生产过程仿真技术-课件PPT
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仿真技术概述PPT课件
系统
建立数学模型
仿真实验
结果分析
模型
计算机
建立仿真模型
2021/3/12
图1.1 计算机仿真三要素关系图
4
2、基本步骤
• 包括三个基本的内容：建模
仿真实验
结
果分析
问题的阐述
设置目标
建立模型
编程序
否 验证正确与否
否
是
确认
是
仿真实验设计
运行分析
2021/3/12
输出结果
图1.2 计算机仿真程序流程
5
第二节 仿真的分类
• 在非工程系统中（如社会、管理、经济等系统）， 由于其规模及复杂程度巨大，直接实验几乎不可 能，这时通过仿真技术的应用可以获得对系统的 某种超前认识。
2021/3/12
13
三、仿真技术的发展趋势
1、硬件方面：基于多CPU并行处理技术的全数字仿 真将有效提高仿真系统的速度，大大增强数字仿 真的实时性。
2、数字仿真：采用数学模型，在数字计算机上借助
于数值计算方法所进行的仿真实验。60年代
2021/3/12
7
• 计算与仿真的精度较高。理论上计算机的字长可 以根据精度要求来“随意”设计，因此其仿真精
度可以是无限，但是由于受到误差积累、仿真时 间等因素影响，其精度也不易定得太高。
• 对计算机控制系统的仿真比较方便。仿真实验的 自动化程度较高，可方便地实现显示、打印等功 能。
2、安全
• 某些系统（如载人飞行器、核电装置等），直接 实验往往会有很大的危险，甚至是不允许的，而 采用仿真实验可以有效降低危险程度，对系统的 研究起到保障作用。
2021/3/12
12
3、快捷
材料加工过程的数值模拟PPT课件
dq q x x x dx
dq q y y y dy
• 通用
– MARC, ABAQUS, ADINA, ANSYS
12
2-2温度场及传热的基本概念
• 温度场定义
– 在 x、y、z直角坐标系中，连续介质各个地点在同 一时刻的温度分布，叫做温度场。
– T=f(x,y,z,t)
• 稳定温度场
– T= f(x,y,z)
• 不稳定温度场
– T=f(x,y,z,t)
热加工过程模拟的发展趋势
• 宏观中观微观
– 宏观：形状、尺寸、轮廓 – 中观：组织和性能 – 微观：相变、结晶、再结晶、偏析、扩散、气体析
出
• 单一、分散耦合集成
– 流场温度场 – 温度场应力/应变场 – 温度场组织场 – 应力/应变场组织场
10
2-1 热加工过程模拟的研究现状
热加工过程模拟的发展趋势
• 等温面 • 等温线
13
热量传递的三种基本形式/热传导
• 定义：物体各个部分之间不发生相对位 移时，依靠分子、原子及自由电子等微 观粒子的热运动而产生的热量传递。
• 表达式： Q T F x
• 傅立叶定律：QFT x – 矢量表示： grad T T n n grad T T i T j T k x y z q grad T T n n 14
• 热加工过程模拟的意义
– 认识过程或工艺的本质，预测并优化过程和工艺的 结果（组织和性能）
– 与制造过程结合，实现快速设计和制造
8
2-1 热加工过程模拟的研究现状
热加工过程模拟的发展历程
• 60年代（起源于铸造）
• 丹麦的Forsund首次采用有限差分计算了铸件凝固过程的传 热。
第三章化工过程系统动态模拟与分析ppt课件
N j
Rj (H j ),
j 1,2,...,N。
(3- 21)
其中，T、Tf分别代表反应区内和加料混合物的温度； U表示反应液体与冷却剂之间热交换的总传热系数；
A表示反应液体与冷却剂之间的总传热面；
Tc表示冷却剂平均温度； 、Cp分别代表反应混合物的平均密度与比热容； （－Hj）表示第j个反应的热效应； Rj表示第j个反应的速率； Ri表示因化学反应引起的第i个组分浓度的变化速率
排液量与时间的变化关系为：
kt
Fo ((kH 0 - Fi )e A Fi )
-0.7
H
-0.5
0 1
0
5
10
15
20
25
Time
图3-2. 搅拌罐中液位高度随时间的变化关系图
例3－2：搅拌槽内含盐量的动态模型
初始情况是槽内盛有V0的水，把浓度为Ci的盐水以恒 定流量Fi加入槽内，与此同时完全混合后的盐水以恒定 流量Fo排放，试求槽内盐水浓度C的变化规律。
其中u、u0 分别代表任一时刻和起始时刻的状态向量， μ代表未知而且待估计的参数向量。
• 模型参数估计就是为了确定参数向量µ的最优值，使限制 下的解最大限度地逼近已采集到的状态变量在不同时刻的
离散数据。
NM
Min F
i
(uid, j uic, j )2 f ( )
j
