虚拟制造技术的内涵.pptx
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虚拟制造系统的关键技术ppt课件
(4)产品并行设计的技术支持和保障。产品并行设 计是让下游有关活动尽早融汇到上游的过程中来， 使下游的有关因素能在设计早期加以考虑。这种融 汇是通过诸如DFx等技术来具体实现和保证的，装配 在生产过程中的支配地位确定了虚拟装配的龙头作 用。
虚拟制造系统的关键技术ppt课件
虚拟装配的定义为：虚拟装配是装配过程在计算机上的 本质实现，是基于产品的数字化实体模型，在计算机上分析 与验证产品的装配性能及工艺过程，从而提高产品的可装配 性。装配在此有双重合义，一是由零部件组成的好态的装配 体，二是该装配体的形成过程。
虚拟制造系统的关键技术ppt课件
虚拟车间的内涵
虚拟车间研究的内容包括虚拟车间的设计、分析及其支 撑平台技术。
虚拟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。它与 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、产量低、操作人员空闲多。 在车间设计的初步阶段，设计者根据用户需求，确定车间的 功能需求、车间的模式、主要加工设备、刀具和夹具的类型 和数量，提出一组候选方案。在详细设计阶段，设计者完成 对各个组成单元的完整描述，运用虚拟车间技术生成各个组 成单元的虚拟表示，并进而用这些虚拟单元布置整个车间， 其中还可加上自动引导小车、机器人仓库等车间常用设备， 虚拟车间技术帮助设计者评价、修改设计方案，得到最佳结 果，提高设计的成功率。
虚拟制造系统的关键技术ppt课件
3．数控程序约分析处理
Nc代码翻译器用于指挥虚拟机床的动作和状态， 机床的一切动作和状态都要受NC代码翻译器的控制。 20世纪70年代以来，随着数控图形编程和实体显示 技术的迅速发展，对Nc代码翻译器的需求也日益强 烈。目前的Nc代码翻译器为专用翻译器，即只适用 于其一类数控系统。
虚拟制造系统的关键技术ppt课件
虚拟装配的定义为：虚拟装配是装配过程在计算机上的 本质实现，是基于产品的数字化实体模型，在计算机上分析 与验证产品的装配性能及工艺过程，从而提高产品的可装配 性。装配在此有双重合义，一是由零部件组成的好态的装配 体，二是该装配体的形成过程。
虚拟制造系统的关键技术ppt课件
虚拟车间的内涵
虚拟车间研究的内容包括虚拟车间的设计、分析及其支 撑平台技术。
虚拟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。它与 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、产量低、操作人员空闲多。 在车间设计的初步阶段，设计者根据用户需求，确定车间的 功能需求、车间的模式、主要加工设备、刀具和夹具的类型 和数量，提出一组候选方案。在详细设计阶段，设计者完成 对各个组成单元的完整描述，运用虚拟车间技术生成各个组 成单元的虚拟表示，并进而用这些虚拟单元布置整个车间， 其中还可加上自动引导小车、机器人仓库等车间常用设备， 虚拟车间技术帮助设计者评价、修改设计方案，得到最佳结 果，提高设计的成功率。
虚拟制造系统的关键技术ppt课件
3．数控程序约分析处理
Nc代码翻译器用于指挥虚拟机床的动作和状态， 机床的一切动作和状态都要受NC代码翻译器的控制。 20世纪70年代以来，随着数控图形编程和实体显示 技术的迅速发展，对Nc代码翻译器的需求也日益强 烈。目前的Nc代码翻译器为专用翻译器，即只适用 于其一类数控系统。
虚拟制造技术培训讲义课件(PPT77页)
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
资源模型：对企业人力、物力建立的模型
虚拟制造技术培训讲义(PPT77页)工作 培训教 材工作 汇报课 件管理 培训课 件安全 培训讲 义PPT 服务技 术
虚拟制造的体系结构
数字化模型
计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
有限元分析
实 虚 运动学分析
际 拟 动力学分析
制 开 虚拟加工
造 过
发 平
工艺过程优化 工具设计优化 单元工艺优化
程 台 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
虚拟布局
虚 虚拟实际生产环境 虚 协同工作环境 技
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
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。
虚拟制造技术培训讲义(PPT77页)工作 培训教 材工作 汇报课 件管理 培训课 件安全 培训讲 义PPT 服务技 术
虚拟制造技术(大连理工)ppt课件
1.虚拟制造与其他先进制造技术的关 系
CIMS
4
.
