虚拟制造与网络制造

虚拟制造与网络制造一、绪论论产生背景景社会发展展、科技技进步、、生活节节奏加快快市场瞬息息万变，，反应速速度意味味着商机机制造业竞竞争重点点的变迁迁规模60s成本70s质量80s速度90s产生背景景全球经济济一体化化：全球球制造网网络、WTO制造产业业信息化化：电子子商务、、EDI电子数据据交换消费个性性化：顾顾客化大大生产相关研究究计划先进制造造技术计计划（美美国）关键技术术(制造造)计划划（美国国）敏捷制造造使能技技术计划划(TEAM)（（美国）智能制造造(IMS))技术国际际合作计计划（日日本)制造2000年年计划（（德国））高级先进进制造技技术计划划(G-7))（韩国）最新研究究进展利用虚拟拟制造技技术，MD公司对MD-11型飞机压压式空气气门的再再设计,使零件数数减少36%，装配操操作减少少34%，重量减减少107镑。美国国防防先进研研究工程程机构创创建了基基于因特特网的制制造系统统的敏捷捷基础结结构。美国海军军开发的的集成制制造数据据环境系系统中已已采用美美国Computervision公司研制制的虚拟拟制造系系统软件件EPD..Connect。福特汽车车公司的的FordC3P集成系统统，为公公司的内内给部门门或其供供应商提提供了各各种信息息，使每每年的成成本下降降了2亿多美元元。波音公司司的777客机，在在IBM公司的计计算机辅辅助三维维交互式式系统Catia的支持下下，在虚虚拟制造造环境中中，由2200个工作站站和8个大型机机分布式式处理大大量数据据，分别别在美国国、日本本、巴西西和澳大大利亚等等地生产产的机身身部件一一次装配配成功，，偏差仅仅为0.3毫米。美国斯坦坦福大学学快速制制造实验验室用SLS方法制成成战斗直直升飞机机螺旋浆浆产品样样件用于于各种性性能测试试。美国的机机电装备备制造技技术已进进入微组组装的新新一代。。二、虚拟拟制造虚拟制造造的相关关定义（（1）日本Kimura：通过对制制造知识识进行系系统化组组织与分分析，对对整个制制造过程程建模，，在计算算机上进进行设计计评估和和制造活活动仿真真。佛罗里达达大学GloriaJ.Wiens：虚拟制造造与实际际一样在在计算机机上执行行制造过过程，其其中虚拟拟模型是是在实际际制造之之前用于于对产品品的功能能及可制制造性的的潜在问问题进行行预测。。虚拟制造造的相关关定义（（2）美国空军军Wright实验室：虚拟制造造是仿真真、建模模和分析析技术及及工具的的综合应应用，以以增强各各层设计计制造和和生产决决策与控控制的能能力。Marinov：虚拟制造造是一个个系统，，在这个个系统中中，制造造对象、、过程、、活动和和准则的的抽象原原型被建建立在基基于计算算机的环环境中，，以增强强制造过过程的一一个或多多个方面面的属性性。虚拟制造造的相关关定义（（3）马里兰大大学EdwardLin：虚拟制造造是一个个用于增增强各级级决策与与控制的的一体化化的、综综合性的的制造环环境。清华大学学肖田元元：虚拟制造造是实际际制造过过程在计计算机上上的本质质实现，，即采用用计算机机仿真与与虚拟现现实技术术，在计计算机上上实现产产品开发发、制造造，以及及管理与与控制等等制造的的本质过过程，以以增强制制造过程程各级的的决策与与控制能能力。虚拟制造造的定义义一个在计计算机网网络及虚虚拟现实实环境中中完成的的，利用用制造系系统各层层次及不不同侧面面的数学学模型，，对包括括设计、、制造、、管理和和销售等等各个环环节的产产品全生生命周期期的各种种技术方方案和技技术策略略进行评评估和优优化的综综合过程程。虚拟制造造技术的定义是一门以以计算机机仿真技技术、制制造系统统与加工工过程建建模理论论、VR技术、分分布式计计算理论论、产品品数据管管理技术术等为理理论基础础，研究究如何在在计算机机网络环环境及虚虚拟现实实环境下下，利用用制造系系统各层层次及各各环节的的数字模模型，完完成制造造系统整整个过程程的计算算与仿真真的技术术。虚拟制造造系统的的定义是一个在在虚拟制制造技术术的指导导下，在在计算机机网络和和虚拟现现实环境境中建立立起来的的，具有有集成、、开放、、分布、、并行、、人机交交互等特特点的，，能够从从产品生生产全过过程的高高度来分分析和解解决制造造系统各各个环节节的技术术问题的的软硬件件系统。。虚拟制造造的特点点集成性反复性并行性人机交互互性虚拟制造造与实际际制造的的关系虚拟制造造是对实实际制造造活动的的抽象实际制造造是虚拟拟制造的的实例虚拟制造造是一种种更高层层次上的的计算机机技术在在设计、、制造、、管理等等各个环环节中的的应用以设计为中心的VM目标：1优化设计及优选工艺2加工方案评价产品设计概念以生产为中心的VM目标：1资源优化2选择评价工艺3验证新工艺供设计者参考的制造信息新产品模型新产品工艺产品制造信息工厂资源以控制为中心的VM目标：1优化车间控制2优化制造过程车间机床控制系统虚拟生产计划新工艺及对应的信息质量估计虚拟产品原型、成本估算CAD/CAM已有的模型和工艺日程模型逻辑模型过程模型成品模型参数虚拟制造造的分类类虚拟制造造的理论论基础虚拟制造的理论基础建模理论仿真理论并行计算连续系统建模离散系统建模机理建模

