21世纪先进虚拟制造技术及应用

21世纪先进虚拟制造技术及应用

中国工程院先进制造研究院

摘要:阐述了虚拟制造技术的定义、特点及种类，在此基础上对虚拟建模技术进行了详细的分析，并对虚拟制造的应用和前景进行了探讨。

引言

制造业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的T、Q、C、S要求，即要以最短的产品开发周期(Time)，最优质的产品质量(Quality)，最低廉的制造成本(Cost)和最好的技术支持与售后服务(Service)来赢得市场与用户。面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性。为了提高竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化作出快速敏捷的反应，并及时地对自身的生产作出合理的调整与重新规划。计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持。基于这些因素，20世纪90年代中期有许多新概念、新观点应运而生，虚拟制造(Virtual Manufacture)就是其中之一，它代表了一种全新的制造体系和模式。在虚拟制造中，产品开发是基于数字化的虚拟产品开发方式(Virtual Product Development)，以用户的需求为第一驱动，并将用户需求转化为最终产品的各种功能特征。VPD保证了产品开发的效率和质量，提高了企业的快速响应和市场开拓能力。

1 虚拟制造技术定义及特点

虚拟现实(Virtual Reality)技术是使用感官组织仿真设备和真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机从而产生三维仿真模型的虚拟环境。

基于虚拟现实技术的虚拟制造(Virtual Manufacturing)技术是在一个统一模型之下对设计和制造等过程进行集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效地、经济地、柔性地组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造

带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。

虚拟制造的研究还处于不断的深入、细化之中，国际上尚没有对其作出一个统一的定义。不同的研究人员从不同角度出发，给出了各具特点的描述，其中有代表性的包括以下几种：

Kimura认为，虚拟制造是指通过对制造知识进行系统化组织与分析，对整个制造过程建模，在计算机上进行设计评估和制造活动仿真。他强调通过用虚拟制造模型对制造全过程进行描述，在实际的物理制造之前就具有了对产品性能及其可制造性的预测能力。

Lawrence Associates则认为，虚拟制造是一个集成的、综合的可运行制造环境，其目的是提高各个层次的决策与控制。

美国Wright空军实验室则对虚拟制造作出了如下定义：虚拟制造建立在计算机建模、分析和仿真技术的基础之上，它是对这些技术的综合应用。这种综合应用增强了各个层次的设计制造、生产决策与控制能力。

从这些定义可以看出，虚拟制造涉及到多个学科领域，是对这些领域知识的综合集成与应用.计算机仿真、建模和优化技术是虚拟制造的核心与关键技术。可以认为，虚拟制造是对制造过程中的各个环节，包括产品的设计、加工、装配，乃至企业的生产组织管理与调度进行统一建模，形成一个可运行的虚拟制造环境，以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，在计算机局彬广域网络上，生成数字化产品，实现产品设计、性能分析、工艺决策、制造装配和质量检验。它是数字化形式的广义制造系统，是对实际制造过程的动态模拟。所谓“虚拟”，是相对于实物产品的实际制造系统而言的，强调的是制造系统运行过程的计算机化。

由于计算机软硬件技术和网络技术的广泛应用，虚拟制造具有以下几个特点：

(1)无须制造实物样机就可以预测产品性能，节约制造成本，缩短产品开发周期。

(2)产品开发中可以及早发现问题，实现及时的反馈和更正。

(3)以软件模拟形式进行产品开发。

(4)企业管理模式基于Intranet或Internet，整个制造活动具有高度的并行性。

2虚拟制造的种类

广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配。还包含了对企业生产活动的组织与控制。从这个观点出发，可以把虚拟制造划分为三类：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)以设计为中心的虚拟制造。

以设计为中心的虚拟制造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，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。

(2)以生产为中心的虚拟制造。

以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化。它对产品的“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)以控制为中心的虚拟制造。

以控制为中心的虚拟制造是将仿真技术引入控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，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。以上三种虚拟制造分别侧重于制造过程的不同方面.但它们都以计算机建模、仿真技术为一个重要的实现手段，通过对制造过程进行统一建模，用仿真支持设计过程、模拟制造过程，进行成本估算和生产调度。

3虚拟制造关键技术

(1)特征建模的建立：建立包含工艺信息的特征模型，为以后的工艺分析、加工等过程创造条件。

(2)企业间产品数据交换：在由动态联盟共同完成新产品开发的条件下，必须以产品数据交换标准(STEP、IGES等)来保证企业间信息的集成。

(3)快速原型制造软硬件系统：快速原型制造系统使工程人员在制造前就能看到产品，从而改进设计。也可直接用于快速制造少量的零件或模具。改进材料、工艺及软件来提高产品的精度。

(4)加工能力模型/生产能力模型建立：根据企业的加工设备信息建立加工能力模型，进一步还可以根据企业的其他资源信息建立生产能力模型。生产能力模型是产品零

件可制造性分析、加工单元布局以及制造成本估算、生产能力平衡、优化生产布局、优化调度方案的依据。

(5)产品零件的可制造性分析及计算机辅助工艺规划：根据零件的特征信息以及制造资源模型进行可制造性分析，确定加工路线、步骤和参数。

(6)制造过程的动态描述：根据工艺规划所确定的加工路线以及制造资源用动画形式描述制造过程，用以检查过程及物流、对环境影响的合理性。

(7)NC代码自动生成：根据包含特征信息的零件模型及工艺规划信息来实现零件的NC代码自动生成并提供加工时间等参数，为加工仿真，成本分析等后续过程提供依据。

(8)制造成本估算：根据制造过程所占用的资源、加工时间等信息进行制造成本估算。

(9)验证与测试系统：借助于虚拟现实及人-机工程对产品的可靠性、可操作性、可维护性等进行评估。

4虚拟制造技术的建模技术

虚拟加工是现实加工过程在计算机上的映射，与真实制造过程相比，具有虚拟性、数字化集成性、依赖性。虚拟加工系统的建立必须基于现实的制造设备及其相关活动，并且可以随着制造设备的改变对虚拟加工系统进行变更。虚拟加工环境建模是真实加工环境在数字化世界中的映射。产品的实际加工环境包括加工设备、工装夹具及其加工刀具等，因此在虚拟加工环境中需要建立相应的加工设备模型、夹具模型、刀具模型及工件模型，使得虚拟加工环境能够依据用户输入的NC代码、工艺模塑和刀具模型给出有关工件变化、刀具状况、加工效率等信息。

