先进制造工艺第三学时.ppt

虚拟制造技术虚拟制造技术 Virtual Manufacturing TechnologyVirtual Manufacturing Technology第三章第三章 第四节第四节虚拟制造技术ØØ虚拟制造技术的内涵虚拟制造技术的内涵ØØ虚拟制造技术的体系结构虚拟制造技术的体系结构ØØ虚拟制造技术的分类虚拟制造技术的分类ØØ虚拟制造技术的应用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：虚拟制造的综合定义：虚拟制造的综合定义：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，一个在计算机网络及虚拟现实环境中完成的，一个在计算机网络及虚拟现实环境中完成的，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，对利用制造系统各层次及不同侧面的数学模型，对利用制造系统各层次及不同侧面的数学模型，对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包括设计、制造、管理和销售等各个环节的产品包括设计、制造、管理和销售等各个环节的产品包括设计、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全生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估全生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估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。

和优化的综合过程和优化的综合过程和优化的综合过程虚拟制造技术的内涵虚拟制造技术的定义：虚拟制造技术的定义：虚拟制造技术的定义：虚拟制造技术的定义：是一门以计算机仿真技术、制造系统与加是一门以计算机仿真技术、制造系统与加工过程建模理论、工过程建模理论、VRVR技术、分布式计算理论、技术、分布式计算理论、产品数据管理技术等为理论基础，研究如何产品数据管理技术等为理论基础，研究如何在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用在计算机网络环境及虚拟现实环境下，利用制造系统各层次及各环节的数字模型，完成制造系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：虚拟制造系统的定义：虚拟制造系统的定义：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和解决制造系统各个环节的技术问题的软硬件系统。

件系统虚拟制造技术的内涵2 2、特点、特点、特点、特点以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模型、资源模型型、资源模型型、资源模型型、资源模型模模型型产品模型：产品信息在计算机上的表示产品模型：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成为根本：产品模型、过程模型、以模型信息集成为根本：产品模型、过程模型、以模型信息集成为根本：产品模型、过程模型、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活动模型、资源模型之间的信息集成活动模型、资源模型之间的信息集成活动模型、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，以高逼真度仿真为特色：仿真结果的高可信度，以高逼真度仿真为特色：仿真结果的高可信度，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。

以及人与这个虚拟制造环境的交互的自然化以及人与这个虚拟制造环境的交互的自然化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 3、虚拟制造与实际制造、虚拟制造与实际制造、虚拟制造与实际制造、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实际制造系统是物质流、信息流在控制流的协实际制造系统是物质流、信息流在控制流的协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，实调和控制下，在各个层次上进行相应的决策，实调和控制下，在各个层次上进行相应的决策，实调和控制下，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，其中物质流和信息现从投入到产出的有效转变，其中物质流和信息现从投入到产出的有效转变，其中物质流和信息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流的协调工作是主体流的协调工作是主体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虚拟制造系统是在分布式协同工作等多学科技虚拟制造系统是在分布式协同工作等多学科技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术支持的虚拟环境下的现实制造系统的映射。

术支持的虚拟环境下的现实制造系统的映射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，实际制虚拟制造系统是实际制造系统的抽象，实际制虚拟制造系统是实际制造系统的抽象，实际制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造系统是虚拟制造系统的实例造系统是虚拟制造系统的实例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虚拟制造系统实际制造系统实际制造系统计算机仿真计算机仿真虚拟现实虚拟现实基于网络的基于网络的VPS虚拟信息系统虚拟信息系统确认和验证确认和验证技术人员技术人员客户客户抽象与综合抽象与综合虚拟产品虚拟产品实际信息系统实际信息系统样机样机需求需求工人工人工厂工厂RPS实际产品实际产品虚拟制造技术的内涵客户客户需求需求工人工人计算机产品信息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虚拟制造的体系结构产品数据管理（产品数据管理（PDM））实实际际制制造造过过程程技技术术人人员员和和用用户户数字化模型数字化模型计算机仿真、虚拟现实计算机仿真、虚拟现实虚虚拟拟开开发发平平台台虚拟设计虚拟设计 有限元分析有限元分析 运动学分析运动学分析 动力学分析动力学分析虚拟加工虚拟加工 工艺过程优化工艺过程优化 工具设计优化工具设计优化 单元工艺优化单元工艺优化 加工过程分析加工过程分析虚拟装配虚拟装配 装配工艺规划装配工艺规划 装配路线规划装配路线规划 装配分配规划装配分配规划 装配质量规划装配质量规划虚虚拟拟生生产产平平台台虚拟布局虚拟布局虚拟实际生产环境虚拟实际生产环境虚拟生产动态过程虚拟生产动态过程优化生产环境布局优化生产环境布局虚拟设备虚拟设备虚拟集成支撑环境虚拟集成支撑环境优化集成方案优化集成方案虚拟调度虚拟调度虚拟产品生产过程虚拟产品生产过程优化生产调度方案优化生产调度方案虚虚拟拟企企业业平平台台协同工作环境协同工作环境 支持异地设支持异地设计、装配、测试计、装配、测试的环境。

