程设计中的虚拟制造技术探讨
现代机械工程设计中的虚拟制造技术探讨虚拟制造技术是指通过计算机模拟实验和仿真，对产品进行设计、制造和装配过程进行虚拟化的技术。
在现代机械工程设计中，虚拟制造技术发挥着重要作用。
本文将探讨虚拟制造技术在现代机械工程设计中的应用。
虚拟制造技术可以在产品设计阶段进行产品的虚拟仿真。
通过在计算机中建立产品的三维模型，并进行工艺规划和工艺仿真，可以及早发现和解决产品设计和制造过程中的问题。
可以通过虚拟仿真来进行产品的装配分析，检测装配过程中是否存在零件干涉、装配顺序问题等，从而避免在实际制造过程中出现问题。
还可以对产品的结构、性能和工艺进行优化，提高产品的质量和效率。
虚拟制造技术可以用于产品的数字化制造。
通过在计算机中模拟产品的制造工艺，可以实现数字化的生产过程。
这样可以大大缩短产品的研发周期，降低产品的开发成本。
数字化制造还可以提高生产过程的灵活性和响应能力，实现小批量、多品种的生产。
数字化制造还可以提高产品的一致性和稳定性，降低产品的废品率和返工率。
虚拟制造技术可以用于产品的虚拟装配。
通过在计算机中进行虚拟装配，可以避免由于零件尺寸误差和装配顺序问题导致的装配困难。
在虚拟装配中，可以对不同零件之间的装配关系进行详细分析和检测，从而保证产品的装配准确性和装配质量。
虚拟装配还可以提前发现和解决可能存在的装配问题，提高装配效率和质量。
虚拟制造技术还可以用于产品的虚拟试验。
通过在计算机中对产品进行虚拟试验，可以实现对产品性能和可靠性的预测和评估。
在虚拟试验中，可以模拟不同的工况和环境，分析产品在各种条件下的性能表现和工作稳定性。
这样可以及早发现和解决产品在实际使用过程中可能存在的问题，提高产品的可靠性和安全性。
虚拟制造
车间机床 控制系统
虚拟设计/制造技术的作用 虚拟设计 制造技术的作用
减少资源浪费 降低产品开发风险 加快产品上市速度 推进远程协同产品开发 促进创新设计 提高技术培训与教育质量 增强企业竞争力
国内外应用概况
波音公司：波音777 777开发 波音公司：波音777开发 Rockwell： Rockwell：虚拟装配 虚拟组装生产线 Nabisco ：虚拟组装生产线
波音777飞机数字化装配 波音777飞机数字化装配 777
VM在波音 在波音777飞机设计中的应用 在波音 飞机设计中的应用
波音777飞机有300万个零件，这些零件的设计以及 整体的设计在一个由数百台工作站组成的虚拟环境中 得以成功进行。这个VM系统是在原有的Boeing CAD 的基础上建立起来的。当设计师戴上头盔显示器后， 就能穿行于这个虚拟的“飞机”中，审视其各项设计。 过去为设计一架新型飞机，必须先建造两个实体模型， 每个造价60万美元。应用VMT后，不只是节省了经费， 也缩短了研究周期，使最终的实际飞机与原方案相比， 偏差小于1‰，且实现了机翼和机身结合的一次成功， 缩短了数千小时设计工作量。
虚拟制造（ 虚拟制造（Virtual manufacturing） ）
主讲：徐超
基本概念
虚拟制造技术（VMT）：可以通俗而形象地理 解为“在计算机上模拟产品的制造和装配全过 在计算机上模拟产品的制造和装配全过 程。”换句话说，借助建模和仿真技术，在产品 设计时，就可以把产品的制造过程、工艺设计、 作业计划、生产调度、库存管理以及成本核算和 零部件采购等生产活动在计算机屏幕上显示出来， 以便全面确定产品设计和生产过程的合理性。
虚拟制造--展望 虚拟制造 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。
虚拟制造技术(VMT)
虚拟制造技术（VMT）的发展内容摘要对虚拟制造技术的发展与应用进行论述，重点介绍虚拟制造产生的背景和涵义，虚拟制造与实际制造的关系，实施虚拟制造的收益，虚拟制造的关键技术及目前的研究与应用现状等，并对虚拟制造的应用前景及发展方向进行展望。
关键词：虚拟制造（VM）；应用；1 虚拟制造产生的背景虚拟制造技术（VMT）正是在强调柔性和快速的前提下于20世纪80年代提出的概念，并在90年代得到重视和发展。
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、装配、检验直至整个生命周期的模拟和仿真。
这里所说的制造过程，包括产品级的制造和企业级的生产管理，国际上称之为“大制造”（B-Manufacture）。
目前国际上对虚拟制造并没有统一的定义，1994年7月在美国俄亥俄州举办的虚拟制造用户专题讨论会上，人们根据制造过程的侧重点不同将虚拟制造分为三类，提出了“三个中心”的分类方法，即“以产品为中心的虚拟制造”、“以生产为中心的虚拟制造”和“以控制为中心的虚拟制造”，获得国际学术界的认同。
“以产品为中心的虚拟制造”是将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中，在计算机中生成制造过程原型，对多种制造方案进行仿真，对数字化产品模型的性能、可制造性、可装配性、成本等进行分析，优化产品设计和工艺设计，以期尽早发现产品设计及工艺过程存在的问题。
“以生产为中心的虚拟制造”是将仿真信息加入到生产计划模型中，以便快速便捷的评价多种生产计划，优化生产计划和制造环境的配置。
主要是根据企业现有资源对不同的加工过程进行评估优化，决定合理的生产组织方式。
“以控制为中心的虚拟制造”是将仿真能力加入到设备控制模型中，提供实际生产过程中的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行优化控制。
2虚拟制造的研究与应用由于虚拟制造的广阔前景，美国、欧洲及日本等国纷纷开始对其进行研究，并在虚拟原型系统开发、虚拟环境构筑、虚拟装配等方面取得了一系列的成果；除了实验室的研究工作外，虚拟制造在工业上，尤其是汽车、飞机、军工等领域也得到有效应用并取得明显收益。
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。
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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。