虛擬制造技術專題培訓課件

虛擬制造技術12虛擬制造技術121虛擬制造技術虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造技術的體系結構虛擬制造技術的分類虛擬制造技術中的使能技術虛擬制造技術中的關鍵技術虛擬制造技術的應用虛擬制造技術虛擬制造技術的內(nèi)涵2虛擬制造技術的內(nèi)涵1、定義虛擬制造作為一個全新的概念，是信息時代制造技術的重要標志。佛羅里達大學GloriaJWiens:虛擬制造是這樣一個概念，即與實際一樣在計算機上執(zhí)行制造過程，其中虛擬模型是在實際制造之前，用于對產(chǎn)品的功能和可制造性的潛在問題進行預測。著眼于“結果”美國空軍Wright實驗室：虛擬制造是仿真、建模和分析技術及工具的綜合應用，以增強各層制造設計和生產(chǎn)決策與控制。著眼與“手段”虛擬制造技術的內(nèi)涵1、定義3虛擬制造技術的內(nèi)涵馬里蘭大學EdwardLin&etc虛擬制造是一個用于增強各級決策與控制一體化的、綜合的制造環(huán)境著眼于“環(huán)境”清華大學肖田元：虛擬制造是實際制造過程在計算機上的本質(zhì)實現(xiàn)，既采用計算機仿真和虛擬現(xiàn)實技術，在計算機上實現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)、制造，以及管理和控制等制造本質(zhì)過程，以增加制造過程各級的決策和控制能力虛擬制造技術的內(nèi)涵馬里蘭大學EdwardLin&etc4虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造的綜合定義：一個在計算機網(wǎng)絡及虛擬現(xiàn)實環(huán)境中完成的，利用制造系統(tǒng)各層次及不同側面的數(shù)學模型，對包括設計、制造、管理和銷售等各個環(huán)節(jié)的產(chǎn)品全生命周期的各種技術方案和技術策略進行評估和優(yōu)化的綜合過程。虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造的綜合定義：5虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造技術的定義：是一門以計算機仿真技術、制造系統(tǒng)與加工過程建模理論、VR技術、分布式計算理論、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術等為理論基礎，研究如何在計算機網(wǎng)絡環(huán)境及虛擬現(xiàn)實環(huán)境下，利用制造系統(tǒng)各層次及各環(huán)節(jié)的數(shù)字模型，完成制造系統(tǒng)整個過程的計算與仿真的技術。虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造技術的定義：6虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造系統(tǒng)的定義：是一個在虛擬制造技術的指導下，在計算機網(wǎng)絡和虛擬現(xiàn)實環(huán)境中建立起來的，具有集成、開放、分布、并行、人機交互等特點的，能夠從產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的高度來分析和解決制造系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的技術問題的軟硬件系統(tǒng)。虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造系統(tǒng)的定義：7虛擬制造技術的內(nèi)涵2、特點以模型為核心：產(chǎn)品模型、過程模型、活動模型、資源模型模型產(chǎn)品模型：產(chǎn)品信息在計算機上的表示。過程模型：設計過程、工藝規(guī)劃過程、加工制造過程裝配過程、性能分析過程。活動模型：對企業(yè)生產(chǎn)組織和經(jīng)營活動建立的模型資源模型：對企業(yè)人力、物力建立的模型虛擬制造技術的內(nèi)涵2、特點模產(chǎn)品模型：產(chǎn)品信息在計算機上的表8虛擬制造技術的內(nèi)涵以模型信息集成為根本：產(chǎn)品模型、過程模型、活動模型、資源模型之間的信息集成以高逼真度仿真為特色：仿真結果的高可信度，以及人與這個虛擬制造環(huán)境的交互的自然化。虛擬制造技術的內(nèi)涵以模型信息集成為根本：產(chǎn)品模型、過程模型、9虛擬制造技術的內(nèi)涵3、虛擬制造與實際制造實際制造系統(tǒng)是物質(zhì)流、信息流在控制流的協(xié)調(diào)和控制下，在各個層次上進行相應的決策，實現(xiàn)從投入到產(chǎn)出的有效轉變，其中物質(zhì)流和信息流的協(xié)調(diào)工作是主體。虛擬制造系統(tǒng)是在分布式協(xié)同工作等多學科技術支持的虛擬環(huán)境下的現(xiàn)實制造系統(tǒng)的映射。虛擬制造系統(tǒng)是實際制造系統(tǒng)的抽象，實際制造系統(tǒng)是虛擬制造系統(tǒng)的實例。虛擬制造技術的內(nèi)涵3、虛擬制造與實際制造10虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造系統(tǒng)實際制造系統(tǒng)計算機仿真虛擬現(xiàn)實基于網(wǎng)絡的VPS虛擬信息系統(tǒng)確認和驗證技術人員客戶抽象與綜合虛擬產(chǎn)品實際信息系統(tǒng)樣機需求工人工廠RPS實際產(chǎn)品虛擬制造技術的內(nèi)涵虛擬制造系統(tǒng)實際制造系統(tǒng)計算機仿真基于網(wǎng)絡11虛擬制造技術的內(nèi)涵客戶需求工人計算機產(chǎn)品信息資源機會循環(huán)到合格工廠擬實制造實際制造創(chuàng)意修改和控制虛擬制造技術的內(nèi)涵客戶需求工人計算機產(chǎn)品信息資源機會循環(huán)到合12虛擬制造的體系結構產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）實際制造過程技術人員和用戶數(shù)字化模型計算機仿真、虛擬現(xiàn)實虛擬開發(fā)平臺虛擬設計