的环境虚拟企业动态虚拟企业动态组合组合 系统集成系统集成 任务调度任务调度虚拟制造系统体系结构产品建模产品建模产品异地设计产品异地设计零部件分析优化零部件分析优化快速原型快速原型生产工艺优化生产工艺优化工具设计优化工具设计优化刀位控制刀位控制参数优化参数优化刀位轨迹刀位轨迹参数优化参数优化加工方案加工方案评评 估估虚拟实验虚拟实验虚拟检测虚拟检测工艺模型验证工艺模型验证产品模型实验：虚拟机床产品模型实验：虚拟机床生产计划生产计划仿真优化仿真优化虚拟生产布局虚拟生产布局虚拟设备集成虚拟设备集成虚拟装配虚拟装配虚拟生产平台服务器虚拟生产平台服务器虚拟企业平台服务器虚拟企业平台服务器企业协同工作环境企业协同工作环境企业虚拟运行企业虚拟运行企业运行仿真企业运行仿真产品优化设计产品优化设计产品性能评价产品性能评价可制造性评价可制造性评价虚拟设计虚拟设计虚拟制造虚拟制造虚拟生产虚拟生产虚拟企业虚拟企业虚虚虚虚拟拟拟拟制制制制造造造造的的的的功功功功能能能能框框框框图图图图虚拟制造技术的分类类类类类别别别别特点特点特点特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领域应用领域应用领域应用领域以以以以设设设设计计计计为为为为中中中中心心心心· · · ·                        在设计阶段为设计人在设计阶段为设计人在设计阶段为设计人在设计阶段为设计人员提供制造信息员提供制造信息员提供制造信息员提供制造信息 ·         ·         ·         ·         使用基于制造的仿真使用基于制造的仿真使用基于制造的仿真使用基于制造的仿真以优化产品和工艺的以优化产品和工艺的以优化产品和工艺的以优化产品和工艺的设计设计设计设计 通过通过通过通过““““在计算机上制在计算机上制在计算机上制在计算机上制造造造造””””产生多个产生多个产生多个产生多个““““软软软软””””样机样机样机样机   评价评价评价评价可制可制可制可制造性造性造性造性 · · · ·     特特特特征造型征造型征造型征造型 ·  ·  ·  ·  面面面面向数学模向数学模向数学模向数学模型设计型设计型设计型设计 加工过程加工过程加工过程加工过程仿真技术仿真技术仿真技术仿真技术   造型设计造型设计造型设计造型设计 热力学分析热力学分析热力学分析热力学分析 运动学分析运动学分析运动学分析运动学分析 动力学分析动力学分析动力学分析动力学分析容差分析容差分析容差分析容差分析 加工过程仿加工过程仿加工过程仿加工过程仿真真真真   虚拟制造技术的分类类类类类别别别别特点特点特点特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领域应用领域应用领域应用领域以以以以生生生生产产产产为为为为中中中中心心心心· · · ·      将仿真能力将仿真能力将仿真能力将仿真能力用于制造过程模型，用于制造过程模型，用于制造过程模型，用于制造过程模型，以便低费用、快速地以便低费用、快速地以便低费用、快速地以便低费用、快速地评价不同的工艺方案评价不同的工艺方案评价不同的工艺方案评价不同的工艺方案      用于资源需求规划、用于资源需求规划、用于资源需求规划、用于资源需求规划、生产计划的产生及评生产计划的产生及评生产计划的产生及评生产计划的产生及评价的环境价的环境价的环境价的环境 评价评价评价评价可生可生可生可生产性产性产性产性 · · · ·     虚虚虚虚拟现实拟现实拟现实拟现实 ·  ·  ·  ·  嵌嵌嵌嵌入式仿真入式仿真入式仿真入式仿真       工厂或产品的工厂或产品的工厂或产品的工厂或产品的物理布局物理布局物理布局物理布局    传统制造：主传统制造：主传统制造：主传统制造：主要考虑空间要考虑空间要考虑空间要考虑空间    虚拟制造：总虚拟制造：总虚拟制造：总虚拟制造：总体协调、优化动体协调、优化动体协调、优化动体协调、优化动态过程态过程态过程态过程, , , , 人、环人、环人、环人、环境、效率境、效率境、效率境、效率         生产计划的编生产计划的编生产计划的编生产计划的编排排排排        传统制造：静传统制造：静传统制造：静传统制造：静态、确定型态、确定型态、确定型态、确定型   