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虚拟制造技术 虚拟现实技术 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 一.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（virtual manufacturing technology，VMT）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。如波音777，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期从过去的8年缩短到5年；Chrycler公司与IBM合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年时间，虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影响。二.以模型为核心：产品模型、过程模型、活动模型、资源模型产品模型：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三.利用VM技术不仅可以减少新产品的投资，而且可以大大缩短产品的开发周期，从而对难以预测、持续变化的市场需求作出快速响应，虚拟制造系统不消耗资源和能量，也不生产产品，而且是模拟产品的设计、开发与实现过程，它具有以下特征：v 功能一致性v 结构相似性v 组织的灵活性v 集成化v 智能化虚拟制造与实际制造v 实际制造系统（RMS）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。v 虚拟制造系统（VMS）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。v 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。v 可简单标识为：v RMS=RPS+RIS+RCS VMS=VPS+VIS+VCS四.根据所涉及的范围不同，可将虚拟制造分成三类：v 以设计为核心的虚拟制造（design-centered VM）v 以生产为核心的虚拟制造（production-centered VM）v 以控制为核心的虚拟制造（control-centered VM）以设计为中心特点 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 主要目标:评价可制造性主要技术支持 特征造型 面向数学模型设计 加工过程仿真技术 应用领域造型设计 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 以生产为中心特点 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 主要目标:评价可生产性 主要技术支持 虚拟现实 嵌入式仿真 应用领域 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 以控制为中心特点 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 主要技术支持 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 五.虚拟制造的使能技术 多通道交互 虚拟环境建模 产品建模 数据转换与处理 网络环境下知识获取与建库 基于VR的计算可视化 六.虚拟制造的关键技术1.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 2.虚拟产品实现技术虚拟加工 远程机器人操作与监控 虚拟测量技术 基于表面质量分析的切削参数选择3.虚拟检测与评价技术 虚拟表面接触刚度分析 刀位轨迹检查及碰撞干涉检验工艺过程规划与仿真基于应力的加工质量评价 装配信息建模 4.虚拟实验技术 虚拟试验的物理建模 虚拟试验的运行平台 虚拟测试 虚拟样机的性能评价 5.虚拟生产技术 虚拟生产线/车间实时三维布局 生产线/车间生产过程虚拟基于制造VR的网络化分散仿真与评价七.虚拟制造技术在生产制造上的应用1.基于VR技术的产品开发VR的沉浸性和交互性特性使得它成为用来设计新产品和开发相应生产线的得力工具。首先考虑一下设计并构造一个新产品原型所需要的时间。在设计过程中，设计师要考虑到产品的各个方面，以满足一定的安全性、人机工程学、易维护性和装配标准。因此，设计过程中严格地受到生产、时间和费用的限制。VR能完成比CAD更多的功能，CAD通常只考虑产品各个子部件的几何特征和相互间的几何约束。而在VR中，可以将以上提到的多种所需满足的条件集成到设计过程中一并考虑，我们还能适当减少子部件数目，甚至可以按比例放缩部件尺寸，这大大降低了设计费用和原型构造时间，更进一步的达到产品用户化的目标。2.虚拟现实技术在制造车间设计中的作用目前众多的制造系统可按递阶控制层次分为四层：工厂层、车间层、制造单元层、设备层，其中车间层的设计与车间中设备的利用率、产品的生产效率等密切相关，如果设计不当，就会造成设备利用率低、车间产量不能满足用户需求、操作人员的空闲时间多。所以，如何合理地设计制造车间，保证它的高效运行是一个非常重要的问题。采用VR技术能提高设计的可行性、有效性。车间设计的主要任务是把生产设备、刀具、夹具、工件、生产计划、调度单等生产要素有机地组织起来。3.VR技术在生产计划安排上的应用生产计划安排的可视化对于制造决策是极其有用的，但目前它还未能完全实现。使用VR技术，可将成百上千件产品、成千上万个零部件和许多其他生产要素可视化，辅助计划者更好地评价、选择生产计划。计算机产生的图像可将计划者的大脑负担转移到他们的感官系统，这就加快了工作进程。生产计划数据变成立体的或多维的图形，可表达复杂的内部关系。但问题并不是那么简单，不能只简单地用某种图形来表示每种数据和数据之间的关系，否则只会生成一幅杂乱无章的图像。在绘制之前，要先进行视觉抽象，在二维平面上用一种形体代表一种数据，这种形体要满足：（1）支持视觉感知；（2）构造有效的视觉表示以便于各种层次的解释；（3）保证结果图像要便于商业经理理解和使用。八、采用虚拟制造技术可以给企业带来下列效益1.提供关键的设计和管理决策对生产成本、周期和能力的影响信息，以便正确处理产