虚拟加工设备主要是指虚拟机床，用于仿真实际加工设备加工虚拟产品，机床模型包括机床的几何实体信息、运动特征信息、伺服特性信息、刚度特性信息以及热变形特性信息的影响等。

虚拟刀具包括镜刀、车刀、钻头等常用的加工刀具，用于仿真实际的切削过程，刀具模型包括刀具几何实体信息、切削特征信息和运动特征信息等：虚拟夹具用于仿真实际的工装夹具，夹具模型包括夹具几何实体信息、装夹特征信息等。虚拟加工设备、夹具、刀具和工件建模原理一致。

4.1 虚拟加工设备建模

虚拟机床是虚拟加工过程的具体实施者。根据机床信息的不同，机床模型分为几何模型和仿真模型，其中几何模型将虚拟机床看成是一个层次式的装配体，包含多个部件和零件，且部件之间存在着相互装配关系和约束条件，组成零部件的三维数字模型根据其实际形状和大小分别建模;机床仿真模型是在NC代码的驱动下，采用一种类似于NC 加工插补算法实现各运动部件的平动与转动，以此驱动虚拟机床的运动。将仿真模型作为机床的物理属性依附在机床的几何模型上，建立虚拟加工设备模型的类结。类结构建立床身、工作台和导轨等基本类，在此基础上建立零部件几何模型类继承基本类;零部件几何模型类与零部件仿真模型类一起形成零件模型类，通过零件、部件之间的包含、聚合关系形成虚拟加工设备。

4.2系统实现

例如应用UG三维造型软件对一套加工设备进行了几何建模，通过文件输出得到零部件的VRML文件，以Visual C+6.0。为开发工具，选用OpenGL作为图形引擎开发了可重构三维虚拟加工环境建模系统，利用该系统实现了LeadWell LTC系列加工中心的快速建模。LeadWell LTC20 AP是卧式加工中心，将其简化为床身、加工舱舱门、导轨、刀座、刀盘、主轴头、尾架、顶尖、支架、控制台等。针对各模块的通用程度我们采取相应的建模策略，如床身、舱门等是该加工中心特有的异型部件，为其单独建模;导轨、刀座、刀盘等对同类机床而言，其外形结构具有很大相似性，因此通过对数据库中类似部件进行修改后重用(若数据库中已有类似);主袖头、尾架、顶尖等则属于通用部件或标准部件，可以直接重用(若数据库中已有相同)。为构建的虚拟加工环境，利用该环境可以对零件进行虚拟加工仿真。

虚拟加工系统是虚拟制造研究的主要内容之一，而环境建模是虚拟加工系统仿真、分析的基础。通过三维实体建模构造出一套虚拟设备，使设计人员可以借助于一定的软、硬件设备，在虚拟制造环境下对零件加工过程进行仿真，并对设备布局、加工过程等作出分析，以便对整个生产进程进行优化，从而提高生产效率和加工质量。

5虚拟制造的应用

虚拟制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域，美国处于国际研究的前沿。福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术，大大缩短了产品的发布时间。波音公司设计的777

型大型客机是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机.它的设计成功已经成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑。

在我国，清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情，进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真，主要是研究如何生成可信度高的产品虚拟样机，在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。在对产品性能具有高科技含量要求的行业中，如航空航天、军事、精密机床、微电子等领域，随着研究的不断深入和相关技术的发展，虚拟制造必将得到日益广泛的应用。

6小结

基于产品的数字化模型，应用先进的系统建模和仿真优化技术，虚拟制造实现了从产品的设计、加工、制造到检验全过程的动态模拟，并对企业的运作进行了合理的决策与最优控制。虚拟制造以产品的“软”模型(Soft Prototype)取代了实物样机，通过对模型的模拟测试进行产品评估，能够以较低的生产成本获得较高的设计质量，缩短了产品的发布周期，提高了企业生产效率.企业的生产因为虚拟制造技术的应用而具有了高度的柔性化和快速的市场反应能力，因而市场竞争能力大大增强.作为一种先进的制造模式，虚拟制造的应用范围必然会不断扩大，给更多的企业带来更大的收益。

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虚拟制造技术发展及应用- 摘要：虚拟制造技术是近年来出现的先进技术之一，受到世界各个国家的高度重视。本文介绍了虚拟制造的定义、种类、关键技术及应用，展望其未来发展前景。 关键词：虚拟制造；仿真模拟；发展；应用 1.前言 随着市场的全球化，各种新兴技术在相关领域的综合使用，企业之间的竞争方式发生了巨变。制造行业遭遇了巨大的挑战，为了制造业能够更好的生存与发展，必须要满足市场所提出的多项要求：缩短产品开发周期、提高产品质量、降低制造成本以及用更好的技术支撑和售后服务来赢得客户的信赖。企业为了赢得市场，必须对市场形势做出准确评估和及时的调整，应对多变的市场需求。计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持[1]。各种技术的发展及应用使得虚拟制造技术应运而生，作为一种全新的生产模式，必将给制造业指明新的前进方向。 2.虚拟制造技术 2.1 虚拟制造技术定义及特点 虚拟制造技术是对产品实际生产活动中的真实环境进行虚拟模拟，在计算机上得到数字化模型进而对生产活动进行分析、评估。产品研制过程中，通过仿真模拟建模技术模拟出产品在后续制造过程中的虚拟环境，分析各个环节甚至整个产品生命周期可能出现的活动对产品性能各方面的影响。通过虚拟环境下的情景展示及分析结果，尽早的发现生产活动中可能存在的隐患与问题，及时的信息反馈改进设计，合理的调整生产活动。降低研制

