【正文】 對(duì)人體無害，對(duì)環(huán)境無影響或影響極??；結(jié)構(gòu)簡單而不降低功能，消耗原材料少而不影響 壽命；制造使用過程中消耗能源少而不影響效率；使用壽命完結(jié)時(shí)，零部件或者能翻新、回收、重用，或能安全地處理掉。 3）兩個(gè)實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 綠色制造的兩個(gè)目標(biāo)是 資源優(yōu)化利用 和 環(huán)境保護(hù) 。這兩個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造過程中，始終按照綠色制造的三個(gè)內(nèi)容要求，設(shè) 計(jì)產(chǎn)品及其制造系統(tǒng)和制造環(huán)境，對(duì)綠色制造的兩個(gè)過程進(jìn)行全過程最優(yōu)控制，合理配置資源，最大限度地發(fā)揮制造系統(tǒng)的效用，利用不同技術(shù)途徑，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約 資源保護(hù)環(huán)境的綠色制造目標(biāo)要求。 4）三條實(shí)現(xiàn)途徑 一、 改變觀念，樹立良好的環(huán)境保護(hù)意識(shí) ，并體現(xiàn)在具體行動(dòng)上，可通過立法、宣傳教育來實(shí)現(xiàn)； 二、 加強(qiáng)管理，利用市場(chǎng)機(jī)制和法律手段， 促進(jìn)綠色技術(shù)、綠色產(chǎn)品的發(fā)展和延伸； 三、 針對(duì)具體產(chǎn)品， 采取技術(shù)措施， 即采用綠色設(shè)計(jì)和綠色制造工藝，建立產(chǎn)品綠色程度評(píng)價(jià)機(jī)制等，解決所出現(xiàn)的問題。 綠色制造系統(tǒng)的評(píng)價(jià)系統(tǒng) 綠色制造的發(fā)展趨勢(shì) ★ 全球化 ★ 社會(huì)化 ★ 集成化 ★ 并行化 ★ 智能化 ★ 產(chǎn)業(yè)化 第五節(jié) 虛 擬 制 造 虛擬制造 VM（ Virtual Manufacturing） 的定義 ? 美國于 93年提出的一種全新制造體系和模式，以軟件形式模擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全過程，無需研制樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)了 產(chǎn)品的無紙化設(shè)計(jì)。 是增強(qiáng)產(chǎn)品開發(fā)敏捷性、快速滿足市場(chǎng)多元化需求的有效途徑。 ? 由于 VM基本上不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)品，而是產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)現(xiàn)過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)。 ? 目前還沒有統(tǒng)一的定義。 總的來說， VM就是利用 仿真與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ，在高性能計(jì)算機(jī)及高速網(wǎng)絡(luò)的支持下，采用 群組協(xié)同工作 ，通過模型來模擬和預(yù)測(cè)產(chǎn)品功能、性能及可加工性等 各方面可能存在的問題，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的本質(zhì)過程。 包括產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢測(cè)等，并進(jìn)行過程管理和控制。 虛擬制造 VM 虛擬制造的特點(diǎn) a) VM是實(shí)際制造過程在計(jì)算機(jī)上的映射和本質(zhì)表現(xiàn)。 b) 通過計(jì)算機(jī)虛擬模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能及可加工性等各方面可能存在的問題，提高人的預(yù)測(cè)和決策水平， 使制造技術(shù)不再主要依賴于經(jīng)驗(yàn)。 c) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造是在虛擬環(huán)境下進(jìn)行的： 在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試，設(shè)計(jì)人員或用戶可“進(jìn)入”虛擬制造環(huán)境檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配 和操作，不依賴于傳統(tǒng)的原型樣機(jī)的反復(fù)修改；還可將已開發(fā)的產(chǎn)品（部件）存放在計(jì)算機(jī)里，根據(jù)用戶需求或市場(chǎng)變化快速改變?cè)O(shè)計(jì)，大幅度壓縮新品開發(fā)時(shí)間，提高質(zhì)量，降低成本。 