辩识建模

神经网络建模

模糊神经网络建模

模糊建模

实体流图法活动周期图法Petri网法连续系统仿真离散系统仿真实时仿真事件调度法活动扫描法进程交互法点对点通信全局通信并行控制与任务组处理机拓扑并行I/O可视化交交互建模模体系结结构模型说明语言运行参数实验VIM环境体系结构可视化参数分析可视化VIS环境体系结构交互式用户模型生成器模型说明模型分析模型转换结果可执行模型虚拟制造造的体系系结构人机交互接口个性化用户界面通讯协议和数据交换标准(IGES、STEP等)网络及物理链路、硬件设备产品模型、数据、只是和规则基于COBRDA（DCOM）的分布集成框架虚拟设计平台虚拟加工平台虚拟控制平台界面层框架层应用层数据层协议层网络层虚拟制造造的功能能框图产品建模产品异地设计零部件分析优化快速原型生产工艺优化工具设计优化刀位控制参数优化刀位轨迹参数优化加工方案评估虚拟实验虚拟检测工艺模型验证产品模型实验：虚拟机床生产计划仿真优化虚拟生产布局虚拟设备集成虚拟装配虚拟生产平台服务器虚拟企业平台服务器企业协同工作环境企业虚拟运行企业运行仿真产品优化设计产品性能评价可制造性评价虚拟设计虚拟制造虚拟生产虚拟企业运动学模型传感器输入运动系统其它输入力域温度域切削过程工件属性热力学模型刚度模型伺服模型精确模型机床系统切削系统结构系统NC

代码位移虚拟机床床模型输入\输出模块（NC系统功能界面）运动控制模块轴号匹配模块虚拟机床控制接口逻辑轴号、位置物理轴号、位置各轴位置数据、刀号、行号NC程序系统参数虚拟操作面板信息虚拟操作面板返回信息虚拟操作面板虚拟机床控制信息虚拟机床其它控制信息虚拟机床反馈信息虚拟数字控制子系统虚拟机床子系统虚拟机床反馈信息虚拟CNC系统体系系结构虚拟装配配设计环环境VADE基于虚拟现实的训练系统计算机辅助过程规划系统机器人路径规划系统专用的装配设备设计VADE环境CAD环境DFA分析确定的有穷自动机

