虚拟制造技术(PPT40页).pptx

虚拟制造系统体系结构
产品建模 产品异地设计
产品优化设计
产品性能评价
零部件分析优化
可制造性评价 快速原型
生产工艺优化 虚拟实验
工具设计优化 虚拟检测
刀位控制 参数优化
刀位轨迹 参数优化
加工方案 评估
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
虚拟生产平台服务器
虚拟装配
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
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
• 6、Almost any situation---good or bad---is affected by the attitude we bring to. ----Lucius Annaus Seneca差不多任何一种处境---无论是好是坏---都受到我们对待处境态度的影响。11时3分11时3分5Aug-208.5.2020
价的环境
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
虚拟制造技术的分类
类
特点
主要 主要技术
别
目标 支持
以 · 将仿真加到控制模 控 型和实际处理中 制 可“无缝”地仿真 为 使得实际生产周期期 中 间不间断地优化 心
· 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
虚拟制造的相关定义（2）
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 增强各层设计制造和生产决策与控制的能 力。
Marinov ：虚拟制造是一个系统，在这个系 统中，制造对象、过程、活动和准则的抽 象原型被建立在基于计算机的环境中，以 增强制造过程的一个或多个方面的属性。
轨迹及序列 信息设计变 化的建议
轨迹信息序列信息
DFA分析
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
虚拟制造的关键技术
关键技术
虚拟生产技术 虚拟实验技术 虚拟纹理分析技术 虚拟检测与评价技术 虚拟产品实现技术 虚拟设计与装配技术
虚拟制造的关键技术
关键技术之一
虚拟机床模型
NC 代码
热力学模型 刚度模型
机床系统 结构系统
运动学模型
传感器输入
伺服模型 精确模型
运动系统
力域
位移
其它输入
切削过程 工件属性 切削系统
温度域
虚拟制造的使能技术
虚拟CNC系统
虚拟机床子系统
虚拟机床控制信息 虚拟机床反馈信息 虚拟机床控制接口
虚拟数字控制子系统
物理轴号、位置
轴号 匹配模块
基于物理的工程行为 特征建模方法
零部件的物理建模方法
使能技术之三
虚拟制造的使能技术
使能技术之四
数据转换与处理技术
产品数据管理技术 数据文件格式转换技术
虚拟制造的使能技术
使能技术之五
网络环境下知识获取与建库技术
网络环境下虚拟产品数 据与指令的传输与共享
基于多Agent的虚拟 企业信息重组与集成
基于VR的产品设计 与制造集成过程链
类
特点
主要 主要技术 应用领域
别
目标 支持
以 · 将仿真能力用于制 评价 · 虚拟现 工厂或产品的
生 造过程模型，以便低 可生 实
物理布局
产
费用、快速地评价不
产性 · 嵌入式
传统制造：主要 考虑空间
为 同的工艺方案
仿真
虚拟制造：总体
中 用于资源需求规划、 心 生产计划的产生及评
协调、优化动态 过程, 人、环境、 效率
以 · 在设计阶段为 评价 · 特征造 造型设计
设 设计人员提供制造信 可制 型
热力学分析
计 为 中 心
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”
造性 · 面向数 学模型设 计
加工过程 仿真技术
运动学分析 动力学分析 容差分析 加工过程仿
真
样机
虚拟制造技术的分类
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
虚拟制造的相关定义（1）
日本Kimura ：通过对制造知识进行系统化 组织与分析，对整个制造过程建模，在计 算机上进行设计评估和制造活动仿真。 佛罗里达大学Gloria J. Wiens ：虚拟制造 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 的功能及可制造性的潜在问题进行预测。
• 7、Although the world is full of suffering, it is full also of the overcoming of it.----Hellen Keller, American writer虽然世界多苦难，但是苦难总是能战胜的。20.8.520.8.520.8.5。2020年8月5日星期三二 〇二〇年八月五日
分布式虚拟制造的关键技术
规模和功能可扩展的异构型软件结构 自然的人-机交互技术 网络通信和网络协议 异构性分布式环境 动态可扩展性 安全性设施 DVE系统与工具的开发
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
刀位轨迹检查及碰撞 干涉检验 虚拟表面接触刚度分析
虚拟制造的关键技术
关键技术之四
虚拟实验技术
虚拟样机的性能评价 虚拟测试
虚拟试验的运行平台 虚拟试验的物理建模
虚拟制造的关键技术
关键技术之五
虚拟生产技术
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
虚拟生产线/车间实 时三维布局
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
工厂资源（人、设备） 虚拟生产计划
生产为核心
优化资源 选择评价工艺 验证新工艺
新工艺及对应信息、如成本
控制为核心
优化车间控制 优化制造过程
质量 评估
