虚拟样机技术概述
虚拟制造技术内容简介
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
虚拟现实技术简介
虚拟现实简介及行业发展前景 一、虚拟现实简介 虚拟现实(Virtual Reality，简称VR，又译作灵境、幻真)是近年来出现的高新技术，也称灵境技术或人工环境。虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三度空间内的事物 百科内容： VR是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等感觉，使人作为参与者通过适当装置，自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时，电脑可以立即进行复杂的运算，将精确的3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、计算机仿真技术、人工智能、传感技术、显示技术、网络并行处理等技术的最新发展成果，是一种由计算机技术辅助生成的高技术
模拟系统。 概括地说，虚拟现实是人们通过计算机对复杂数据进行可视化操作与交互的一种全新方式，与传统的人机界面以及流行的视窗操作相比，虚拟现实在技术思想上有了质的飞跃。 虚拟现实中的“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境，它可以是实际上可实现的，也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。而“虚拟”是指用计算机生成的意思。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己“投射”到这个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。 二、虚拟现实分类 行业概况： 北京傲唯刃道科技有限公司甘健先生认为：供求关系是一个行业能否快速发展的前提。目前来看，市场需求是很大的，而供应方面却略显不足，尤其是拥有核心知识产权，专利产品及服务质量过硬的企业并不多，行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛的阶段，行业需求巨大，
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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
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。
虚拟现实系统简介
《虚拟现实》 教学目的和要求： 1、了解虚拟现实的概念； 2、了解虚拟现实的组成及国内 和同外虚拟现实研究的现状。 教学重点： 1、虚拟现实定义； 2、虚拟现实的组成； 3、虚拟现实的应用研究现状； 4、虚拟现实的应用前景。 1.前言 人类有许多梦想，一些梦想已经变为现实，而有一些梦想也许永远都 不可能实现。然而，有一种技术却能使一切梦想全部在感知中实现，这就 是虚拟现实技术 虚拟现实技术（Virtual Reality，简称VR）。 虚拟现实是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒 体技术以及传感技术的基础上发展起来的交叉学科，由于它生成的视觉环 境是立体的、音效是立体的，人机交互是和谐友好的，因此虚拟现实技术 将一改人与计算机之间枯燥、生硬和被动的现状，即计算机创造的环境将 人们陶醉在流连忘返的工作环境之中。 虚拟现实（VR）技术是20世纪90年代以来兴起的一种新型信息技术， 它集多媒体、网络技术、传感技术等多种先进技术为一体， 是当今前景最好的计算机技术之一。 虚拟现实 虚拟环境 虚拟房间 虚拟汽车 虚拟人 虚拟现实技术的发展 1965年，Sutherland在篇名为《终极的显示》（The Ultimate Display）的 论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟 现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现 实系统的研究探索历程。 1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD系统。基于从60年代以来所 取得的一系列成就，美国的Jaron Lanier 在80年代初正式提出了“Virtual Reality”一词。 