Virtual 2. 虚拟制造技术产生的背景
Manufacturing
1.市场经济的变迁
随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益 激烈，顾客需求日趋多样化。
制造业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展， 必须能够更好地满足市场所提出的T、Q、C、S要求， 来赢得市场与用户．面对不可预测、持续发展、快速 多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔 性．
18
.
Virtual Manufacturing
美国波音公司波音777飞机的 研制
19
.
虚拟制造技术的应用 虚拟制造技术的应用 Vir2tu0a0l 9年12月4日，中国南方航空公司订购的2架波音777货机正
以生产为中心的VM
Production-Centered VM
➢ 在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进 行仿真，对不同的加工过程及其组合进行优化。 它对产品的“可生产性”进行分析与评价，对制 造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生 产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。
应用事例
9
.
2020/4/27
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
11
.
Virtual 4. 虚拟制造技术对企业的作用
Manufacturing
✓ 提供影响产品管理、设计、性能、制造成本、生产周期的相 关信息，以便使决策者做出正确决策
➢最短的产品开发周期(Time)，
➢最优质的产品质量（Quality），
虚拟制造PPT课件
虚拟制造ppt课件
目录
• 虚拟制造概述 • 虚拟制造技术 • 虚拟制造流程 • 虚拟制造的优势与挑战 • 虚拟制造案例分析 • 总结与展望
01
虚拟制造概述
定义与特点
定义
虚拟制造是一种先进制造技术，通过计算机模拟和仿真技术，在计算机上实现 产品制造的全过程，以评估产品的可制造性、优化制造过程、提高生产效率及 降低成本。
总结词：电子制造业是另一个应 用虚拟制造技术的领域，通过模 拟和优化设计和生产过程，提高 产品质量和生产效率。
1. PCB设计优化：电子制造商可 以利用虚拟制造技术对PCB（印 刷电路板）设计进行模拟和优化 ，提高产品的性能和质量。
3. 质量控制：虚拟制造技术还可 以用于质量控制，通过模拟整个 生产过程，找出潜在的质量问题 ，提高产品的质量。
3. 质量控制：虚拟制 造技术还可以用于质 量控制，通过模拟整 个生产过程，找出潜 在的质量问题，提高 模具的质量。
06
总结与展望
总结
虚拟制造技术的 定义
虚拟制造是一种基于 计算机建模和仿真的 制造过程，通过模拟 产品的设计和制造过 程，以优化制造过程 、提高产品质量和降 低生产成本。
虚拟制造技术的 分类
优化生产过程
虚拟制造可以对制造过程进行优化，提高生产效率，降低能源消耗 和环境污染。
虚拟制造的应用范围
产品设计
虚拟制造技术可以用于产品的设计和优化，通过模拟和仿真技术，实现产品的早期检测和优化。
生产计划
虚拟制造可以用于生产计划的制定和优化，通过对生产过程的模拟和仿真，实现生产计划的精细管理和优化。
THANKS
感谢观看
详细描述
VR技术可以为用户提供一个逼真的虚拟环境，可用于产品体验、培训和设计等方面。
目录
• 虚拟制造概述 • 虚拟制造技术 • 虚拟制造流程 • 虚拟制造的优势与挑战 • 虚拟制造案例分析 • 总结与展望
01
虚拟制造概述
定义与特点
定义
虚拟制造是一种先进制造技术，通过计算机模拟和仿真技术，在计算机上实现 产品制造的全过程，以评估产品的可制造性、优化制造过程、提高生产效率及 降低成本。
总结词：电子制造业是另一个应 用虚拟制造技术的领域，通过模 拟和优化设计和生产过程，提高 产品质量和生产效率。
1. PCB设计优化：电子制造商可 以利用虚拟制造技术对PCB（印 刷电路板）设计进行模拟和优化 ，提高产品的性能和质量。
3. 质量控制：虚拟制造技术还可 以用于质量控制，通过模拟整个 生产过程，找出潜在的质量问题 ，提高产品的质量。
3. 质量控制：虚拟制 造技术还可以用于质 量控制，通过模拟整 个生产过程，找出潜 在的质量问题，提高 模具的质量。
06
总结与展望
总结
虚拟制造技术的 定义
虚拟制造是一种基于 计算机建模和仿真的 制造过程，通过模拟 产品的设计和制造过 程，以优化制造过程 、提高产品质量和降 低生产成本。
虚拟制造技术的 分类
优化生产过程