其中 F称为最优化的目标函数，或评价函数。 udi,j代表第i个状态变量在j时刻的采集数据。 uci,j代表第i个状态变量在j时刻的模型计算值，即在j
• i组分质量守恒
V
dci dt
F (ci, f
ci ) VRi ,
i 1,2,...,M。(3- 20)
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。
甲醇生产—甲醇合成仿真操作(煤气化技术课件)
4.9 4.3 40 50 50
单位
NM3/H NM3/H NM3/H
MPa MPa
% % %
说明
压缩机C601防喘振流量控制 H2、CO混合气进料控制 H2进料控制 循环气压力控制 汽包F601压力控制 分离罐V602液位控制 汽包F601液位控制 透平K601蒸汽进量控制
专业类：化工技术
1
+
专业类：化工技术
1
+
知识点
2
3
知识点1 设备简介
设备简介
知识点2 工艺路线
工艺路线
知识点3 控制指标
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
位号
FIC6101 FIC6001 FIC6002 FIC6004 PIC6005 LIC6001 LIC6003 SIC6202
正常值
14877 13804
投原料气
注意事项
知识点3 反应器升温
反应器升温
注意事项
知识点4 调至正常
调至正常
调至正常
注意事项
注意事项
高沸点
组成 CO2
CO
H2
CH4
N2
AI CH3OH H2O O2 物
V%
3.5
6.29 79.31 4.79 3.19 2.3
0.61 0.01 0 开车准备
1、开工具备的条件
2、 开工前的准备
2、 开工前的准备
知识点2 冷态开车
1、系统置换
1、系统置换
2、建立氮气循环
2、建立氮气循环
3、建立汽包液位
3、建立汽包液位
专业类：化工技术
1
+
2
知识点
单位
NM3/H NM3/H NM3/H
MPa MPa
% % %
说明
压缩机C601防喘振流量控制 H2、CO混合气进料控制 H2进料控制 循环气压力控制 汽包F601压力控制 分离罐V602液位控制 汽包F601液位控制 透平K601蒸汽进量控制
专业类：化工技术
1
+
专业类：化工技术
1
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知识点
2
3
知识点1 设备简介
设备简介
知识点2 工艺路线
工艺路线
知识点3 控制指标
序号
1 2 3 4 5 6 7 8
位号
FIC6101 FIC6001 FIC6002 FIC6004 PIC6005 LIC6001 LIC6003 SIC6202
正常值
14877 13804
投原料气
注意事项
知识点3 反应器升温
反应器升温
注意事项
知识点4 调至正常
调至正常
调至正常
注意事项
注意事项
高沸点
组成 CO2
CO
H2
CH4
N2
AI CH3OH H2O O2 物
V%
3.5
6.29 79.31 4.79 3.19 2.3
0.61 0.01 0 开车准备
1、开工具备的条件
2、 开工前的准备
2、 开工前的准备
知识点2 冷态开车
1、系统置换
1、系统置换
2、建立氮气循环
2、建立氮气循环
3、建立汽包液位
3、建立汽包液位
专业类：化工技术
1
+
2
知识点
仿真ppt课件
需要注意两种运行方式的一致 一般要求实时运行
15
3.2.4 人在回路仿真
特征
专为操作人员的操作技能训练或指挥人员的指挥 决策能力训练而建立的仿真系统或用于有人操纵 的系统的设计、实验和评估
要求建立能够生成人的感知环境的各种物理效应 设备，包括生成视觉、听觉、触觉、动感、力感 等的设备，如视景系统、音响系统、运动系统、 操纵负荷系统、头盔、数据手套等
符合仿真模型的基本属性 便于分析研究、参数优化 具备良好的人机交互界面
20
逆向仿真建模
黑盒子
已知输入与输出，不知系统的内部结构
假定模型 仿真实验 修正仿真模型
21
仿真实验过程
22
仿真实验分级
23
仿真的实现步骤
问题的提出 模型的建立 数据需求 模型转换 论证和计划 实验 分析结果 修改和完善模型 实施和文档 系统维护
分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS)
现时常用的多平台仿真系统 用于复杂系统的设计、制造及在作战仿真
环境下进行产品性能的评估等
4
3.1.3 分布交互仿真发展的3阶段
第一阶段
20世纪80年代美国国防部启动的联网仿真 SIMNET
第二阶段
世界上最好的课堂在老人的脚下.
