虚拟制造技术

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中的使能技术虚拟制造技术中的关键技术虚拟制造技术的应用第一页，共四十一页。虚拟制造的相关定义（1）日本Kimura：通过对制造知识进行系统化组织与分析，对整个制造过程建模，在计算机上进行设计评估和制造活动仿真。佛罗里达大学GloriaJ.Wiens：虚拟制造与实际一样在计算机上执行制造过程，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进行预测。第二页，共四十一页。虚拟制造的相关定义（2）美国空军Wright实验室：虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层设计制造和生产决策与控制的能力。Marinov：虚拟制造是一个系统，在这个系统中，制造对象、过程、活动和准则的抽象原型被建立在基于计算机的环境中，以增强制造过程的一个或多个方面的属性。第三页，共四十一页。虚拟制造的相关定义（3）马里兰大学EdwardLin：虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制的一体化的、综合性的制造环境。清华大学肖田元：虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现，即采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产品开发、制造，以及管理与控制等制造的本质过程，以增强制造过程各级的决策与控制能力。第四页，共四十一页。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。第五页，共四十一页。虚拟制造技术的内涵以模型信息集成为根本：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。第六页，共四十一页。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、物力建立的模型第七页，共四十一页。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。第八页，共四十一页。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第九页，共四十一页。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!M2M3M4供设计者参考的制造信息虚拟产品原型成本估算新产品模型、工艺、制造信息虚拟生产计划质量评估新工艺及对应信息、如成本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：成品模型参数第十页，共四十一页。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“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

第十一页，共四十一页。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

第十二页，共四十一页。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·

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

第十三页，共四十一页。虚拟制造的使能技术使能技术多通道交互

网络环境下知识获取与建库

基于VR的计算可视化

虚拟环境建模

产品建模

数据转换与处理

第十四页，共四十一页。虚拟制造的使能技术多通道交互技术虚拟现实设备的软硬件接口驱动技术

大面积纹理的可见性快速显示技术

信息与时间的同步技术

真实感渲染的三维图形加速技术

三维定位跟踪设备的定标技术

人像分离与多传感信息的融合技术

使能技术之一第十五页，共四十一页。虚拟制造的使能技术使能技术之二虚拟环境建模技术图像图形混合建模技术

场景预处理技术

虚拟声的生成与增强技术

多细节层次建模技术

智能化视区裁剪技术

基于图像的绘制技术

第十六页，共四十一页。虚拟制造的使能技术使能技术之三产品建模技术零部件的物理建模方法

工程分析的有限元计算方法

工程分析结果的多准则图示方法基于物理的工程行为特征建模方法

工程对象的单元化划分方法

第十七页，共四十一页。虚拟制造的使能技术使能技术之四

数据转换与处理技术

数据文件格式转换技术

产品数据管理技术

第十八页，共四十一页。虚拟制造的使能技术使能技术之五

网络环境下知识获取与建库技术

网络化异构知识与数据信息的统一表达

基于VR的产品设计与制造集成过程链

网络环境下虚拟产品数据与指令的传输与共享

分布式虚拟仿真节点的协同与自治

虚拟场景的快速漫游、绘制与网络传输

基于多Agent的虚拟企业信息重组与集成

第十九页，共四十一页。虚拟制造的使能技术使能技术之六多通道技术与可视化技术的映射机理与操纵方法

基于VR的科学计算可视化技术

特征可视化与拓扑结构分析

基于VR的可视化与驾驭计算

分布式的计算与可视化环境的协同

第二十页，共四十一页。虚拟制造的使能技术虚拟机床模型运动学模型传感器输入运动系统其它输入力域温度域切削过程工件属性热力学模型刚度模型伺服模型精确模型机床系统切削系统结构系统NC

代码位移第二十一页，共四十一页。虚拟制造的使能技术虚拟CNC系统输入\输出模块（NC系统功能界面）运动控制模块轴号匹配模块虚拟机床控制接口逻辑轴号、位置物理轴号、位置各轴位置数据、刀号、行号NC程序系统参数虚拟操作面板信息虚拟操作面板返回信息虚拟操作面板虚拟机床控制信息虚拟机床其它控制信息虚拟机床反馈信息虚拟数字控制子系统虚拟机床子系统虚拟机床反馈信息第二十二页，共四十一页。虚拟制造的使能技术虚拟装配设计环境VADE基于虚拟现实的训练系统计算机辅助过程规划系统机器人路径规划系统专用的装配设备设计VADE环境CAD环境DFA分析轨迹信息序列信息部件几何特征属性及装配信息等轨迹及序列信息设计变化的建议第二十三页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术虚拟设计与装配技术

虚拟实验技术虚拟生产技术

虚拟产品实现技术虚拟检测与评价技术虚拟纹理分析技术第二十四页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术之一虚拟设计与装配技术虚拟产品形状设计虚拟装配/拆卸设计与优化虚拟样机具有力觉的虚拟装配第二十五页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术之二虚拟产品实现技术基于表面质量分析的切削参数选择

远程机器人操作与监控虚拟测量技术虚拟加工第二十六页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术之三虚拟检测与评价技术虚拟表面接触刚度分析基于应力的加工质量评价装配信息建模刀位轨迹检查及碰撞干涉检验工艺过程规划与仿真

第二十七页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术之四虚拟实验技术虚拟测试

虚拟样机的性能评价虚拟试验的运行平台

虚拟试验的物理建模第二十八页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术之五虚拟生产技术虚拟生产线/车间实时三维布局基于VR的网络化分散制造仿真与评价

生产线/车间生产过程虚拟仿真第二十九页，共四十一页。虚拟制造的关键技术关键技术之五虚拟生产技术虚拟生产线/车间实时三维布局基于VR的网络化分散制造仿真与评价

生产线/车间生产过程虚拟仿真第三十页，共四十一页。分布式虚拟制造虚拟制造中的多智能体体系结构多智能体系统与虚拟现实仿真分布式虚拟环境第三十一页，共四十一页。分布式虚拟制造的特点支持智能体的自主性和相对独立性，使其能够根据内部状态和外部消息事件控制自身的行为支持数据、过程以及通信设施的封装，使智能体有明确的边界、标识和引用的概念支持消息的通信，直接给出与通信意图有关的信息支持新的过程加入以及数据与通信信息修改的重组能力第三十二页，共四十一页。分布式虚拟制造的关键技术规模和功能可扩展的异构型软件结构自然的人-机交互技术网络通信和网络协议异构性分布式环境动态可扩展性安全性设施

DVE系统与工具的开发第三十三页，共四十一页。虚拟制造技术的应用虚拟环境与工具第三十四页，共四十一页。虚拟制造技术的应用虚拟产品建模第三十五页，共四十一页。虚拟制造技术的应用虚拟产品建模第三十六页，共四十一页。虚拟制造技术的应用福特汽车公司的数字原型件第三十七页，共四十一页。虚拟制造技术的应用VR中反铲装载车模型第三十八页，共四十一页。虚拟制造技术的应用加工过程仿真第三十九页，共四十一页。本讲结束谢谢！第四十页，共四十一页。内容总结虚拟制造技术。虚拟制造技术中的使能技术。美国空军Wright实验室：虚拟制造是仿真、建模和分析技术及工具的综合应用，以增强各层设计制造和生产决策与