虚拟制造可以对制造过程进行优化，提高生产效率，降低能源消耗 和环境污染。
虚拟制造的应用范围
产品设计
虚拟制造技术可以用于产品的设计和优化，通过模拟和仿真技术，实现产品的早期检测和优化。
生产计划
虚拟制造可以用于生产计划的制定和优化，通过对生产过程的模拟和仿真，实现生产计划的精细管理和优化。
THANKS
感谢观看
详细描述
VR技术可以为用户提供一个逼真的虚拟环境，可用于产品体验、培训和设计等方面。
虚拟制造技术
虚拟制造技术虚拟制造技术（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。
从广义上讲，制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配，还包含了对企业生产活动的组织与控制。
从这个观点出发，可以把虚拟制造划分为三类。
(1)以设计为中心的虚拟制造以设计为中心的虚拟制造是将制造信息加人到产品设计与工艺设计过程中，并在计算机中进行"制造"，仿真多种制造方案和产生许多"软"的模型，为设计者提供一个设计产品和评估产品可制造性的环境。
它的主要支持技术包括特征造型、面向数学的模型设计及加工过程的仿真技术。
主要应用领域包括造型设计、热力学分析、运动学分析、动力学分析、容差分析和加工过程仿真。
(2)以生产为中心的虚拟制造以生产为中心的虚拟制造是将仿真能力加人到生产过程模型中，其目的是方便和快捷地评价多种加工过程，检验新工艺流程的可信度、产品的生产效率、资源的需求状况(包括购置新设备、征询盟友等)，从而优化制造环境的配置和生产的供给计划。
它的主要支持技术包括虚拟现实技术和嵌人式仿真技术，其应用领域包括工厂或产品的物理布局及生产计划的编排。
虚拟制造技术的应用(PPT 79页)
热力学分析
计 为 中 心
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”
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
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
数字化模型
计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
有限元分析
实 虚 运动学分析
际 拟 动力学分析
制 开 虚拟加工
造
发
工艺过程优化 工具设计优化
过 平 单元工艺优化
程 台 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
虚拟布局
虚 虚拟实际生产环境 虚 协同工作环境 技
拟 虚拟生产动态过程 拟
VIM环境体系结构
可视化参数
运行参数 分析 可视化
VIS环境体系结构
可执行 模型
实验 结果
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
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造系统
虚拟信息系统
技术人员
客户
确认和验证
虚拟产品
计算机仿真 虚拟现实
《虚拟制造技术》课件
虚拟制造技术的发展趋势
1
多模态集成
将多种虚拟制造技术融合在一起，实现
多场景联合仿真
2
多模态信息交互和集成，提高制造过程 的精度和效率。
通过多场景联合仿真，将虚拟制造技术
扩展到更复杂的生产环境，提高仿真结
果的真实性和准确实现虚 拟制造技术与人的智能交互，提高生产 过程的智能化水平。
通过在虚拟环境中进行仿真实验，可以减少 对现场实验的需求，降低试错成本和风险。
虚拟制造技术在制造业的应用
虚拟装配
通过虚拟装配，可以在计算机 上模拟产品的装配过程，提前 发现装配问题并进行优化。
虚拟试验
利用虚拟试验技术，可以在虚 拟环境中模拟产品的性能和可 靠性测试，降低实验成本和时 间。
虚拟加工
通过虚拟加工技术，在计算机 上模拟产品的加工过程，优化 加工方案，提高加工效率和质 量。
结论
虚拟制造技术是制造业发展的趋势，通过数字化建模、虚拟仿真和虚拟现实技术的应用，可以提高生产效率和 质量。 未来虚拟制造技术将会更加普及和完善，有望推动制造业向智能化、高效化和绿色化方向发展。
参考文献
《虚拟制造技术》PPT课 件
虚拟制造技术PPT课件是一个关于虚拟制造技术的介绍性课件，将讨论虚拟制 造技术的概述、主要方法、优势、应用和发展趋势。
概述
什么是虚拟制造技术？
虚拟制造技术是一种基于计算机仿真和虚拟现实技术的制造过程预测和优化方法，通过建立 产品和生产过程的虚拟模型，以提高制造效率和降低成本。
数字化建模
通过采集和处理实际生产环境 的数据，建立产品和生产过程 的数字化模型，实现对制造过 程的仿真和优化。
虚拟仿真