80年代，美国宇航局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实 技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技 术的广泛关注。1984年，NASA Ames研究中心虚拟行星探测实验室组织开 发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计 算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。 虚拟现实技术的发展 90年代，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机 软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图象的实时 动画制作成为可能；人机交互系统的设计不断创新，新颖、实 用的输入输出设备不断地进入市场。而这些都为虚拟现实系统 的发展打下了良好的基础。 例如1993年的11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成 了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，而用虚 拟现实技术设计波音777获得成功，是近年来引起科技界瞩目 的又一件工作。
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。
虚拟现实技术-综述
浅谈虚拟现实技术在规划领域中的应用 作者：Why 摘要：随着信息时代的到来，越来越多的高新技术应用到社会的各个领域中来，而作为信息技术发展的首要驱动力的“虚拟现实”技术也越来越多地应用到规划领域中来。本文着重论述了虚拟现实技术在城市规划中的应用范围、应用的意义及其为我们带来的便利。 关键词：虚拟现实、范围、发展、迫切性、城市规划 虚拟现实（Virtual Reality，简称VR），又称灵境技术，是90年代为科学界和工程界所关注的技术。它的兴起，为人机交互界面的发展开创了新的研究领域；为智能工程的应用提供了新的界面工具；为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的描述方法。它是一种基于可计算信息的沉浸式交互环境，具体的说，就是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境，用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互使用、相互影响，从而产正亲临其境的真实环境的感受和体验。这种技术的应用，改进了人们利用计算机进行多工程数据处理的方式，尤其在需要对大量抽象数据进行处理时；同时，它在许多不同领域的应用，可以带来巨大的经济效益。 1、虚拟现实技术的发展概述 1965年，Sutherland在篇名为《终极的显示》的论文中首次提出了包括具有交互图形显示、力反馈设备以及声音提示的虚拟现实系统的基本思想，从此，人们正式开始了对虚拟现实系统的研究探索历程。 随后的1966年，美国MIT的林肯实验室正式开始了头盔式显示器的研制工作。在这第一个HMD的样机完成不久，研制者又把能模拟力量和触觉的力反馈装置加入到这个系统中。1970年，出现了第一个功能较齐全的HMD系统。基于从60年代以来所取得的一系列成就，美国的JaronLanier在80年代初正式提出了“VirtualReality”一词。 80年代，美国宇航局（NASA）及美国国防部组织了一系列有关虚拟现实技术的研究，并取得了令人瞩目的研究成果，从而引起了人们对虚拟现实技术的广泛关注。1984年，NASAAmes研究中心虚拟行星探测实验室的M.McGreevy和J.Humphries博士组织开发了用于火星探测的虚拟环境视觉显示器，将火星探测器发回的数据输入计算机，为地面研究人员构造了火星表面的三维虚拟环境。在随后的虚拟交互环境工作站（VIEW）项目中，他们又开发了通用多传感个人仿真器和遥现设备。 进入90年代，迅速发展的计算机硬件技术与不断改进的计算机软件系统相匹配，使得基于大型数据集合的声音和图象的实时动画制作成为可能；人机交互系统的设计不断创新，新颖、实用的输入输出设备不断地进入市常而这些都为虚拟现实系统的发展打下了良好的基矗例如1993年的11月，宇航员利用虚拟现实系统成功地完成了从航天飞机的运输舱内取出新的望远镜面板的工作，而用虚拟现实技术设计波音777获得成功，是近年来引起科技界瞩目的又一件工作。可以看出，正是因为虚拟现实系统极其广泛的应用领域，如娱乐、军事、航天、设计、生产制造、信息管理、商贸、建筑、医疗保险、危险及恶劣环境下的遥操作、教育与培训、信息可视化以及远程通讯等，人们对迅速发展中的虚拟现实系统的广阔应用前景充满了憧憬与兴趣。 2、虚拟现实在规划领域的应用范围 虚拟现实在规划信息存储和查询系统中的应用 例如土质数据库系统，地域信息系统，地理信息系统，城市政策信息系统等。这一类系