Having a child fall asleep in your arms is one of the most peaceful feeling in the world. 让一个孩子在你的臂弯入睡,你会体会到世间最安宁的感觉.
Being kind is more important than being right. 善良比真理更重要.
15
3.2.4 人在回路仿真
特征
专为操作人员的操作技能训练或指挥人员的指挥 决策能力训练而建立的仿真系统或用于有人操纵 的系统的设计、实验和评估
要求建立能够生成人的感知环境的各种物理效应 设备，包括生成视觉、听觉、触觉、动感、力感 等的设备，如视景系统、音响系统、运动系统、 操纵负荷系统、头盔、数据手套等
符合仿真模型的基本属性 便于分析研究、参数优化 具备良好的人机交互界面
20
逆向仿真建模
黑盒子
已知输入与输出，不知系统的内部结构
假定模型 仿真实验 修正仿真模型
21
仿真实验过程
22
仿真实验分级
23
仿真的实现步骤
问题的提出 模型的建立 数据需求 模型转换 论证和计划 实验 分析结果 修改和完善模型 实施和文档 系统维护
分布交互仿真(distributed interactive simulation, DIS)
现时常用的多平台仿真系统 用于复杂系统的设计、制造及在作战仿真
环境下进行产品性能的评估等
4
3.1.3 分布交互仿真发展的3阶段
第一阶段
20世纪80年代美国国防部启动的联网仿真 SIMNET
第二阶段
世界上最好的课堂在老人的脚下.
Having a child fall asleep in your arms is one of the most peaceful feeling in the world. 让一个孩子在你的臂弯入睡,你会体会到世间最安宁的感觉.
Being kind is more important than being right. 善良比真理更重要.
《系统仿真技术》课件
系统仿真的基本步骤
问题定义与模型建立
明确仿真目的，根据实际系统建立数学模型。
仿真模型实现
将数学模型转化为计算机程序，实现仿真模型的计算。
仿真实验与数据收集
运行仿真模型，收集实验数据，用于后续分析和评估。
结果分析
对实验数据进行统计分析，得出结论，支持决策制定。
系统仿真的常用方法
蒙特卡洛方法
基于概率统计的随机抽样技术，常用于解决复杂系统 的仿真问题。
特点
系统仿真技术具有高度逼真性、可重 复性和可控制性，能够模拟真实系统 的运行过程和行为，为系统设计、优 化和决策提供有力支持。
系统仿真技术的应用领域
航空航天
模拟飞行器、航天器的性能和 行为，优化设计。
交通运输
模拟交通流、车辆性能和交通 规划，提高交通效率和安全性 。
工业生产
模拟生产过程、设备和工艺， 优化生产效率和产品质量。
电力系统
分析电力系统的稳定性、 优化电网的运行和管理策 略。
06
CHAPTER
系统仿真技术在解决实际问 题中的应用
系统仿真技术在生产制造中的应用
01
生产调度仿真
通过仿真技术模拟生产线的运行 情况，优化生产调度，提高生产 效率。
02
工艺流程仿真
03
质量控制仿真
对生产制造过程中的工艺流程进 行模拟，发现潜在问题，优化工 艺参数。
03
02
仿真实验
根据建立的模型进行仿真实验，模 拟系统的运行过程。
系统优化
根据分析结果对系统进行优化和改 进。
04
混合系统仿真的应用实例
制造系统
分析制造过程的性能、优 化生产线的布局和管理策 略。
物流系统
增材制造技术实训 PPT课件项目3 增材制造过程仿真技术
分析结果-温度分析、非线性应力分析，计算完成后，会输出云图动画，结果默认存储到新建工程文件时的目录中。结果查看-软件计算完成直接输出温度、应力、应变等云图及动画，以及温度、应力监测点的随时间变化曲线；也支持进入ANSYS APDL中进行结果提取。