成本和产品开发周期，减少实际生产活动中带来的损失，更加合理的控制生产活动，提高企业生产效率，最终提高企业在市场中的综合竞争力。 2.2 虚拟制造的种类 广义的制造过程不仅包括了产品的模型研发、样机制造、性能测试、实体生产。同时还有企业对自身生产活动的市场调查、经营策划和实际生产活动中的调整控制。按这个思想考虑，虚拟制造可以被分为三大类：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[2]。 以设计为中心的虚拟制造强调根据产品的制造信息仿真建模得到统一的数字化模型，分析模型中的各类问题对产品各方面性能和产品的可装配性进行分析。以生产为中心的虚拟制造强调根据不同企业所拥有的设备资源等约束条件，仿真模拟各个加工过程结合企业的制造资源及环境进行加工过程的合理组合，使得生产计划更加合理优化。以控制为中心的虚拟制造强调将在企业管理控制中引入仿真模拟技术，对实际生产活动的环境进行虚拟模拟，提供虚拟环境模型使得企业对生产活动的控制更优化。 2.3 虚拟制造的关键技术 3.虚拟制造技术应用 3.1 虚拟制造技术在国外的应用 国外关于虚拟制造技术的应用已经有一定的规模，积极投入到各行各业的应用当中，完成相应的生成计划和目标，将市场需求的产品及时的投入到市场并收到良好的效果。在美国，波音公司生产的波音777客机是虚拟制造技术应用的经典产品。该机的设计研制包括众多的零部件，虚拟制造技术使得所有零部件的设计和改进全部是在由计算机组成的虚拟环境中完成，使得设计

先进制造技术的内涵及特点

先进制造技术的内涵及特 点 This manuscript was revised on November 28, 2020

先进制造技术的内涵及特点 1．先进制造技术的内涵 目前对先进制造技术尚没有一个明确的、一致公认的定义，经过近年来对发展先进制造技术方面开展的工作，通过对其特征的分析研究，可以认为：先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 2．先进制造技术的特点 （1）先进制造技术的实用性先进制造技术最重要的特点在于，它首先是一项面向工业应用，具有很强实用性的新技术。从先进制造技术的发展过程，从其应用于制造全过程的范围，特别是达到的目标与效果，无不反映这是一项应用于制造业，对制造业、对国民经济的发展可以起重大作用的实用技术。先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业（如汽车制造、电子工业）的需求而发展起来的先进、适用的制造技术，有明确的需求导向的特征；先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是注重产生最好的实践效果，以提高效益为中心，以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。 （2）先进制造技术应用的广泛性先进制造技术相对传统制造技术在应用范围上的一个很大不同点在于，传统制造技术通常只是指各种将原材料变成成品的加工工艺，而先进制造技术虽然仍大量应用于加工和装配过程，但由于其组成中包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术，因而则将其综合应用于制造的全过程，覆盖了产品设计、生产准备、加工与装配、销售使用、维修服务甚至回收再生的整个过程。 （3）先进制造技术的动态特征由于先进制造技术本身是在针对一定的应用目标，不断地吸收各种高新技术逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的和一成不变的。反映在不同的时期，先进制造技术有其自身的特点；也反映在不同的国家和地区，先进制造技术有其本身重点发展的目标和内容，通过重点内容的发展以实现这个国家和地区制造技术的跨越式发展。 （4）先进制造技术的集成性传统制造技术的学科、专业单一独立，相互间的界限分明；先进制造技术由于专业和学科间的不断渗透、交叉、融合，界线逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化、已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新型交叉学科。因此可以称其为“制造工程”。 （5）先进制造技术的系统性传统制造技术一般只能驾驭生产过程中的物质流和能量流。随着微电子、信息技术的引入，使先进制造技术还能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。先进制造技术是可以驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流的系统工程。一项先进制造技术的产生往往要系统地考虑到制造的全过程，如并行工程就是集成地并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计的开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理等所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求等。一种先进的制造模式除了考虑产品的设计、制造全过程外，还需要更好地考虑到整个的制造组织。 （6）先进制造技术强调的是实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁等基础制造技术，它是从传统的制造工艺发展起来的，并与新技术实现了局部或系统集成，其重要的特征是实现优质、高效、低耗、清

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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200 2.1 2.周祖德编．《数字化制造》．科学出版社2006.6 3.肖田元等著．《虚拟制造》．清华大学出版社200 4.8 4.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. : Prentice Hall, 1990

虚拟制造技术的内涵及应用

虚拟制造技术的内涵及应用 摘要：虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术。虚拟制造技术的应用应结合我国制造业自身的特点，在吸收国外成熟经验的基础上大胆创新，形成特色发展。本文分析了虚拟制造技术的内涵及特点，并提出了发展虚拟制造技术的应用。 关键词：虚拟制造内涵制造产品 虚拟制造作为信息时代制造技术的重要标志，它是不断吸收信息技术和管理科学的成果而发展起来的，这里的“制造”是一种广义的概念，即一切与产品相关的活动和过程，亦称之为“大制造”，这是相对于传统的狭义制造而言的。“虚拟”的含义则是这种制造虽然不是真实的、物化的，但却是本质上的，也就是在计算机上实现制造的本质内容。虚拟制造的实质是在产品制造过程的上游——设计阶段就对产品制造的全过程虚拟集成，将可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。 1.虚拟制造技术的内涵及其特点 1.1虚拟制造技术的内涵 虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开发、制造以及管理与控制等制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。 虚拟制造不是一成不变的技术，而是一个不断吸收各种高新技术而不断丰富其内涵的动态技术系统，它通过计算机虚拟环境和模型来模拟生产场景和预估产品功能、性能及可加工性等方面可能存在的问题，从而提高人们的预测和决策水平，它为工程师提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段，它不是原有单项制造仿真技术的简单组合，而是在相关理论和已积累知识的基础上对制造知识进行系统化组织。 1.2 虚拟制造技术的特点 虚拟制造与实际制造相比，有如下特点： (1)虚拟经营和管理。作为虚拟制造的一个主要贡献——虚拟企业，使制造业在世界范围内的重组与集成成为可能，应用虚拟经营和虚拟管理，充分借助于企业外部力量，运用自身最强的优势和有限资源最大限度地提高企业的竞争力。 (2)高度集成。产品与制造环境均利用仿真技术在计算机上形成虚拟模型，在设计过程中，可用计算机对其进行产品设计、制造、测试，设计人员和用户甚

