虛擬制造課件.pptx

1、虛擬制造Virtual Manufacturing4虛擬制造技術(shù)產(chǎn)生的背景及現(xiàn)狀1235虛擬制造的定義虛擬制造與實(shí)際制造的關(guān)系虛擬制造的分類6Add your text in here關(guān)于虛擬制造對企業(yè)的作用及其應(yīng)用目錄1. 背景及現(xiàn)狀制造業(yè)經(jīng)營策略的變遷生產(chǎn)規(guī)模1960S生產(chǎn)成本1970S產(chǎn)品質(zhì)量1980S市場響應(yīng)速度1990S技術(shù)創(chuàng)新21ST資源經(jīng)濟(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)背景 1.背景及現(xiàn)狀社會(huì)發(fā)展，科技進(jìn)步，生活節(jié)奏加快“三化”：全球經(jīng)濟(jì)一體化，制造產(chǎn)業(yè) 信息化，消費(fèi)個(gè)性化背景國外現(xiàn)狀 以美國為首的西方工業(yè)國家成立了相應(yīng)的虛擬造研究機(jī)構(gòu)，在95年前已基本完成應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)的研究，建立了虛擬制造技術(shù)體系，

2、正向?qū)嶋H應(yīng)用全面過渡。在美國已形成了由政府、產(chǎn)業(yè)界、大學(xué)組成的多層次、多方位的綜合研究開發(fā)力量。主要研究機(jī)構(gòu)有：美國國家標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)局（NIST）制造工程實(shí)驗(yàn)室，美國波音-麥道飛機(jī)制造公司，美國Maryland大學(xué)系統(tǒng)研究學(xué)院 CIM實(shí)驗(yàn)室，美國Michigan大學(xué)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室等六家主要研究機(jī)構(gòu)。在歐洲，許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)通過相互間的合作并聯(lián)合企業(yè)進(jìn)行虛擬制造技術(shù)的研究工作。國外現(xiàn)狀英國Bath大學(xué)機(jī)械工程系：其虛擬制造研究 的主要側(cè)重點(diǎn)在支持虛擬制造的CAD/CAM仿真軟件的開發(fā)應(yīng)用方面。主要的成就在于用 OpenInventor2.0軟件工具開發(fā)出了基于自己的Svlis幾何造型工具的虛擬制

3、造系統(tǒng)。英國Leeds大學(xué)計(jì)算機(jī)研究學(xué)院：研究主要集中在虛擬原型的構(gòu)造和仿真以及可視化技術(shù)方面。 在日本，已形成了以大阪大學(xué)為中心的研究開發(fā)力量，主要進(jìn)行虛擬制造系統(tǒng)的建模，仿真技術(shù)，并行處理及虛擬現(xiàn)實(shí)等方面的的研究，并開發(fā)出了虛擬工廠的制造環(huán)境。主要研究機(jī)構(gòu)有：日本大坂大學(xué)機(jī)械工程系制造工程及系統(tǒng)研究室和日本Kao公司。國外現(xiàn)狀美國福特和克萊斯勒公司運(yùn)用虛擬產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，使汽車開發(fā)周期由原來的36個(gè)月縮短為24個(gè)月；波音公司設(shè)計(jì)的777型大型客機(jī)，從8年縮短到5年，成本降低了25%左右。在設(shè)計(jì)制造RAH-66直升機(jī)時(shí)，節(jié)省了11590的試飛時(shí)間，節(jié)約經(jīng)費(fèi)6.73億美元。2004年“勇氣號(hào)”和

4、“機(jī)遇號(hào)”火星探測器成功登錄火星，虛擬制造技術(shù)在該項(xiàng)目研制中起了重要的作用，許多設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和仿真都是在虛擬樣機(jī)上完成的。德國奔馳公司利用虛擬制造技術(shù)，使車體噴漆的設(shè)計(jì)時(shí)間縮短了30%40國外主要實(shí)例：由于虛擬制造技術(shù)出現(xiàn)較晚，研究機(jī)構(gòu)還很少據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國已有30多家科研機(jī)構(gòu)、高等院校和企業(yè)正在開展VM技術(shù)方面的研究清華大學(xué)CIMS工程研究中心虛擬制造研究室，是國內(nèi)最早開展虛擬制造研究的機(jī)構(gòu)之一，主要研究方向是虛擬產(chǎn)品開發(fā)西安交通大學(xué)CAD/CAM研究所主要研究以網(wǎng)絡(luò)為中心的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與全球制造(包括創(chuàng)新技法、信息共享、知識(shí)發(fā)掘、遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)與制造模式)上海交通大學(xué)CIMS研究所、北京航空航天