利用计算机模拟技术，在虚拟 环境中对产品和生产过程进行 全面的仿真和评估，以发现和 解决潜在问题。
微课-虚拟制造技术
进制造系统。
*
智能制造技基术础导与论应用
第六章 智能制造的关键技术
三、 虚拟制造技术的优势和作用
1. 优势
• 缩短产品开发周期。传统制造遵循设计、试制、修改设计、规模化大生产的串行式结构， 只有在试制出样品后才进行产品信息反馈，决定是否要修改设计。而在虚拟制造中，并 不需要制造样机，可以随时在设计过程中检验模型的可制造性和装配性，及时修改，信 息反馈更为及时。
⑦虚拟样机与产品工作性能评测
③产品的运动和动力学仿真
⑧产品的广告与漫游
④热加工工艺模拟
⑨企业生产过程仿真与优化
⑤加工过程仿真
⑩虚拟企业的可合作性仿真与优化
*
智能制造技基术础导与论应用
第六章 智能制造的关键技术
The End
*
智能制造技术导论
• 提高产品质量。虚拟制造过程通过对多种制造方案进行仿真，优化产品设计和工艺设计， 可弥补传统制造业靠经验决定加工方案的不足，提高产品质量。
*
智能制造技基术础导与论应用
第六章 智能制造的关键技术
• 低资源消耗。由于虚拟制造在计算机中进行，并不消耗实际生产所需的物理材料，可减
少材料浪费和设备损耗。
• 提高企业柔性生产能力，增强企业决策准确性。决策者可以在虚拟制造中了解产品
（1）以设计为中心的虚拟制造
将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中，并用计算机进行数字化制造、仿真多种制造方案，
检验其可制造性、可装配性，即面向装配的设计，预测产品性能和成本。目的是能通过“仿真制
造”来优化产品设计、工艺过程，及时发现、识别与设计有关的潜在问题和判断其优缺点。
（2）以生产为中心的虚拟制造
*
智能制造技基术础导与论应用
虚拟制造技术(ppt 27张)
(4)可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一 个产品模型上协同工作，相互交流，信息共享，减少大量的 文档生成及其传递的时间和误差，从而使产品开发以快捷、 优质、低耗响应市场变化。
虚拟制造与实际制造
虚拟制造系统
虚拟信息系统
技术人员 客户
实际制造系统
虚拟产品 实际信息系统
需求 工人
实际产品
计算机仿真 虚拟现实
虚拟制造的特点
(1)虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映 射和本质表现，即采用计算机仿真与虚拟现 实技术，在计算机上群组协同工作，实现产 品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、 质量检验，以及企业各级过程的管理与控制 等产品制造的本质过程，以增强制造过程各 进程的决策与控制能力。 (2)虚拟制造虽然不是实际的制造，但却实现 实际制造的本质过程，是一种通过计算机虚
(3)产品设计与制造是在虚拟环境下进行的，在计算机上进 行产品设计、制造、测试，甚至设计人员或用户可“进入” 虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖 于传统的原型样机的反复修改；还可将已开发的产品(部件) 存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需 求或市场变化快速改变设计，大幅度压缩新产品的开发时间， 提高质量，降低成本。
优化资源 选择评价工艺 验证新工艺
控制为核心 优化车间控制 优化制造过程
质量 评估
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
车间机床 及控制系统
虚拟制造的技术体系
相关技术
虚拟制造的关键技术
关键技术
虚 拟 设 计 与 装 配 技 术 虚 拟 产 品 实 现 技 术 虚 拟 检 测 与 评 价 技 术 虚 拟 纹 理 分 析 技 术 虚 拟 实 验 技 术 虚 拟 生 产 技 术
虚拟制造与实际制造
虚拟制造系统
虚拟信息系统
技术人员 客户
实际制造系统
虚拟产品 实际信息系统
需求 工人
实际产品
计算机仿真 虚拟现实
虚拟制造的特点
(1)虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映 射和本质表现，即采用计算机仿真与虚拟现 实技术，在计算机上群组协同工作，实现产 品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、 质量检验，以及企业各级过程的管理与控制 等产品制造的本质过程，以增强制造过程各 进程的决策与控制能力。 (2)虚拟制造虽然不是实际的制造，但却实现 实际制造的本质过程，是一种通过计算机虚