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一、先进的工程设计技术 二、先进制造工艺技术 三、制造自动化技术 四、先进生产管理技术、制造哲理与生产模式 五、发展。 一、先进的工程设计技术 先进的工程设计技术包括众多的现代设计理论与方法。包括CAD、CAE、CAPP、CAT、PDM、模块化设计、DFX、优化设计、三次设计与健壮设计、创新设计、反向工程、协同产品商务、虚拟现实技术、虚拟样机技术、并行工程等。 （1）产品（投放市场的产品和制造产品的工艺装备（夹具、刀具、量检具等））设计现代化。以CAD为基础（造型，工程分析计算、自动绘图并提供产品数字化信息等），全面应用先进的设计方法和理念。如虚拟设计、优化设计、模块化设计、有限元分析，动态设计、人机工程设计、美学设计、绿色设计等等； （2）先进的工艺规程设计技术与生产技术准备手段。在信息集成环境下，采用计算机辅助工艺规程设计、即CAPP，数控机床、工业机器人、三坐标测量机等各种计算机自动控制设备设备的计算机辅助工作程序设计即CAM等。 二、先进制造工艺技术 （1）高效精密、超精密加工技术，包括精密、超精密磨削、车削，细微加工技术，纳米加工技术。超高速切削。精密加工一般指加工精度在10～μm（相当于IT5级精度和IT5级以上精度），表面粗糙度Ra值在μm以下的加工方法，如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精研、砂带磨、镜面磨削和冷压加工等。用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。 超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为～μm数量级，表面粗糙度Ra值为μm 数量级的加工方法。此外，精密加工与特种加工一般都是计算机控制的自动化加工。 （2)精密成型制造技术，包括高效、精密、洁净铸造、锻造、冲压、焊接及热处理与表面处理技术。 （3）现代特种加工技术，包括高能束流（主要是激光束、以及电子束、离子束等）加工，电解加工与电火花（成型与线切割）加工、超声波加工、高压水加工等。电火花加工(Electricaldischargemachining(EDM)电火花加工electricsparkmachining)是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电的电蚀作用对工件进行的加工。能对任何导电材料加工而不受被加工材料强度和硬度的限制。可分为电火花成型加工(EDM)和电火花线切割加工(电火花线切割加工electricaldischargewire–cutting--EDW) 两大类。一般都采用CNC控制。 （4）快速成型制造（RPM).快速成形技术是在计算机控制下，基于离散堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。从成型角度看，零件可视为“点”或“面”的叠加而成。从CAD电子模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。 (5)先进制造工艺发展趋势 1）采用模拟技术，优化工艺设计； 2）成形精度向近无余量方向发展； 3）成形质量向近无“缺陷”方向发展； 4）机械加工向超精密、超高速方向发展； 5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料的加工和表面改性难题； 6）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制；

虚拟制造的发展及应用

虚拟制造的发展及应用 摘要：虚拟制造技术作为近几年出现的先进制造技术，本文在描述了虚拟制造技术的概念，我国虚拟制造技术发展现状，发展展望及应用。 关键词:虚拟制造技术；计算机仿真；虚拟现实；发展；应用 虚拟制造技术是在CAD／CAM／CAE技术基础上发展起来的。一方面，CAD／CAM／CAE技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础，如建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术、分析评价技术、设计分析评价技术和产品信息集成、转换、共享技术等。特别是特征建模技术在虚拟制造技术中占有极为重要的地位。另一方面，虚拟制造技术超越了CAD ／CAM／CAE技术，CAD／CAM／CAE技术主要考虑产品本身信息的集成与建模，而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。 虚拟制造技术的基本概念 虚拟制造技术VMT是20世纪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，在计算机上对产品从设计、加工和装配、检验、使用等整个生命周期进行模拟和仿真。采用虚拟制造技术，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，使产品的开发周期和成本最小化。 虚拟制造技术的发展现状 虚拟制造在工业发达国家：如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。美国处于国际研究的前沿。1 983年美国国家标准局提出了“虚拟制造单元”的报告，1 993年爱荷华大学的报告“制造技术的虚拟环境”中提出了建立支持虚拟制造的环境：1 99 5年美国标准与技术研究所的报告“国家先进制造实验台的概念设计计划”，强调了分散的、多节点的分散虚拟制造IDVM（即虚拟企业的概念）。美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发。多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。 我国在虚拟制造技术方面的研究只是刚刚起步。其研究也多数是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技术等基础上进行的。目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情的产品三维虚拟设计，加工过程仿真和产品装配仿真。