虚拟制造：动态、虚拟制造：动态、虚拟制造：动态、虚拟制造：动态、随机型随机型随机型随机型    虚拟制造技术的分类类类类类别别别别特点特点特点特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领域应用领域应用领域应用领域以以以以控控控控制制制制为为为为中中中中心心心心· · · ·     将仿真加到控将仿真加到控将仿真加到控将仿真加到控制模型和实际处理中制模型和实际处理中制模型和实际处理中制模型和实际处理中 可可可可““““无缝无缝无缝无缝””””地仿地仿地仿地仿真使得实际生产周期真使得实际生产周期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期间不间断地优化期间不间断地优化 · · · ·     对对对对离散制造离散制造离散制造离散制造--------基于仿基于仿基于仿基于仿真的实时真的实时真的实时真的实时动态调度动态调度动态调度动态调度 对连续制对连续制对连续制对连续制造造造造--------基于基于基于基于仿真的最仿真的最仿真的最仿真的最优控制优控制优控制优控制       虚拟制造技术的分类设计为核心设计为核心优化产品设计、优化产品设计、工艺设计工艺设计加工方案评价加工方案评价生产为核心生产为核心优化资源优化资源选择评价工艺选择评价工艺验证新工艺验证新工艺控制为核心控制为核心优化车间控制优化车间控制优化制造过程优化制造过程产品概念设计产品概念设计CAD/CAMM! M2 M3 M4供供设计者参考的制造信息设计者参考的制造信息虚拟产品原型虚拟产品原型 成本估算成本估算新产品模型、工艺、制造信息新产品模型、工艺、制造信息虚拟生产计划虚拟生产计划质量质量评估评估新新工艺及对应信息、如成本工艺及对应信息、如成本车间机床车间机床及控制系统及控制系统工厂资源（人、设备）工厂资源（人、设备）M1：：已有的模型和工艺已有的模型和工艺M2：：日程模型、逻辑模型日程模型、逻辑模型M3：：过程模型过程模型M4：：成品模型参数成品模型参数虚拟制造技术的应用虚虚拟拟环环境境与与工工具具虚拟制造技术的应用虚虚拟拟环环境境与与工工具具虚拟制造技术的应用虚虚拟拟环环境境与与工工具具虚拟制造技术的应用虚虚拟拟环环境境与与工工具具虚拟制造技术的应用虚虚拟拟环环境境与与工工具具虚拟制造技术的应用虚虚拟拟产产品品建建模模虚拟制造技术的应用虚虚拟拟产产品品建建模模虚拟制造技术的应用福福特特汽汽车车公公司司的的数数字字原原型型件件虚拟制造技术的应用汽汽车车内内部部的的三三维维实实体体图图虚拟制造技术的应用太太原原机机车车厂厂的的工工程程作作业业车车外外形形设设计计虚拟制造技术的应用波波音音7 77 77 7飞飞机机数数字字化化装装配配虚拟制造技术的应用动动态态装装配配仿仿真真装配过程仿真装配过程仿真1装配过程仿真装配过程仿真2虚拟制造技术的应用热变形分析热变形分析----主轴箱主轴箱/立柱热变形立柱热变形ＣＡＤ建模虚拟制造技术的应用热变形分析热变形分析----主轴箱主轴箱/立柱热变形立柱热变形有限元模型虚拟制造技术的应用热变形分析热变形分析----主轴箱主轴箱/立柱热变形立柱热变形有限元模型施加约束虚拟制造技术的应用热变形分析热变形分析----主轴箱主轴箱/立柱热变形立柱热变形解算－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运动分析与仿真抽油机抽油机运动仿真运动仿真活塞发动机曲轴及凸轮轴活塞发动机曲轴及凸轮轴 运动仿真运动仿真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测试虚拟制造技术的应用虚拟测试虚拟测试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虚拟生产调度控制仿真调度仿真调度仿真1调度仿真调度仿真2虚拟制造技术的应用案例奥迪奥迪奥迪奥迪Q7Q7虚拟碰撞两千次虚拟碰撞两千次虚拟碰撞两千次虚拟碰撞两千次   汽车研发三维仿真汽车研发三维仿真汽车研发三维仿真汽车研发三维仿真虚拟制造虚拟制造虚拟制造虚拟制造和和和和仿真建模仿真建模仿真建模仿真建模大大提大大提大大提大大提高了研发和制造效率。