(3)产品设计与制造是在虚拟环境下进行的，在计算机上进 行产品设计、制造、测试，甚至设计人员或用户可“进入” 虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作，而不依赖 于传统的原型样机的反复修改；还可将已开发的产品(部件) 存放在计算机里，不但大大节省仓储费用，更能根据用户需 求或市场变化快速改变设计，大幅度压缩新产品的开发时间， 提高质量，降低成本。
优化资源 选择评价工艺 验证新工艺
控制为核心 优化车间控制 优化制造过程
质量 评估
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
车间机床 及控制系统
虚拟制造的技术体系
相关技术
虚拟制造的关键技术
关键技术
虚 拟 设 计 与 装 配 技 术 虚 拟 产 品 实 现 技 术 虚 拟 检 测 与 评 价 技 术 虚 拟 纹 理 分 析 技 术 虚 拟 实 验 技 术 虚 拟 生 产 技 术
虚拟制造技术绪论(PPT 44页)
➢ 优势：
✓缩短产品研制周期 ✓降低产品研制成本 ✓提供了一个先进的制造系统仿真平台
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造与实际制造的关系
虚拟制造是实际制造在计算机上的映射； 虚拟制造系统是通过对实际制造系统进行抽象、 分析、综合得到实际生成的全部数字化模型。 虚拟制造的最终目标是指导实际生产。 虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚拟 制造的实例。 虚拟制造过程研究决不能代替真实制造过程的 试验研究。
造、虚拟企业
制造企业的突破之路
➢ 党的“十七大”报告提出了“大力推进信息化 与工业化融合，促进工业由大变强”的发展战 略，把大力推进信息化作为本世纪前20年经济 建设的一项重要任务。
➢ 我国正处在从“制造大国”向“制造强国”转 变的过程中，制造业企业如何抓住这一历史性 机遇，核心之一就在于如何较早具备数字化设 计与制造的能力。
虚拟制造与精益生产
➢ 精益生产要求简化生产过程，减少信息量， 消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生 产过程尽可能地简化和标准化。
➢ 这样做的结果对虚拟制造的建模仿真是十 分有利的，即现实生产过程越简化则虚拟 制造实现起来就越容易。
虚拟制造与绿色制造
➢ 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率 的现代制造模式。
制造: 是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展
和文明进步的动力。 狭义：为机电产品的机械加工工艺过程 广义：国际生产工程学会1990年：
制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、 生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市 场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
制造的概念
• 制造技术 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物
柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系 统、敏捷制造……
✓缩短产品研制周期 ✓降低产品研制成本 ✓提供了一个先进的制造系统仿真平台
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造与实际制造的关系
虚拟制造是实际制造在计算机上的映射； 虚拟制造系统是通过对实际制造系统进行抽象、 分析、综合得到实际生成的全部数字化模型。 虚拟制造的最终目标是指导实际生产。 虚拟制造是实际制造的抽象，实际制造是虚拟 制造的实例。 虚拟制造过程研究决不能代替真实制造过程的 试验研究。
造、虚拟企业
制造企业的突破之路
➢ 党的“十七大”报告提出了“大力推进信息化 与工业化融合，促进工业由大变强”的发展战 略，把大力推进信息化作为本世纪前20年经济 建设的一项重要任务。
➢ 我国正处在从“制造大国”向“制造强国”转 变的过程中，制造业企业如何抓住这一历史性 机遇，核心之一就在于如何较早具备数字化设 计与制造的能力。
虚拟制造与精益生产
➢ 精益生产要求简化生产过程，减少信息量， 消除过分臃肿的生产组织，使产品及其生 产过程尽可能地简化和标准化。
➢ 这样做的结果对虚拟制造的建模仿真是十 分有利的，即现实生产过程越简化则虚拟 制造实现起来就越容易。
虚拟制造与绿色制造
