虚拟制造技术要点

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。
模 型
过程模型：设计过程、工艺规划过程、加工制造过程 装配过程、性能分析过程。 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
虚拟制造技术的内涵
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。
虚拟生产计划 新工艺及对应信息、如成本
M! M2 M3 M4
优化资源 选择评价工艺 验证新工艺
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
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 别
以 设 计 为 中 心
特点
· 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
虚 拟 测 试
虚拟制造的关键技术
关键技术之五
虚拟生产技术
时虚 三拟 维生 布产 局线 车 间 实
/ 虚生 拟产 仿线 真车 间 生 产 过 程 制基 造于 仿 真的 与网 评络 价化 分 散
VR
/
虚拟制造的关键技术
关键技术之五
虚拟生产技术
时虚 三拟 维生 布产 局线 车 间 实
/ 虚生 拟产 仿线 真车 间 生 产 过 程 制基 造于 仿 真的 与网 评络 价化 分 散
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。
Agent
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
映多 射通 机道 理技 与术 操与 纵可 方视 法化 技 术 的 化分 环布 境式 的的 协计 同算 与 可 视 构特 分征 析可 视 化 与 拓 扑 结 驭基 计于 算 的 可 视 化 与 驾 VR
虚拟制造的使能技术
虚拟机床模型
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 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。
VR
/
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
虚拟生产
虚拟生产平台服务器
虚 拟 制 造 的 功 能 框 图
虚拟企业平台服务器
虚拟企业
企业协同工作环境 企业虚拟运行 企业运行仿真
虚拟制造技术的分类
CAD/CAM 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）
生产为核心
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
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
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
工厂或产品的 物理布局 传统制造：主要 考虑空间 虚拟制造：总体 协调、优化动态 过程, 人、环境、 效率 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
· 将仿真能力用于制 评价 造过程模型，以便低 可生 费用、快速地评价不 产性 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
虚拟制造的关键技术
关键技术之三
虚拟检测与评价技术
虚 拟 表 面 接 触 刚 度 分 析
干刀 涉位 检轨 验迹 检 查 及 碰 撞
工 艺 过 程 规 划 与 仿 真
评基 价于 应 力 的 加 工 质 量
装 配 信 息 建 模
虚拟制造的关键技术
关键技术之四
虚拟实验技术
虚 拟 试 验 的 物 理 建 模 虚 拟 试 验 的 运 行 平 台 虚 拟 样 机 的 性 能 评 价
虚拟制造技术的分类
类 别
以 控 制 为 中 心
特点
· 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
主要 主要技术 目标 支持
· 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
应用领域
虚拟制造的使能技术
使能技术
虚 拟 环 境 建 模 数 据 转 换 与 处 理
VADE环境
机器人路径规划系统
轨迹信息序列信息
轨迹及序列 信息设计变 化的建议
专用的装配设备设计
DFA分析
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
机床系统 结构系统 位 移
传感器输入 力域 热力学模型 刚度模型 NC 代码 运动学模型 伺服模型 精确模型 运动系统
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 虚拟机床其它 控制信息 虚拟机床 反馈信息
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
虚拟设计
快速原型
生产工艺优化
工具设计优化
刀位控制 参数优化
刀位轨迹 参数优化
加工方案 评估
虚拟制造
虚拟实验 虚拟检测 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
虚拟装配
虚拟制造的使能技术
使能技术之二
虚拟环境建模技术
图 像 图 形 混 合 建 模 技 术 多 细 节 层 次 建 模 技 术 智 能 化 视 区 裁 剪 技 术 基 于 图 像 的 绘 制 技 术
场 景 预 处 理 技 术
技虚 术拟 声 的 生 成 与 增 强
虚拟制造的使能技术
使能技术之三
产品建模技术
逻辑轴号、位置
输入\输出 NC程序系统参数 运动控制模块 模块 （NC系统功 各 轴 位 置 数 据 、刀号、行号 虚拟操作面板返回信息 虚拟操作面板信息 能界面） 虚拟操作面板
虚拟制造的使能技术
虚拟装配设计环境VADE
基于虚拟现实的训练系统
部件几何特 征属性及装 配信息等
计算机辅助过程规划系统
CAD环境
虚拟制造的关键技术
关键技术之一
虚拟设计与装配技术
优虚 化拟 装 配 拆 卸 设 计 与 具 有 力 觉 的 虚 拟 装 配
虚 拟 产 品 形 状 设 计
虚 拟 样 机
/
虚拟制造的关键技术
关键技术之二
虚拟产品实现技术
远 程 机 器 人 操 作 与 监 控
虚 拟 加 工
虚 拟 测 量 技 术
切基 削于 参表 数面 选质 择量 分 析 的
主要 主要技术 目标 支持
评价 · 特征造 可制 型 造性 · 面向数 来自模型设 计 加工过程 仿真技术
应用领域
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
虚拟制造技术的分类
类 别 以 生 产 为 中 心 特点 主要 主要技术 目标 支持 · 虚拟现 实 · 嵌入式 仿真 应用领域
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。
产 品 数 据 管 理 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
据网 信络 息化 的异 统构 一知 表识 达与 数 的分 协布 同式 与虚 自拟 治仿 真 节 点 绘虚 制拟 与场 网景 络的 传快 输速 漫 游 、 与基 制于 造 集的 成产 过品 程设 链计 VR 企基 业于 信多 息 重 组 与的 集虚 成拟 据网 与络 指环 令境 的下 传虚 输拟 与产 共品 享数
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
虚拟制造技术的应用
中 反 铲 装 载 车 模 型 VR
虚拟制造技术的应用
加工过程仿真
本讲结束 谢谢！
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。
零 部 件 的 物 理 建 模 方 法 特基 征于 建物 模理 方的 法工 程 行 为 分工 方程 法对 象 的 单 元 化 划 算工 方程 法分 析 的 有 限 元 计 则工 图程 示分 方析 法结 果 的 多 准
虚拟制造的使能技术
使能技术之四
数据转换与处理技术
数 据 文 件 格 式 转 换 技 术
网 络 环 境 下 知 识 获 取 与 建 库
多 通 道 交 互
基 于 的 计 算 可 视 化
VR
产 品 建 模
虚拟制造的使能技术
使能技术之一
多通道交互技术
件虚 接拟 口现 驱实 动设 技备 术的 软 硬 形真 加实 速感 技渲 术染 的 三 维 图 定三 标维 技定 术位 跟 踪 设 备 的 快大 速面 显积 示纹 技理 术的 可 见 性 息人 的像 融分 合离 技与 术多 传 感 信 术信 息 与 时 间 的 同 步 技