5、大學(xué)和浙汀大學(xué)等也進(jìn)行了部分虛擬制造技術(shù)的研究2005年3月，上海理工大學(xué)宣布成立了虛擬制造技術(shù)研究院。國內(nèi)現(xiàn)狀國內(nèi)主要研究方向虛擬制造基礎(chǔ)研究 ：虛擬制造涉及的技術(shù)領(lǐng)域極其廣泛，不是各單項(xiàng)技術(shù)的簡單組合，而是在相關(guān)理論和已積累知識(shí)的基礎(chǔ)上對制造知識(shí)的系統(tǒng)化組織，需要進(jìn)一步深化。產(chǎn)品虛擬設(shè)計(jì)技術(shù) ： 主要包括虛擬產(chǎn)品開發(fā)平臺(tái)、虛擬測試、虛擬裝配以及機(jī)床、模具的虛擬設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)等。產(chǎn)品虛擬加工技術(shù) ：主要包括材料熱加工工藝模擬、加工過程仿真、板材成型模擬、模具制造仿真等。虛擬制造系統(tǒng) ：主要包括虛擬制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)、技術(shù)支持、開發(fā)策略等。.虛擬制造的定義定義： 一個(gè)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中完成

6、的，利用制造系統(tǒng)各層次及不同側(cè)面的數(shù)學(xué)模型，對包括設(shè)計(jì)、制造、管理和銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)品全生命周期的各種技術(shù)方案和技術(shù)策略進(jìn)行評估和優(yōu)化的綜合過程。 實(shí)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(gè)層次上進(jìn)行相應(yīng)的決策，實(shí)現(xiàn)從投入到產(chǎn)出的有效轉(zhuǎn)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(xué)科技術(shù)支持的虛擬環(huán)境下的現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的映射。 虛擬制造系統(tǒng)是實(shí)際制造系統(tǒng)的抽象，實(shí)際制造系統(tǒng)是虛擬制造系統(tǒng)的實(shí)例。3.虛擬制造與實(shí)際制造的關(guān)系3.虛擬制造與實(shí)際制造的關(guān)系虛擬制造的簡單流程客戶需求工人計(jì)算機(jī)產(chǎn)品信息資源機(jī)會(huì)循環(huán)到合格工廠擬實(shí)制造實(shí)際制造 創(chuàng)意修改和控制

7、3.虛擬制造與實(shí)際制造的關(guān)系4.虛擬制造的分類以設(shè)計(jì)為中心的VM以生產(chǎn)為中心的VM以控制為中心的VM以設(shè)計(jì)為中心的類別特點(diǎn)主要目標(biāo)主要技術(shù)支持應(yīng)用領(lǐng)域以設(shè)計(jì)為中心的VM在設(shè)計(jì)階段為設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 通過“在計(jì)算機(jī)上制造”產(chǎn)生多個(gè)“軟”樣機(jī) 評價(jià)可制造性 特征造型面向數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)加工過程仿真技術(shù) 造型設(shè)計(jì) 熱力學(xué)分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 動(dòng)力學(xué)分析容差分析 加工過程仿真 4.虛擬制造的分類以生產(chǎn)為中心的類別特點(diǎn)主要目標(biāo)主要技術(shù)支持應(yīng)用領(lǐng)域以生產(chǎn)為中心的VM將仿真能力用于制造過程模型，以便低費(fèi)用、快速地評價(jià)不同的工藝方案用于資源需求規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃的產(chǎn)生及評價(jià)的環(huán)