图 温度实分布示意（单位℃）
图 检测点温度随实际变化曲线
加工过程：根据新建工程时是否选择热处理过程，如未选择热处理，则只需要对增材过程设备参数、工艺参数输入，如选择热处理过程，则需要输入热处理工艺参数，以增材过程为例，需要输入的设备参数和工艺参数包括基板底部Z坐标（实际三维模型的坐标，基板上表面对应的Z=0）、基板厚度、层厚、扫描速度、激光功率、激光吸收率、层间冷却时间、基板预热温度、舱室环境温度、扫描路径文件（需要提前在中科煜辰的路径规划软件中生成，对应格式输入）、扫描间距、光斑直径、粉末初始温度、舱室介质等。
（3）微观组织预测第一步：下拉Additive Science列表，新建Micro-structure分析任务，如图3.26。第二步：按照界面从上到小，依次进行输入设置（具体含义，查看软件help手册）。
第三步：查看结果，可对晶粒大小、晶向夹角、晶粒生长及晶界分布等进行分析。
3.3AM Prosim增材工艺仿真分析系统操作流程
（4）输出仿真结果：计算完成后，可直接在右侧结果输出Output Files下点击View查看结果，也可将VTK结果文件导出，在PeraView软件中进行结果查看（关于PeraView查看步骤可以下载安装软件后，查看帮助手册）。
2. Additive Science操作流程Additive Science模块操作简单，熔池尺寸计算、成形材料孔隙率预测、微观组织预测时基于材料尺度进行分析，其结果与工艺参数相关，与构件几何无关，因此操作时只需在设置界面中输入工艺参数、选择材料即可，无需用户进行有限元分析的其他设置，如网格划分、导入模型设置等；温度历史预测基于构件尺度进行分析。（1）熔池尺寸计算第一步，下拉Additive Science列表，新建Single Bead分析任务，
《太阳能电池生产工艺原理》PPT模板课件
太阳电池的设计
▪ 光生载流子的收集几率 ▪ 结深 ▪ 电极设计（使电阻损耗最小） ▪ 减反射膜的厚度和折射率
太阳电池的光谱响应ABSDEPTH
—被收集的载流子数与入射光子数之比
EQE & IQE (0-1)
QE vs. Wavelength
1.00
0.90
0.80
0.70 0.60
0.50
0.40
电池片生产流程
装片－制绒－化学清洗－扩散－刻蚀 －去磷硅玻璃－PECVD－丝网印刷－ 烧结－分类检测－包装
原始硅片 制绒
单晶电池片生产过程
包装
分类检测
丝网印刷正 面电极
丝网印刷 背电场
清洗甩干
扩散
刻蚀和去磷硅玻璃 PECVD
丝网印刷 背电极
原始硅片 制绒
多晶电池片生产过程
包装
分类检测
丝网印刷 正电极
● 种类 1) Si太阳电池 2) GaAs太阳电池 (砷化镓） 3) 染料敏化电池 4) Cu2S电池
● 硅太阳电池 1)单晶硅片 2)多晶硅片 3)非晶硅薄膜 4)多晶硅薄膜
二、太阳能辐射
1、太阳辐射能的来源—电磁辐射
大气层对太阳辐射的影响
大气质量—太阳光线通过大气层的路程对到达地球
表面的太阳辐射的影响 AM0—地球大气层外的太阳辐射 AM1—穿过1个大气层的太阳辐射（太阳入射角为0）
丝网印刷
▪ 原材料的特性
硅片的厂家、型号、批次 、厚度、尺寸、少子寿命、对角线
▪ 丝网印刷的辅助材料
刮条、浆料、胶带、封网浆、酒精、松油醇
▪ 丝网印刷表单的填写
工序流程卡、电池生产记录、首检记录、浆料领用/使用记录、 刮条更换记录、网板更换记录、网板使用寿命跟踪记录、台面 称重记录、碎片称重记录、设备维护申请单…
化工工艺流程图PPT课件
柴油进出装置
V1CYKGX 柴 油 吸 收 剂 去 P3117
富吸收油自再吸收塔来 原 料 油 自P-3101来 原 料 油 去 E-3102
06/1.2
P-3105/1.2
.
32
回流泵
柴油及回流泵
审核
画出分馏塔塔顶控制方案流程图（按仿真流程画）
.
