虚拟制造技术培训课件.doc
虚拟制造技术虚拟制造产生的背景虚拟制造的概念及内涵虚拟制造的分类虚拟制造的体系结构虚拟制造的应用实例虚拟制造技术1.虚拟制造产生的背景20世纪90年代以来，随着市场全球化和激烈竞争，对新产品开发、质量、交货期等市场的快速响应成为企业竞争的焦点。但新产品开发、生产线改造或建立新的生产线都存在风险。如何降低风险：运用虚拟制造技术（Virtual Manufacturing，简称VM）。在计算机上进行产品及其制造过程的建模和仿真，分析产品的结构、性能和其制造过程的生产布局、生产节拍、调度控制等，对产品的可制造性和可生产性进行评估，找出产品及其制造过程可能出现的问题，及时修改产品设计和制造工艺的不合理部分，得出合理优化的方案，保证真实制造时的一次成功率。2.虚拟制造的概念及内涵实际制造系统（Real Manufacturing System, RMS）由实际信息系统（Real Information System, RIS）、实际物理系统（Real Physical System, RPS）和实际控制系统（Real Control System, RCS）组成，即RMS=RIS+RPS+RCSRPS 由实际的物质实体组成，包括材料、机床、工具、夹具、半成品、产品、机器人、传感器、控制器等组成。RIS由信息、信息处理和决策活动组成，进行设计、规划、调度、控制。RCS是完成RIS、RPS之间的信息交换。RMS的最终产品是实际加工完成的零件和组装成的产品。把R换成V，就构成虚拟制造系统（Virtual Manufacturing System，VMS），它是采用计算机及其建模、仿真技术，模拟实际制造系统中的RIS、RPS、RCS的所有功能，即VMS=VIS+VPS+VCS所以VIS、VPS、VCS是RIS、RPS、RCS在虚拟空间的映射，是真实系统的抽象模型。VIS虚拟信息系统VMS虚拟制造系统VCS虚拟控制系统VPS虚拟物理系统RIS实际信息系统RMS实际制造系统RCS实际控制系统RPS实际物理系统虚拟制造系统通过对实际制造进行抽象、分析、综合，得到实际产品的全数字化模型，进行模拟仿真和评价，得出优化合理的解决方案；然后在实际制造系统中，控制物质流、信息流、能量流，生产出合格的产品。因此，虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚拟制造的实例。虚拟制造系统不消耗资源和能量，也不生产产品，而只是模拟产品的设计、开发与实现过程，它模拟实际制造系统的过程中，应具有以下特征：功能一致性。即虚拟制造系统的功能与相应的现实制造系统功能一致，忠实地反映制造过程本身的动态特性。结构相似性。虚拟制造系统与现实系统在结构上是相似的。组织的灵活性。实现一个产品的开发和制造，往往存在多种解决方案，虚拟制造系统具有模型修改方便、组态灵活、运算效率高等功能。集成化。CIMS强调“信息”集成，智能制造强调“智能”集成，而虚拟制造强调“全过程”集成。智能化。实现虚拟环境下的全局最优决策。3.虚拟制造的分类以设计为中心的虚拟制造（Design-centered VM）建立产品的数字模型，进行强度、刚度、运动学、动力学等分析，评价产品的结构、功能和使用性能。并在计算机上进行数字化“制造”，仿真多种制造方案，评价产品的可制造性和可装配性。其目的是发现和解决可能出现的潜在问题，提成功率，缩短产品的开发周期。以生产为中心的虚拟制造（Production-centered VM）建立生产过程模型，通过产品生产制造过程多种方案的模拟仿真，评价和优化产品生产的工艺过程、物流路径、资源需求状况、生产节拍和效率、运行费用、经济效益等，其主要目标是评价产品的可生产性。以控制为中心的虚拟制造（Control-centered VM）建立产品生产过程的控制模型，采用模拟仿真技术，对产品制造过程的生产组织与管理、静态、动态调度、产品质量监控、故障扰动对生产秩序的影响及排除等进行仿真和优化，其目的是改进产品生产过程的组织和控制，提高生产效率，降低制造成本。4.虚拟制造的体系结构下图为中国国家CIMS中心提出的一个虚拟制造体系结构，是基于PDM（Product Data Management，产品数据管理）集成的、以三个虚拟平台（虚拟开发、虚拟生产、虚拟企业）为核心的框架结构。虚拟开发平台该平台支持产品的并行设计、工艺规则、加工、装配及维修等过程，进行可制造性和可装配性的分析。虚拟生产平台该平台支持生产环境的布局设计和设备集成、产品远程虚拟测试、企业生产计划及调度的优化，进行可生产性的分析。虚拟企业平台建立企业模型，根据市场的需求和产品开发的要求，对企业内部制造资源进行优化配置；选择企业外部合作伙伴，对组成的动态组织联盟或虚拟企业的结构、布局、协同工作环境、运作方式等进行模拟和优化，进行可合作性的分析和评价。5.虚拟制造的应用实例虚拟制造已经在汽车制造、航空航天、造船、电子、机械等行业得到应用，特别是在复杂产品制造企业取得了良好的效益，据国外统计资料报告，虚拟制造带来的具体效益如下：减少产品上市时间30%；减少设计修改65%；减少生产工艺规划时间40%；生产产能提高15%；降低生产费用13%。图示是Boeing 777客机的虚拟装配现场。图示是汽车白车身的虚拟点焊作业。
