虚拟制造课件.ppt

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1、虚拟制造虚拟制造Virtual Manufacturing4虚拟制造技术产生的背景及现状1235虚拟制造的定义虚拟制造与实际制造的关系虚拟制造的分类6Add your text in here关于虚拟制造对企业的作用及其应用目录目录1.背景及现状背景及现状u制造业经营策略的变迁生产规模1960S生产成本1970S产品质量1980S市场响应速度1990S技术创新21ST资源经济知识经济背景 1.背景及现状背景及现状u社会发展，科技进步，生活节奏加快u“三化”：全球经济一体化，制造产业 信息化，消费个性化背景国外现状 以美国为首的西方工业国家成立了相应的虚拟造研究机构，在95年前已基本完成应用基础

2、技术的研究，建立了虚拟制造技术体系，正向实际应用全面过渡。在美国已形成了由政府、产业界、大学组成的多层次、多方位的综合研究开发力量。主要研究机构有：美国国家标准及技术局（NIST）制造工程实验室，美国波音-麦道飞机制造公司，美国Maryland大学系统研究学院 CIM实验室，美国Michigan大学虚拟现实实验室等六家主要研究机构。在欧洲，许多大学和研究机构通过相互间的合作并联合企业进行虚拟制造技术的研究工作。国外现状英国Bath大学机械工程系：其虚拟制造研究 的主要侧重点在支持虚拟制造的CAD/CAM仿真软件的开发应用方面。主要的成就在于用 OpenInventor2.0软件工具开发出了基于

3、自己的Svlis几何造型工具的虚拟制造系统。英国Leeds大学计算机研究学院：研究主要集中在虚拟原型的构造和仿真以及可视化技术方面。在日本，已形成了以大阪大学为中心的研究开发力量，主要进行虚拟制造系统的建模，仿真技术，并行处理及虚拟现实等方面的的研究，并开发出了虚拟工厂的制造环境。主要研究机构有：日本大坂大学机械工程系制造工程及系统研究室和日本Kao公司。国外现状美国福特和克莱斯勒公司运用虚拟产品开发技术，使汽车开发周期由原来的36个月缩短为24个月；波音公司设计的777型大型客机，从8年缩短到5年，成本降低了25%左右。在设计制造RAH-66直升机时，节省了11590的试飞时间，节约经费6.

4、73亿美元。2004年“勇气号”和“机遇号”火星探测器成功登录火星，虚拟制造技术在该项目研制中起了重要的作用，许多设计、试验和仿真都是在虚拟样机上完成的。德国奔驰公司利用虚拟制造技术，使车体喷漆的设计时间缩短了30%40国外主要实例：由于虚拟制造技术出现较晚，研究机构还很少据不完全统计，目前全国已有30多家科研机构、高等院校和企业正在开展VM技术方面的研究清华大学CIMS工程研究中心虚拟制造研究室，是国内最早开展虚拟制造研究的机构之一，主要研究方向是虚拟产品开发西安交通大学CAD/CAM研究所主要研究以网络为中心的创新设计与全球制造(包括创新技法、信息共享、知识发掘、远程设计与制造模式)上海交

5、通大学CIMS研究所、北京航空航天大学和浙汀大学等也进行了部分虚拟制造技术的研究2005年3月，上海理工大学宣布成立了虚拟制造技术研究院。国内现状国内主要研究方向虚拟制造基础研究虚拟制造基础研究：虚拟制造涉及的技术领域极其广泛，不是各单项技术的简单组合，而是在相关理论和已积累知识的基础上对制造知识的系统化组织，需要进一步深化。产品虚拟设计技术产品虚拟设计技术：主要包括虚拟产品开发平台、虚拟测试、虚拟装配以及机床、模具的虚拟设计实现等。产品虚拟加工技术产品虚拟加工技术：主要包括材料热加工工艺模拟、加工过程仿真、板材成型模拟、模具制造仿真等。虚虚拟制造系统拟制造系统：主要包括虚拟制造技术的体系结构

6、、技术支持、开发策略等。.虚拟制造的定义虚拟制造的定义定义：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。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。3.虚拟制造与实际制造的关系虚拟制造与实际制造的关系3.3.虚拟

7、制造与实际制造的关系虚拟制造与实际制造的关系虚拟制造的简单流程客户客户需求需求工人计算机产品信息资源机会循环到合格工厂拟实制造实际制造 创意修改和控制3.虚拟制造与实际制造的关系虚拟制造与实际制造的关系4.虚拟制造的分类虚拟制造的分类以设计为中心的VM以生产为中心的VM以控制为中心的VM以设计为中心的类类类类别别别别特特特特点点点点主要主要主要主要目标目标目标目标主要技术主要技术主要技术主要技术支持支持支持支持应用应用应用应用领域领域领域领域以以设设计计为为中中心心的的VMVM 在设计阶段为设计在设计阶段为设计人员提供制造信息人员提供制造信息 使用基于制造的仿使用基于制造的仿真以优化产品和工真