研发高了研发和制造效率研发高了研发和制造效率研发高了研发和制造效率研发团队可以用三维立体方式，团队可以用三维立体方式，团队可以用三维立体方式，团队可以用三维立体方式，模拟任何内容，包括模拟任何内容，包括模拟任何内容，包括模拟任何内容，包括车身部车身部车身部车身部件、强度、动力系统性能、件、强度、动力系统性能、件、强度、动力系统性能、件、强度、动力系统性能、碰撞性能碰撞性能碰撞性能碰撞性能等如奥迪等如奥迪等如奥迪等如奥迪Q7Q7车车车车头的一个碰撞试验需要头的一个碰撞试验需要头的一个碰撞试验需要头的一个碰撞试验需要100100万个数据来支持，电脑可以万个数据来支持，电脑可以万个数据来支持，电脑可以万个数据来支持，电脑可以在在在在150150毫秒内计算出结果毫秒内计算出结果毫秒内计算出结果毫秒内计算出结果这一时间比真车碰撞的时间这一时间比真车碰撞的时间这一时间比真车碰撞的时间这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍节省数千倍节省数千倍节省数千倍虚拟制造技术的应用案例ØØ在模拟碰撞实验中，超在模拟碰撞实验中，超在模拟碰撞实验中，超在模拟碰撞实验中，超级计算机需要动用它的级计算机需要动用它的级计算机需要动用它的级计算机需要动用它的八个处理器，工作八个处理器，工作八个处理器，工作八个处理器，工作22222222小小小小时，研发人员然后以毫时，研发人员然后以毫时，研发人员然后以毫时，研发人员然后以毫米为单位休整，修正后米为单位休整，修正后米为单位休整，修正后米为单位休整，修正后继续重复这一实验，当继续重复这一实验，当继续重复这一实验，当继续重复这一实验，当开发完成，这款车已经开发完成，这款车已经开发完成，这款车已经开发完成，这款车已经经历了大约经历了大约经历了大约经历了大约2000200020002000虚拟碰虚拟碰虚拟碰虚拟碰撞，相同的时间，如果撞，相同的时间，如果撞，相同的时间，如果撞，相同的时间，如果用真车，只能做用真车，只能做用真车，只能做用真车，只能做40404040次，次，次，次，而且，碰撞过程要毁掉而且，碰撞过程要毁掉而且，碰撞过程要毁掉而且，碰撞过程要毁掉40404040辆真车。