车间机床 及控制系统
虚拟制造技术的分类
类
特点
主要 主要技术 应用领域
别
目标 支持
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
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。
虚拟制造技术的应用
VR中反铲装载车模型
虚拟制造技术的应用
加工过程仿真
本讲结束 谢谢！
• 1、Genius only means hard-working all one's life. (Mendeleyer, Russian Chemist) 天才只意味着终身不懈的努力。20.8.58.5.202011:0311:03:10Aug-2011:03
虚拟设计与装配技术
具有力觉的虚拟装配
虚拟样机 虚拟装配/拆卸设计 与优化
虚拟产品形状设计
虚拟制造的关键技术
关键技术之二
虚拟产品实现技术
基于表面质量分析的 切削参数选择
虚拟测量技术
远程机器人操作与监控
虚拟加工
虚拟制造的关键技术
关键技术之三
虚拟检测与评价技术
装配信息建模
基于应力的加工质量 评价
工艺过程规划与仿真
虚拟场景的快速漫游、 绘制与网络传输
分布式虚拟仿真节点 的协同与自治
网络化异构知识与数 据信息的统一表达
虚拟制造的使能技术
使能技术之六
基于VR的科学计算可视化技术
基于VR的可视化与驾 驭计算
特征可视化与拓扑结 构分析
分布式的计算与可视 化环境的协同
多通道技术与可视化技术 的映射机理与操纵方法
虚拟制造的使能技术
虚拟制造的相关定义（3）
马里兰大学Edward Lin ：虚拟制造是一个 用于增强各级决策与控制的一体化的、综 合性的制造环境。
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，即采用计算机 仿真与虚拟现实技术，在计算机上实现产 品开发、制造，以及管理与控制等制造的 本质过程，以增强制造过程各级的决策与 控制能力。
虚拟机床其它 控制信息
虚拟机床 反馈信息
逻辑轴号、位置
输入\输出 NC程序系统参数 模块
运动控制模块
（NC系统功 能界面）
各轴位置数据 、刀号、行号 虚拟操作面板信息
虚拟操作面板返回信息
虚拟操作面板
虚拟制造的使能技术
虚拟装配设计环境VADE
CAD环 境
部件几何特 征属性及装 配信息等
VADE 环
境
• 5、You have to believe in yourself. That's the secret of success. ----Charles Chaplin人必须相信自己，这是成功的秘诀。-Wednesday, August 5, 2020August 20Wednesday, August 5, 20208/5/2020
• 2、Our destiny offers not only the cup of despair, but the chalice of opportunity. (Richard Nixon, American President )命运给予我们的不是失望之酒，而是机会之杯。二〇二〇年八月五日2020年8月5 日星期三
虚拟现实设备的软硬 件接口驱动技术
虚拟制造的使能技术
使能技术之二
虚拟环境建模技术
虚拟声的生成与增强 技术 基于图像的绘制技术
场景预处理技术
智能化视区裁剪技术
多细节层次建模技术 图像图形混合建模技术
产品建模技术
虚拟制造的使能技术
工程分析结果的多准 则图示方法
工程分析的有限元计 算方法
工程对象的单元化划 分方法
虚拟制造的关键技术
关键技术之五
虚拟生产技术
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
虚拟生产线/车间实 时三维布局
分布式虚拟制造
虚拟制造中的多智能体体系结构 多智能体系统与虚拟现实仿真 分布式虚拟环境
分布式虚拟制造的特点
支持智能体的自主性和相对独立性，使其能够根据 内部状态和外部消息事件控制自身的行为 支持数据、过程以及通信设施的封装，使智能体有 明确的边界、标识和引用的概念 支持消息的通信，直接给出与通信意图有关的信息 支持新的过程加入以及数据与通信信息修改的重组 能力
• 4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行 8.5.20208.5.202011:0311:0311:03:1011:03:10
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
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
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
模
装配过程、性能分析过程。
型
活动模型：对企业生产组织和经营活动建立的模型
应用领域
虚拟制造的使能技术
使能技术
基于VR的计算可视化
网络环境下知识获取与建库
数据转换与处理 产品建模
虚拟环境建模 多通道交互
虚拟制造的使能技术
使能技术之一
多通道交互技术
信息与时间的同步技 术
人像分离与多传感信 息的融合技术
大面积纹理的可见性 快速显示技术
三维定位跟踪设备的 定标技术
真实感渲染的三维图 形加速技术
企业协同工作环境
虚拟企业平台服务器 企业虚拟运行
企业运行仿真
虚拟设计
虚
拟
制
虚拟制造
造
的
功
能
虚拟生产
框
图
虚拟企业
虚拟制造技术的分类
CAD/CAM
产品概念设计 设计为核心
优化产品设计、 工艺设计 加工方案评价
M! M2 M3 M4
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
• 3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。11:038.5.202011:038.5.202011:0311:03:108.5.202011:038.5.2020