8、以优化产品和工艺的设计艺的设计 通过通过“在计算机上在计算机上制造制造”产生多个产生多个“软软”样机样机 评价评价可制可制造性造性 特征造型特征造型 面向数学面向数学模型设计模型设计 加工过程加工过程仿真技术仿真技术 造型设计造型设计 热力学分析热力学分析 运动学分析运动学分析 动力学分析动力学分析容差分析容差分析 加工过程仿加工过程仿真真 4.虚拟制造的分类虚拟制造的分类以生产为中心的类类类类别别别别特特特特点点点点主要主要主要主要目标目标目标目标主要技术主要技术主要技术主要技术支持支持支持支持应用应用应用应用领域领域领域领域以以生生产产为为中中心心的的VMVM 将仿真能力用于制将仿真能力用

9、于制造过程模型，以便造过程模型，以便低费用、快速地评低费用、快速地评价不同的工艺方案价不同的工艺方案 用于资源需求规划、用于资源需求规划、生产计划的产生及生产计划的产生及评价的环境评价的环境 评价评价可生可生产性产性 虚拟现虚拟现实实 嵌入式嵌入式仿真仿真 工厂或产品工厂或产品的物理布局的物理布局 生产计划的生产计划的编排编排4.虚拟制造的分类虚拟制造的分类以控制为中心的类类类类别别别别特特特特点点点点主要主要主要主要目标目标目标目标主要技术支主要技术支主要技术支主要技术支持持持持应用领域应用领域应用领域应用领域以以控控制制为为中中心心的的VMVM将仿真加到控将仿真加到控制模型和实际处理中制模

10、型和实际处理中 可可“无缝无缝”地仿地仿真使得实际生产周期真使得实际生产周期期间不间断地优化期间不间断地优化 对离散制造对离散制造-基于仿真基于仿真的实时动态的实时动态调度调度 对连续制造对连续制造-基于仿真基于仿真的最优控制的最优控制 4.虚拟制造的分类虚拟制造的分类虚拟制造技术分类间关系4.虚拟制造的分类虚拟制造的分类5.关于虚拟制造关于虚拟制造u 集成性u 反复性u 并行性u 人机交换虚拟制造的特点虚拟制造的理论基础虚虚拟拟制制造造的的理理论论基基础础建模理论建模理论仿真理论仿真理论并行计算并行计算连续系统建模连续系统建模离散系统建模离散系统建模机理建模机理建模 辩识建模辩识建模 神经网

11、络建模神经网络建模 模糊神经网络建模模糊神经网络建模 模糊建模模糊建模 实体流图法实体流图法 活动周期图法活动周期图法 PetriPetri网法网法 连续系统仿真连续系统仿真离散系统仿真离散系统仿真实时仿真实时仿真事件调度法事件调度法 活动扫描法活动扫描法 进程交互法进程交互法 点对点通信点对点通信 全局通信全局通信 并行控制与任务组并行控制与任务组 处理机拓扑处理机拓扑 并行并行I/O I/O 5.关于虚拟制造关于虚拟制造虚拟制造的相关技术 虚拟制造的相关技术包括输入、输出设备及计算机硬件技术、集成这些硬件系统的电子化技术和软件技术，它们之间的关系如下图所示。计算机仿真优化技术、三维建模技术

12、、网络技术和虚拟现实技术是虚拟制造的核心与关键技术。5.关于虚拟制造关于虚拟制造5.关于虚拟制造关于虚拟制造与其他先进制造技术的关系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计、装配、测试

13、的环境。虚拟企业动态组合 系统集成 任务调度5.关于虚拟制造关于虚拟制造6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用虚拟制造技术对企业的作用虚拟制造技术的应用u虚拟产品设计u虚拟产品制造u虚拟生产过程u虚拟企业u产品展示6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用虚拟制造技术的应用虚拟产品设计6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用虚拟制造技术的应用6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用虚拟制造技术的应用波音777飞机数字化装配6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用活塞发动机曲轴及凸轮轴运动仿真空气压缩机运动仿真 齿轮加工仿真飞机引擎

14、动画仿真6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用活塞发动机运动仿真空气压缩机运动仿真 齿轮加工仿真飞机引擎动画仿真6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用虚拟生产中产品生产过程 虚拟生产中产品装配6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用虚拟生产中产品生产过程虚拟生产中产品装配虚拟制造技术的应用汽车外形设计6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用 用SolidWorks2011设计的奥迪R8。奥迪R8（Audi R8）是一款中置引擎双座超级跑车，极速达316km/h，由德国汽车制造商奥迪于2006年推出。奥迪R8是奥迪量产的首款中置引擎超级跑车，基于兰博基尼Gallardo的开发

15、平台，融合了奥迪在多个运动赛事中取胜的经验，技术以及突破传统观念的完美设计。虚拟制造技术的应用6.对企业的作用及其应用对企业的作用及其应用用SolidWorks设计的劳斯莱斯Trent1000航空发动机，7.7.虚拟制造研究与发展趋势展望虚拟制造研究与发展趋势展望u虚拟制造的理论技术体系和方法论u有效、精确、快速的产品与过程数字化建模方法u虚拟制造中的模型集成和集成化环境u虚拟现实技术在虚拟制造中应用的成本和复杂性问题u虚拟制造的平台和支持工具 虚拟制造需要进一步研究的主要问题虚拟制造的发展趋势展望u从局部应用到集成应用发展 u基于VR的虚拟制造将在复杂高科技产品开发中得到更多应u与其他先进制造技术的融合或结合更加紧密u虚拟制造技术将在企业和教育部门的技术培训中大显身手7.7.虚拟制造研究与发展趋势展望虚拟制造研究与发展趋势展望