虚拟制造的教案

虚拟制造的教案第1页/共40页4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6Addyourtextinhere关于虚拟制造对企业的作用及其应用目录第2页/共40页1.背景及现状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第3页/共40页1.背景及现状社会发展，科技进步，生活节奏加快“三化”：全球经济一体化，制造产业信息化，消费个性化背景第4页/共40页国外现状

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。第5页/共40页在欧洲，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。第6页/共40页在日本，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。国外现状第7页/共40页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11590ｈ的试飞时间，节约经费6.73亿美元。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：第8页/共40页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。国内现状第9页/共40页国内主要研究方向虚拟制造基础研究：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：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：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。虚拟制造系统：主要包括虚拟制造技术的体系结构、技术支持、开发策略等。第10页/共40页２.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。第11页/共40页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第12页/共40页3.虚拟制造与实际制造的关系第13页/共40页虚拟制造的简单流程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3.虚拟制造与实际制造的关系第14页/共40页4.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第15页/共40页以设计为中心的ＶＭ类别特点主要目标主要技术支持应用领域以设计为中心的VM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”样机评价可制造性特征造型面向数学模型设计加工过程仿真技术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4.虚拟制造的分类第16页/共40页以生产为中心的ＶＭ类别特点主要目标主要技术支持应用领域以生产为中心的VM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评价可生产性虚拟现实嵌入式仿真工厂或产品的物理布局生产计划的编排4.虚拟制造的分类第17页/共40页以控制为中心的ＶＭ类别特点主要目标主要技术支持应用领域以控制为中心的VM·

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

4.虚拟制造的分类第18页/共40页虚拟制造技术分类间关系4.虚拟制造的分类第19页/共40页5.关于虚拟制造集成性反复性并行性人机交换虚拟制造的特点第20页/共40页虚拟制造的理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/O5.关于虚拟制造第21页/共40页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、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.关于虚拟制造第22页/共40页5.关于虚拟制造与其他先进制造技术的关系第23页/共40页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.关于虚拟制造第24页/共40页6.对企业的作用及其应用虚拟制造技术对企业的作用第25页/共40页虚拟制造技术的应用虚拟产品设计虚拟产品制造虚拟生产过程虚拟企业产品展示6.对企业的作用及其应用第26页/共40页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第27页/共40页虚拟制造技术的应用6.对企业的作用及其应用第28页/共40页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第29页/共40页6.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动画仿真第30页/共40页6.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第31页/共40页6.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第32页/共40页6.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第33页/共40页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第34页/共40页用SolidWorks2011设计的奥迪R8。奥迪R8（AudiR8）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。第35页/共40页虚拟制造技术的应用6.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，第36页/共40页7.虚拟制造研究与发展趋势展望虚拟制造的理论技术体系和方法论有效、精确、快速的产品与过程数字化建模方法虚拟制造中的模型集成和集成化环境虚拟现实技术