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虚拟制造技术,清华大学精密仪器与机械学系 制造工程研究所 郁鼎文,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,虚拟制造技术的内涵,1、定义 虚拟制造作为一个全新的概念，是信息时代制造技术的重要标志。 佛罗里达大学Gloria J Wiens: 虚拟制造是这样一个概念，即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，用于对产品的功能和可制造性的潜在问题进行预测。 着眼于“结果” 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，以增强各层制造设计和生产决策与控制。 着眼与“手段”,虚拟制造技术的内涵,马里兰大学Edward Lin&etc 虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制一体化的、综合的制造环境 着眼于“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，既采用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上实现产品的开发、制造，以及管理和控制等制造本质过程，以增加制造过程各级的决策和控制能力,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基础，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,技术人员,客户,抽象与综合,虚拟产品,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,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（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,虚拟制造系统体系结构,虚拟制造系统体系结构,可视化交互建模体系结构,虚拟制造系统体系结构,虚拟制造的功能框图,虚拟制造技术的分类,虚拟制造技术的分类,虚拟制造技术的分类,虚拟制造技术的分类,产品概念设计,CAD/CAM,M! M2 M3 M4,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,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,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,虚拟制造的使能技术,使能技术之二,虚拟制造的使能技术,使能技术之三,虚拟制造的使能技术,使能技术之四,虚拟制造的使能技术,使能技术之五,虚拟制造的使能技术,使能技术之六,虚拟制造的使能技术,虚拟机床模型,虚拟制造的使能技术,虚拟CNC系统,虚拟制造的使能技术,虚拟装配设计环境VADE,虚拟制造的关键技术,虚拟制造的关键技术,关键技术之一,虚拟制造的关键技术,关键技术之二,虚拟制造的关键技术,关键技术之三,虚拟制造的关键技术,关键技术之四,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,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,VR中反铲装载车模型,虚拟制造技术的应用,VR中反铲装载车模型,虚拟制造技术的应用,动态装配仿真,加工中心支架 动态装配仿真,装配环境仿真,装配过程仿真,装配过程仿真,卫星装配仿真,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 模态分析,虚拟制造技术的应用 模态分析,虚拟制造技术的应用 模态分析,虚拟制造技术的应用 模态分析,虚拟制造技术的应用 模态分析,虚拟制造技术的应用 模态分析,虚拟制造技术的应用 有限元分析,虚拟制造技术的应用 有限元分析,虚拟制造技术的应用 运动分析与仿真,卫星太阳能翻板 运动仿真,加工中心换刀 运动仿真,发动机曲轴连杆 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 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