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目录1

第1章　绪论1

1.1　引言1

1.1.1　市场变化是直接的推动力1

1.1.2　制造技术自身发展的必然结果3

1.1.3　支撑技术的发展6

1.2　虚拟制造技术国内外研究概况7

1.2.1 国外研究概况7

1.2.2　国内研究概况12

1.3　虚拟制造的定义及分类13

1.3.1　虚拟制造的定义13

1.3.2　虚拟制造的分类16

1.4　虚拟制造技术的内涵21

1.4.1　虚拟制造的特点21

1.4.2　虚拟制造及其相关概念23

4.1 引言 128

1.4.3　虚拟制造的关键技术28

1.5　虚拟制造技术在制造业中的应用33

参考文献35

第2章　虚拟产品建模基础38

2.1　虚拟产品建模特点38

2.1.1 概述38

2.1.2　虚拟制造模型分类38

2.1.3　虚拟制造对模型的要求39

2.1.4　模型的层次关系41

2.2　计算机图形学基础43

2.2.1　坐标系统43

2.2.2　基本几何元素及其方向的定义44

2.2.3　几何元素的相交计算46

2.2.4　三维图形的几何变换47

2.2.5　包容性测试49

2.3　实体几何建模方法51

2.3.1　构造实体几何模型52

2.3.2　边界表示模型53

2.4.1 概述54

2.4　产品建模54

2.4.2 面向结构的产品模型55

2.4.3　面向几何的产品模型55

2.4.4　面向特征的产品模型56

2.4.5　面向知识的产品模型57

2.4.6　集成化产品模型58

参考文献60

第3章　虚拟产品元建模方法学61

3.1　元建模方法学概述61

3.1.1　模型与元模型61

3.1.2　基于MDU的元建模65

3.1.3　基于MDU的元模型类型系统67

3.2　MDU形式化描述68

3.2.1　MDU的级别70

3.2.2　MDU的功能描述72

3.2.3　MDU的行为描述73

3.3.1 参数约束75

3.3　MDU复合的约束75

3.3.2　拓扑约束82

3.3.3　三种类型的MDU复合83

3.4　MDU的组装和重组85

3.4.1 MDU的联接方式86

3.4.2　MDU的组装87

3.4.3　组装MDU的行为推理88

3.4.4　基于MDU的元建模系统总体框架92

3.5　基于元建模技术的产品模型94

3.5.1 产品对象模板POT95

3.5.2 产品定义单元PDU96

3.6　产品模型总框架100

3.6.1　产品语义模型101

3.6.2　产品语义模型与实体模型的关系102

3.6.3　产品设计模型衍生到分析模型103

3.7　小结104

附录3.1　MDU库105

附录3.2　联接方式117

附录3.3　拓扑推理规则124

参考文献126

第4章　虚拟制造系统128

4.2.1 虚拟制造系统作为沟通信息技术与制造系统的桥梁129

4.2　虚拟制造系统目标129

4.2.2　虚拟制造系统作为集成制造系统资源的手段130

4.3　虚拟制造系统特点131

4.3.1　虚拟制造系统的功能特点131

4.3.2　虚拟制造系统的结构特点134

4.3.3　虚拟制造系统的仿真特点135

4.4　典型虚拟制造系统结构137

4.4.1　基于VIS和VPS体系结构137

4.4.2　基于Mediator的体系结构139

4.4.3 基于INTERNET/STEP的虚拟制造信息共享系统结构142

4.4.4　强调沉浸感的Virtual Workbench系统147

4.4.5　基于PDM集成的虚拟制造系统结构149

4.4.6　基于5层协议的虚拟制造体系结构152

4.5　虚拟制造系统建模153

4.5.1 CIMOSA153

4.5.2　Multi Agent方法158

4.5.3　Petri网建模方法165

4.6　结论176

附录4.1　CIMOSA建模模板结构176

参考文献179

第5章 系统仿真建模技术180

5.1　概述180

5.2　集中参数连续系统建模与仿真182

5.2.1　连续时间模型182

5.2.2　离散时间模型184

5.2.3　连续—离散混合模型186

5.3　集中参数连续系统仿真建模方法学188

5.3.1　离散化原理及要求188

5.3.2　龙格—库塔法190

