现代制造系统之先进制造模式

温度场分 布
热变形分 布
网格划分
VM使能技术——加工过程仿真
VM使能技术——虚拟测量
VM使能技术——生产过程仿真
虚拟使能技术——虚拟现实技术 VR（Virtual reality）
是在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接 口技术、多媒体技术以及传感器技术基础上发展起 来的一门交叉技术。由计算机直接把视觉、听觉和 触觉等多种信息合成，并提示给人的感觉器官，在 人的周围生成一个三维的虚拟环境，从而把人、现 实世界和虚拟空间结合起来融为一体，相互间进行 信息的交流和反馈的技 术。VR又被称为幻境或灵 境技术。
发以快捷、优质、低耗响应市场。
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
基于网络的VPS
实际制造系统
实际信息系统
需求
工人
样机
实际产品
工厂
RPS
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
计算机
创意
修改和控制
资源 实际制造
需求
工人
虚拟现实的基本特征
浸入性：用户感到被虚拟世界包围，好像完全融入其中 视觉浸入：使用者可以亲身体验虚拟环境真实直观 的试图 触觉浸入：允许使用者接触并感觉虚拟物体 听觉浸入：模拟人耳感受声音方式，提供真实声音 嗅觉浸入、味觉浸入：刚刚开始或尚未开始研究
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
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
类
特点
主要 主要技术
别
目标 支持
以 ·将仿真加到控制模型 控 和实际处理中 制 可“无缝”地仿真使 为 得实际生产周期期间 中 不间断地优化 心
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
VM使能技术---产品建模技术
VM使能技术——性能分析
主轴箱立柱的热变形分析
CAD模型
网格划分
施加约束
主轴箱 立柱的 热变形 分析
工厂
信息
产品
虚拟制造的关键技术
虚拟现实技术 虚拟设计技术 可制造性评价
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
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 虚拟制造 虚拟生产 虚拟企业
虚拟制造的功能组成
类
特点
主要 主要技术 应用领域
别
目标 支持
以 在设计阶段为设计人 评价 ·特征造型 造型设计
设 员提供制造信息
可制 ·面向数学 热力学分析
计 使用基于制造的仿真 造性 模型设计
为 以优化产品和工艺的 中 设计 心 通过“在计算机上制
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。
虚拟制造的特点：以模型为核心
➢ 产品模型 产品信息在计算机上的展示。
➢ 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
企业生产组织和经营活动的模型 ➢ 资源模型
对企业各种资源的建模描述
虚拟制造的特点
VM是实际制造过程在计算机上的映射和本质表现。 通过计算机虚拟模型来模拟和预估产品功能、性能及
可加工性等各方面可能存在的问题，提高人的预测和 决策水平，使制造技术不再主要依赖于经验。 产品设计与制造是在虚拟环境下进行的： 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，使产品开
虚拟制造的定义
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
·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
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
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
工业工程2008
现代制造系统
第七讲 先进制造模式
Advanced Manufacturing Philosophy and Production Model
Introduction
1 虚拟制造 2 绿色制造 3 智能制造 4 可重构制造系统
5 6
Parallel Machine Tool
虚拟制造
虚拟制造的功能组成
产品建模
产品优化设计
产品性能评价
可制造性评价
产品异地设计 生产工艺优化
虚拟实验
生产计划 仿真优化
零部件分析优 化
快速原型
工具设计优化
刀位控制 刀位轨迹 加工方案 参数优化 参数优化 评 估
虚拟检测
工艺模型验证
产品模型实验：虚拟机 床
虚拟生产布局
虚拟设备集成
虚拟装配
虚拟生产平台服务器
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
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）
加工过程 仿真技术
Βιβλιοθήκη Baidu
造”产生多个“软”
样机
运动学分析 动力学分析 容差分析 加工过程仿
真
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 ·虚拟现实 工厂或产品的
生 产
造过程模型，以便低 费用、快速地评价不
可生 产性
·嵌入式仿 真
物理布局 传统制造：主要 考虑空间
为 同的工艺方案