➢ 绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率 的现代制造模式。
制造: 是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展
和文明进步的动力。 狭义：为机电产品的机械加工工艺过程 广义：国际生产工程学会1990年：
制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、 生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市 场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
制造的概念
• 制造技术 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物
柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系 统、敏捷制造……
虚拟制造技术
2）仿真技术
3）对象可视化技术
4）虚拟实验室
5）虚拟电力控制室
6）分布式虚拟现实系统
7）扩增实境
六、虚拟制造技术的发展趋势
从局部应用到集成应用发展 将在复杂高科技产品开发中得到更多应 用 与其他先进制造技术的融合或结合更加 紧密 将在企业和教育部门的技术培训中大显 身手
四、虚拟制造技术分类
以设计为中心的VM 以生产为中心的VM 以控制为中心的VM
四、虚拟制造技术分类
产品的虚拟设计技术
面向产品的原理、结构和性能的设计、 分析、模拟和评测，以优化产品的性能 例：主轴箱/立柱热变形分析 例：发动机曲轴连杆运动仿真
四、虚拟制造技术分类
产品的虚拟加工技术
一、什么是虚拟制造技术
虚拟制造：Virtual
Manufacturing(VM) 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本 质实现。 采用计算机仿真与虚拟现实技术，在计算 机上群组协同工作； 通过三维模型及动画，实现产品的设计、 工艺规划、加工制造、性能分析、质量检 验，以及企业各级过程的管理与控制等产 品制造的本质过程。 目的：增强制造过程各级的决策与控制能 力。
虚拟现实技术VRT(Virtual
Reality
Technology)
五、虚拟制造技术的关键技术
虚拟现实技术是在为改善人与计算机的
交互方式，提高计算机可操作性中产生 的，它是综合利用计算机图形系统、各 种显示和控制等接口设备，在计算机上
生成可交互的三维环境(称为虚拟环境)
中提供沉浸感觉的技术。
产品模型—是制造过程中，各类实体对象模型的集合。 目前产品模型描述的信息有产品结构明细表、产品形状 特征等静态信息。
虚拟制造技术概述
虚拟制造技术
3. 以控制为中心的虚拟制造 其核心是将仿真能力加入到控制模型和实际生产过程中,提供对实际生产过程仿真的环 境。通过对制造设备和制造过程进行仿真,建立虚拟的制造单元,对各种制造单元的控制策略和 制造设备的控制策略进行评估,从而实现车间级的基于仿真的最优控制。对于离散制造,其主要 支持技术有基于仿真的实时动态调度技术;对于连续制造,其主要支持技术有基于仿真的最优控 制技术。
虚拟制造的分类及关系
虚拟制造技术
1. 以设计为中心的虚拟制造 其核心是将制造信息加入到产品设计与工艺设计过程中,并在计算机中进行“制造”,仿 真多种制造方案,检验其可制造性或可装配性,预测产品性能和报价、成本。它的主要支持技术 包括特征造型、面向数学的模型设计及加工过程的仿真技术,主要应用领域包括造型设计、热 力学分析、运动学分析、动力学分析、容差分析和加工过程仿真。 2. 以生产为中心的虚拟制造 其核心是将仿真能力加入到生产过程,通过建立生产过程和生产计划模型来评估和优化 生产过程,快捷地、低成本地评价不同的工艺方案,检验新工艺流程的可信度、产品的生产效率、 资源需求计划、生产计划等,从而优化制造环境的配置和生产计划。它的主要支持技术包括虚 拟现实技术和嵌入式仿真技术,其主要应用领域包括工厂或产品的物理布局及生产技术(virtual manufacturing technology,VMT)是由多学科先进知识形成的综合 系统技术,是以计算机仿真技术为前提,对设计、制造等生产过程进行统一建模,在产品设计阶 段,实时、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制造 成本、产品的制造性,从而更有效、更经济、更灵活地组织┈制造生产,使工厂和车间的资源得 到合理配置,以达到产品的开发周期和成本最小化,产品设计质量最优化,生产效率最高化的目 的。虚拟制造系统(virtual manufacturing system,VMS)是基于虚拟制造技术实现的制造系统, 是现实制造系统(real manufacturing system,RMS)在虚拟环境下的映射。虚拟制造系统生产 的产品是可视的虚拟产品,是一个数字化产品,它具有真实产品所必须具有的特征,并具有动态 结构及决策、控制、调度、管理等4个机制。