有限元分析運動學分析動力學分析虛擬加工

工藝過程優(yōu)化工具設計優(yōu)化單元工藝優(yōu)化加工過程分析虛擬裝配

裝配工藝規(guī)劃裝配路線規(guī)劃裝配分配規(guī)劃裝配質(zhì)量規(guī)劃虛擬生產(chǎn)平臺虛擬布局虛擬實際生產(chǎn)環(huán)境虛擬生產(chǎn)動態(tài)過程優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境布局虛擬設備虛擬集成支撐環(huán)境優(yōu)化集成方案虛擬調(diào)度虛擬產(chǎn)品生產(chǎn)過程優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度方案虛擬企業(yè)平臺協(xié)同工作環(huán)境

支持異地設計、裝配、測試的環(huán)境。虛擬企業(yè)動態(tài)組合

系統(tǒng)集成任務調(diào)度虛擬制造的體系結構產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）實技術人員和用戶數(shù)字13虛擬制造系統(tǒng)體系結構人機交互接口個性化用戶界面通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)交換標準(IGES、STEP等)網(wǎng)絡及物理鏈路、硬件設備產(chǎn)品模型、數(shù)據(jù)、只是和規(guī)則基于COBRDA（DCOM）的分布集成框架虛擬設計平臺虛擬加工平臺虛擬控制平臺界面層框架層應用層數(shù)據(jù)層協(xié)議層網(wǎng)絡層虛擬制造系統(tǒng)體系結構人機交互接口個性化用戶界面通訊協(xié)議和數(shù)據(jù)14虛擬制造系統(tǒng)體系結構模型說明語言運行參數(shù)實驗VIM環(huán)境體系結構可視化參數(shù)分析可視化VIS環(huán)境體系結構交互式用戶模型生成器模型說明模型分析模型轉換結果可執(zhí)行模型可視化交互建模體系結構虛擬制造系統(tǒng)體系結構模型說明語言運行參數(shù)實驗VIM環(huán)境體系結15虛擬制造系統(tǒng)體系結構產(chǎn)品建模產(chǎn)品異地設計零部件分析優(yōu)化快速原型生產(chǎn)工藝優(yōu)化工具設計優(yōu)化刀位控制參數(shù)優(yōu)化刀位軌跡參數(shù)優(yōu)化加工方案評估虛擬實驗虛擬檢測工藝模型驗證產(chǎn)品模型實驗：虛擬機床生產(chǎn)計劃仿真優(yōu)化虛擬生產(chǎn)布局虛擬設備集成虛擬裝配虛擬生產(chǎn)平臺服務器虛擬企業(yè)平臺服務器企業(yè)協(xié)同工作環(huán)境企業(yè)虛擬運行企業(yè)運行仿真產(chǎn)品優(yōu)化設計產(chǎn)品性能評價可制造性評價虛擬設計虛擬制造虛擬生產(chǎn)虛擬企業(yè)虛擬制造的功能框圖虛擬制造系統(tǒng)體系結構產(chǎn)品建模產(chǎn)品異地設計零部件分析優(yōu)化快速原16虛擬制造技術的分類類別特點主要目標主要技術支持應用領域以設計為中心·