33
试画出焦炭塔顶温度控制流程图。（按仿真流程图画）
FfI FfIC FfIA FfIS FfR FfRC FfRA FfRS FfC FfCT
AI AIC AIA AIS AR ARC ARA ARS AC ACT
密度
DI DIC DIA DIS DR DRC DRA DRS DC DCT
粘度
VI VIC VIA VIS VR VRC VRA VRS VC VCT
TC
原 料-蜡 油 回 流 换 热 器
3102
E-3102/A-F 原 料 -蜡 油 换 热 器
E -3 1 0 1/A -H 原 料 -柴 油 换 热 器
接 C-102底 液 控 原 料 油 去 分 馏 塔 底
蜡 油 自 P-3108来
蜡油回流去分馏塔 蜡油去 E3106
蜡 油 自 P3107来 柴 油 去 E-3105 柴 油 自 P-3105来
急 冷 油 自 C-3102
FC 3271
TC 3271
低压蒸汽
PI 3271A
VI2C3101A
LI 3271A
LI 3272A
LI 3273A
TI 3277A
FIQ 3274
低压蒸汽
冷焦水
FC 3275
焦化油自加热炉来 紧 急 放 空 油 去E-3114
化工仿真—间歇反应釜课件
编写仿真程序：根据 建立的数学模型，编 写仿真程序，实现间 歇反应釜仿真的计算 和模拟。
确定仿真参数和边界条件
确定反应温度、压力、物料配比等参数 设定反应釜的进出口流量和温度 确定反应釜内壁的热传导系数和热容 设定反应釜内的搅拌转速和功率
编写仿真程序
确定仿真目标：确定间 歇反应釜仿真的具体目 标，如模拟反应过程、 优化反应条件等。
未来展望：随着科技的不断进步，间歇反应釜仿真技术有望在工业生产中发挥更加重要的作用， 需要进一步研究和探索。
对化工仿真技术的未来发展的展望和建议
化工仿真技术将不断升级和完善，提高模拟的真实性和准确性。 化工仿真技术将与人工智能、大数据等先进技术结合，实现智能化仿真。 化工仿真技术将拓展应用领域，不仅局限于化工行业，还将应用于其他工业领域。 化工仿真技术需要加强人才培养和技术交流，提高技术水平和应用能力。
间歇反应釜仿真 的实现过程
建立数学模型
确定仿真目标：确定 间歇反应釜仿真的具 体目标，如模拟反应 过程、优化反应条件 等。
建立反应动力学模型： 根据化学反应原理， 建立反应动力学模型， 描述反应速率和反应 进程。
确定模型参数：根据 实验数据或经验公式 ，确定模型参数，如 反应速率常数、活化 能等。
缺点：对于某些复杂的化学反应，模拟 精度可能会受到影响，需要不断调整和 优化模型。
改进方向：加强模型精度和稳定性，提 高模拟结果的可靠性和准确性。同时， 拓展应用领域，为更多类型的间歇反应 提供仿真支持。
化工仿真技术的 发展前景和挑战
化工仿真技术的发展前景
化工仿真技术将更加智能化，提高预测精度和可靠性
仿真结果分析和优化方案
仿真结果：间歇反应釜的物料转化率、反应时间、温度等关键参数的模拟结果 结果分析：对比实际生产数据，分析仿真结果的准确性和可靠性 优化方案：根据仿真结果，提出针对性的优化措施，提高间歇反应釜的生产效率和产品质量 实施方案：详细说明优化方案的实施步骤和注意事项
机械制造基础-铸造过程仿真技术PPT课件
4
铸造模拟软件简介
铸造模拟软件可以对铸件形成过程中流场、温度场进 行模拟，并且能够对铸造过程中产生的缺陷（如浇不足， 冷隔，缩孔缩松缺陷）进行预测，从而对铸造过程所涉及 的工艺参数工艺方案等做出评价和优化，达到降低铸造废 品率，节省材料和劳动力，最大可能在降低成本，以及大 幅度在缩短铸造工艺定型周期。
材料科学与工程学院
机械制造基础 铸造过程仿真技术
铸造凝固过程仿真模拟研究室
1
内容介绍
（1）铸造工艺设计； （2）铸造模拟软件简介； （3）铸造CAD/CAE集成； （4）铸造模拟技术发展趋势； （5）实例应用； （6）凝固微观组织模拟研究
2
铸造模拟技术发展趋势
（1）由宏观模拟向微观模拟发展 可以预测组织、结构、性能，从而调整生产工艺，生产出理
6
软件组成及功能
3．软件产品系列
· 砂型重力铸造CAE · 砂型低压铸造CAE · 金属型重力铸造CAE · 金属型低压铸造CAE · 熔模精密铸造CAE · 压力铸造CAE .差压铸造CAE .消失模铸造CAE
7
软件组成及功能
铸造模拟软件
前处理
模拟计算
后处理
模型 建立
网格剖分 充型模拟 凝固模拟 应力模拟
想的凝固组织，达到优良的综合力学性能。 （2）单一分散向耦合集成方向发展
流场、温度场、应力/应变场、组织场等之间的耦合，以真实 模拟复杂的实际热加工过程。 （3）共性、通用向专用、特性方向发展
**解决特种热加工工艺模拟及工艺优化问题： 压铸、低压铸造、金属型铸造、实型铸造、连续铸造等特种铸造。
**解决铸件的缺陷消除问题
10
二铸造工艺方法的选择
• 综合分析该铸件，选择用砂型铸造，由于该铸 件为大型铸件，结构复杂。外型采用Z2520II 型造型机，一箱一件，水玻璃砂；手工制芯， 一箱一件 过桥浇注。
铸造模拟软件简介
铸造模拟软件可以对铸件形成过程中流场、温度场进 行模拟，并且能够对铸造过程中产生的缺陷（如浇不足， 冷隔，缩孔缩松缺陷）进行预测，从而对铸造过程所涉及 的工艺参数工艺方案等做出评价和优化，达到降低铸造废 品率，节省材料和劳动力，最大可能在降低成本，以及大 幅度在缩短铸造工艺定型周期。
材料科学与工程学院
机械制造基础 铸造过程仿真技术
铸造凝固过程仿真模拟研究室
1
内容介绍
（1）铸造工艺设计； （2）铸造模拟软件简介； （3）铸造CAD/CAE集成； （4）铸造模拟技术发展趋势； （5）实例应用； （6）凝固微观组织模拟研究
2
铸造模拟技术发展趋势
（1）由宏观模拟向微观模拟发展 可以预测组织、结构、性能，从而调整生产工艺，生产出理
6
软件组成及功能
3．软件产品系列