5.3.3　线性多步法192

5.3.4　线性多步法误差分析196

5.3.5　稳定性分析198

5.4　分布参数连续系统建模与仿真199

5.4.1　概述199

5.4.2　差分法原理200

5.4.3　差分格式的相容性、收敛性及稳定性203

5.4.4　扩散方程的菱形法及跳点法207

5.4.5　对流方程的耗散中心差公式209

5.4.6　椭圆方程的差分法211

5.4.7　线上求解法213

5.5　离散事件系统建模216

5.5.1　基本概念216

5.5.2　事件调度法218

5.5.3　活动扫描法220

5.5.4　进程交互法222

5.5.5　三阶段法224

5.5.6　4种建模方法的比较227

5.6　小结230

参考文献230

6.1　虚拟现实的特征及基本构成231

第6章　虚拟现实技术231

6.2　虚拟现实技术的发展概况235

6.3　位置跟踪通道238

6.4　视觉通道241

6.4.1　视景的生成过程241

6.4.2 基于投影变换原理三维立体图的生成算法242

6.4.3　典型的立体视觉设备245

6.5　听觉通道246

6.5.1　虚拟声音的产生247

6.5.2　虚拟声音的定位249

6.6　触觉、力反馈250

6.6.1　人体触觉系统251

6.6.2　触觉／力反馈技术252

6.7　虚拟场景的生成257

6.7.1　虚拟场景静态模型的建立257

6.7.2　虚拟场景动态模型的建立259

6.8　小结261

参考文献262

第7章　虚拟产品开发管理263

7.1　概述263

7.1.1　虚拟产品开发管理内涵263

7.1.2　虚拟产品开发管理关键技术264

7.2　虚拟产品开发组织及安全权限管理265

7.2.1　组织模型管理266

7.2.2　安全权限管理269

7.2.3　组织及权限管理体系的建立271

7.2.4 工作过程描述272

7.3　虚拟产品开发数据管理273

7.3.1　响应动态用户需求的管理策略274

7.3.2　动态修改数据的管理策略276

7.3.3　产品数据的版本管理策略277

7.3.4　应用工具封装的管理策略278

7.3.5　虚拟产品开发数据管理小结280

7.4　虚拟产品开发配置管理280

7.4.1 响应动态需求的配置策略282

7.4.2　配置中的BOM管理策略284

7.4.3　针对定制要求的配置策略285

7.4.4　面向虚拟产品开发的配置策略286

7.4.5　虚拟产品开发配置管理小结287

7.5　虚拟产品开发流程管理288

7.5.1　虚拟化的流程管理策略290

7.5.2 虚拟化的项目管理策略291

7.5.3　与先进思想结合的策略293

7.5.4　开发流程管理小结294

7.6　虚拟产品开发管理的实施与应用294

7.6.1　数据管理实施与应片295

7.6.2　配置管理的实施与应用296

7.6.3　流程管理的实施和应用297

7.6.4　集成方面的实施和应用298

7.6.5　管理平台的实施299

7.6.6　常用软件介绍302

7.6.7　虚拟产品开发管理实施和应用小结303

7.7　小结304

参考文献304

第8章　虚拟样机多体系统仿真分析306

8.1　多体系统运动学、动力学基本知识307

8.1.1　多体系统描述模型307

8.1.2　拓扑构型309

8.2　多刚体系统运动学312

8.2.1　刚体的姿态、角速度和角加速度313

8.2.2　刚体质心的位置、速度和加速度314

8.3　多刚体系统动力学318

8.3.1 力元318

8.3.2　有根树系统的动力学方程321

8.3.3　无根树系统的动力学方程322

8.3.4　非树系统动力学323

8.4　多体系统仿真分析324

8.4.1　多体系统仿真分析流程324

8.4.2　ADAMS软件简介324

8.5　基于ADAMS的仿真分析流程330

8.5.1　模型建立331

8.5.2　模型检验333

8.5.3　仿真分析334

8.6　基于ADAMS的多体系统仿真分析举例334

8.6.1　运动学分析335

8.6.2　动力学分析338

8.6.3　结论340

参考文献341

第9章　虚拟样机流场分析342

9.1　计算流体力学概述342

9.2　流体运动概述344

9.2.1　流体的物理性质345

9.2.2　流体问题分类348