在設計階段為設計人員提供制造信息·

使用基于制造的仿真以優(yōu)化產(chǎn)品和工藝的設計通過“在計算機上制造”產(chǎn)生多個“軟”樣機

評價可制造性·

特征造型·

面向數(shù)學模型設計加工過程仿真技術

造型設計熱力學分析運動學分析動力學分析容差分析加工過程仿真

虛擬制造技術的分類類別特點主要目標主要技術支持應用領域以設計17虛擬制造技術的分類類別特點主要目標主要技術支持應用領域以生產(chǎn)為中心·

將仿真能力用于制造過程模型，以便低費用、快速地評價不同的工藝方案

用于資源需求規(guī)劃、生產(chǎn)計劃的產(chǎn)生及評價的環(huán)境

評價可生產(chǎn)性·

虛擬現(xiàn)實·

嵌入式仿真

工廠或產(chǎn)品的物理布局

傳統(tǒng)制造：主要考慮空間

虛擬制造：總體協(xié)調(diào)、優(yōu)化動態(tài)過程,人、環(huán)境、效率

生產(chǎn)計劃的編排

傳統(tǒng)制造：靜態(tài)、確定型

虛擬制造：動態(tài)、隨機型

虛擬制造技術的分類類別特點主要目標主要技術支持應用領域以生產(chǎn)18虛擬制造技術的分類類別特點主要目標主要技術支持應用領域以控制為中心·

將仿真加到控制模型和實際處理中可“無縫”地仿真使得實際生產(chǎn)周期期間不間斷地優(yōu)化

·

對離散制造--基于仿真的實時動態(tài)調(diào)度對連續(xù)制造--基于仿真的最優(yōu)控制

虛擬制造技術的分類類別特點主要目標主要技術支持應用領域以控制19虛擬制造技術的分類設計為核心優(yōu)化產(chǎn)品設計、工藝設計加工方案評價生產(chǎn)為核心優(yōu)化資源選擇評價工藝驗證新工藝控制為核心優(yōu)化車間控制優(yōu)化制造過程產(chǎn)品概念設計CAD/CAMM!M2M3M4供設計者參考的制造信息虛擬產(chǎn)品原型成本估算新產(chǎn)品模型、工藝、制造信息虛擬生產(chǎn)計劃質(zhì)量評估新工藝及對應信息、如成本車間機床及控制系統(tǒng)工廠資源（人、設備）M1：已有的模型和工藝M2：日程模型、邏輯模型M3：過程模型M4：成品模型參數(shù)虛擬制造技術的分類設計為核心優(yōu)化產(chǎn)品設計、生產(chǎn)為核心優(yōu)化資源20虛擬制造的使能技術使能技術多通道交互

網(wǎng)絡環(huán)境下知識獲取與建庫

基于VR的計算可視化

虛擬環(huán)境建模

產(chǎn)品建模

數(shù)據(jù)轉換與處理

虛擬制造的使能技術使能技術多通道交互網(wǎng)絡環(huán)境下知識獲取與建21虛擬制造的使能技術多通道交互技術虛擬現(xiàn)實設備的軟硬件接口驅動技術

大面積紋理的可見性快速顯示技術

信息與時間的同步技術

真實感渲染的三維圖形加速技術

三維定位跟蹤設備的定標技術

人像分離與多傳感信息的融合技術

使能技術之一虛擬制造的使能技術多通道交互技術虛擬現(xiàn)實設備的軟硬件接口驅動22虛擬制造的使能技術使能技術之二虛擬環(huán)境建模技術圖像圖形混合建模技術