轨迹信息序列信息部件几何特征属性及装配信息等轨迹及序列信息设计变化的建议使能技术术多通道交交互网络环境境下知识识获取与与建库基于VR的计算可可视化虚拟环境境建模产品建模模数据转换换与处理理虚拟制造造的使能能技术使能技术术之一多通道交交互技术术虚拟现实实设备的的软硬件件接口驱驱动技术术大面积纹纹理的可可见性快快速显示示技术信息与时时间的同同步技术术真实感渲渲染的三三维图形形加速技技术三维定位位跟踪设设备的定定标技术术人像分离离与多传传感信息息的融合合技术虚拟环境境建模技技术图像图形形混合建建模技术术场景预处处理技术术虚拟声的的生成与与增强技技术多细节层层次建模模技术智能化视视区裁剪剪技术基于图像像的绘制制技术使能技术术之二产品建模模技术零部件的的物理建建模方法法工程分析析的有限限元计算算方法工程分析析结果的的多准则则图示方方法基于物理理的工程程行为特特征建模模方法工程对象象的单元元化划分分方法使能技术术之三数据转换换与处理理技术数据文件件格式转转换技术术产品数据据管理技技术使能技术术之四网络环境境下知识识获取与与建库技技术网络化异异构知识识与数据据信息的的统一表表达基于VR的产品设设计与制制造集成成过程链链网络环境境下虚拟拟产品数数据与指指令的传传输与共共享分布式虚虚拟仿真真节点的的协同与与自治虚拟场景景的快速速漫游、、绘制与与网络传传输基于多Agent的虚拟企企业信息息重组与与集成使能技术术之五基于VR的科学计计算可视视化技术术多通道技技术与可可视化技技术的映映射机理理与操纵纵方法特征可视视化与拓拓扑结构构分析基于VR的可视化化与驾驭驭计算分布式的的计算与与可视化化环境的的协同使能技术术之六虚拟制造造的关键键技术关键技术术虚拟设计计与装配配技术虚拟实验验技术虚拟生产产技术虚拟产品品实现技技术虚拟检测测与评价价技术虚拟纹理理分析技技术关键技术术之一虚拟设计计与装配配技术虚拟产品品形状设设计虚拟装配配/拆卸卸设计与与优化虚拟样机机具有力觉觉的虚拟拟装配虚拟产品品实现技技术基于表面面质量分分析的切切削参数数选择远程机器器人操作作与监控控虚拟测量量技术关键技术术之二虚拟加工工虚拟检测测与评价价技术虚拟表面面接触刚刚度分析析基于应力力的加工工质量评评价装配信息息建模刀位轨迹迹检查及及碰撞干干涉检验验工艺过程程规划与与仿真关键技术术之三虚拟实验验技术虚拟测试试虚拟样机机的性能能评价虚拟试验验的运行行平台关键技术术之四虚拟试验验的物理理建模虚拟生产产技术虚拟生产产线/车车间实时时三维布布局基于VR的网络化化分散制制造仿真真与评价价生产线//车间生生产过程程虚拟仿仿真关键技术术之五分布式虚虚拟制造造虚拟制造造中的多多智能体体体系结结构多智能体体系统与与虚拟现现实仿真真分布式虚虚拟环境境分布式虚虚拟制造造的特点点支持智能能体的自自主性和和相对独独立性，，使其能能够根据据内部状状态和外外部消息息事件控控制自身身的行为为支持数据据、过程程以及通通信设施施的封装装，使智智能体有有明确的的边界、、标识和和引用的的概念支持消息息的通信信，直接接给出与与通信意意图有关关的信息息支持新的的过程加加入以及及数据与与通信信信息修改改的重组组能力分布式虚虚拟制造造的关键键技术规模和功功能可扩扩展的异异构型软软件结构构自然的人人-机交交互技术术网络通信信和网络络协议异构性分分布式环环境动态可扩扩展性安全性设设施DVE系统与工工具的开开发三、网络络制造通过计算算机网络络组织起起来的制制造体系系NetworkedManufacturingSystem网络制造造NM网络制造造的定义义基于虚拟拟现实、、计算机机网络、、Multi-Agent等支撑技技术，构构筑网上上虚拟企企业，重重组各种种生产与与制造资资源，实实现对异异地产品品设计和和功能的的仿真，，进而快快速生产产出满足足用户要要求的产产品的整整个制造造过程。。