文档介绍：第4章先进制造模式
虚拟制造
计算机集成制造
绿色制造
敏捷制造
生物制造
精益生产
智能制造
制造全球化和网络化
虚拟制造
虚拟现实
虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)或称虚拟环境(Virtual Environment,简称VE)技术是由应用驱动的涉及众多学科的高新实用技术,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器技术的基础上发展起来的一门交叉技术。它利用计算机生成一种模拟环境,并通过多种传感设备使用户沉浸到该环境中去。虚拟现实系统旨在突破系统和用户环境之间的界限,突破用传统方法表达事物的局限,使人们不仅可以将任何想象的环境虚拟实现,并且可以在其中以自然的行为与这种虚拟现实进行交流。虚拟现实又被称为幻境或灵境技术。
虚拟现实技术具有以下特征:
(1) 多感知性。多感知性就是说除了一般计算机所具有的视觉感知外,还有听觉感知、力觉感知、触觉感知、运动感知,甚至包括味觉感知、嗅觉感知等。理想的虚拟现实就是应该具有人所具有的几乎所有的感知功能。
(2) 沉浸感。沉浸感又称临场感、存在感,是指用户感到作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。理想的模拟环境应该达到使用户难以分辨真假的程度。这种沉浸感的实现是根据人类的视觉、听觉的生理心理特点,由计算机产生逼真的三维立体图像。用户戴上头盔显示器和数据手套等交互设备,便可将自己置身于虚拟环境中,成为虚拟环境中的一部分。用户与虚拟环境中的各种对象的相互作用,就如同在现实世界中一样。当用户移动头部时,虚拟环境中的图像也实时地发生变化,拿起物体可使物体随着手的移动而运动,而且还可以听到三维仿真声音。用户在虚拟环境中,一切感觉都是那么逼真,有一种身临其境的感觉。
(3) 交互性。交互性是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(包括实时性)。例如,用户可以用手去直接抓取环境中的物体,这时手有握着东西的感觉,并可以感觉物体的重量,视场中的物体也随着手的移动而移动。虚拟现实系统中的人机交互是一种近乎自然的交互,用户不仅可以利用电脑键盘、鼠标进行交互,而且能够通过特殊头盔、数据手套等传感设备进行交互。计算机能根据用户的头、手、眼、语言及身体的运动,来调整系统呈现的图像及声音。用户通过自身的语言、身体运动或动作等自然技能,就能对虚拟环境中的对象进行考察或操作。
虚拟制造的概念及分类
制造技术发展到今天,尽管比较成熟,但仍面临着许多新的需求,主要体现在如下方面:
(1) 人的需求、社会环境、生产竞争及生产技术的快速多变等令人无法预测,因此可以说制造业本身就处在一个湍流、混沌多变的环境中,要求以高的柔性与之相适应。
(2) 发展以人为中心的组织模式,通过人机高度集成来提高产品质量。制造活动对人类生存环境不可避免地会产生负面影响,从可持续发展战略出发,发展绿色清洁制造以控制这些负面影响是制造业发展的必然。
为了适应这些要求,自20世纪90年代以来,在制造领域产生了许多新概念、新思路、新理论,虚拟制造技术就是其中之一。许多学者从不同侧面对虚拟制造进行了探讨性研究,并提出了一系列相关定义。
例如,Kimura提出的虚拟制造的定义是:①在相关理论和已积累的知识的基础上对制造知识进行系统化组织;②在此基础上,对工程对象和制造活动进行全面建模;③在建立真实制造系统前,采用计算机仿真来评估整个设计与制造活动;④由评估来消除不合理结果;⑤对模型进行日常维护来实现高质量的仿真。
:虚拟制造是这样一个概念,即与实际制造一样,只是在计算机上执行制造全过程,其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题的预测。
美国空军Wright实验室对虚拟制造的定义是:虚拟制造是仿真、建模与分析技术及工具的综合应用,以增加各层次制造设计和生产的决策与控制。
不难看出,虚拟制造技术可以理解为,借助计算机及相关环境模拟产品的制造和装配过程。换句话说,虚拟制造就是把实际制造过程,通过建模、仿真及虚拟现实技术映射到以计算机为手段的虚拟制造空间,实现产品设计、工艺规划、生产计划与调度、加工制造、性能分析与评价、质量检验以及企业各级的管理与控制等涉及产品制造本质的全部过程,以确定产品设计及生产的合理性,增强实际制造时各级的决策和控制能力。