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
虚拟制造技术的内涵及应用
虚拟制造技术的内涵及应用摘要：虚拟制造技术是一门新兴的先进制造技术。
虚拟制造技术的应用应结合我国制造业自身的特点，在吸收国外成熟经验的基础上大胆创新，形成特色发展。
本文分析了虚拟制造技术的内涵及特点，并提出了发展虚拟制造技术的应用。
关键词：虚拟制造，内涵，制造产品虚拟制造作为信息时代制造技术的重要标志，它是不断吸收信息技术和管理科学的成果而发展起来的，这里的“制造”是一种广义的概念，即一切与产品相关的活动和过程，亦称之为“大制造”，这是相对于传统的狭义制造而言的。
“虚拟”的含义则是这种制造虽然不是真实的、物化的，但却是本质上的，也就是在计算机上实现制造的本质内容。
虚拟制造的实质是在产品制造过程的上游——设计阶段就对产品制造的全过程虚拟集成，将可能出现的问题解决在这一阶段，通过设计的最优化达到产品的一次性制造成功。
1.虚拟制造技术的内涵及其特点1.1虚拟制造技术的内涵虚拟制造是实际制造过程在计算机的本质实现，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。
虚拟制造不是一成不变的技术，而是一个不断吸收各种高新技术而不断丰富其内涵的动态技术系统，它通过计算机虚拟环境和模型来模拟生产场景和预估产品功能、性能及可加工性等方面可能存在的问题，从而提高人们的预测和决策水平，它为工程师提供了从产品概念的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互环境，使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地，发展到了全方位预报的新阶段，它不是原有单项制造仿真技术的简单组合，而是在相关理论和已积累知识的基础上对制造知识进行系统化组织。
1.2 虚拟制造技术的特点虚拟制造与实际制造相比，有如下特点：(1)虚拟经营和管理。
作为虚拟制造的一个主要贡献——虚拟企业，使制造业在世界范围内的重组与集成成为可能，应用虚拟经营和虚拟管理，充分借助于企业外部力量，运用自身最强的优势和有限资源最大限度地提高企业的竞争力。
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系统 综合
初 模型
结构设计 功能设计 性能设计
运动
有 限 元 分 析
性 能 分 析
动 学 仿 真 试
力 学 仿 真 试
验验
可 维 修 性 分 析
可 装 配 性 分 析
虚 拟 试 验 与 测 试
集成 建模 仿真 VR 可视化 优化 网络及数 评价 PLM 人机 技术 技术 技术 技术 技术 技术 据库技术 方法 技术 工程学
产品模型检验 虚拟机床
零部件分析优化
产品异地设计
冷加 工虚 拟制 造平 台开 发环
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虚拟制造技术的内涵
2、特点 以模型为核心：
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
资源模型：对企业人力、物力建立的模型
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虚拟制造技术的内涵
2、特点 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：
人机输入接口
网络协同控制
虚拟产品开发 实体造型
工程分析 工艺设计 样机分析
性能仿真
虚拟产品产品生产规划 布局规划
物流规划 控制规划 生产调度
性能仿真
应用活动并行运作 模型、数据流及管理
虚 拟 总 线
动静态 数据库
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虚拟制造系统体的系结构
概念设计
详细设计
数字样机
虚拟样机
用户 系统 子 需求 功能 功能
企业协同 工作环境
虚拟企业平台
企业虚拟 运行
大屏幕演 示环境
虚拟企业平台服务器
虚拟生产平台
校园网
冷加工虚拟制造平台开发环境
热加工虚拟制造平台开发环境
14
案例：虚拟开发平台体系结构 虚拟生产平台
虚拟生产平台
虚拟企业平台
虚拟设备 虚拟装 生产计划仿 虚拟生 集成平台 配平台 真分析优化 产布局
虚拟装配平台服务器 虚拟生产平台服务器
校园网
冷加工虚 拟制造平 台开发环
境