先进制造技术作业论文

浅谈现代机械制造技术的新发展编辑条目06.26 关键字： 0.前言目前，随着电子、信息等高新技术的不断发展及市场需求个性化与多样化，世界各国都把机械制造技术的研究和开发作为国家的关键技术进行优先发展，将其他学科的高技术成果引入机械制造业中。因此机械制造业的内涵与水平已今非昔比，它是基于先进制造技术的现代制造产业。纵观现代机械制造技术的新发展，其重要特征主要体现在它的绿色制造、计算机集成制造、柔性制造、虚拟制造、智能制造、并行工程、敏捷制造和网络制造等方面。 1.现代机械制造技术的特征（1）机械制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合而发展起来的一门跨学科的综合科学，它随不同对象和时间而改变功能结构及信息系统。（2）柔性、集成、并行工作。现代机械制造系统具有多功能性和信息密集性，能够制造生产成本与批量无关的产品，能按订单制造，满足产品的个性要求。（3）制造智能化。能够代替熟练工人的技艺，具有学习工程技术人员多年实践经验和知识的能力，并用以解决生产实际问题。智能制造系统能发挥人的创造能力和具有人的智能和技能，强调以人为系统的主导者这一总的概念。在智能制造系统中，智能和集成并列，集成是智能的重要支撑，反过来智能又促进集成水平的提高。（4）设计与工艺一体化。传统的制造工程设计和工艺分步实施，造成了工艺从属于设计、工艺与设计脱离等现象，影响了制造技术的发展。产品设计往往受到工艺条件的制约，受到制造可靠性、加工精度、表面粗糙度、尺寸等限制。因此，设计与工艺必须密切结合，要以工艺为突破口，形成设计与工艺的一体化。（5）精密加工技术是关键。精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一。当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。（6）产品生命周期的全过程。现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直到处理报废的集成活动和系统。在产品的设计中，不仅要进行结构设计、零件设计、装配设计，而且特别强调拆卸设计。使产品报废处理时，能够进行材料的再循环。节约能源，保护环境。（7）人、组织、技术三结合。现代制造技术强调人的创造性和作用的永恒性，提出了由技术支撑转变为人、组织、技术的集成；强调了经营管理、战略决策的作用。在制造工业战略决策中，提出了市场驱动、需求牵引的概念，强调用户是核心，用户的需求是企业成功的关键，并且强调快速响应市场需求的重要性。 2．现代机械制造技术的内容和发展方向 2.1 绿色制造（GM）绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。绿色制造是可持续发展战略在制造业中的重要体现。其目标是使产品在设计、制造、装配、运输、销售及使用的整个过程中努力做到资源的优化利用、清洁生产和废弃物的最少化及综合利用。要力求实现切削加工工艺的绿色化。目前这一绿色加工工艺主要集中在不使用切削液上，这主要是因为切削液既污染环境和危害工人健康，又增加资源和能源的消耗。而干切削和干磨削一般是大气氛围中(氮气中、冷风中或采用干式静电冷却技术)不使用切削液进行的切削。不过对某些加工方式和工件组合，完全不使用切削液的干切削和干磨削在实际中很难实现，故又出现了使用极微量润滑(MQL)的准干切削。目前，在欧洲的大批量机械加工中，已有10％～15％的加工使用了干切削和准干切削。 2.2 计算机集成制造（CIM）CIM就是通过计算机实现信息集成，实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益，使企业能够持续稳定的发展。随着计算机的普及应用，计算机集成制造已成为规模生产的主要科技，企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑，集成制造主要指：（1）人员集成，管理者、设计者、制造者、保障者(负责质量、销售、采购、服务等的人员)以及用户应集成为一个协调整体。（2）信息集成，产品生命周期中各类信息的获取、表示、处理和操作工具集成为一体，组成统一的管理控制系统。特别是产品信息模型（PIM：Product Information

虚拟制造技术

1、前言 随着国民经济的高速发展，人民生活水平的大幅提高，人们对汽车的需求量越来越大，汽车模具的市场竞争也越来越激烈。“质量好”、“精度高”、“价格低”、“交货期短”等是人们对现代汽车模具的基本要求。但是，汽车模具是一种大型模具，它体积庞大、结构复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求较高，制造相当困难。而且，为了减轻模具的重量采用的底座掏空的薄壁式结构和为了维修容易中间型面采用的镶拼结构，给设计和制造带来了更大的困难。通常来说，一个汽车覆盖件零件需要3道或3道以上的工序才能完成，也就是说，生产一个汽车覆盖件零件至少需要3副或3副以上的模具。如果汽车覆盖件零件在设计的时候没有考虑到实际制造情况，那么设计出来的模具在制造的时候可能根本就无法进行加工，或者是制造出来的模具无法生产出预期的产品，从而导致模具的报废，延长产品的开发周期，这种经济损失是无法想象的。但是，模具在设计阶段是无法预料在制造过程中将出现的困难的。虚拟制造技术是一种软件技术，是CAD/CAE/CAM/CAPP和仿真技术的更高阶段，它能在计算机上实现模具从设计到制造到检验的全过程，根据虚拟模型的仿真过程，可以在计算机上根据“实际”的加工情况来修改模具的设计，避免了在模具制造过程中可能出现的问题，从而达到缩短模具的开发周期、降低开发成本、提高生产效率的目的，因而是汽车模具开发最有潜力最实用最有效的技术之一。 2、虚拟制造(VM) 虚拟制造(VirtualM anufacturing)又叫拟实制造，是80年代后期美国首先提出来的一种新思想，它是利用信息技术、仿真技术、计算机技术等对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题，在产品实际生产前就采取预防措施，使得产品一次性制造成功，以达到降低成本、缩短产品开发周期，增强企业竞争力的目的。在虚拟制造中，产品从初始外形设计、生产过程的建模、仿真加工、模型装配到检验整个的生产周期都是在计算机上进行模拟和仿真的，不需要实际生产出产品来检验模具设计的合理性，因而可以减少前期设计给后期加工制造带来的麻烦，更可以避免模具报废的情况出现，从而达到提高产品开发的一次成品率，缩短产品开发周期，降低企业的制造成本的目的。 虚拟制造自从产生以来人们就力图给它一个统一的定义，但虚拟制造涉及的知识范围十分广泛，不同的研究人员，出发点和侧重点也不同，因而理解也大不相同，导致虚拟制造至今为止仍没有一个确切的定义。在不同的定义中，我们可以把虚拟制造理解为产品的虚拟设计技术、产品的虚拟制造技术和虚拟制造系统3方面关键技术的一个技术综合。 2.1 产品的虚拟设计技术(VDT) 产品的虚拟设计技术(VirtualD esignT echnology)是面向数字化产品模型的原理、结构和性能在计算机上对产品进行设计，仿真多种制造方案，分析产品的结构性能和可装配性，以获得产品的设计评估和性能预测结果，从而优化产品设计和工艺设计，减少制造过程中可能出现的问题，以到达降低成本、缩短生产周期的目的。 2.2 产品的虚拟制造技术(VMT) 产品的虚拟制造技术(VirtualM anufacturingTechnology)是利用计算机仿真技术，根据企业现有的资源、环境、生产能力等对零件的加工方法、工序顺序、工装及工艺参数进行选用，在计算机上建立虚拟模型，进行加工工艺性、装配工艺性、配合件之间的配合性、连