虚拟制造技术
虚拟制造技术 制造业的发展对产品性能、规格、品种不断提出新的要求，产品的生命周期越来越短，新产品的开发时间是决定性因素。虚拟制造(virtual Manufacturing , VM )技术可以模拟由产品设计、制造到装配的全过程，对设计与制造过程中可能出现的问题进行分析与预测，提出改进措施，实现产品从开发到制造整个过程的优化，达到降低产品生命周期、减小开发风险、提高经济效益的目的。而机械加工过程仿真在虚拟制造中占有重要地位，它通过对机床一工件一刀具构成的工艺系统中的各种加工信息的有效预测与优化，为实际加工过程智能化的实现创造了有利条件，同时它也是研究加工过程的重要手段。 1 .虚拟制造的提出 从虚拟制造形成发展的过程来看，虚拟制造概念的最初提出与虚拟现实的出现有关。但是随着虚拟制造被广大学者接受的同时，虚拟制造的外沿也逐渐扩大。可以认为，虚拟制造技术就是利用计算机仿真、多媒体、传感器等技术将现实的产品设计制造过程虚拟化，其本质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，在产品设计阶段或产品制造之前，就能实时地并行地模拟产品的制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能、成本和可制造性，从而有助于更有效、更经济灵活地组织生产制造，使工厂和车间的资源得到合理配置，使生产布局更合理、更有效，以达到产品的开发周期和成本的最优化、生产效率的最高化等目的。 为了论证VM 技术在英国制造工业实现的可行性和其在制造中的技术潜力，英国Nottingham 大学的SueV · G · Cobb 等构造了一个虚拟示范工厂，包括虚拟设计一制造一检测几个环节，以便对虚拟制造技术的可行性进行演示和验证。其演示的内容包括： l )对一个“虚拟雕塑”进行建模，即尺寸的形成、修改、调整和着色; 2 )通过设计、制造和测试交互，形成快速原型; 3 )在工厂车间中进行漫步; 4 )视点的快速变换― 外部视点、内部视点和自主视点; 5 )对设备操作控制进行训练; 6 )制造过程中几个阶段的可视化; 7 )对制造质量进行工程学的评估。 虚拟示范工厂的开发者们在英国工业范围内选出了23 个有代表性的企业，如机械工业、汽车发动机制造业、建筑业、信息工业、零售业等，组织相关人员参观、控制和操作虚拟系统，并自行决定如何与虚拟系统进行交互。然后进行讨论并填写一些表格，回答对演示特征的印象、对工业领域的实用性和能否激励工程师和设计者使用VM 技术等问题。可行性研究的综合结果表明，几乎所有的被调查对象都深刻地认识到VM 技术在他们公司的应用前景是光明的，并且希望在下一个5 年内能用上它.
第1章 机械制造技术概论习题及答案
第1章练习作业题 1. 单项选择 1-1 按照系统的观点，可将生产定义为使生产（③）转变为生产财富并创造效益的输入输出系统。 ①对象②资料③要素④信息 1-2 度量生产过程效率的标准是（④）。 ①产量②产值③利润④生产率 1-3 制造从广义上可理解为（②）生产。 ①连续型②离散型③间断型④密集型 1-4 精良生产是对（④）公司生产方式的一种描述。 ①波音②通用③三菱④丰田 1-5 在先进的工业化国家中，国民经济总产值的约（③）来自制造业。 ① 20% ② 40% ③ 60% ④ 80% 1-6 在机械产品中，相似件约占零件总数的（③）。 ① 30% ② 50% ③ 70% ④ 90% 1-7 零件分类编码系统是用（③）对零件有关特征进行描述和识别的一套特定的规则和依据。 ①文字②数字③字符④字母 1-8 成组技术按（④）组织生产。 ①产品②部件③零件④零件组 1-9 CIM是（②）和生产技术的综合应用，旨在提高制造型企业的生产率和响应能力。 ①高新技术②信息技术③计算机技术④现代管理技术 1-10 并行工程是对产品及（④）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。 ①零件②设备③工艺装备④相关过程 1-11 实行并行工程的企业多采用（③）的组织形式。 ①直线式②职能式③矩阵式④自由式 1-12 在多变的市场环境下，影响竞争力的诸要素中（①）将变得越来越突出。 ①时间②质量③成本④服务