d) 可使分布在不同地點(diǎn)、不同部門的不同專業(yè)人員在同一個(gè)產(chǎn)品模型上協(xié)同工作，相互交流，信息共享，減少大量的文檔生成及其傳遞的時(shí)間和誤差， 使產(chǎn)品開發(fā)以快捷、優(yōu)質(zhì)、低耗響應(yīng)市場(chǎng)。 虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù) ?虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) ?虛擬設(shè)計(jì)技術(shù) ?可制造性評(píng)價(jià) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) VR（ Virtual reality） 是在 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)以及傳感器技術(shù) 基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門 交叉技術(shù) 。由計(jì)算機(jī)直接把視覺、聽覺和觸覺等多種信息合成，并提示給人的感覺器官，在人的周圍生成一個(gè)三維的虛擬環(huán)境，從而把人、現(xiàn)實(shí)世界和虛擬空間結(jié)合起來融為一體，相互間進(jìn)行信息的交流和反饋的技 術(shù)。 VR又被稱為幻境或靈境技術(shù)。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特征 ①多感知性。 除了視覺感知外，還有聽覺感知、力覺感知、觸覺感知、運(yùn)動(dòng)感知，甚至包括味覺感知、嗅覺感知等。理想的虛擬現(xiàn)實(shí)就是應(yīng)該具有人所具有的幾乎所有的感知功能。 ②沉浸感。 又稱臨場(chǎng)感、存在感，是指用戶感到作為主角存在于虛擬環(huán)境中的真實(shí)程度。用戶使用 交互設(shè)備，便可將自己置身于虛擬環(huán)境中，成為虛擬環(huán)境中的一部分。用戶在虛擬環(huán)境中，一切感覺都是那么逼真，有一種 身臨其境的感覺。 ③交互性。 在虛擬環(huán)境中，操作者能夠?qū)μ摂M環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行操作，并且操作的結(jié)果能夠反過來被操作者準(zhǔn)確地、真實(shí)地感覺到。用戶通過自身的語言、身體運(yùn)動(dòng)或動(dòng)作等自然技能，就能對(duì)虛擬環(huán)境中的對(duì)象進(jìn)行考察或操作。 ④在虛擬環(huán)境中，對(duì)象的行為是自主的 ，是程序自動(dòng)完成的，要讓操作者感到虛擬環(huán)境中的各種生物是有“生命的”和“自主的”，而各種非生物是“可操作的”，其行為符合各種物理規(guī)律。 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ? 由圖形系統(tǒng)及各種接口設(shè)備組成。用來產(chǎn)生虛擬環(huán)境并提供沉浸感覺，以及交互性操作的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)稱為虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng) VRS（ Virtual Reality System）。利用 VRS可以對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，通過用戶的交互輸入，并及時(shí)按輸出修改虛擬環(huán)境，使人產(chǎn)生身臨其境的沉浸感覺。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是VM的關(guān)鍵技術(shù)之一。 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用 ? 在軍事、航天等高科技領(lǐng)域以及娛樂等方面獲得成功的應(yīng)用。例如用于宇航員、 飛行員訓(xùn)練的座艙系統(tǒng)、戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)演練系統(tǒng)（虛擬戰(zhàn)場(chǎng)）等。 ? 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造過程中同樣具有重要的應(yīng)用，可大大提高產(chǎn)品的技術(shù)水平，例如波音 777飛機(jī)的設(shè)計(jì)、福特汽車外形設(shè)計(jì)與碰撞實(shí)驗(yàn)等。 虛擬設(shè)計(jì) VD技術(shù) ?建模技術(shù)虛擬設(shè)計(jì)的核心問題之一是建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型問題。 ?產(chǎn)品建模技術(shù)主要有基于 OpenGL的建模技術(shù) 與基于 VRML的建模技術(shù)。 基于 OpenGL的幾何建模 基于 VRML的虛擬制造單元建模 VRML構(gòu)造的是動(dòng)態(tài)虛擬場(chǎng)景，但它不是三維建模工具。對(duì)于復(fù)雜的模型，可以運(yùn)用三維建模軟件（如Pro/E、 SolidWorks等）設(shè)計(jì)出三維模型，并輸出格式為 VRML的文件。