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第1章 绪论1

1.1 虚拟制造国内外研究概况1

1.1.1 产生的背景1

1.1.2 虚拟制造的概念1

1.1.3 研究现状和关键技术2

1.2 研究目的和意义4

1.3 研究方法和实施过程、工程项目背景以及主要研究工作4

1.3.1 研究方法和实施过程4

1.3.2 工程项目背景5

1.3.3 主要研究工作5

第2章 虚拟制造系统体系结构及实施途径8

2.1 虚拟制造的概念8

2.2 虚拟制造系统的技术群及其功能8

2.2.1 实现制造企业产品开发过程的集成9

2.2.2 实现了虚拟产品设计／虚拟制造仿真闭环产品开发模式9

2.2.3 提高产品开发过程中的决策和控制能力10

2.2.4 提高企业自我调节、自我完善、自我改造和自我发展的能力10

2.3 虚拟制造系统的体系结构10

2.3.1 基于黑板控制系统的分布式并行处理协同求解11

2.3.2 基于集成过程建模实现产品开发过程管理与控制12

2.4 虚拟制造实施的三个层次13

2.4.1 虚拟制造哲理和方法论的指导意义13

2.4.2 虚拟制造技术与系统的原理和方法论的研究13

2.4.3 虚拟制造系统的建立13

2.5 虚拟制造的实施对制造企业诸要素的影响15

2.5.1 在产品方面——虚拟产品开发15

2.5.2 在组织结构方面——组织结构的虚拟化16

2.5.3 在管理方面——虚拟工作空间16

2.5.4 在技术方面——各种先进制造技术和方法的大量应用16

2.5.5 在人的方面16

2.6 建立虚拟制造系统的四级规模17

2.6.1 单元级17

2.6.2 过程级17

2.6.3 企业级17

2.6.4 虚拟公司级17

2.7 影响虚拟制造实施的关键因素17

2.8 小结18

第3章 快速原型虚拟逼真设计原理及体系结构研究20

3.1 引言20

3.1.1 设计过程的特点20

3.1.2 设计发展趋势20

3.1.3 虚拟原型仿真（VPS）和虚拟产品开发（VDP）21

3.2 快速原型虚拟逼真设计的概念和特点22

3.2.1 快速原型虚拟逼真设计的概念22

3.2.2 快速原型虚拟逼真设计的特点22

3.3 快速原型虚拟逼真设计的原理23

3.4 快速原型虚拟逼真设计的主要研究内容24

3.4.1 关键技术层24

3.4.2 原型系统层25

3.4.3 开发环境层26

3.5 快速原型虚拟逼真设计模型26

3.6 快速原型虚拟逼真设计的体系结构、流程以及主要功能27

3.6.1 快速原型虚拟逼真设计的体系结构27

3.6.2 快速原型虚拟逼真设计的流程28

3.6.3 快速原型虚拟逼真设计的主要功能30

3.7 小结31

第4章 基于Meta模型的虚拟原型及其主动信息服务33

4.1 虚拟原型的概念33

4.2 虚拟原型的功能要求33

4.3 虚拟原型的特性35

4.4 基于Meta模型实现多模型管理的一体化35

4.4.1 产品信息描述的多样性和灵活性35

4.4.2 Meta模型36

4.5 虚拟原型的信息组织37

4.6 基于虚拟原型4个机制实现主动信息服务39

4.6.1 管理机制40

4.6.2 决策机制40

4.6.3 调度机制41

4.6.4 控制机制41

4.7 基于虚拟原型、面向产品族的设计41

4.8 小结43

第5章 基于集成产品与设计过程建模的设计过程管理44

5.1 集成虚拟原型和设计过程模型的概念44

5.2 基于集成虚拟原型与过程建模的设计过程管理模型44

5.3 基于集成产品与过程建模的设计过程管理的层次结构45

5.3.1 产品信息管理（VP模型层）46

5.3.2 集成虚拟原型和设计过程模型建模（VP+PM模型层）46

5.3.3 基于集成虚拟原型和设计过程模型的设计过程管理层48

5.3.4 产品开发过程实施（实施层）51

5.4 通过初步设计信息交换加快设计进程51

5.4.1 设计活动的分类52

5.4.2 并行递进迭代问题52

5.5 以人为中心的产品开发过程实施的组织——智能企业55

5.5.1 智能企业层次结构55

5.5.2 控制和协调机制56

5.6 小结57

第6章 产品设计综合评价原理、体系结构和方法59

6.1 产品设计综合评价（PDSE）的概念及特点59

6.1.1 产品设计综合评价的概念59

6.1.2 产品设计综合评价的特点59

6.2 产品设计综合评价模型60

6.3 产品设计综合评价原理62

6.3.1 面向并行工程的分阶段、多层次、多角度的综合评价62

6.3.2 产品开发过程中面向整个产品生命周期的综合评价模型的动态生成62

6.3.3 基于虚拟原型和虚拟环境下仿真的评价63

6.4 产品设计综合评价系统体系结构63

6.4.1 产品设计综合评价体系结构中的产品生命周期的各个阶段64

6.4.2 产品设计综合评价体系结构中的各个评价层次65

6.4.3 产品设计综合评价体系结构中的时间、质量及成本的各种组合66

6.5 产品设计综合评价的实施方法67

6.5.1 产品设计综合评价规划与控制68

6.5.2 产品评价模型动态生成69

6.5.3 综合分析与评价模块69

6.5.4 基于产品设计质量评价的产品设计修改和优化过程70

6.6 小结72

第7章 坐标测量机快速原型虚拟逼真设计与虚拟误差补偿74

7.1 坐标测量机研究现状74

7.2 坐标测量机快速原型虚拟逼真设计思想75

7.2.1 利用虚拟原型和仿真代替物理原型，加快产品开发进程，支持并行产品开发76

7.2.2 利用虚拟原型和仿真尽早发现问题76

7.2.3 对多种方案和思路进行比较，帮助发现解决问题的思路76

7.2.4 从整体上对产品设计进行优化77

7.3 基于虚拟原型和计算机仿真的坐标测量机设计77

7.3.1 虚拟原型和计算机仿真的作用77

7.3.2 系统框架79

7.4 虚拟原型、计算机仿真与坐标测量机虚拟误差补偿80

7.4.1 综合利用虚拟原型、计算机仿真和物理试验在坐标测量机误差补偿中的作用80

7.4.2 虚拟误差补偿81

7.5 小结83

第8章 移动桥式三坐标测量机CMM Z003/1077快速原型虚拟逼真设计84

8.1 引言84

8.2 研究框架84

8.3 三坐标测量机热特性分析及改善对策85

8.3.1 试验方案与内容86

8.3.2 试验结果与分析86

8.3.3 改进对策93

8.4 模型的建立94

8.5 CMM Z003/1077原始设计静、动、热特性分析95

8.5.1 静态分析——CMM在自身移动重量下的变形96

8.5.2 动态分析——CMM梁柱部分的振动模态和惯性力作用下的动态响应97

8.5.3 CMM结构热变形100

8.5.4 两种虚拟工作条件下的原始设计性能分析101

8.6 设计改进103

8.6.1 左立柱设计改进103

8.6.2 右立柱设计改进103

8.6.3 横梁设计改进103

8.6.4 滑架设计改进104

8.7 新设计与原始设计的比较104

8.8 最优设计105

8.9 小结105

第9章 结论107

参考文献109