先进制造技术-现代设计技术39392.pptx

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1、2006-4-261成本沉淀理论成本沉淀理论设计的重要性设计的重要性 现代设计技术现代设计技术是先进制造技术是先进制造技术的第一个环节，的第一个环节，根据成本沉淀理根据成本沉淀理论，设计成本占论，设计成本占产品成本产品成本5-7%，但却决定产品成但却决定产品成本的本的70!设计开发设计开发生产准备生产准备加工加工材料消耗材料消耗销售管理销售管理 100%50 0 5%70%18%7%5%54%28%3%对成本的影响成本的影响所需成本所需成本企业中成本的确定企业中成本的确定2006-4-262 传统设计技术传统设计技术传统的产品制造模式是一个开环系统，传统的产品制造模式是一个开环系统，即原料即原

2、料 工业生产工业生产 产品使用产品使用 报报废废 弃入环境。它是靠大量消耗资弃入环境。它是靠大量消耗资源和破坏环境为代价的工业发展模式。源和破坏环境为代价的工业发展模式。所以设计技术主要考虑产品的功能、所以设计技术主要考虑产品的功能、质量和成本。质量和成本。2006-4-263 现代设计技术现代设计技术现代设计技术是根据产品在整个生命周期中功能现代设计技术是根据产品在整个生命周期中功能和市场竞争（时间、质量、价格）的需要，考虑和市场竞争（时间、质量、价格）的需要，考虑生态环境和资源效率，应用科学知识和现化技术生态环境和资源效率，应用科学知识和现化技术，经过设计人员创造性的思维、规划和决策，制，

3、经过设计人员创造性的思维、规划和决策，制定先进的产品设计方案，通过定先进的产品设计方案，通过CAD等先进方法，等先进方法，并使方案付褚实施的技术。并使方案付褚实施的技术。2006-4-264现代设计技术的特点现代设计技术的特点现代设计从单纯的产品功能设计扩展到生现代设计从单纯的产品功能设计扩展到生命周期设计（包括考虑环境因素的绿色设命周期设计（包括考虑环境因素的绿色设计）计）;从传统的经验设计转向应用现代计算机技从传统的经验设计转向应用现代计算机技术的数字化设计技术术的数字化设计技术;从传统的顺序设计方式过渡到并行设计和从传统的顺序设计方式过渡到并行设计和网络协调设计等。网络协调设计等。现代设

4、计技术的发展方向是不断吸收现现代设计技术的发展方向是不断吸收现代科学技术，使其实现数字化、智能化和代科学技术，使其实现数字化、智能化和网络化。网络化。2006-4-265 现代设计技术的内涵现代设计技术的内涵现代设计技术包含了：现代设计技术包含了：绿色产品设计技术绿色产品设计技术优良性能设计基础技术优良性能设计基础技术竞争优势创建技术竞争优势创建技术全寿命周期设计技术全寿命周期设计技术2006-4-266 绿色产品设计技术绿色产品设计技术绿色产品设计技术是在保证产品的功能、质绿色产品设计技术是在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率

5、，使产品在整个生命周期（设计、制源效率，使产品在整个生命周期（设计、制造、使用到报废）中，符合环境保护和人类造、使用到报废）中，符合环境保护和人类健康的需要，对生态环境无害或危害极少，健康的需要，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的设计技术。资源利用率最高，能源消耗最低的设计技术。2006-4-267绿色产品设计技术包括绿色产品设计技术包括:面向环境的设计技术面向环境的设计技术面向能源的设计技术面向能源的设计技术面向材料的设计技术面向材料的设计技术人机工程设计技术人机工程设计技术2006-4-268绿色产品设计技术举例绿色产品设计技术举例 零件结构的拓扑零件结构的拓扑 优化

6、优化 减少材料利用减少材料利用2006-4-269优良性能设计基础技术优良性能设计基础技术优良性能设计基础技术是一项以提高机械产品综合性优良性能设计基础技术是一项以提高机械产品综合性能为目标的设计技术，是各种创新技术发展的基础，能为目标的设计技术，是各种创新技术发展的基础，是全寿命周期设计技术的必要条件，世界各发达国家是全寿命周期设计技术的必要条件，世界各发达国家和企业都十分重视此技术的研究开发和应用。和企业都十分重视此技术的研究开发和应用。体现在静态到动态、单项到综合、个体到系统、无限体现在静态到动态、单项到综合、个体到系统、无限寿命到有限寿命、设计对象向太空、深水、微观、生寿命到有限寿命、