热加工虚 拟制造平 台开发环
境
作业调度仿真 质量功能部署
FMS控制软件模拟测试
15
案例：虚拟开发平台体系结构 虚拟加工平台
虚拟企业平台
虚拟生产平台
校园网
工艺生 工具设 刀位控制 刀位轨迹 成优化 计优化 参数优化 参数优化
模拟 实验 平台
模拟 仪器 平台
工艺模型验证
8
虚拟制造技术的内涵
实际环境
误差映射 检验
成品零件
待加工零件： 2D图纸 规格 要求
现有CNC装备 机床 刀具 夹具
虚拟环境
数字 转换
虚拟零件
虚拟试加工
数字 转换
装备数字模 型与仿真：
运动 工艺规程 控制 误差分析
虚拟检验与修正
虚拟数据： CNC程序 工艺参数 安装等
9
虚拟制造系统的体系结构
数字化模型
12
虚拟产品生产规划的体系结构
设备层
工作站层
单元层
建
车间层
工厂层
模 视 服务类对象 组织类对象 物理类对象 信息类对象 控制类对象
图 面向对象的仿真建模 面向对象的联合建模语言 面向对象的Petri网
生产模型
工艺设计
生产计划
规 划 产品模型
视
布局 物流参 控制参 设计 数设计 数设计
虚拟场 虚拟生 景设计 产运作
虚拟制造技术
清华大学精密仪器与机械学系 郁鼎文
1
虚拟制造技术
1 虚拟制造技术的内涵 2 虚拟制造技术的体系 3 虚拟制造的关键技术
4 虚拟制造技术的应用
2
虚拟制造技术的内涵
1、定义 虚拟制造作为一个全新的概念，是信息时代制造技术 的重要标志。 佛罗里达大学Gloria J Wiens: 虚拟制造是这样一个概念，即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 产品的功能和可制造性的潜在问题进行预测。 着眼于“结果”
术
生 优化生产环境布局 产 虚拟设备
企 业
计、装配、测试 的环境。
人 员
平 虚拟集成支撑环境 平
和
台 优化集成方案
台 虚拟企业动态 用
虚拟调度
组合
户
系统集成
虚拟产品生产过程
任务调度
优化生产调度方案
产品数据管理（PDM）
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虚拟制造系统体系结构
界面层 控制层
应用层
活动层 数据层
虚拟现实硬件设备
人机输出接口
计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
有限元分析
实 虚 运动学分析
际 拟 动力学分析
制 开 虚拟加工
造 过
发 平
工艺过程优化 工具设计优化 单元工艺优化
程 台 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
虚拟布局
虚 虚拟实际生产环境 虚 协同工作环境 技
拟 虚拟生产动态过程 拟 支持异地设
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， 以增强各层制造设计和生产决策与控制。 着眼与“手段”
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虚拟制造技术的内涵
马里兰大学Edward Lin&etc 虚拟制造是一个用于增强各级决策与控制一体化的、综 合的制造环境 着眼于“环境”
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、虚拟现实技术、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。
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。
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虚拟制造技术的内涵
3、支撑环境与工具 开发过程重组
过程建模、分析、改进、 监控等
组织环境 协同工作环境
计算机网络 数据库 CSCW 协调与冲突仲裁
并行 工程
集成产品 开发团队
产品数字化建模、信息集成 CAx、DFx 、PDM 使能技术与工具
CSCW：computer suported cooperative work 7
虚拟制造技术的内涵
4、虚拟制造与实际制造 实际制造系统是物质流在信息流的协调和控制 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。
图 知识数 工程数 据库 据库
数学优 化模型
对象模 实体模 人体数 规则数 型库 型库 据库 据库
评价 模型
优 优化算 化 法库
评 成本 价
视 运输成本
图
设备成本
定量
定性
优化模型
评价指标
物流
产量 在制品数
时间
总生产时间 加工/操作时间
环境
工人舒适性 光照
先进性
自动化水平 可靠性 13
案例：虚拟开发平台体系结构 虚拟企业平台