虚拟制造技术培训课件

虚拟制造技术

虚拟制造产生的背景

虚拟制造的概念及内涵

虚拟制造的分类

虚拟制造的体系结构

虚拟制造的应用实例虚拟制造技术

1.虚拟制造产生的背景

20世纪90年代以来，随着市场全球化和激烈竞争，对新产品开发、质量、交货期等市场的快速响应成为企业竞争的焦点。但新产品开发、生产线改造或建立新的生产线都存在风险。

如何降低风险：运用虚拟制造技术（VirtualManufacturing，简称VM）。

在计算机上进行产品及其制造过程的建模和仿真，分析产品的结构、性能和其制造过程的生产布局、生产节拍、调度控制等，对产品的可制造性和可生产性进行评估，找出产品及其制造过程可能出现的问题，及时修改产品设计和制造工艺的不合理部分，得出合理优化的方案，保证真实制造时的一次成功率。2.虚拟制造的概念及内涵

实际制造系统（RealManufacturingSystem,RMS）由实际信息系统（RealInformationSystem,RIS）、实际物理系统（RealPhysicalSystem,RPS）和实际控制系统（RealControlSystem,RCS）组成，即

RMS=RIS+RPS+RCS

RPS由实际的物质实体组成，包括材料、机床、工具、夹具、半成品、产品、机器人、传感器、控制器等组成。RIS由信息、信息处理和决策活动组成，进行设计、规划、调度、控制。RCS是完成RIS、RPS之间的信息交换。RMS的最终产品是实际加工完成的零件和组装成的产品。

把R换成V，就构成虚拟制造系统（VirtualManufacturingSystem，VMS），它是采用计算机及其建模、仿真技术，模拟实际制造系统中的RIS、RPS、RCS的所有功能，即VMS=VIS+VPS+VCS

所以VIS、VPS、VCS是RIS、RPS、RCS在虚拟空间的映射，是真实系统的抽象模型。

VIS——虚拟信息系统

VMS——虚拟制造系统

VCS——虚拟控制系统

VPS——虚拟物理系统

RIS——实际信息系统

RMS——实际制造系统

RCS——实际控制系统

RPS——实际物理系统虚拟制造系统通过对实际制造进行抽象、分析、综合，得到实际产品的全数字化模型，进行模拟仿真和评价，得出优化合理的解决方案；然后在实际制造系统中，控制物质流、信息流、能量流，生产出合格的产品。因此，虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚拟制造的实例。

虚拟制造系统不消耗资源和能量，也不生产产品，而只是模拟产品的设计、开发与实现过程，它模拟实际制造系统的过程中，应具有以下特征：

⑴功能一致性。即虚拟制造系统的功能与相应的现实制造系统功能一致，忠实地反映制造过程本身的动态特性。

⑵结构相似性。虚拟制造系统与现实系统在结构上是相似的。

⑶组织的灵活性。实现一个产品的开发和制造，往往存在多种解决方案，虚拟制造系统具有模型修改方便、组态灵活、运算效率高等功能。

⑷集成化。CIMS强调“信息”集成，智能制造强调“智能”集成，而虚拟制造强调“全过程”集成。

⑸智能化。实现虚拟环境下的全局最优决策。3.虚拟制造的分类

⑴以设计为中心的虚拟制造（Design-centeredVM）

建立产品的数字模型，进行强度、刚度、运动学、动力学等分析，评价产品的结构、功能和使用性能。并在计算机上进行数字化“制造”，仿真多种制造方案，评价产品的可制造性和可装配性。其目的是发现和解决可能出现的潜在问题，提成功率，缩短产品的开发周期。

⑵以生产为中心的虚拟制造（Production-centeredVM）

建立生产过程模型，通过产品生产制造过程多种方案的模拟仿真，评价和优化产品生产的工艺过程、物流路径、资源需求状况、生产节拍和效率、运行费用、经济效益等，其主要目标是评价产品的可生产性。

⑶以控制为中心的虚拟制造（Control-centeredVM）

建立产品生产过程的控制模型，采用模拟仿真技术，对产品制造过程的生产组织与管理、静态、动态调度、产品质量监控、故障扰动对生产秩序的影响及排除等进行仿真和优化，其目的是改进产品生产过程的组织和控制，提高生产效率，降低制造成本。4.虚拟制造的体系结构

下图为中国国家CIMS中心提出的一个虚拟制造体系结构，是基于PDM（ProductDataManagement，产品数据管理）集成的、以三个虚拟平台（虚拟开发、虚拟生产、虚拟企业）为核心的框架结构。

⑴虚拟开发平台

该平台支持产品的并行设计、工艺规则、加工、装配及维修等过程，进行可制造性和可装配性的分析。

⑵虚拟生产平台

该平台支持生产环境的布局设计和设备集成、产品远程虚拟测试、企业生产计划及调度的优化，进行可生产性的分析。

⑶虚拟企业平台

建立企业模型，根据市场的需求和产品开发的要求，对企业内部制造资源进行优化配置；选择企业外部合作伙伴，对组成的动态组织联盟或虚拟企业的结构、布局、协同工作环境、运作方式等进行模拟和优化，进行可合作性的分析和评价。5.虚拟制造的应用实例

虚拟制造已经在汽车制造、航空航天、造船、电子、机械等行业得到应用，特别是在复杂产品制造企业取得了良好的效益，据国外统计资料报告，虚拟制造带来的具体效益如下：

⑴减少产