虚拟制造技术
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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
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。
运行参数 可视化参数
实验
分析 可视化
结果
VIS 环境体系结
虚拟制造的体系结构
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
着眼于“结果” 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。 着眼于“手段”
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”
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，既 采用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上实现产品的 开发、制造，以及管理和控制等制造本质过程，以增加制 造过程各级的决策和控制能力
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
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
基于网络的VPS
工厂
RPS
确认和验证
样机
抽象与综合
虚拟制造技术的内涵
机会 拟实制造 循 环 客户 到 合 格 创意
需求
资源 实际制造
计算机
工人 工厂
修改和控制
信息
产品
虚拟制造的体系结构
虚拟调度
虚拟产品生产过程 优化生产调度方案
虚 协同工作环境 支持异地设 拟 企 计、装配、测试 的环境。 业 平 台 虚拟企业动态
组合
系统集成 任务调度
技 术 人 员 和 用 户
产品数据管理（PDM）
虚拟制造的体系结构
界面层
人机交互接 口
个性化用户界面
wk.baidu.com
框架层
基于COBRDA（DCOM）的分布集成框架
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。
在设计阶段为 以设 · 计为 设计人员提供制造信 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” 样机
评价 · 特征造 可制 型 造性 · 面向数 学模型设 计 加工过程 仿真技术
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 应用领域
虚拟制造技术
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。
数字化模型 计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
实 际 制 造 过 程
虚 拟 开 虚拟加工 工艺过程优化 发 工具设计优化 平 单元工艺优化 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
有限元分析 运动学分析 动力学分析
虚拟布局
虚 虚拟实际生产环境 拟 虚拟生产动态过程 优化生产环境布局 生 产 虚拟设备 平 虚拟集成支撑环境 台 优化集成方案
应用层
虚拟设计 平台
虚拟加工 平台
虚拟控制 平台
数据层 产品模型、数据、只是和规则
协议层
通讯协议和数据交换标准 ( IGES、STEP等)
网络层
网络及物理链路、硬件设备
虚拟制造的体系结构
可视化交互建模体系结构
交互式用户
模型生 成器
模型 说明
模型 分析
模型 转换
可执行 模型
模型说明语言
VIM环境体系结构
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 · 虚拟现 造过程模型，以便低 可生 实 费用、快速地评价不 产性 · 嵌入式 同的工艺方案 仿真 用于资源需求规划、 生产计划的产生及评 价的环境
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
类别 特点 主要 目标 主要技术 支持 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。
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造系统的定义：
是一个在虚拟制造技术的指导下，在计算机网 络和虚拟现实环境中建立起来的，具有集成、开放、 分布、并行、人机交互等特点的，能够从产品生产 全过程的高度来分析和解决制造系统各个环节的技 术问题的软硬件系统。
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
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
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。
运行参数 可视化参数
实验
分析 可视化
结果
VIS 环境体系结
虚拟制造的体系结构
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
着眼于“结果” 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。 着眼于“手段”
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”
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，既 采用计算机仿真和虚拟现实技术，在计算机上实现产品的 开发、制造，以及管理和控制等制造本质过程，以增加制 造过程各级的决策和控制能力
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
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
基于网络的VPS
工厂
RPS
确认和验证
样机
抽象与综合
虚拟制造技术的内涵
机会 拟实制造 循 环 客户 到 合 格 创意
需求
资源 实际制造
计算机
工人 工厂
修改和控制
信息
产品
虚拟制造的体系结构
虚拟调度
虚拟产品生产过程 优化生产调度方案
虚 协同工作环境 支持异地设 拟 企 计、装配、测试 的环境。 业 平 台 虚拟企业动态
组合
系统集成 任务调度
技 术 人 员 和 用 户
产品数据管理（PDM）
虚拟制造的体系结构
界面层
人机交互接 口
个性化用户界面
wk.baidu.com
框架层
基于COBRDA（DCOM）的分布集成框架
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。
在设计阶段为 以设 · 计为 设计人员提供制造信 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” 样机
评价 · 特征造 可制 型 造性 · 面向数 学模型设 计 加工过程 仿真技术
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 应用领域
虚拟制造技术
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。
数字化模型 计算机仿真、虚拟现实
虚拟设计
实 际 制 造 过 程
虚 拟 开 虚拟加工 工艺过程优化 发 工具设计优化 平 单元工艺优化 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
有限元分析 运动学分析 动力学分析
虚拟布局
虚 虚拟实际生产环境 拟 虚拟生产动态过程 优化生产环境布局 生 产 虚拟设备 平 虚拟集成支撑环境 台 优化集成方案
应用层
虚拟设计 平台
虚拟加工 平台
虚拟控制 平台
数据层 产品模型、数据、只是和规则
协议层
通讯协议和数据交换标准 ( IGES、STEP等)
网络层
网络及物理链路、硬件设备
虚拟制造的体系结构
可视化交互建模体系结构
交互式用户
模型生 成器
模型 说明
模型 分析
模型 转换
可执行 模型
模型说明语言
VIM环境体系结构
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 · 虚拟现 造过程模型，以便低 可生 实 费用、快速地评价不 产性 · 嵌入式 同的工艺方案 仿真 用于资源需求规划、 生产计划的产生及评 价的环境
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
类别 特点 主要 目标 主要技术 支持 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。
虚拟制造技术的内涵
虚拟制造系统的定义：
是一个在虚拟制造技术的指导下，在计算机网 络和虚拟现实环境中建立起来的，具有集成、开放、 分布、并行、人机交互等特点的，能够从产品生产 全过程的高度来分析和解决制造系统各个环节的技 术问题的软硬件系统。
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