虚拟制造

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。1 虚拟制造系统的定义：是现实制造系统在虚拟环境下的映射，是现实制造系统的模型化，形式化以及计算机化的抽象描述和表示2 虚拟制造系统的功能需求：1工厂和产品生命周期中的全部活动的集成2 各种硬件软件人员及各种标准的集成虚拟世界与真实世界的集成3 虚拟制造系统的仿真需求：（1）虚拟制造系统的仿真是虚拟环境下的全方位仿真，是产品从设计生产销售到消费的全生命周期仿真（2）仿真器具有多种输入方式3）真实感输入4 虚拟制造系统的机构需求： 1 功能等价性（1）语义一致性（2）数值精确度（3）响应时间2 结构相似性3 开放性和柔性4 系统应满足分布式协同工作和动态运行操作5虚拟制造模式（前三种）1以设计为中心的虚拟制造为产品设计，产品评价和异地协同设计提供模拟环境。该环境集成了计算机分析，网络通信，可视化仿真技术等开发工具，以支持面向设计与管理的全球化合作2 以生产为中心的虚拟制造以生产为中心的虚拟制造主要研究内容包括车间设备的配置及分布，生产调度，生产环境的布局设计，设备集成，生产组织调度等。其输出是资源需求规划，生产规划，供货计划及精确的成本信息等3 以控制为中心的虚拟制造是将仿真加到控制模型和信息处理中，以实现基于仿真的最优化控制4 以加工为中心的虚拟制造以加工为中心的虚拟制造目标是研究产品的可加工性，6虚拟制造的结构体系结构有： Mediator体系、Iwata体系、分布式体系、虚拟开发平台体系等7 Mediator体系是通过一个开放式的信息和知识库体系，以提供一套支持复制制造环境的柔性管理技术。着重处理和解决了这种情况下的知识支持及通信技术。8 Mediator 体系是一个侧重于知识信息的管理体系，它考虑了多软件，多地域的集成9 Iwata体系的基本组成：虚拟信息系统VIS、虚拟物理系统VPS 、定时控制器和数据游览器组成10 系统建模是虚拟制造系统的核心，是构成虚拟制造的基础。在虚拟制造系统中，需要采用综合的、各阶段都连贯一致的模型表示方法，使后续操作可以利用前阶段的模型数据11 虚拟制造系统模型：实质上是真实制造系统要素的数字化表达，主要包括产品模型过程模型和生产系统模型，又称3P模型12 过程模型：过程模型有多种形式，如基于理论的物理模型和数字模型，基于经验的统计模型，基于计算机的过程仿真模型，以及列举方法表达的图表和规划等过程模型的有效表示是非常重要的，他提供了同虚拟制造环境的通信机制13 基础模型制造层用以建立描述制造过程及对象的基础模型14面向对象方法的基本特征：（1）抽象性（abstraction）（2）分类性（classification）（3）关联性（association）（4）组装（composition）（5）继承性(Inheretance)15结构式对象模型方法：结构式对象建模方法是基于面向对象方法的封装，继承与关联特性，利用派生图，对象图，事件转移图和状态转移图四种模型描述系统的组成及关系16 构成一个Petri网的基本要素有库所、变迁和令牌。17 问题求解是建立模拟系统的最终目的，归纳推理，演绎推理和推断推理是问题求解的基本方法18 从本质上说，多Agent系统是一种协同求解方法，全局目标的实现是各个Agent相互协作的结果19产品模型是用来表示制造过程中被制造对象的模型，它包括目标产品，零部件，毛坯及中间产品20 产品建模方法的发展过程：1 面向过程的产品模型2 面向几何的产品模型3 面向特征的产品模型4 面向知识的产品模型5 集成产品模型21 现代制造系统中的设备、仪器及工具主要包括物料处理设备和运输系统。22设备模型应当实现（1）物理设备几何特征的真实表达。可真实地复现物理设备的三维实体模型，体素特征和材料纹理特征。（2）物理设备系统操作的精确表达，以动画形式表达设备行为运动学，动力学信息。（3）系统性能，可靠性，灵敏性的精确估计。23 基本模型由基本模型—特征—体素三个层次组成，基本模型和特征为上层数据，而体素为底层数据。24 约束有一元约束和二元约束，尺寸约束属于一元约束，它包含一个几何参数和一个实值参数。1 STEP的定义：就是国际化标准组织（ISO）正在制定的一个产品数据表达与交换标准。STEP的目标：提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期中的相关数据STEP的标准体系结构： 1描述方法 2集成资源 3应用协议 4一致性测试方法论 5框架、实现方法 6抽象测试集虚拟样机的概念：在虚拟现实环境下模拟产品的设计、制造仿真、装配仿真等过程。4 虚拟样机与数字样机的区别：在CAD环境下的虚拟样机则采用数字样机的概念。5 数字样机按照承担的功能可分为：几何样机、性能样机、功能样机。6 数字样机关键技术包括：三维几何建模技术、产品数字化定义方法、数字化装配技术分析与仿真技术。7 三维几何建模方法：三维几何建模技术是数字样机的核心制程技术，它为数字样机的形状表达提供基本的建模工具和方法。四种方法：线框模型、表面模型、实体模型、特征模型。8 一个合理的产品结构不应当一颗装配书鼓励的表示，而应当使产品的结构具有产品定制功能、产品结构的整体控制功能。产品定制功能是通过产品结构树，根据用户的个性化需求，快速制定出一个产品的结构。10（论述题）数字化预装配数字化预装配是数字样机和虚拟设计的一个重要组成部分。其内容包括产品的装配建模、装配零件之间的约束、装配的间隙分析、可装配性分析与评价。（1）装配建模：包括产品结构设计和信息建模。在产品设计过程中，装配设计是在概念设计之后进行的，它可以将概念设计中的模糊、不确定的构思，通过产品结构和逐步求精细化，设计产品的整体装配结构，为详细设计提供一个基本框架。装配建模可以利用装配建模工具建立装配树。在装配建模中，信息量的大小是影响产品操作、浏览的一个重要因素，解决信息量大的方法有：（1）1）减少每次装配的零件数目。2）减少几何信息3）减少其他模型信息量（２）．装配零件之间的约束数字化装配并不是简单的零件堆积，而是对装配零件进行几何或参数约束，模拟实际的装配条件。常见的约束类型有：面贴合、面对齐、角度约束、平行约束和垂直约束、对称约束、距离约束、相切约束（３）．装配的间隙分析数字样机通过奸细分析判断装配的可行性。目前的装配间隙分析主要是从静态的干涉角度进行检查。主要有５钟干涉检查结果：无干涉、软干涉、接触干涉、硬干涉、包容（４）．可装配性分析与评价可装配性指产品及其装配件易装配的能力和特性，是衡量装配结构优劣的重要指标11 并行设计：是以并行工程的思想贯穿于产品设计过程的一种集成化设计方法。12 DFM方法强调制造对设计的约束，在产品的设计阶段，分析制造因素对设计的影响。13 产品可制造性评价指标：技术指标、经济指标。1 虚拟装配系统包括：虚拟装配环境、虚拟零件设计、装配工艺规划、工作面布置、装配操作模拟2虚拟现实的三个特点：沉浸感、交互性、想象力3 装配工艺规划是连接装配设计和装配实施的桥梁。4 所谓装配序列的几何可行性是指：从几何约束角度来讲，两个装配单元之间的装配操作或分解操作不存在几何干涉现象。5 装配序列生成时所需要的装配信息主要包括零件的几何信息、非几何信息以及零件之间配合约束关系信息。6装配序列规划分类：1按装配的单调性分（1）单调装配规划（2）非单调装配规划2 按装配的序列性分（1）序列装配规划（2）非序列装配规划3 阿布装配的线性或非线性分（1）线性装配规划（2）非线性装配规划7 装配路径规划的内容主要包括：装配体及其相关的数据结构模型的前置处理、分离方向的确定、分离平移量的确定、拆分方向的确定和干涉检查。8 数字化装配路径规划方法主要有两种：可视图法和平移边界法。9 装配序列的选择方法：基于最短时间的装配序列、基于最低成本的装配序列、基于装配设备利用率最高的装配序列。1加工过程仿真包括：NC切削过程仿真、焊接过程仿真、冲压过程仿真、浇注过程仿真。2 切削过程仿真研究内容：1是刀具路径仿真2是评估加工工艺中规定的工艺参数是否合适。3 （论述）虚拟加工环境及系统应该具有以下功能1全面逼真的反应现实加工过程，在仿真中，人们可以直接“观察”全部的加工过程包括工件的装夹定位、机床调整、切削、检测等。2 可以真实的描述加工过程的物理效应，例如工件的切削温度与应力的分布，工件的变形等 3 能对加工过程中出现的碰撞、干涉进行检测，并提供报警。4 可以对工夹具的实用性进行评估，对产品的可加工性和工艺规程的合理性进行评估 5 对加工精度、表面粗糙度、加工时间等进行精准的估计，为宏观仿真提供数据。4 虚拟加工过程定义：在NC指令的驱动下，由机床刀具模型的运动过程和工件模型的变形过程构成5 虚拟加工过程4个仿真：1刀具运动轨迹的仿真 2夹具安装使用过程仿真 3机床运动过程仿真。4材料去除仿真。6在虚拟环境中，加工过程表现为包括时间在内的四维过程，建模时，需要将表达加工环境的实体几何模型、运动模型和表达加工过程的物理模型结合起来。7 数控机床零件几何模型之间的装配约束关系主要包括三类：几何约束、运动约束和排斥约束。8 数控机床定义：通过数控系统控制机床个运动轴的运动来实现工件与刀具之间的相对运动，从而完成切削加工的空间机构。9数控加工过程几何仿真技术包括定性图形显示和定量检验二个方面。根据建模方法特点，将数控加工过程几何仿真技术分为四类：直接实体建模、光线表示法、离散矢量法和空间分割法。10碰撞与干涉：主要包括检验刀具和主轴相对于非加工部位如夹具、工件非加工部位的干涉现象。碰撞与干涉检测方法：包容盒检测法、分层检测法。11 刀具轨迹生成目标：使所生成的刀具轨迹满足无干涉、无碰撞、轨迹平滑、切削负荷定性好、编程效率高、代码量小的要求。12刀具轨迹生成方法：1参数线法 2CC路径截面法 3CL路径截面法 4导动面法 5等距面法 6刀具接触点法13 NC加工过程物理建模与仿真包括：1切削力的建模与仿真 2切削温度的建模与仿真3加工震动模型 4加工误差模型与评估 5加工表面粗糙度预测与仿真。14表面粗糙度是最重要的表面质量特征参数之一。

