虚拟制造技术

1、虚拟制造技术 Virtual Manufacturing Technology第三章 第四节虚拟制造技术虚拟制造技术的内涵虚拟制造技术的体系结构虚拟制造技术的分类虚拟制造技术的应用虚拟制造技术的内涵虚拟制造的综合定义：一个在计算机网络及虚拟现实环境中完成的，利用制造系统各层次及不同侧面的数学模型，对包括设计、制造、管理和销售等各个环节的产品全生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估和优化的综合过程。虚拟制造技术的内涵虚拟制造技术的定义：是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、VR技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论根底，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系

2、统各层次及各环节的数字模型，完成制造系统整个过程的计算与仿真的技术。虚拟制造技术的内涵虚拟制造系统的定义：是一个在虚拟制造技术的指导下，在计算机网络和虚拟现实环境中建立起来的，具有集成、开放、分布、并行、人机交互等特点的，能够从产品生产全过程的高度来分析和解决制造系统各个环节的技术问题的软硬件系统。虚拟制造技术的内涵2、特点以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模型、资源模型模型产品模型：产品信息在计算机上的表示。过程模型：设计过程、工艺规划过程、加工制造过程 装配过程、性能分析过程。活动模型：对企业生产组织和经营活动建立的模型资源模型：对企业人力、物力建立的模型虚拟制造技术的内涵以模型信息集

3、成为根本：产品模型、过程模型、活动模型、资源模型之间的信息集成以高逼真度仿真为特色：仿真结果的高可信度，以及人与这个虚拟制造环境的交互的自然化。虚拟制造技术的内涵3、虚拟制造与实际制造实际制造系统是物质流、信息流在控制流的协调和控制下，在各个层次上进行相应的决策，实现从投入到产出的有效转变，其中物质流和信息流的协调工作是主体。虚拟制造系统是在分布式协同工作等多学科技术支持的虚拟环境下的现实制造系统的映射。虚拟制造系统是实际制造系统的抽象，实际制造系统是虚拟制造系统的实例。虚拟制造技术的内涵虚拟制造系统实际制造系统计算机仿真虚拟现实基于网络的VPS虚拟信息系统确认和验证技术人员客户抽象与综合虚拟

4、产品实际信息系统样机需求工人工厂RPS实际产品虚拟制造技术的内涵客户需求工人计算机产品信息资源时机循环到合格工厂拟实制造实际制造 创意修改和控制虚拟制造的体系结构产品数据管理PDM实际制造过程技术人员和用户数字化模型计算机仿真、虚拟现实虚拟开发平台虚拟设计 有限元分析 运动学分析 动力学分析虚拟加工 工艺过程优化 工具设计优化 单元工艺优化 加工过程分析虚拟装配 装配工艺规划 装配路线规划 装配分配规划 装配质量规划虚拟生产平台虚拟布局虚拟实际生产环境虚拟生产动态过程优化生产环境布局虚拟设备虚拟集成支撑环境优化集成方案虚拟调度虚拟产品生产过程优化生产调度方案虚拟企业平台协同工作环境 支持异地设

5、计、装配、测试的环境。虚拟企业动态组合 系统集成 任务调度虚拟制造系统体系结构产品建模产品异地设计零部件分析优化快速原型生产工艺优化工具设计优化刀位控制参数优化刀位轨迹参数优化加工方案评 估虚拟实验虚拟检测工艺模型验证产品模型实验：虚拟机床生产计划仿真优化虚拟生产布局虚拟设备集成虚拟装配虚拟生产平台服务器虚拟企业平台服务器企业协同工作环境企业虚拟运行企业运行仿真产品优化设计产品性能评价可制造性评价虚拟设计虚拟制造虚拟生产虚拟企业虚拟制造的功能框图虚拟制造技术的分类类别特点主要目标主要技术支持应用领域以设计为中心 在设计阶段为设计人员提供制造信息 使用基于制造的仿真以优化产品和工艺的设计 通过“

6、在计算机上制造”产生多个“软”样机 评价可制造性 特征造型 面向数学模型设计 加工过程仿真技术 造型设计 热力学分析 运动学分析 动力学分析容差分析 加工过程仿真 虚拟制造技术的分类类别特点主要目标主要技术支持应用领域以生产为中心将仿真能力用于制造过程模型，以便低费用、快速地评价不同的工艺方案 用于资源需求规划、生产计划的产生及评价的环境 评价可生产性 虚拟现实 嵌入式仿真 工厂或产品的物理布局传统制造：主要考虑空间虚拟制造：总体协调、优化动态过程, 人、环境、效率 生产计划的编排 传统制造：静态、确定型虚拟制造：动态、随机型 虚拟制造技术的分类类别特点主要目标主要技术支持应用领域以控制为中心