場景預處理技術

虛擬聲的生成與增強技術

多細節(jié)層次建模技術

智能化視區(qū)裁剪技術

基于圖像的繪制技術

虛擬制造的使能技術使能技術之二虛擬環(huán)境建模技術圖像圖形混合建23虛擬制造的使能技術使能技術之三產(chǎn)品建模技術零部件的物理建模方法

工程分析的有限元計算方法

工程分析結果的多準則圖示方法基于物理的工程行為特征建模方法

工程對象的單元化劃分方法

虛擬制造的使能技術使能技術之三產(chǎn)品建模技術零部件的物理建模方24虛擬制造的使能技術使能技術之四數(shù)據(jù)轉換與處理技術

數(shù)據(jù)文件格式轉換技術

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術

虛擬制造的使能技術使能技術之四數(shù)據(jù)轉換與處理技術數(shù)據(jù)文件25虛擬制造的使能技術使能技術之五網(wǎng)絡環(huán)境下知識獲取與建庫技術

網(wǎng)絡化異構知識與數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)一表達

基于VR的產(chǎn)品設計與制造集成過程鏈

網(wǎng)絡環(huán)境下虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)與指令的傳輸與共享

分布式虛擬仿真節(jié)點的協(xié)同與自治

虛擬場景的快速漫游、繪制與網(wǎng)絡傳輸

基于多Agent的虛擬企業(yè)信息重組與集成

虛擬制造的使能技術使能技術之五網(wǎng)絡環(huán)境下知識獲取與建庫技26虛擬制造的使能技術使能技術之六多通道技術與可視化技術的映射機理與操縱方法

基于VR的科學計算可視化技術

特征可視化與拓撲結構分析

基于VR的可視化與駕馭計算

分布式的計算與可視化環(huán)境的協(xié)同

虛擬制造的使能技術使能技術之六多通道技術與可視化技術的映射機27虛擬制造的使能技術虛擬機床模型運動學模型傳感器輸入運動系統(tǒng)其它輸入力域溫度域切削過程工件屬性熱力學模型剛度模型伺服模型精確模型機床系統(tǒng)切削系統(tǒng)結構系統(tǒng)NC

代碼位移虛擬制造的使能技術虛擬機床模型運動學模型傳感器輸入運動系統(tǒng)其28虛擬制造的使能技術虛擬CNC系統(tǒng)輸入\輸出模塊（NC系統(tǒng)功能界面）運動控制模塊軸號匹配模塊虛擬機床控制接口邏輯軸號、位置物理軸號、位置各軸位置數(shù)據(jù)、刀號、行號NC程序系統(tǒng)參數(shù)虛擬操作面板信息虛擬操作面板返回信息虛擬操作面板虛擬機床控制信息虛擬機床其它控制信息虛擬機床反饋信息虛擬數(shù)字控制子系統(tǒng)虛擬機床子系統(tǒng)虛擬機床反饋信息虛擬制造的使能技術虛擬CNC系統(tǒng)輸入\輸出運動控制模塊軸號虛29虛擬制造的使能技術虛擬裝配設計環(huán)境VADE基于虛擬現(xiàn)實的訓練系統(tǒng)計算機輔助過程規(guī)劃系統(tǒng)機器人路徑規(guī)劃系統(tǒng)專用的裝配設備設計VADE環(huán)境CAD環(huán)境DFA分析軌跡信息序列信息部件幾何特征屬性及裝配信息等軌跡及序列信息設計變化的建議虛擬制造的使能技術虛擬裝配設計環(huán)境VADE基于虛擬現(xiàn)實的訓練30虛擬制造的關鍵技術關鍵技術虛擬設計與裝配技術