· 砂型重力铸造CAE · 砂型低压铸造CAE · 金属型重力铸造CAE · 金属型低压铸造CAE · 熔模精密铸造CAE · 压力铸造CAE .差压铸造CAE .消失模铸造CAE
7
软件组成及功能
铸造模拟软件
前处理
模拟计算
后处理
模型 建立
网格剖分 充型模拟 凝固模拟 应力模拟
想的凝固组织，达到优良的综合力学性能。 （2）单一分散向耦合集成方向发展
流场、温度场、应力/应变场、组织场等之间的耦合，以真实 模拟复杂的实际热加工过程。 （3）共性、通用向专用、特性方向发展
**解决特种热加工工艺模拟及工艺优化问题： 压铸、低压铸造、金属型铸造、实型铸造、连续铸造等特种铸造。
**解决铸件的缺陷消除问题
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二铸造工艺方法的选择
• 综合分析该铸件，选择用砂型铸造，由于该铸 件为大型铸件，结构复杂。外型采用Z2520II 型造型机，一箱一件，水玻璃砂；手工制芯， 一箱一件 过桥浇注。
火电厂仿真() PPT课件
2020/3/31
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1968年，美国建成的Dresden电站仿真装置，标 志着电厂仿真应用的开始。
在1970年以前，限于数字计算机的水平，当时开 发的仿真装置都是采用的模拟电路，且只能对电厂局 部范围进行仿真。
进入20世纪70年代，水蒸汽状态方程标准的制订、 发电机组数学模型的完善与优化，数字计算机技术的 进步，促进了火电厂仿真的深入。
1971年，美国Singer公司Link仿真系统分部、 EAI公司和英、日等国几乎同时推出采用数字计算机或 数字—模拟混合机的火电机组全仿真系统。在培训中 收到良好效果。
2020/3/31
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随后，各国一些大的电气或电子公司相继成立了仿真公 司或分部，专门研究和开发仿真系统。例如：
美国： Singer公司（Singer Co· Link Simulation Systems Division） EAI公司（Electronic Associates，Inc） CE公司（Combustion Engineering） EPRI公司（Electric Power Research Institute） Gould公司、 Ominidata公司、 Autodynamics公司
2020/3/31
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1975年，美国制订了全复制型核电站培训仿真器 国家标准（Nuclear power plant simulatห้องสมุดไป่ตู้rs for use in
operation training）
1979年3月28日美国三里岛核电站（Three miles Island Ｎpp）由于运转员的失误发生了严重事故。调 查结果表明，在核电站操作员的培训方面存在着严重问 题。
2020/3/31
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生产过程仿真技术
1
虚拟制造
• 基本思想是在产品制造过程的上游－设计阶段 就进行对产品制造全过程的虚拟集成，将全阶 段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。
• 虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的 可视化集成范围包括与设计相关的各项子系统 的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、 工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制 造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集 成。
2
先进制造技术
• 条件 – TQCS – 计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等
• 发展 – 80年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS， Computer Integrated Manufacturing System) – 80年代末，以过程集成为核心的并行工程(CE，Cocurrent Engineering)技术 – 90年代，出现了 – 虚拟制造(VM，Virtual Manufacturing) – 精益生产(LP，Lean Production) – 敏捷制造(AM，Agile Manufacturing) – 虚拟企业(VE，Virtual Enterprise)等新概念。
11
虚拟生产平台
• 虚拟生产环境布局 • 虚拟设备集成 • 虚拟计划与调度
12
虚拟企业平台
• 虚拟企业协同工作环境
–支持异地设计、异地装配、异地测试的环境， 特别是基于广域网的三维图形的异地快速传 送、过程控制、人机交互等环境。
• 虚拟企业动态组合及运行支持环境，特 别是INTERNET与INTRANET下的系统集成 与任务协调环境。
• 在德国，Darmstatt技术大学Fraunhofer计算机 图形研究所，
• 加拿大的Waterloo大学，比利时的虚拟现实协 会等均先后成立了研究机构，开展虚拟制造技 术的研究。5 Nhomakorabea•
虚拟制造的定义
• 佛罗里达大学Gloria J.Wiens的定义：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及 可制造性的潜在问题进行预测。着眼于结果