7、设计对象向太空、深水、微观、生命等领域发展，设计的基础理论要求更高。命等领域发展，设计的基础理论要求更高。2006-4-2610优良性能设计基础技术包括：优良性能设计基础技术包括：可靠性设计可靠性设计试验技术试验技术防疲劳断裂设计技术防疲劳断裂设计技术系统动态设计和稳定性设计技术系统动态设计和稳定性设计技术摩擦学设计技术摩擦学设计技术防腐蚀设计技术防腐蚀设计技术表面工程设计技术表面工程设计技术状态监测状态监测补偿控制技术补偿控制技术2006-4-2611竞争优势创建技术竞争优势创建技术竞争优势创建技术是从产品的工作特性和功能竞争优势创建技术是从产品的工作特性和功能目标出发，在特定技术、经济和社

8、会等具体条目标出发，在特定技术、经济和社会等具体条件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产件下，根据相邻学科的原理，创造性地设计产品，并使它在技术及经济上达到最佳水平。品，并使它在技术及经济上达到最佳水平。重点研究设计思维、功能目标评价、设计决策重点研究设计思维、功能目标评价、设计决策技术、新的设计理论与方法、技术、新的设计理论与方法、CAD和集成化和集成化、智能化。智能化。2006-4-2612竞争优势创建技术竞争优势创建技术包括：包括：创新设计技术创新设计技术降低成本设计技术降低成本设计技术快速设计技术快速设计技术仿真与虚拟设计技术仿真与虚拟设计技术智能设计技术智能设计技术广义优化技术广义

9、优化技术工业产品造型设计技术工业产品造型设计技术 采用新原理、新方法的全新产品设计采用新原理、新方法的全新产品设计 设计是一种创造性思维活动，随科技和设计是一种创造性思维活动，随科技和经济的发展对创新设计提出新的挑战，计算经济的发展对创新设计提出新的挑战，计算机的应用为设计创新带来新希望，智能化是机的应用为设计创新带来新希望，智能化是重要方向。重要方向。以缩短产品开发周期为主要目的设计技以缩短产品开发周期为主要目的设计技术，包括模块化设计、并行设计、基于实例术，包括模块化设计、并行设计、基于实例设计、反求设计、虚拟设计等，一切有助于设计、反求设计、虚拟设计等，一切有助于加快产品开发速度的理论和

10、方法都是快速设加快产品开发速度的理论和方法都是快速设计的组成部分，涉及多学科的交叉、多方向计的组成部分，涉及多学科的交叉、多方向发展。发展。并联机床设计并联机床设计并联机床设计并联机床设计2006-4-2613全寿命周期设计技术全寿命周期设计技术全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作全寿命周期设计改变了制造业的企业结构和工作方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效方式，能对产品生产周期、质量和成本进行有效控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要控制，形成生产、销售、用户服务一条龙。主要体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低体现在缩短产品投放市场时间、提高质量、降低生产成本、增强市场

11、竞争力。其特点是全寿命全生产成本、增强市场竞争力。其特点是全寿命全系统管理、全寿命周期费用分析，达到系统管理、全寿命周期费用分析，达到“优生、优生、优育、优管优育、优管”。它包括并行设计技术、面向制造的设计技术、全它包括并行设计技术、面向制造的设计技术、全寿命周期设计数据管理技术、全寿命周期管理及寿命周期设计数据管理技术、全寿命周期管理及费用分析技术。费用分析技术。2006-4-2614全寿命周期设计过程框图全寿命周期设计过程框图Product LifecycleTransformation for theDigital Economy314768259102006-4-2615最引人注目的设