虛擬實驗技術虛擬生產(chǎn)技術

虛擬產(chǎn)品實現(xiàn)技術虛擬檢測與評價技術虛擬紋理分析技術虛擬制造的關鍵技術關鍵技術虛擬設計與裝配技術虛擬實驗技術31虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之一虛擬設計與裝配技術虛擬產(chǎn)品形狀設計虛擬裝配/拆卸設計與優(yōu)化虛擬樣機具有力覺的虛擬裝配虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之一虛擬設計與裝配技術虛擬產(chǎn)品形狀32虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之二虛擬產(chǎn)品實現(xiàn)技術基于表面質(zhì)量分析的切削參數(shù)選擇

遠程機器人操作與監(jiān)控虛擬測量技術虛擬加工虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之二虛擬產(chǎn)品實現(xiàn)技術基于表面質(zhì)量分33虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之三虛擬檢測與評價技術虛擬表面接觸剛度分析基于應力的加工質(zhì)量評價裝配信息建模刀位軌跡檢查及碰撞干涉檢驗工藝過程規(guī)劃與仿真

虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之三虛擬檢測與評價技術虛擬表面接34虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之四虛擬實驗技術虛擬測試

虛擬樣機的性能評價虛擬試驗的運行平臺

虛擬試驗的物理建模虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之四虛擬實驗技術虛擬測試虛擬樣35虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之五虛擬生產(chǎn)技術虛擬生產(chǎn)線/車間實時三維布局基于VR的網(wǎng)絡化分散制造仿真與評價

生產(chǎn)線/車間生產(chǎn)過程虛擬仿真虛擬制造的關鍵技術關鍵技術之五虛擬生產(chǎn)技術虛擬生產(chǎn)線/車間36虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具37虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具38虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具39虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具40虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具41虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具42虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具43虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具44虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具虛擬制造技術的應用虛擬環(huán)境與工具45虛擬制造技術的應用虛擬產(chǎn)品建模虛擬制造技術的應用虛擬產(chǎn)品建模46虛擬制造技術的應用虛擬產(chǎn)品建模虛擬制造技術的應用虛擬產(chǎn)品建模47虛擬制造技術的應用福特汽車公司的數(shù)字原型件虛擬制造技術的應用福特汽車公司的數(shù)字原型件48虛擬制造技術的應用汽車內(nèi)部的三維實體圖虛擬制造技術的應用汽車內(nèi)部的三維實體圖49虛擬制造技術的應用太原機車廠的工程作業(yè)車外形設計虛擬制造技術的應用太原機車廠的工程作業(yè)車外形設計50虛擬制造技術的應用波音777飛機數(shù)字化裝配虛擬制造技術的應用波音777飛機數(shù)字化裝配51虛擬制造技術的應用VR中反鏟裝載車模型虛擬制造技術的應用VR中反鏟裝載車模型52虛擬制造技術的應用VR中反鏟裝載車模型虛擬制造技術的應用VR中反鏟裝載車模型53虛擬制造技術的應用動態(tài)裝配仿真加工中心支架動態(tài)裝配仿真裝配環(huán)境仿真裝配過程仿真裝配過程仿真衛(wèi)星裝配仿真虛擬制造技術的應用動態(tài)裝配仿真加工中心支架裝配環(huán)境仿真裝配過54虛擬制造技術的應用熱變形分析----主軸箱/立柱熱變形ＣＡＤ建模虛擬制造技術的應用ＣＡＤ建模55虛擬制造技術的應用熱變形分析----主軸箱/立柱熱變形有限元模型虛擬制造技術的應用有限元模型56虛擬制造技術的應用熱變形分析----主軸箱/立柱熱變形有限元模型施加約束虛擬制造技術的應用有限元模型57虛擬制造技術的應用熱變形分析----主軸箱/立柱熱變形解算－熱變形場解算－熱分布場虛擬制造技術的應用解算－熱變形場解算－熱分布場58虛擬制造技術的應用模態(tài)分析虛擬制造技術的應用59虛擬制造技術的應用模態(tài)分析虛擬制造技術的應用60虛擬制造技術的應用模態(tài)分析虛擬制造技術的應用61虛擬制造技術的應用模態(tài)分析虛擬制造技術的應用62虛擬制造技術的應用模態(tài)分析虛擬制造技術的應用63虛擬制造技術的應用模態(tài)分析頻率Hz結構修改前結構修改后1階53.169.02階14