再通過 VRML編程實(shí)現(xiàn)虛擬制造單元的虛擬場(chǎng)景。 虛擬設(shè)計(jì) 之加工過程仿真 通過產(chǎn)品加工過程仿真可以達(dá)到以下幾個(gè)目的： ①采用加工件的實(shí)體模型和機(jī)床模型來模擬加工過程，刀具沿設(shè)計(jì)的軌跡切除工件上 的材料，可很容易地檢驗(yàn)出刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是否合理； ②根據(jù)正常實(shí)際加工的各參數(shù)，設(shè)定虛擬加工過程，通過加工過程中表現(xiàn)出的各現(xiàn)象（如振顫、表面粗糙 度、尺寸精度、刀具磨損等）驗(yàn)證加工參數(shù)的設(shè)置是否合理； ③驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。產(chǎn)品設(shè)計(jì)的合理性、可加工性、加工方法和機(jī)床的選用、加工過程中可能出現(xiàn)的 加工缺陷等，有時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)是不容易發(fā)現(xiàn)和確定的，必須經(jīng)過仿真和分析。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，可能產(chǎn)生無法加工、或者加工精度無法保證、或者必須采用特種加 工，增加了加工成本和加工周期。通過仿真，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)問題，采取修改設(shè)計(jì)或其他措施，保證工期和產(chǎn)品質(zhì)量。 虛擬設(shè)計(jì) 之產(chǎn)品裝配仿真 ?也稱虛擬裝配（ Virtual Assembly），是在虛擬現(xiàn)實(shí)、產(chǎn)品建模基礎(chǔ)上，通過分析及預(yù)測(cè)模型、裝配與制造規(guī)劃等手段進(jìn)行與裝配相關(guān)的工程決策。 ?機(jī) 械產(chǎn)品無數(shù)零件要裝配在一起，其配合設(shè)計(jì)、可裝配性是設(shè)計(jì)人員常常出現(xiàn)的錯(cuò)誤，虛擬裝配可解決零件間靜態(tài)干涉問題，也可在虛擬環(huán)境中以爆炸視圖的形式把各裝配件獨(dú)立拆散，方便設(shè)計(jì)人員的檢 查。 ?采用虛擬裝配技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行驗(yàn)證，保證設(shè)計(jì)的合理性與精確性。 虛擬設(shè)計(jì) 之產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)仿真 ? 對(duì)于如汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)等這類具有運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的零部件，采用虛擬裝配技術(shù)，還不能保證運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)完全合乎要求，如各相關(guān)零件的動(dòng)作是否協(xié)調(diào)、運(yùn)動(dòng)過程是否有干涉等，這就需要進(jìn)行產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)仿真。 ? 虛擬運(yùn)動(dòng)仿真可使“虛擬產(chǎn)品”在計(jì)算機(jī)中按設(shè)計(jì)功能進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)，根據(jù)其運(yùn)動(dòng)過程檢查出機(jī)構(gòu)間的動(dòng)態(tài)干涉問題，得到指定構(gòu)件或指定點(diǎn)的位移、速度、加速度等參數(shù)的連續(xù)變化的數(shù)據(jù)以及相關(guān)圖形，最終可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)機(jī)構(gòu)可能出現(xiàn)的問題，為改進(jìn)設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。 虛擬設(shè)計(jì) 之虛擬樣機(jī)技術(shù) ?虛擬樣機(jī)技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，把虛擬產(chǎn)品建模技術(shù)（ CAD）與分析技術(shù)（ CAE）相結(jié)合，針對(duì)產(chǎn)品在投入使用后的各種工況進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析，預(yù)測(cè)產(chǎn)品整體性能，從而改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品性能。 ?虛擬樣機(jī)是實(shí)際產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上的表示，又稱為數(shù)字化樣機(jī)。