先进制造技术 现代制造系统

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1、第5章现代制造系统5.1虚拟制造技术（VM）5.2计算机集成制造系统（CIMS）5.3并行工程（CE）5.4精益生产（LP）5.5敏捷制造（AM）5.6绿色制造5.1虚拟制造技术（VM）随着全球知识经济的兴起和快速变化，竞争日益激烈的市场对制造业提出了更为苛刻的要求。虚拟制造（VirtualManufacturing，VM）技术是在20世纪90年代以后，虚拟现实（VirtualReality，VR）技术发展成熟以后出现的一种全新的先进制造技术。5.1.1虚拟现实的概念这里的“虚拟”不是虚幻或者虚无，而是指物质世界的数字化，也就是对真实世

2、界的动态模拟和再现，即虚拟现实。它是通过综合利用计算机图形系统和各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境，同时，向操作者提供“沉浸”感觉。操作者感觉他自己的视点或身体的某一部分下一页返回5.1虚拟制造技术（VM）处于计算机生成的虚拟空间之中。这种由计算机生成的、可跟使用者交互的三维环境称为虚拟环境；而由图形系统及各种接口设备组成的，用来产生虚拟环境并提供沉浸感觉以及交互性操作的计算机系统称为虚拟现实系统。虚拟现实系统大大提高了人与计算机间的和谐程度，利用虚拟现实系统，可以对真实世界进行动态模拟，计算机能够跟踪用户的输入，

3、及时按修改模拟指令获得虚拟环境，使用户和模拟环境之间建立起一种实时交互性关系，从而使用户产生身临其境的沉浸感觉，成为一种有力的仿真工具。上一页下一页返回5.1虚拟制造技术（VM）一个完整的虚拟现实系统包含操作者、计算机及人机接口三个基本要素。操作者在系统中处于主导地位，在虚拟环境中漫游，同时，根据需要发出观察和操作需要的指令，操纵计算机实现环境的虚拟；计算机是虚拟环境的核心，接收操作者指令，通过运算，生成用户能与之交互的虚拟环境；人机接口则是大量传感与控制装置，将虚拟环境与操作者连接起来。5.1.2虚拟制造的概念和分类虚拟制造是实际制造

4、过程在计算机上的一种虚拟，即虚拟现实技术在制造中的应用或者实现。这一全新的制造模式最早由美国于1993年首先提出，目前还没有统一的定义，通俗地说，虚拟制造技术是采用计算机仿真与虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上创造一个虚拟的制造上一页下一页返回5.1虚拟制造技术（VM）环境，操作者身处其中，可以虚拟实现产品的设计、工艺规则、加工制造、性能分析、质量检验，包括企业各级过程的管理与控制等产品制造。通过这个过程，可以增强人们对制造过程各级的决策与控制能力。虚拟制造包括与产品开发制造有关的工程活动的虚拟，同时也涉及与企业

5、组织经营有关的管理活动的虚拟。因此，虚拟设计、生产和控制机制是虚拟制造的有机组成部分，按照这种思想可以将虚拟制造分成三类，即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。由于虚拟制造基本不消耗资源和能量，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与制造过程在计算机上的本质实现，因此，虚拟制造引起了人们的广泛关注，成为现代制造技术上一页下一页返回5.1虚拟制造技术（VM）发展中最重要的模式之一，而且，已经出现了许多成功的应用实例。以设计为中心的虚拟制造又称为“面向设计的虚拟制造”，它把制造信息引入到设计的全过程，利用

6、仿真技术来优化产品设计，从而在设计阶段就可以对所设计的零件甚至整机进行可制造性分析，包括加工过程的工艺分析、铸造过程的热力学分析、运动部件的运动学分析和动力学分析等，甚至包括加工时间、加工费用、加工精度分析等。它主要解决的问题是“设计出来的产品是怎样的”，能在三维环境下进行设计产品、模拟装配及产品虚拟开发等。以生产为中心的虚拟制造又称“面向生产的虚拟制造”，是在上一页下一页返回5.1虚拟制造技术（VM）生产过程模型中融入仿真技术，以此来评价和优化生产过程，以便低费用、快速地评价不同的工艺方案、资源需求规划、生产计划等。其主要目标是对产品

7、的“可生产性”进行评价，解决“这样组织生产是否合理”的问题，能对制造资源和环境进行优化组合，提供精确的生产成本信息，便于进行合理化决策，。以控制为中心的虚拟制造又称“面向控制的虚拟制造”，是将仿真加到控制模型和实际处理中，达到优化制造过程的目的。其支持技术主要基于仿真的最优控制，其具体的实现工具是虚拟仪器，它利用计算机软硬件的强大功能，将传统的各种控制仪表和检测仪表的功能数字化，并可灵活地进行各种功能的组合。它主要是解决“应如何去控制”、“这样控制是否合理和最优”的问题。上一页下一页返回5.1虚拟制造技术（VM）5.1.3虚拟制造体系结

8、构为了实现“在计算机里进行制造”的目的，虚拟制造技术必须提供从产品设计到生产计划和制造过程优化的建模和模拟环境。由于虚拟制造系统的复杂性，人们从不同角度构建了许多不同的虚拟制造系统体系结构。图5-1所示为清