9.3　流动的一般方程349

9.4　湍流流动模型352

9.4.1　湍流黏性系数模型352

9.4.2　雷诺应力方程模型356

9.5.1　求解区域的网格化358

9.5　方程的离散化358

9.5.2　差分方程的建立359

9.5.3　交错网格362

9.5.4　源项的处理363

9.6　差分方程的求解365

9.6.1　压力和速度的校正方程366

9.6.2　SIMPLER算法368

9.6.3　代数方程的求解方法（TDMA法）368

9.6.4　欠松弛法371

9.6.5　壁面函数371

9.7　CFD商业软件介绍373

9.8　应用实例375

9.8.1　数学模型376

9.8.2　边界条件378

9.8.3　验证382

参考文献382

第10章　虚拟加工技术384

10.1　引言384

10.2　虚拟加工技术概述385

10.2.1　加工过程仿真软件描述386

10.2.2　虚拟加工技术389

10.3　三种图形仿真检验方法390

10.4　数控代码的翻译方法392

10.4.1　数控代码简介392

10.4.2　程序结构和格式396

10.4.3　数控代码翻译397

10.5　实体提取方法的研究401

10.5.1　从IGES文件获取几何实体边界模型401

10.5.2　从STL文件获取几何实体边界模型411

10.6　实体碰撞和干涉检验算法414

10.6.1　形体求交算法414

10.6.2　基于八叉树层次球模型的干涉检验算法418

10.7　材料切除过程仿真算法424

10.7.1　基于Z-map结构的材料切除方法425

10.7.2　基于Dexel模型的快速材料切除算法428

10.8　一个典型的虚拟加工系统431

参考文献437

11.1　概述440

第11章　虚拟装配技术440

11.2　虚拟装配技术的内涵444

11.3　基于广义设计过程的同步DFA方法447

11.3.1　DFA方法447

11.3.2　广义设计中的同步DFA方法450

11.4　装配信息建模456

11.4.1　装配建模的基本策略456

11.4.2　装配模型的信息组成458

11.5　装配资源建模459

11.4.3　装配模型的基本结构460

11.4.4　装配模型的实现462

11.5.1　装配资源概述469

11.5.2　装配资源的几何实体建模471

11.5.3　装配资源的工程语义建模473

11.5.4　装配资源的配合约束建模475

11.5.5　装配资源的行为建模476

11.6　装配工艺规划与仿真478

11.6.1　基本概念与假设478

11.6.2　装／拆运动仿真实现的基本原理480

11.6.3　装／拆运动的11元组统一表示及变换481

11.6.4　装／拆运动路径的有效性检查485

11.6.5　基于仿真试拆卸的可行装配工艺规划的实现486

11.7　装配工艺规划后处理488

11.7.1　总体结构与基本流程489

11.7.2　装配工艺文件模板个性化设计490

11.7.3　装配工艺信息处理491

11.7.4　装配工艺示图自动生成492

11.8　虚拟装配支持系统的实现与应用实例494

11.8.1　系统总体结构494

11.8.2　系统基本功能495

11.8.3　系统应用实例496

参考文献501

第12章　虚拟车间技术504

12.1　引言504

12.1.1　虚拟车间定义505

12.12　虚拟车间的内涵506

12.2　仿真分析工具507

12.3.1 虚拟车间的布局设计与优化约束原则512

12.3　虚拟车间的布局设计与优化512

12.3.2　虚拟车间的布局设计类型513

12.3.3　大规模定制虚拟生产线的布置决策516

12.3.4　虚拟车间的重组布置520

12.3.5　新设备的布置问题523

12.4　虚拟车间作业调度与优化523

12.4.1 虚拟车间作业问题的分类及特点524

12.4.2　虚拟车间调度与控制的原则525

12.4.3　虚拟车间生产系统建模技术527

12.4.4　虚拟车间作业调度优化算法531

12.5　虚拟车间系统控制及多机器人协调合作536

12.5.1　虚拟车间控制系统的构建537

12.5.2　多机器人协调控制策略——计划合并策略538

12.5.3　计划合并策略的执行540