虚拟制造技术及其应用外文文献翻译、中英文翻译、外文翻译

附录1 外文译文 虚拟制造技术及其应用 摘要：阐述了虚拟制造的基本概念，虚拟制造的核心技术，以及虚拟制造技术应用。 关键词：制造业虚拟制造虚拟现实 0 引言 当今的制造业基本技术日臻成熟，其市场处于以消费者为导向的市场环境下，产品品种、上市时间和用户满意度成为企业取得竞争优势的主要因素。制造业这种全球化的激烈竞争不断催生了各种先进制造技术和新的制造哲理，虚拟制造技术将会在本世纪涌向潮头，其朴素的思想和高新的技术手段都为研究领域和业界所推崇。 虚拟制造就是根据企业市场竞争的需求，在强调柔性和快速的前提下，美国80年代提出的，随着计算机技术和信息网络技术的发展，在90年代得到人们的重视，并获得迅速的发展。 1 虚拟制造 虚拟制造的基本思想是在产品制造过程的上游——设计阶段就进行对产品制造全过程的虚拟集成，将全阶段可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。 虚拟现实技术是使用感官组织仿真设备的真实或虚幻环境的动态模型生成或创造出人能够感知的环境或现实，使人能够凭借直觉作用于计算机产生的三维仿真模型的虚拟环境。基于虚拟现实技术的虚拟制造技术在一个统一模型之下对设计和制造等过程集成，它将与产品制造相关的各种过程与技术集成在三维的、动态的仿真真实过程的实体数字模型之上。其目的是在产品设计阶段，借助建模与仿真技术及时地、并行地、模拟出产品未来制造过程乃至产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，预测、检测、评价产品性能和产品的可制造性等等。从而更加有效的、经济的、柔性的组织生产，增强决策与控制水平，有力地降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到产品的开发周期和成本最小化、产品设计质量的最优化、生产效率的最大化。 虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的可视化集成范围包括与设计相关的各项子系统的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集成。 虚拟制造系统拥有产品和相关制造过程的全部信息，包括虚拟设计、制造和控制产生的数据、知识和模型信息。虚拟控制制造系统按照功能归集为三种不同类型的子环境，共同构成中心三元耦合的系统模式： （1）虚拟制造设计中心：给设计者提供各种工具以便虚拟设计、虚拟制造，设计出符合设计准则（如DFX）的产品模型； （2）虚拟制造加工中心：研究开发产品制造过程模型和环境模型及其分析各种可行的生产计划和工艺规划； （3）虚拟制造控制中心：评价产品设计、产品原型、生产计划、制造模拟和控制策略等等。 2 虚拟制造技术支持 虚拟制造技术是多学科综合的系统技术，需要研究开发相应的硬件集成系统与软件，就软件技术而言，相关的研究支持如下： 可视化：真实、直观地再现主观产品与客观制造过程；