2. 多项选择 2-1 生产要素包括（①②③④）和生产信息。 ①生产对象②生产资料③能源④劳动力 2-2 21世纪机械制造业发展趋向是（①②③）智能化和清洁化。 ①自动化②柔性化③集成化④批量化 2-3 专业化协作与扩散生产的形式有（①②③）等。 ①组织各种专业化基础零部件生产厂②组织专业化毛坯生产厂 ③实行工艺性协作④实行主机装配协作 2-4 机械零件之间的相似性主要表现在（②③④）等几方面。 ①零件名称相似性②零件结构特征相似性③零件材料特征相似性④零件 制造工艺相似性 2-5 采用生产流程分析法划分零件组的优点是（②④）。 ①无须编制零件工艺规程②可保证同一零件组内的零件的工艺相似性③可由 零件编码直接划分零件组④可在划分零件组的同时形成机床组 2-6 成组生产单元按其规模、自动化程度和机床布置形式，可分为（①②③）和成组柔性制造系统等几种类型。 ①成组单机②成组单元③成组流水线④成组刚性自动线 2-7 产品、部件、零件标准化的内容包括（①②④）。 ①名称标准化②结构标准化③材料标准化④零部件标准化 2-8 CIMS功能模型中质量信息系统包括（①②④）等。 ① CAI ② CAT ③ CAE ④ CAQC 2-9 实施并行工程可以（①③④）等。 ①缩短产品开发周期②减少制造工作量③降低产品制造成本④减少工程变更次数 2-10 并行工程在产品设计过程中必须同时考虑下游的（①②）过程。 ①制造②支持③销售④使用 2-11 敏捷制造的通讯基础结构包括（①②③④）等。 ①建立大范围的信息传输网络②建立统一的产品信息模型③建立企业信息 模型和管理信息模型④制定信息传输标准 2-12 敏捷制造的特征有（①②③）。 ①快捷的需求响应②动态的组织形式③集成的制造资源④稳定的人员编制
虚拟现实文献综述
《VRML虚拟现实技术在数字校园系统中应用研究》文献综述 摘要：教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了数字校园，阐明了数字校园的地位和作用。虚拟数字校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。将虚拟现实技术应用在数字校园系统的开发，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。它在数字校园的应用，可以大大提高校园展示效果，也能够体现校园个性方面的优势，对校园今后的推广及展示带来非常大的帮助 关键词：虚拟现实；数字校园；基本概况 前言 教育部在一系列相关的文件中，多次涉及到了虚拟校园，阐明了虚拟校园的地位和作用。建设虚拟三维数字校园可以比较直观的了解校园的各个区域，在这个三维的校园里，空间次序的视觉理解和感知变得非常容易，使浏览者对校园环境产生身临其境的感觉[1]，其中的教学楼、实验楼、图书馆、宿舍楼、食堂、道路及绿化地带和种植的植物，都栩栩如生的呈现在我们的眼前，三维虚拟校园模拟真实世界，提供了一个生动的校园空间。三维虚拟校园可直接嵌入到大学的网站，直接通过网络浏览器察看，其丰富的、人性化的信息查询等功能，有效提高大学的美誉度，有助于大学自身的宣传和信息的高度集中、配置和互动。三维虚拟校园的直观特性，可以优化领导管理，对于校园信息管理、校园规划、建设等能够全局掌控。 一、虚拟现实技术的发展状况的研究 虚拟现实（Virtual Reality）技术是20世纪90年代初崛起的一种实用技术，它由计算机硬件、软件以及各种传感器构成三维信息的虚拟环境，可以真实地模拟现实中能实现的物理上的、功能上的事物和环境[2]。在虚拟现实环境中可以直接与虚拟现实场景中的事物交互，产生身临其境的感受，从而使人在虚拟空间中得到与自然世界同样的感受。该技术的兴起，为科学及工程领域大规模的数据及信息提供了新的描述方法。虚拟现实技术大量应用于建筑设计及其相关领域，该技术提供了“虚拟建筑”这种新型的设计、研究及交流的工具手段[3]。 在虚拟现实的发展过程中总结出虚拟现实系统应具有以下四个特征：（1）多感知性。指除一般计算机所具有的视觉感知外，还有听觉感知、触觉感知、运动感知、甚至还包括味觉、嗅觉、感知等。理想的虚拟现实应该具有一切人所具有的感知功能。（2）存在感。指用户感动作为主角存在于模拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难辨真假的程度。（3）交互性。指用户对模拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度。（4）自主性。指虚拟环境中物体依据现实世界物理运动定律动作的程度[4]。 虚拟现实技术自诞生以来，其应用一直受到科学界、工程界的重视，并不断取得进展，虚拟现实蕴藏的技术内涵与艺术魅力不断地激发着人们丰富的想象思维和创造的热情。从本质上讲，虚拟现实技术就是一种先进的人机交互技术[5]，其追求的技术目标就是尽量使用户与电脑虚拟环境进行自然式的交互。因此，虚拟现实技术为我们架起了一座人与数字世界沟通的桥梁。 二、虚拟现实技术在数字校园系统的应用解析 目前，数字校园存在有2个定义，并分别带来不同的研究与实践。一种定义是从信息、网络和媒体技术发展角度，数字校园被理解为一个以计算机和网络为平台的、远程教学为主的信息主体；另一个事从因特网、虚拟现实技术、网络虚