本質(zhì)上是一種模擬仿真，涉及多體系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)建模理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是基于先進(jìn)的建模技術(shù)、多領(lǐng)域仿真、信息管理、交互式用戶界面和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等的綜合應(yīng)用技術(shù)。 虛擬樣機(jī)及其相關(guān)技術(shù) 虛擬樣機(jī)的部分典型軟件 可制造性評(píng)價(jià) 包括對(duì) 技術(shù)可行性、加工成本、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn) 效率 等的評(píng)估，評(píng)價(jià)方法可分為兩類： 基于規(guī)則的方法 和 基于方案的方法 。 前者即直接根據(jù)評(píng)判規(guī)則，通過對(duì)設(shè)計(jì)屬性的評(píng)測(cè)來給可制造性定級(jí)；后者即對(duì)一個(gè)或多個(gè)制造方案，借助于成本和時(shí)間等標(biāo)準(zhǔn)來 檢測(cè)是否可行或?qū)で笞罴逊桨浮? 由于產(chǎn)品開發(fā)涉及的影響因素非常多，影響過程又復(fù)雜，所以建立適用于全制造過程的、精確可靠的產(chǎn)品評(píng)價(jià)體系是虛擬制造一個(gè)較 為困難的問題。 虛擬制造系統(tǒng) VMS的體系結(jié)構(gòu) 虛擬制造系統(tǒng) （ Virtual Manufacturing System） 的體系結(jié)構(gòu)由三層構(gòu)成，即 經(jīng)營決策層 、產(chǎn)品決策層 和 生產(chǎn)決策層。 VMS體系結(jié)構(gòu)各層作用 ① 經(jīng)營決策層：根據(jù)用戶需求和市場(chǎng)信息、本企業(yè)資源及技術(shù)條件等，做出生產(chǎn)產(chǎn)品的種類、規(guī)模、性能、規(guī)格等決策。 ② 產(chǎn)品決策層：根據(jù)上層，做出產(chǎn)品總體方案決策，并對(duì)其性能做出初步評(píng)價(jià)，對(duì)其成本做出初步預(yù)估。 ③ 生產(chǎn)決策層：根據(jù)上層決策和企業(yè)人力、物力及技術(shù)資源與水平等情況，做出產(chǎn)品開發(fā)計(jì)劃、生產(chǎn)任務(wù)規(guī)劃、生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃等決策，并在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)其制造 過程，生產(chǎn)出數(shù)字產(chǎn)品。通過對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的工作過程仿真，對(duì)產(chǎn)品性能做出合理的評(píng)價(jià)。通過對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的構(gòu)成和形成過程進(jìn)行分析，做出產(chǎn)品成本的分析報(bào)告。綜合各方面的因素，對(duì)產(chǎn)品投產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)和效益做出評(píng)價(jià)。 上述三個(gè)層次的決策是在統(tǒng)一的軟、硬件支持環(huán)境下，協(xié)同工作，求得全局最優(yōu)的決策。 虛擬設(shè)計(jì)系統(tǒng) 的開發(fā)環(huán)境 ? 開發(fā)環(huán)境分為三個(gè)層次： ?組件層、開發(fā)層和應(yīng)用層 三個(gè)層次的具體作用 （ 1）應(yīng)用層： 根據(jù)市場(chǎng)變化、用戶需求，通過下面的開發(fā)層面構(gòu)造的特定虛擬制造系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行與考核。 （ 2）開發(fā)層： 建造虛擬制造系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境，提供建造虛擬制造系統(tǒng)所用到的各種手段、工具和方法，完成虛擬制造系統(tǒng)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織與管理、生產(chǎn)實(shí)施、效益及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等。 （ 3）組件層： 提供用于描述制造活動(dòng)及其對(duì)象的各種組件及模型。 組件層的組成部分： 1）定義模型庫： 提供用于定義虛擬制造系統(tǒng)所需的各個(gè)組成部分的定義模型，按 VMS的要求進(jìn)行選取。 2）決策模型庫： 提供建造與運(yùn)行 VMS的各種決策模型。 3）方法庫： 提供建造與運(yùn)行 VMS所需的各種方法。 4）控制模型庫： 提供運(yùn)行 VMS所需的各種控制模型。 5）調(diào)度模型庫