12、计技术最引人注目的设计技术现代设计技术中最受设计工现代设计技术中最受设计工作者关心的是作者关心的是并行设计并行设计技技术和术和虚拟设计虚拟设计技术。技术。2006-4-2616并行设计技术并行设计技术并行设计是并行工程、协同设计、敏捷制造、并行设计是并行工程、协同设计、敏捷制造、虚拟制造等先进技术的基础，它涉及到计算机虚拟制造等先进技术的基础，它涉及到计算机技术、通讯技术、机械设计方法等领域。而并技术、通讯技术、机械设计方法等领域。而并行工程是把行工程是把CAD、制造、管理和质量保证等有制造、管理和质量保证等有机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、机地集成在一起，实现信息集成、信息共享、过程

13、集成。设计者一开始就考虑到产品全生命过程集成。设计者一开始就考虑到产品全生命周期中所有因素，包括质量、进度、成本和用周期中所有因素，包括质量、进度、成本和用户需求。户需求。2006-4-2617并行设计的内容（并行设计的内容（1）过程重构：过程重构：由传统的串行产品开发模式转由传统的串行产品开发模式转变成集成的、并行的产品开发模式，使下变成集成的、并行的产品开发模式，使下游设计过程中的需求及早地反馈给相应过游设计过程中的需求及早地反馈给相应过程中。程中。数字化产品定义：数字化产品定义：包括数字化产品模型定包括数字化产品模型定义和管理、数字化过程定义和管理、数字义和管理、数字化过程定义和管理、数

14、字化工具定义和信息集成，如化工具定义和信息集成，如DFQ、DFA、DFM、CAD/CAE/CAM集成等。集成等。2006-4-2618并行设计的内容（并行设计的内容（2）产品开发队伍重构：产品开发队伍重构：将传统的以功能部门将传统的以功能部门为主线的产品设计，改变以产品为主线，为主线的产品设计，改变以产品为主线，组织多功能集成产品开发团队，进行产品组织多功能集成产品开发团队，进行产品并行开发。并行开发。协同工作环境：协同工作环境：利用多煤体、网络等技术，利用多煤体、网络等技术，组建协调工作环境，支持并行设计。组建协调工作环境，支持并行设计。并行设计技术并行设计技术实际上是一门涉及多个领域实际上

15、是一门涉及多个领域的交叉学科，内容极为丰富。的交叉学科，内容极为丰富。2006-4-2619产品分析产品分析2006-4-2620以下图零件的模具设计为例以下图零件的模具设计为例2006-4-2621 在进行模具设计时，生产、采购、工艺、标在进行模具设计时，生产、采购、工艺、标准化、设计、试模等方面的技术人员协同工作，准化、设计、试模等方面的技术人员协同工作，完成设计。完成设计。2006-4-2622 利用模具利用模具CAD/CAM软件，自动提取软件，自动提取BOM表供表供各生产环节使用。各生产环节使用。2006-4-2623 利用自顶向下的设计方法，将总体零件分利用自顶向下的设计方法，将总体

16、零件分解给不同的设计小组。解给不同的设计小组。2006-4-2624CE产品设计过程（分组）产品设计过程（分组）2006-4-2625型芯设计、型芯设计、NC编程、加工小组编程、加工小组2006-4-2626模架、模板采购加工组模架、模板采购加工组2006-4-2627标准件准备小组标准件准备小组2006-4-2628 利用利用CE以最短的交货期、最好的质量、最以最短的交货期、最好的质量、最低的成本在市场竞争中赢得客户。低的成本在市场竞争中赢得客户。2006-4-2629虚拟设计技术虚拟设计技术全球化、网络化和虚拟化己成为制造业发全球化、网络化和虚拟化己成为制造业发展的重要特征，实现虚拟设计是

17、制造业虚展的重要特征，实现虚拟设计是制造业虚拟化的重要内容。近年来，为了缩短产品拟化的重要内容。近年来，为了缩短产品开发周期、降低生产成本，人们提出了各开发周期、降低生产成本，人们提出了各种各样的制造模式。计算机技术的发展为种各样的制造模式。计算机技术的发展为这些制造模式的应用提供了有力的支持，这些制造模式的应用提供了有力的支持，“虚拟现实虚拟现实”技术的引入更是加快了各种技术的引入更是加快了各种敏捷制造模式的实现。敏捷制造模式的实现。2006-4-2630虚拟现实技术虚拟现实技术虚拟现实技术虚拟现实技术(Virtual Reality)是一种三维计算是一种三维计算机图形技术与计算机硬件技术集