8、境 評價(jià)可生產(chǎn)性 虛擬現(xiàn)實(shí)嵌入式仿真 工廠或產(chǎn)品的物理布局生產(chǎn)計(jì)劃的編排4.虛擬制造的分類以控制為中心的類別特點(diǎn)主要目標(biāo)主要技術(shù)支持應(yīng)用領(lǐng)域以控制為中心的VM將仿真加到控制模型和實(shí)際處理中 可“無縫”地仿真使得實(shí)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(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)度 對連續(xù)制造-基于仿真的最優(yōu)控制 4.虛擬制造的分類虛擬制造技術(shù)分類間關(guān)系4.虛擬制造的分類5.關(guān)于虛擬制造 集成性 反復(fù)性 并行性 人機(jī)交換虛擬制造的特點(diǎn)虛擬制造的理論基礎(chǔ)虛擬制造的理論基礎(chǔ)建模理論仿真理論并行計(jì)算連續(xù)系統(tǒng)建模離散系統(tǒng)建模機(jī)理建模 辯識(shí)建模 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模 模糊建模 實(shí)體流圖法 活動(dòng)周期圖法

9、 Petri網(wǎng)法 連續(xù)系統(tǒng)仿真離散系統(tǒng)仿真實(shí)時(shí)仿真事件調(diào)度法 活動(dòng)掃描法 進(jìn)程交互法 點(diǎn)對點(diǎn)通信 全局通信 并行控制與任務(wù)組 處理機(jī)拓?fù)?并行I/O 5.關(guān)于虛擬制造虛擬制造的相關(guān)技術(shù) 虛擬制造的相關(guān)技術(shù)包括輸入、輸出設(shè)備及計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)、集成這些硬件系統(tǒng)的電子化技術(shù)和軟件技術(shù)，它們之間的關(guān)系如下圖所示。計(jì)算機(jī)仿真優(yōu)化技術(shù)、三維建模技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是虛擬制造的核心與關(guān)鍵技術(shù)。5.關(guān)于虛擬制造5.關(guān)于虛擬制造與其他先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)系虛擬制造的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）實(shí)際制造過程技術(shù)人員和用戶數(shù)字化模型計(jì)算機(jī)仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)虛擬開發(fā)平臺(tái)虛擬設(shè)計(jì) 有限元分析 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 動(dòng)力學(xué)分析虛

10、擬加工 工藝過程優(yōu)化 工具設(shè)計(jì)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(tái)虛擬布局虛擬實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境虛擬生產(chǎn)動(dòng)態(tài)過程優(yōu)化生產(chǎn)環(huán)境布局虛擬設(shè)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(tái)協(xié)同工作環(huán)境 支持異地設(shè)計(jì)、裝配、測試的環(huán)境。虛擬企業(yè)動(dòng)態(tài)組合 系統(tǒng)集成 任務(wù)調(diào)度5.關(guān)于虛擬制造6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用虛擬制造技術(shù)對企業(yè)的作用虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)虛擬產(chǎn)品制造虛擬生產(chǎn)過程虛擬企業(yè)產(chǎn)品展示6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用

11、6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用波音777飛機(jī)數(shù)字化裝配6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸及凸輪軸運(yùn)動(dòng)仿真空氣壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真 齒輪加工仿真飛機(jī)引擎動(dòng)畫仿真6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用活塞發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真空氣壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真 齒輪加工仿真飛機(jī)引擎動(dòng)畫仿真6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用虛擬生產(chǎn)中產(chǎn)品生產(chǎn)過程虛擬生產(chǎn)中產(chǎn)品裝配6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用虛擬生產(chǎn)中產(chǎn)品生產(chǎn)過程虛擬生產(chǎn)中產(chǎn)品裝配虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用汽車外形設(shè)計(jì)6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用 用SolidWorks2011設(shè)計(jì)的奧迪R8。奧迪R8（Audi R8）是一款中置引擎雙座超級跑車，極速達(dá)316km/h，由德國汽車制造商奧迪于2006年推出。奧迪R8是奧迪量產(chǎn)的首款中置引擎超級跑車，基于蘭博基尼Gallardo的開發(fā)平臺(tái)，融合了奧迪在多個(gè)運(yùn)動(dòng)賽事中取勝的經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)以及突破傳統(tǒng)觀念的完美設(shè)計(jì)。虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用6. 對企業(yè)的作用及其應(yīng)用用SolidWorks設(shè)計(jì)的勞斯萊斯Trent1000航空發(fā)動(dòng)機(jī)，7.虛擬制造研究與發(fā)展趨勢展望虛擬制造的理論技術(shù)體系和方法論有效、精確、快速的產(chǎn)品與過程數(shù)