• 美国空军Wright实验室的定义是“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。该定义着眼于手段。
• 马里兰大学Edward Lin&etc给出的，“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。着眼于环境
6
虚拟制造的主要特点
– 以生产为核心的虚拟制造 (Production Centered VM)
– 以控制为中心的虚拟制造 (Control Centered VM)
• 三类VM之间的关系
8
虚拟制造研究难点
• 产品、工艺规划及生产系统的信息模型 • 可制造性评价方法
–包括各工艺步骤的处理时间，生产成本和质 量的估计等
3
实例
• 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，使其开发周期 从过去8年时间缩短到5年。
• Perot System Team利用Deneb Robotics开发的QUEST及 IGRIP设计与实施一条生产线，在所有设备订货之前， 对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行 了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的24个月 缩短到9.5个月。
13
基于PDM的虚拟制造平台集成
• 支持虚拟制造的产品数据模型 • 基于产品数据管理(PDM)的虚拟制造集成
技术 • 基于PDM的产品开发过程集成
14
三类仿真模型
• 产品模型
– 是所有活动的目的和中心
• 制造系统模型
– 产品开发必须要考虑的约束
• 基于仿真的零部件制造设计与分析，包括工艺生成优化、工具设 计优化、刀位轨迹优化、控制代码优化等；
• 基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验—虚拟加工、 虚拟机器人等；
• 材料加工成形仿真，包括产品设计，加工成形过程温度场、应力 场、流动场的分析，加工工艺优化等；
• 产品虚拟装配，根据产品设计的形状特征，精度特征，三维真实 地模拟产品的装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维 真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。
• Chrycler公司与IBM合作开发的虚拟制造环境用于其新 型车的研制，在样车生产之前，发现其定位系统的控 制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期。
4
国外应用
• 在美国，NIST (National Institute of Standards and Technology)正在建立虚拟制造环境(称之为 国家先进制造测试床National Advanced Manufacturing Testbed,NAMT)，波音公司与麦 道公司联手建立了MDA(Mechanical Design Automation)，
• 产品与制造环境是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型 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，快速投入批量生产，从而能大幅度压缩新产品的 开发时间，提高质量、降低成本；
• 可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同 一个产品模型上同时工作，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。
7
虚拟制造分类
• 按照与生产各个阶段的关系
– 以设计为核心的虚拟制造 (Design Centered VM)，DFX技术
• 制造系统布局、生产计划和调度规划 • 分布式环境
– 牵涉到公司合作，信息共享，信息安全性等
• 统一的集成框架和体系。
9
虚拟制造的产品生产
• 可制造性 • 可生产性 • 可合作性
• 虚拟制造 • 虚拟生产 • 虚拟企业
10
虚拟制造平台
• 基于产品技术复合化的产品设计与分析，除了几何造型与特征造 型等环境外，还包括运动学、动力学、热力学模型分析环境等；
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虚拟制造
• 基本思想是在产品制造过程的上游－设计阶段 就进行对产品制造全过程的虚拟集成，将全阶 段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。
• 虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成，它的 可视化集成范围包括与设计相关的各项子系统 的功能，如用户支持、工程分析、材料选用、 工艺计划、工装分析、快速原型，甚至包括制 造企业全部功能（如计划、操作、控制）的集 成。
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先进制造技术
• 条件 – TQCS – 计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等
• 发展 – 80年代初，以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS， Computer Integrated Manufacturing System) – 80年代末，以过程集成为核心的并行工程(CE，Cocurrent Engineering)技术 – 90年代，出现了 – 虚拟制造(VM，Virtual Manufacturing) – 精益生产(LP，Lean Production) – 敏捷制造(AM，Agile Manufacturing) – 虚拟企业(VE，Virtual Enterprise)等新概念。