18、成而实现的高机图形技术与计算机硬件技术集成而实现的高级人机交互技术，让用户通过视觉、听觉、触级人机交互技术，让用户通过视觉、听觉、触觉、甚至嗅觉和味觉等多种知觉方式觉、甚至嗅觉和味觉等多种知觉方式，实时地实时地与计算机所建造的仿真环境发生相互作用。比与计算机所建造的仿真环境发生相互作用。比如，进入如，进入“虚拟厂房虚拟厂房”，操纵，操纵“虚拟机床虚拟机床”，抓取抓取“虚拟零件虚拟零件”，组装，组装“虚拟设备虚拟设备”等等。等等。2006-4-2631虚拟现实的硬件设备虚拟现实的硬件设备虚拟现实技术提供：具有独特输入虚拟现实技术提供：具有独特输入/输出装置输出装置的特殊人机界面，如头盔式显示器的

19、特殊人机界面，如头盔式显示器HMD、跟、跟踪器、数据手套、定位器等。借助这些虚拟踪器、数据手套、定位器等。借助这些虚拟外设，比之传统外设，比之传统CAD技术，用户就可沉浸在技术，用户就可沉浸在仿真环境之中，有仿真环境之中，有“身临其境身临其境”的感觉，从的感觉，从而完成在现实世界中可能或不可能的工作。而完成在现实世界中可能或不可能的工作。2006-4-2632（1）头盔（）头盔（HMD-Head Mounted Display)两个两个LCD 或或CRT显示器显示器 典型分辨率典型分辨率 360 x 2402006-4-2633 （2）立体眼镜）立体眼镜 由液晶光栅眼镜和红外线控制器组成。由液

20、晶光栅眼镜和红外线控制器组成。（3）三维鼠标）三维鼠标 六自由度探测器，利用内构式超声接收器和具六自由度探测器，利用内构式超声接收器和具 有发射器的固定基坐标来测量鼠标器离开桌面有发射器的固定基坐标来测量鼠标器离开桌面 后的位置和方向。后的位置和方向。（4）跟踪器（）跟踪器（Tracker)对对VR用户的头或手的位置和方向进行实时的、用户的头或手的位置和方向进行实时的、精确的测量。精确的测量。类型有：类型有：机械式、电磁式和超声式。机械式、电磁式和超声式。2006-4-2634 （5）数据手套）数据手套 将用户手的姿势转化成计算机能读的数据，有测将用户手的姿势转化成计算机能读的数据，有测 量几

21、个或全部手指关节的传感器。有的具有三维量几个或全部手指关节的传感器。有的具有三维 传感器，以跟踪用户腕部的运动。传感器，以跟踪用户腕部的运动。基于光导衰基于光导衰减的光纤手减的光纤手套套2006-4-2635 （6）立体投影屏幕）立体投影屏幕 通过立体复合技术显示左、右眼的信息。通过立体复合技术显示左、右眼的信息。使用使用“无源无源”偏振眼镜。偏振眼镜。价格低，可多人参与。价格低，可多人参与。2006-4-2636 （1）单人沉浸式）单人沉浸式 头盔式立体显示器头盔式立体显示器 产生逼真的沉浸感产生逼真的沉浸感虚虚拟拟环环境境产产生生器器头头盔盔显显示示器器声音合成声音合成语音识别电子显示装置

22、头/眼/手 跟踪触觉触觉/动觉系统动觉系统手位置手位置头位置头位置眼位置眼位置虚拟现实环境的几种主要形式虚拟现实环境的几种主要形式2006-4-2637 （2）虚拟世界窗口）虚拟世界窗口 在虚拟环境中建立一窗口，通过该窗口漫游环境。在虚拟环境中建立一窗口，通过该窗口漫游环境。（3）半实物模拟）半实物模拟 建立半事物模拟环境，并提供实际控制与屏幕上建立半事物模拟环境，并提供实际控制与屏幕上 虚拟环境之间的交互途径。虚拟环境之间的交互途径。（4）CAVE 墙式显示屏全自动声像虚拟环境。墙式显示屏全自动声像虚拟环境。2006-4-2638虚拟现实技术应用虚拟现实技术应用 真实感图形显示真实感图形显示