先进制造技术在生产中的应用

Equipment Manufactring Technology No.9，2012 先进制造技术是传统制造业，在吸收机械、信息、材料及现代管理技术等多方面优秀成果的基础上，应用产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果前沿制造技术总称。先进制造技术源于美国，为提高制造业竞争力和促进国家经济快速增长，以计算机为中心，结合信息技术的发展，推动制造技术飞跃发展，并逐步形成先进制造技术。随着科技技术不断发展和学科间相互渗透，不断涌现出新技术、新概念。 １先进制造特点介绍 １．１先进制造技术内涵 目前，我国对先进制造技术定义不准确，对先进制造技术工作及经验总结上，通过对其特征进行研究，将先进制造技术定义为传统制造业在吸收机械、信息、材料及现代管理技术等多方面优秀成果的基础上，应用产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果前沿制造技术的总称。 先进制造技术核心是通过优质、高效、低耗、环保生产基础制造技术，满足不同用户需求，提高先进制造业经济效益，抢占市场，提高企业间竞争。因此先进制造技术要比传统制造技术更加重视技术和管理的统一，重视制造过程中管理者组织和管理体制的简化和合理性。 １．２先进制造技术特征分析 先进性。先进性制造业技术不同于普通制造业，先进制造业特点就在于先进性，先进制造技术核心是通过优化先进工艺从传统制造工艺发展而来并与新技术实现局部或系统集成。此外，先进性体现在21世纪消费观念挑战，满足对市场需求，实现灵活生产； 系统性。先进制造技术是在生产过程中形成的物质流、能量流、资金流和信息流的系统工程，但是传统制造技术只是在生产过程中形成的物质流、能量流和资金流，不属于系统工程； 集成性。先进制造技术是各个专业、学科之间专业知识的渗透、融合、交叉，各个专业之间的专业界限不明显，随着先进制造技术的发展，各个专业逐步融为一体，趋于系统化、集成化，发展成机械、电子、信息、材料和管理技术为一体新兴交叉学科。 ２先进制造技术中关键技术 ２．１现代设计方法 先进制造技术在发展同时，带动了现代设计方法发展。目前设计方法有优化设计、可靠性设计、计算机辅助设计、计算机辅助工程、人机工程设计、工业产品造型设计、智能设计等。在加工过程中，存在切削力过大，刀具磨损严重，对技术人员要求高且加工品质难以保证的问题。通过对刀具几何角度、切削方法及切削量选择，进行系统分析和优化设计，发挥数控机床功能参数特点，将数控切削中螺纹加工循环指令与制造工艺技术灵活运用，开发出各种类型加工方法宏程序，拓展数控机床加工范围，实现数控机床的二次开发。 先进制造技术在生产中的应用 关伟１，马钢２ （1.沈阳新松自动化股份有限公司，辽宁沈阳110168； 2.辽宁省交通高等专科学校，辽宁沈阳110122） 摘要：分析先进制造特点及发展现状，介绍当前先进制造的特点，分析了先进制造技术中的关键技术，提出了先进制造技术在生产中的应用途径，为生产一线人员提供参考。 关键词：先进制造；绿色制造；关键技术 中图分类号：Ｆ２７３．１文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）０９－０１４６－０２收稿日期：2012-0611 作者简介：关伟（1978—），男，辽宁营口人，工程师，学士，从事机械加工方面研究。 146

先进制造技术应用

9-1/1 PKPM 设计软件在施工领域中的应用 [摘 要]工程施工现场布置的部分设施，为机械安装及检修过程中涉及的钢结构、混凝土、、、、调整、制作施工方案中的设计、计算提供理论依据，将方案编制过程中大量的计算、校核及出图从以前的烦琐手工操作解放出来；并可自动生成材料报表，进行工程量统计及概预算分析等工作。 [关键词] PKPM 钢结构 应力计算 优化设计 自动出图 材料表 方案编制 一、 软件介绍 PKPM 系列CAD 软件是一套集建筑设计、结构设计、设备设计、工程量统计和概预算报表等于一体的大型综合CAD 系统。 本系统装有先进的应力分析软件包，容纳了国内最流行的各种计算方法，如平面杆系、矩形及异形楼板、高层三维壳元及薄壁杆系、梁板楼梯及异形楼梯、各类基础、砖混及底框抗震分析等等。全部结构计算模块均按新的设计规范编制。 二、 应用实例（150t 试吊架设计） 1、概述 中山嘉明2×390MW 燃气—蒸汽联合循环机组工程每台机组主厂房各设置两台杭州华新双钩电动桥式起重机，起重能力分别为100/20t 及15t/3t 。试吊最大起重量为125t 。由于工期较紧，从其它工地调拔时间长、成本大，故设计150t 试吊架，利用现场边角料制作。经检验，该试吊架具有使用轻便、承载力大的特点。 2、设计前提 现场有从设备包装架上割除的废料如下：I18工字钢、H200*200*8*12型钢、[16槽钢及L75*75**8角钢各一批。由于设计承载力较大，利用现场材料进行单层设计无法实现。考虑双层，而双层受力元件多，属三维框架结构，要计算纵、横、垂直方向的受力及载荷的传导、变形及局部加强。人工手算工作量过大、算法过于复杂且容易忽略关键因素，带来安全隐患。采用PKPM 计算可以使设计者从烦琐的计算中解脱出来，专心应对重要因素。且PKPM 可自动对截面进行优化，设计成型后可自动出图及生成材料报表，进行工程量统计及概预算分析等工作，大大缓解设计者的工作量。