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虚拟生产平台
• 虚拟生产环境布局 • 虚拟设备集成 • 虚拟计划与调度
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虚拟企业平台
• 虚拟企业协同工作环境
–支持异地设计、异地装配、异地测试的环境， 特别是基于广域网的三维图形的异地快速传 送、过程控制、人机交互等环境。
• 虚拟企业动态组合及运行支持环境，特 别是INTERNET与INTRANET下的系统集成 与任务协调环境。
• 在德国，Darmstatt技术大学Fraunhofer计算机 图形研究所，
• 加拿大的Waterloo大学，比利时的虚拟现实协 会等均先后成立了研究机构，开展虚拟制造技 术的研究。5 Nhomakorabea•
虚拟制造的定义
• 佛罗里达大学Gloria J.Wiens的定义：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及 可制造性的潜在问题进行预测。着眼于结果
• 美国空军Wright实验室的定义是“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。该定义着眼于手段。
• 马里兰大学Edward Lin&etc给出的，“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。着眼于环境
6
虚拟制造的主要特点
– 以生产为核心的虚拟制造 (Production Centered VM)
– 以控制为中心的虚拟制造 (Control Centered VM)
• 三类VM之间的关系
8
虚拟制造研究难点
• 产品、工艺规划及生产系统的信息模型 • 可制造性评价方法
–包括各工艺步骤的处理时间，生产成本和质 量的估计等
3
实例
• 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，使其开发周期 从过去8年时间缩短到5年。
• Perot System Team利用Deneb Robotics开发的QUEST及 IGRIP设计与实施一条生产线，在所有设备订货之前， 对生产线的运动学、动力学、加工能力等各方面进行 了分析与比较，使生产线的实施周期从传统的24个月 缩短到9.5个月。
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基于PDM的虚拟制造平台集成
• 支持虚拟制造的产品数据模型 • 基于产品数据管理(PDM)的虚拟制造集成
技术 • 基于PDM的产品开发过程集成
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三类仿真模型
• 产品模型
– 是所有活动的目的和中心
• 制造系统模型
– 产品开发必须要考虑的约束
• 基于仿真的零部件制造设计与分析，包括工艺生成优化、工具设 计优化、刀位轨迹优化、控制代码优化等；
• 基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验—虚拟加工、 虚拟机器人等；
• 材料加工成形仿真，包括产品设计，加工成形过程温度场、应力 场、流动场的分析，加工工艺优化等；
• 产品虚拟装配，根据产品设计的形状特征，精度特征，三维真实 地模拟产品的装配过程，并允许用户以交互方式控制产品的三维 真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性。
• Chrycler公司与IBM合作开发的虚拟制造环境用于其新 型车的研制，在样车生产之前，发现其定位系统的控 制及其他许多设计缺陷，缩短了研制周期。
4
国外应用
• 在美国，NIST (National Institute of Standards and Technology)正在建立虚拟制造环境(称之为 国家先进制造测试床National Advanced Manufacturing Testbed,NAMT)，波音公司与麦 道公司联手建立了MDA(Mechanical Design Automation)，
• 产品与制造环境是虚拟模型，在计算机上对虚拟模型 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，快速投入批量生产，从而能大幅度压缩新产品的 开发时间，提高质量、降低成本；
• 可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同 一个产品模型上同时工作，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。
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虚拟制造分类
• 按照与生产各个阶段的关系
– 以设计为核心的虚拟制造 (Design Centered VM)，DFX技术
• 制造系统布局、生产计划和调度规划 • 分布式环境
– 牵涉到公司合作，信息共享，信息安全性等
• 统一的集成框架和体系。
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虚拟制造的产品生产
• 可制造性 • 可生产性 • 可合作性
• 虚拟制造 • 虚拟生产 • 虚拟企业
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虚拟制造平台
• 基于产品技术复合化的产品设计与分析，除了几何造型与特征造 型等环境外，还包括运动学、动力学、热力学模型分析环境等；