23、2006-4-2639虚拟现实技术应用虚拟现实技术应用 真实感图形显示真实感图形显示2006-4-2640虚拟现实技术应用虚拟现实技术应用2006-4-2641虚拟现实技术应用虚拟现实技术应用2006-4-2642高临场感的视景仿真系统高临场感的视景仿真系统2006-4-2643虚拟现实技术虚拟现实技术 各种仿真工具各种仿真工具2006-4-2644虚拟现实技术虚拟现实技术 虚拟使用、操作工具虚拟使用、操作工具2006-4-2645增强现实技术增强现实技术(Augment Reality)增强现实技术是一种增强现实技术是一种“虚实结合虚实结合”的人机交互的人机交互技术，是技术，是“看穿看穿(s

24、ee-through)”计算机生成计算机生成显示技术。由于计算机图像显示技术。由于计算机图像(虚体虚体)被叠加在实被叠加在实物物(实体实体)之上，用户看到了物理世界与虚拟世之上，用户看到了物理世界与虚拟世界的混合体。比如，轿车整车装配时，车身是界的混合体。比如，轿车整车装配时，车身是计算机产生的图像，而车架、装配环境则是实计算机产生的图像，而车架、装配环境则是实物，用户可以操作车身，使之逼真地安放在真物，用户可以操作车身，使之逼真地安放在真实车架上，从而进行装配分析。实车架上，从而进行装配分析。2006-4-2646虚拟制造中的主要使能技术虚拟制造中的主要使能技术目前虚拟制造的内涵已远远超出最

25、早的范畴，目前虚拟制造的内涵已远远超出最早的范畴，但虚拟现实技术和增强现实技术仍然是虚拟制但虚拟现实技术和增强现实技术仍然是虚拟制造的重要使能技术，可以使虚拟制造中的各项造的重要使能技术，可以使虚拟制造中的各项活动具有更强的逼真效果，从而提供更准确的活动具有更强的逼真效果，从而提供更准确的产品设计与过程设计的评价分析手段。产品设计与过程设计的评价分析手段。2006-4-2647应用虚拟制造的意义应用虚拟制造的意义虚拟制造技术可以用于产品与过程设计、虚拟制造技术可以用于产品与过程设计、产品开发成本和风险分析估算、产品与过产品开发成本和风险分析估算、产品与过程开发的集成，生产管理决策的改善，产程开

26、发的集成，生产管理决策的改善，产品生产前各项生产活动的验证等。品生产前各项生产活动的验证等。虚拟制造技术可以促进远程协同产品开发虚拟制造技术可以促进远程协同产品开发的实现，充分利用网络上的制造资源。的实现，充分利用网络上的制造资源。虚拟制造技术可以应用于制造业企业或教虚拟制造技术可以应用于制造业企业或教育部门的技能培训与教育。育部门的技能培训与教育。2006-4-2648国外研究概况国外研究概况(1)虚拟制造技术是九十年代产物，国外许多虚拟制造技术是九十年代产物，国外许多知名企业正在积极开发此技术。在汽车、知名企业正在积极开发此技术。在汽车、飞机、工程机械、武器等产品上应用成果飞机、工程机械、

27、武器等产品上应用成果己有报导，以下是几个例子：己有报导，以下是几个例子：美国国防部先进研究计划署美国国防部先进研究计划署ARPA正在致正在致力于将虚拟环境与物理建模、分布离散模力于将虚拟环境与物理建模、分布离散模拟等技术结合，为虚拟武器设计提供先进拟等技术结合，为虚拟武器设计提供先进的手段。的手段。2006-4-2649国外研究概况国外研究概况(2)加利福尼亚军火承包商加利福尼亚军火承包商Rockwell International开发了将现有开发了将现有CAD数据转换数据转换传递到虚拟环境的软件，工程技术人员能传递到虚拟环境的软件，工程技术人员能看见设备部件是如何被装配的，无须制作看见设备部