辆真车虚拟制造技术的应用案例波音波音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，而在过去是不可避免的花去大量时间和费用，而在过去是不可避免的花去大量时间和费用，而在过去是不可避免的花去大量时间和费用，而在过去是不可避免的虚拟制造技术的应用案例777-200LR777-200LR 美国波音公司在飞机设计中美国波音公司在飞机设计中美国波音公司在飞机设计中美国波音公司在飞机设计中运用运用运用运用VRVRVRVR技术完全改变了这种设技术完全改变了这种设技术完全改变了这种设技术完全改变了这种设计方法波音公司为设计波音计方法波音公司为设计波音计方法波音公司为设计波音计方法波音公司为设计波音777777777777飞机，研制了一个名为飞机，研制了一个名为飞机，研制了一个名为飞机，研制了一个名为“ “先进先进先进先进计算机图形交互应用系统计算机图形交互应用系统计算机图形交互应用系统计算机图形交互应用系统” ”的的的的虚拟环境，用虚拟环境，用虚拟环境，用虚拟环境，用VRVRVRVR技术在此环境技术在此环境技术在此环境技术在此环境中建立一驾飞机的三维模型。

中建立一驾飞机的三维模型中建立一驾飞机的三维模型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这样设计师戴上头盔显示器就这样设计师戴上头盔显示器就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，可以在这驾虚拟飞机中遨游，可以在这驾虚拟飞机中遨游，可以在这驾虚拟飞机中遨游，检查检查检查检查“ “飞机飞机飞机飞机” ”的各项性能，同的各项性能，同的各项性能，同的各项性能，同时，还可以检查设备的安装位时，还可以检查设备的安装位时，还可以检查设备的安装位时，还可以检查设备的安装位置是否符合安装要求等等最置是否符合安装要求等等最置是否符合安装要求等等最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，终的实际飞机与设计方案相比，终的实际飞机与设计方案相比，终的实际飞机与设计方案相比，偏差小于千分之一寸偏差小于千分之一寸偏差小于千分之一寸偏差小于千分之一寸，机翼和，机翼和，机翼和，机翼和机身的接合一次成功，缩短了机身的接合一次成功，缩短了机身的接合一次成功，缩短了机身的接合一次成功，缩短了数千小时的设计工作量数千小时的设计工作量数千小时的设计工作量数千小时的设计工作量虚拟制造技术的应用案例        使用电脑进行无纸使用电脑进行无纸使用电脑进行无纸使用电脑进行无纸设计是波音自设计是波音自设计是波音自设计是波音自777777以以以以来的技术创新，波音来的技术创新，波音来的技术创新，波音来的技术创新，波音在在在在787787的研制中也继的研制中也继的研制中也继的研制中也继续使用计算机无纸化续使用计算机无纸化续使用计算机无纸化续使用计算机无纸化作业作业作业作业CATIACATIA，，，，ENOVIAENOVIA和和和和DELMIADELMIA等，在波音公司等，在波音公司等，在波音公司等，在波音公司787787的开发过程中，得到的开发过程中，得到的开发过程中，得到的开发过程中，得到了全面的应用，从而实现了全面的应用，从而实现了全面的应用，从而实现了全面的应用，从而实现了了了了设计、分析、制造的紧设计、分析、制造的紧设计、分析、制造的紧设计、分析、制造的紧密继承和数据共享密继承和数据共享密继承和数据共享密继承和数据共享在全相关性的基础上，利用在全相关性的基础上，利用在全相关性的基础上，利用在全相关性的基础上，利用CATIA V5CATIA V5可以实现强大的产品工程。

可以实现强大的产品工程可以实现强大的产品工程可以实现强大的产品工程CATIA V5CATIA V5提供了一个完善的分析和设计集成平台该平台上还可提供了一个完善的分析和设计集成平台该平台上还可提供了一个完善的分析和设计集成平台该平台上还可提供了一个完善的分析和设计集成平台该平台上还可运行高级分析软件运行高级分析软件运行高级分析软件运行高级分析软件ØØ掌握虚拟制造的概念；ØØ掌握虚拟制造的体系结构和分类；ØØ掌握虚拟制造的应用。