12.5.4　意外事故的处理541

12.6　虚拟车间中的信息集成与再利用541

12.6.1　XML技术542

12.6.2　XML的合法性验证544

12.6.3　可扩展样式语言（XSL）545

12.6.4　应用程序接口547

12.7　虚拟车间实践与应用549

12.7.1　基于Petri网生产系统分析549

12.7.2　基于仿真的轿车生产线的规划与分析552

12.8　小结556

参考文献557

13.1　概论562

第13章　基于网络的虚拟产品协同开发562

13.2　产品协同开发的基本概念566

13.2.1　协商模式、异步模式和同步模式567

13.2.2　数据交换与信息集成570

13.2.3　智能Agent技术572

13.3　协同开发中的协同环境573

13.4　软件共享技术575

13.4.1　基于桌面共享的软件共享技术575

13.4.2　基于远程登录的软件共享技术576

13.4.3　基于远程调用的软件共享技术578

13.4.4　基于CORBA封装的软件共享技术579

13.4.5　各种实现方式的比较和选择581

13.5.1　系统功能模型582

13.5　基于网络的软件共享系统582

13.5.2　同步工作模式583

13.5.3　异步工作模式584

13.5.4　Agent模型585

13.5.5　系统信息模型590

13.5.6　系统实现592

13.6　资源共享管理594

13.6.1　资源共享管理的特点595

13.6.2　MSRS体系结构596

13.6.3　MSRS的Agent功能597

13.6.4　资源共享中的分层调度算法602

13.7.1 Agent的设计606

13.7　资源共享管理系统606

13.7.2　控制Agent607

13.7.3　资源Agent608

13.7.4　MSRS资源管理的实现609

13.8　小结610

参考文献611

第14章　虚拟产品开发示例614

14.1　序言614

14.2　剑杆织机简介617

14.3　共轭凸轮设计机理及轮廓线逆向设计620

14.3.1　概述620

14.3.2　测量方案622

14.3.3　凸轮廓线测量数据的误差处理623

14.3.4　曲线拟合627

14.4　引纬打纬系统机理分析与设计631

14.4.1　虚拟设计环境632

14.4.2　剑杆织机运动学、动力学建模633

14.4.3　剑杆织机运动学、动力学分析结果634

14.5　关键部件性能分析与设计638

14.5.1　剑杆织机打纬滚轮座的有限元分析638

14.5.2　剑杆织机筘座支座的有限元分析641

14.6　虚拟装配643

14.6.1　装配公差分析643

14.6.2　装配工艺文件生成646

14.7.1　概述653

14.7　加工过程仿真653

14.7.2　凸轮轴加工方法654

14.7.3　刀位生成及走刀轨迹656

14.8　基于PDM的数字样机产品信息管理656

14.8.1　产品数据组织策略657

14.8.2　基于PDM的应用集成658

14.9　结论663

参考文献665

第15章　虚拟产品开发系统建立示例666

15.1　概述666

15.2　需求分析与功能定义668

15.2.1　需求分析668

15.2.2　功能定义671

15.2.3　系统总体结构674

15.3　方案设计分系统设计676

15.4　总体结构设计分系统设计678

15.5　关键零部件设计分系统681

15.5.1　发动机设计子系统681

15.5.2　电器设计子系统685

15.6　整车分析分系统687

15.6.1　先行设计分析子系统687

15.6.2　整车数字样机性能分析子系统688

15.6.3　摩托车的试验分析与管理子系统689

15.6.4　工装设计与制造分系统690

15.7.1　PDM分系统体系结构691

15.7　PDM分系统691

15.7.2　电子资料室和文档管理692

15.7.3　产品配置管理694

15.7.4　工作流程管理696

15.7.5　明细汇总、报告定制功能模块698

15.7.6　PDM分系统的信息集成698

1 5.8　接口设计699

15.8.1　用户接口700

15.8.2　内部接口701

15.8.3　系统外部接口708

15.9　结束语710

参考文献711

英文缩写词712