28、件是如何被装配的，无须制作零部件的物理模型。零部件的物理模型。美国美国Metalagraphic公司应用虚拟检测技公司应用虚拟检测技术于航空和军事产品的零部件加工。术于航空和军事产品的零部件加工。2006-4-2650国外研究概况国外研究概况(3)食品生产商食品生产商Nabisco计划将组装生产线计划将组装生产线进行拟实化，以便培训人员去维护和维修进行拟实化，以便培训人员去维护和维修生产线。生产线。摩托罗拉自摩托罗拉自1994年起使用虚拟技术开发年起使用虚拟技术开发产品，据报道，该项技术节约了该公司数产品，据报道，该项技术节约了该公司数百万美元的培训费用。百万美元的培训费用。波音公司用虚拟原型

29、技术在计算机上建波音公司用虚拟原型技术在计算机上建立了波音立了波音777飞机的最终模型。飞机的最终模型。2006-4-2651国外研究概况国外研究概况(4)福特汽车公司已经计划在汽车设计与工程中福特汽车公司已经计划在汽车设计与工程中应用虚拟环境技术，该公司的先进车辆技术组应用虚拟环境技术，该公司的先进车辆技术组在装配仿真和虚拟成型方面应用虚拟技术，以在装配仿真和虚拟成型方面应用虚拟技术，以提高空气动力学、人机工程学和外型表面建模提高空气动力学、人机工程学和外型表面建模的效果。的效果。卡特匹勒卡特匹勒(Caterpillar Inc)公司将虚拟设计公司将虚拟设计技术用在评价新样车的内部可视性。该

30、公司还技术用在评价新样车的内部可视性。该公司还打算用该项技术让客户打算用该项技术让客户“实际试车实际试车”新产品。新产品。2006-4-2652国外研究概况国外研究概况(5)在基础研究和工具系统开发方面也取得了进展在基础研究和工具系统开发方面也取得了进展 美国马里兰大学开发了用于分析设计产品可制美国马里兰大学开发了用于分析设计产品可制造性的造性的IMACS系统；系统；美国美国NIST正在开发面向虚拟制造的信息交换系正在开发面向虚拟制造的信息交换系统；统；美国华盛顿州立大学面向设计与制造的虚拟环美国华盛顿州立大学面向设计与制造的虚拟环境境VEDAM系统是在系统是在PTC的的Pro/Enginee

31、r等等CAD/CAM系统上开发的，包括加工设备建模、虚拟系统上开发的，包括加工设备建模、虚拟设计、虚拟制造和虚拟装配等虚拟环境。设计、虚拟制造和虚拟装配等虚拟环境。2006-4-2653国外研究概况国外研究概况(6)英国英国Bath大学的大学的G.Bayliss等人提出的等人提出的VMAN(Virtual Manufacturing)计划指在计划指在探索简易的虚拟现实技术对工程领域的计探索简易的虚拟现实技术对工程领域的计算机辅助设计的作用。在该计划中，利用算机辅助设计的作用。在该计划中，利用虚拟现实技术生成工作空间，允许用户利虚拟现实技术生成工作空间，允许用户利用假想的机器设备制造产品，然后将

32、该过用假想的机器设备制造产品，然后将该过程再现在真实的数控机床上。程再现在真实的数控机床上。2006-4-2654国外研究概况国外研究概况(7)新加坡国立大学新加坡国立大学Lee和和Noh等人利用因特网、等人利用因特网、专家系统开发工具、专家系统开发工具、HTML/VRML和数据管理系和数据管理系统，开发了一个虚拟制造原型系统作为工程和生统，开发了一个虚拟制造原型系统作为工程和生产活动的实验台；产活动的实验台；日本大阪大学工学部电子控制机械学科的岩田日本大阪大学工学部电子控制机械学科的岩田一明教授和小野里雅彦副教授领导的研究小组自一明教授和小野里雅彦副教授领导的研究小组自1991年着手开发应用

33、的虚拟制造系统年着手开发应用的虚拟制造系统Virtual Works和和Open Virtual Works。该系统能如同。该系统能如同现实制造。现实制造。2006-4-2655国外研究概况国外研究概况(8)系统一般生成和处理有关制造系统的构造、系统一般生成和处理有关制造系统的构造、状态、行为等信息，包括模拟设计、规划、状态、行为等信息，包括模拟设计、规划、管理等制造活动的虚拟逻辑系统和建模，诸管理等制造活动的虚拟逻辑系统和建模，诸如机器、材料、工作人员等生产现场中的物如机器、材料、工作人员等生产现场中的物理实体，并模拟这些物理实体间相互作用的理实体，并模拟这些物理实体间相互作用的虚拟物理系统