虚拟现实概述
虚拟现实概述． 一、虚拟现实技术概述 自从计算机发明以来，计算机一直是传统信息
处理环境的主体，它只具有在数字化的单维信息空间中处理问题的能力。而事实上，人类是依靠自己的感知和认知能力全方位的获取知识，是在多维化的信息空间中认识问题。这样就产生了人类认识问题的认识空间与计算机处理问题的信息空间不一致的矛盾，人类被排斥在计算机为主体的信息处理环境之外，而且较难以直接理解信息处理工具的处理结果，更难以把人类的感知能力和认知经验与计算机信息处理环境直接联系
起来。因此，人们迫切需要突破现有的数字计算机只能处理单纯数字信息的限制，建立一个能包容图像、声音、化学气味等多种信息源的信息空间，人们不但可以从外部观察信息处理的结果，而且能通过视觉、听觉、嗅觉、口令、手势等多种形式参与到信息处理环境中去，这种信息处理环境被称为虚拟环境。虚拟环境是由计算机生成的，通过视、听、触觉等作用于用户，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真。 虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的． 计算机系统(其中虚拟世界是全体虚拟环境的总称)。通过虚拟现实系统所建立的信息空间，已不再是单纯的数字信息空间，而是一个包容多种
信息的多维化的信息空间(Cyberspace)，人类的感性认识和理性认识能力都能在这个多维化的信息空间中得到充分的发挥。 要创建一个能让参与者具有身临其境感，具有完善地交互作用能力的虚拟现实系统，在硬件方面，需要高性能的计算机软硬件和各类先进的传感器；软件方面，主要是需要提供一个能产生虚拟环境的工具集。
国内外虚拟现实技术的研究状况二、国外虚拟现实技术的研究2.1 、美国的研究状况1（）研究范围和水美国是从事虚拟现实研究最早、． 平最高、相关研究对国家发展贡献最大的国家，从事虚拟现实的大学包括MIT、Stanford 大学、华盛顿大学、UniversityofIllinoisatChicago、
虚拟现实技术简介
虚拟现实技术 虚拟现实（简称VR），又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。 VR技术具有超越现实的虚拟性。虚拟现实系统的核心设备仍然是计算机。它的一个主要功能是生成虚拟境界的图形，故此又称为图形工作站。目前在此领域应用最广泛的是SGI、SUN等生产厂商生产的专用工作站，但近来基于Intel 奔腾Ⅲ（Ⅳ代）代芯片的和图形加速卡的微机图形工作站性能价格比优异，有可能异军突起。图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设，目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。其中高档的头盔显示器在屏蔽现实世界的同时，提供高分辨率、大视场角的虚拟场景，并带有立体声耳机，可以使人产生强烈的浸没感。其他外设主要用于实现与虚拟现实的交互功能，包括数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。虚拟现实技术的应用前景十分广阔。它始于军事和航空航天领域的需求，但近年来，虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。它正在改变着我们的生活。 虚拟与现实两词具有相互矛盾的含义，把这两个词放在一起，似乎没有意义，但是科学技术的发展却赋予了它新的含义。虚拟现实的明确定义不太好说，按最早提出虚拟现实概念的学者https://www.360docs.net/doc/d016374075.html,niar的说法，虚拟现实，又称假想现实，意味着“用电子计算机合成的人工世界”。从此可以清楚地看到，这个领域与计算机有着不可分离的密切关系，信息科学是合成虚拟现实的基本前提。生成虚拟现实需要解决以下三个主要问题：