7、将仿真加到控制模型和实际处理中 可“无缝”地仿真使得实际生产周期期间不间断地优化 对离散制造-基于仿真的实时动态调度 对连续制造-基于仿真的最优控制 虚拟制造技术的分类设计为核心优化产品设计、工艺设计加工方案评价生产为核心优化资源选择评价工艺验证新工艺控制为核心优化车间控制优化制造过程产品概念设计CAD/CAMM! M2 M3 M4供设计者参考的制造信息虚拟产品原型 本钱估算新产品模型、工艺、制造信息虚拟生产方案质量评估新工艺及对应信息、如本钱车间机床及控制系统工厂资源人、设备M1：已有的模型和工艺M2：日程模型、逻辑模型M3：过程模型M4：成品模型参数虚拟制造技术的应用虚拟环境与工具虚拟制造

8、技术的应用虚拟环境与工具虚拟制造技术的应用虚拟环境与工具虚拟制造技术的应用虚拟环境与工具虚拟制造技术的应用虚拟环境与工具虚拟制造技术的应用虚拟产品建模虚拟制造技术的应用虚拟产品建模虚拟制造技术的应用福特汽车公司的数字原型件虚拟制造技术的应用汽车内部的三维实体图虚拟制造技术的应用太原机车厂的工程作业车外形设计虚拟制造技术的应用波音777飞机数字化装配虚拟制造技术的应用动态装配仿真装配过程仿真1装配过程仿真2虚拟制造技术的应用热变形分析-主轴箱/立柱热变形建模虚拟制造技术的应用热变形分析-主轴箱/立柱热变形有限元模型虚拟制造技术的应用热变形分析-主轴箱/立柱热变形有限元模型施加约束虚拟制造技术的应

9、用热变形分析-主轴箱/立柱热变形解算热变形场解算热分布场虚拟制造技术的应用运动分析与仿真抽油机运动仿真活塞发动机曲轴及凸轮轴 运动仿真虚拟制造技术的应用虚拟加工虚拟制造技术的应用加工过程仿真虚拟制造技术的应用加工过程仿真虚拟制造技术的应用虚拟测试虚拟制造技术的应用虚拟测试虚拟制造技术的应用虚拟生产调度控制仿真虚拟制造技术的应用虚拟生产调度控制仿真调度仿真1调度仿真2虚拟制造技术的应用案例奥迪Q7虚拟碰撞两千次 汽车研发三维仿真虚拟制造和仿真建模大大提高了研发和制造效率。研发团队可以用三维立体方式，模拟任何内容，包括车身部件、强度、动力系统性能、碰撞性能等。如奥迪Q7车头的一个碰撞试验需要100

10、万个数据来支持，电脑可以在150毫秒内计算出结果。这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍。虚拟制造技术的应用案例在模拟碰撞实验中，超级计算机需要动用它的八个处理器，工作22小时，研发人员然后以毫米为单位休整，修正后继续重复这一实验，当开发完成，这款车已经经历了大约2000虚拟碰撞，相同的时间，如果用真车，只能做40次，而且，碰撞过程要毁掉40辆真车。虚拟制造技术的应用案例波音777-200在飞机制造业中，为评测某飞机设计方案的优劣，要建立一系列与真实产品同尺寸的物理模型，并在模型上进行反复修改，这要花去大量时间和费用，而在过去是不可防止的。虚拟制造技术的应用案例777-200LR 美国波音公司在飞机设计中运用VR技术完全改变了这种设计方法波音公司为设计波音777飞机，研制了一个名为“先进计算机图形交互应用系统的虚拟环境，用VR技术在此环境中建立一驾飞机的三维模型。这样设计师戴上头盔显示器就可以在这驾虚拟飞机中遨游，检查“飞机的各项性能，同时，还可以检查设备的安装位置是否符合安装要求等等。最终的实际飞机与设计方案相比，偏差小于千分之一寸，机翼和机身的接合一次成功，缩短了数千小时的设计工作量。虚拟制造技术的应用案例 使用电脑进行无纸设计是波音自777以来的技术创新，波音在787的研制中也继续使用计算机无纸化作业CATIA，E