34、。虚拟物理系统。2006-4-2656国内研究概况国内研究概况(1)国内虚拟制造技术尚处于研究起步阶段。国内虚拟制造技术尚处于研究起步阶段。虚拟制造技术的一些单元技术在国家自然科学虚拟制造技术的一些单元技术在国家自然科学基金、国家基金、国家863计划、国家重点攻关项目的资计划、国家重点攻关项目的资助下己取得了一定的成果。助下己取得了一定的成果。1998年年8月月“虚拟虚拟制造技术研讨与演示会制造技术研讨与演示会”在北京举行、标志着在北京举行、标志着相关领域的研究己初具规模。相关领域的研究己初具规模。2006-4-2657国内研究概况国内研究概况(2)国内具体研究的内容涉及虚拟产品装配、虚拟塑国

35、内具体研究的内容涉及虚拟产品装配、虚拟塑性成型、机床总体方案虚拟设计、虚拟测试、虚性成型、机床总体方案虚拟设计、虚拟测试、虚拟板材成型、虚拟数控加工以及虚拟组织和虚拟拟板材成型、虚拟数控加工以及虚拟组织和虚拟企业等。但从总体来看，由于计算机软硬件设备企业等。但从总体来看，由于计算机软硬件设备的限制，大多停留在系统框架和总体技术的研究的限制，大多停留在系统框架和总体技术的研究程度，实质性的面向应用的关键技术研究还有待程度，实质性的面向应用的关键技术研究还有待进一步拓宽范围。进一步拓宽范围。2006-4-2658虚拟制造技术涉及的软件虚拟制造技术涉及的软件国外软件公司在巨大应用需求推动下，纷纷推国

36、外软件公司在巨大应用需求推动下，纷纷推出出Deneb、Multigen、dVISE、WorldToolKit、Medit、MR、Lightscape、Release X、EAI、MOSS等一批支持虚拟制造的软件产品。从使等一批支持虚拟制造的软件产品。从使用情况看，这些软件大大丰富了用情况看，这些软件大大丰富了CAD技术内容，技术内容，但价格较贵，产品的模块一般为数万美元左右。但价格较贵，产品的模块一般为数万美元左右。2006-4-2659几种软件的功能几种软件的功能(1)Deneb软件是美国软件是美国Deneb Robotics公司开发公司开发的，系统有五个模块：的，系统有五个模块：Envis

37、ion、Quest、Virtual NC、Assembly、ERGO。主要功能。主要功能有：虚拟样机设计分析、虚拟环境漫游、离散有：虚拟样机设计分析、虚拟环境漫游、离散事件仿真、加工过程仿真、虚拟装配和拆卸仿事件仿真、加工过程仿真、虚拟装配和拆卸仿真、人体建模与分析等。真、人体建模与分析等。EAI软件是由美国软件是由美国Engineering Animation INC公司开发，有三个模块：公司开发，有三个模块：VisMockUp VisFly、VisLab，功能是装配分析、装配设置，功能是装配分析、装配设置评估、模型可视化，三维工程动画。评估、模型可视化，三维工程动画。2006-4-2660

38、几种软件的功能几种软件的功能(2)dVISE软件是英国软件是英国Division公司开发，系统有公司开发，系统有五个模块：五个模块：dv/WebFly、dv/Player、dv/Review、dv/Mock-Up、dvReality。主要。主要功能有：实时网上信息浏览、虚拟样机、装配功能有：实时网上信息浏览、虚拟样机、装配拆卸仿真等。拆卸仿真等。WorldToolKit软件是美国软件是美国Sence 8公司开发，公司开发，主要模块是主要模块是WorldUp。主要功能是实时交互虚。主要功能是实时交互虚拟环境的建立。拟环境的建立。2006-4-2661虚拟制造技术的研究动向虚拟制造技术的研究动向(