网络制造造的主要要特点快速响应应市场变变化资源的充充分利用用稳定和提提高产品品质量减小企业业风险市场竞争的新要求对市场需求的快速反应各种资源的集成与共享各种资源的合理利用基于网络的信息获取与融合网络技术创新机制虚拟现实信息技术设计与制造系统与过程网络化制造制造业的的发展必必然网络制造造提高快快速反应应能力现有制造造资源的的快速调调集与充充分利用用制造企业业快速重重组、动动态联盟盟、虚拟拟企业并行工程程与虚拟拟制造的的跨时空空性分担基础础设施建建设费用用、减少少商务风风险减少产品品投放市市场所需需时间增加市场场占有份份额、快快速进入入市场网络制造造的支撑撑技术网络通讯讯技术并行工程程虚拟现实实技术数控技术术现代检测测与信息息融合技技术快速成形形技术激光技术术网络制造造的理论论模型基究础研研发机构网管中心制造企业制造企业制造企业制造企业远控程监网计上设企作业协享资共源制断造诊互联网互联网网络制造造的功能能模型网络制造系统平台资源共享网上设计网上制造网上仿真远程监控远程诊断信息发布远程教育研发机构、企业间的科研协作与网上制造网络制造造的体系系结构快速原型产品产品仿真Internet/Intranet决策支持系统虚拟现实系统设计系统快速成型系统*工艺计划*相关机床*材料CAPP系统*机床*材料*CNC，MC，FMSCAM系统*定单*查询*检索顾客服务系统*功能分析*质量评价*成本与价格最终产品数据库制造企业研究机构研究人员动态选择动态选择制造企业研究机构研究人员Internet市场机遇机遇1机遇2机遇n企业网络成员企业虚拟企业1虚拟企业2虚拟企业3分布式虚虚拟制造造企业网网络动态联盟盟决策的的过程模模型组织学习3.期望收益的净现值6.基于净利润的选择文化7.目标风险8.风险评估政府目标一致相互吸引共同的危机外部激励联盟障碍1.问题定义2.解决方案的确定和合作机会的认知4.交易成本及其它成本的期望净现值5.额外的风险补偿费用9.联盟治理机制网络制造造的基本本内涵网上产品品快速设设计与制制造系统统（网上制制造车间间）快速制造造基础理理论CAD//CAM一体化技技术智能监控控与诊断断技术快速制造造生产模模式虚拟设计计与制造造技术开放式制制造自动动化技术术网络制造造技术主要内容容之一快速制造造基础理理论开放式体体系结构构建模、、调度与与优化海量制造造信息的的存储规规范与管管理多智能体体与自组组织的理理论与方方法几何信息息表示方方法与几几何推理理体系制造知识识的表征征、获取取与传递递制造过程程中的可可负担性性分析方方法主要内容容之二快速制造造生产模模式网络化组组织结构构ERP系统企业敏捷捷性和柔柔性的测测度和评评价方法法资源快速速有效集集成技术术互联网环环境下的的数据信信息模式式与管理理方法主要内容容之三虚拟设计计与制造造技术虚拟制造造建模技技术虚拟制造造信息交交换技术术虚拟制造造仿真技技术产品可装装配性评评价技术术远程产品品快速反反应制造造的虚拟拟制造系系统产品可制制造性评评价技术术主要内容容