39、1)虚拟制造系统的体系研究：包括系统的构成及虚拟制造系统的体系研究：包括系统的构成及相互关系、系统的功能、系统的实现技术等。相互关系、系统的功能、系统的实现技术等。日本大阪大学小野里雅彦等人参照现实制造系日本大阪大学小野里雅彦等人参照现实制造系统的结构与功能提出了虚拟制造系统的体系框统的结构与功能提出了虚拟制造系统的体系框架。美国标准与技术研究所架。美国标准与技术研究所NIST提出的强调模提出的强调模块化的虚拟制造体系包括调度器块化的虚拟制造体系包括调度器Scheduler、控制器控制器Controller、仿真器、仿真器Simulator、数据、数据采集模块采集模块Data acquisit

40、ion module、状态数、状态数据库据库Status database。2006-4-2662 虚拟制造技术研究动向虚拟制造技术研究动向(2)支持虚拟制造软件系统开发研究。目前商用相支持虚拟制造软件系统开发研究。目前商用相关软件系统的功能有限，大多只能完成三维世关软件系统的功能有限，大多只能完成三维世界的可视化，比如虚拟空间中的穿越与浏览。界的可视化，比如虚拟空间中的穿越与浏览。而具有碰撞检测、接触分析、实时仿真、高级而具有碰撞检测、接触分析、实时仿真、高级可视化和交互功能的系统尚处于开发阶段。目可视化和交互功能的系统尚处于开发阶段。目前，相关软件系统基本上是国外产品。价格昂前，相关软件系

41、统基本上是国外产品。价格昂贵，开发符合国情、价廉和功能完善的虚拟制贵，开发符合国情、价廉和功能完善的虚拟制造系统是一项重要工作。造系统是一项重要工作。2006-4-2663企业如何实现虚拟制造企业如何实现虚拟制造 1.建立企业网和数据库，初步实现建立企业网和数据库，初步实现CAD、CAPP、CAM的功能。的功能。2.推行推行PDM技术，进行信息集成，形成一个技术，进行信息集成，形成一个CAD、CAPP、CAM的集成系统。的集成系统。3.建立产品统一信息模型，初步实现并行工程，建立产品统一信息模型，初步实现并行工程，将将MIS、MRPII、ERP与与CAD、CAPP、CAM系系 统集成，实现企业

42、信息集成，全面实现并行工程。统集成，实现企业信息集成，全面实现并行工程。4.基于上述工作，对企业内的生产、经营等多方面基于上述工作，对企业内的生产、经营等多方面 的活动进行建模、仿真，实现虚拟制造。的活动进行建模、仿真，实现虚拟制造。2006-4-2664技术人员及用户实际制造过程数 字 化 模 型计算机仿真虚拟现实虚拟开发平台虚拟企业平台虚拟设计虚拟加工虚拟企业动态组合协同工作环境虚拟装配有限元分析运动学分析动力学分析装配工艺规划异地设计异地装配异地测试资源共享人机交互网络支撑环境系统集成环境任务协调环境成形过程分析工艺过程优化工具设计优化单元工艺优化加工过程优化装配路径规划公差分配规划装配

43、质量规划虚拟生产平台虚拟调度虚拟设备虚拟布局实现集成支撑环境优化集成方案模拟实际生产环境模拟生产动态过程优化生产环境布局模拟产品生产过程优化生产调度方案产品数据管理（PDM）虚拟制造体系结构虚拟制造体系结构2006-4-2665结结 束束 语语市场竞争的生命力在于产品的创新。任何科技市场竞争的生命力在于产品的创新。任何科技成果要转变为有竞争力的商品，设计起着关键成果要转变为有竞争力的商品，设计起着关键性的作用。设计是产品制造的第一道工序，设性的作用。设计是产品制造的第一道工序，设计工作质量和水平，直接关系到产品的质量、计工作质量和水平，直接关系到产品的质量、性能、研制周期和技术经济效益。关心设计技性能、研制周期和技术经济效益。关心设计技术、研究发展设计技术、广泛应用先进设计技术、研究发展设计技术、广泛应用先进设计技术是我们这一代人的神圣职责。术是我们这一代人的神圣职责。