虚拟制造技术.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,虚拟制造技术,1,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,2,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。,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”,3,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,4,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,5,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。,虚拟制造技术的内涵,6,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,7,2,、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,产品模型：产品信息在计算机上的表示。,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：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,8,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。,虚拟制造技术的内涵,9,3,、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,10,虚拟制造系统,实际制造系统,计算机仿真,虚拟现实,基于网络的,VPS,虚拟信息系统,确认和验证,技术人员,客户,抽象与综合,虚拟产品,实际信息系统,样机,需求,工人,工厂,RPS,实际产品,虚拟制造技术的内涵,11,客户,需求,工人,计算机,产品,信息,资源,机会,循,环,到,合,格,工厂,拟实制造,实际制造,创意,修改和控制,虚拟制造技术的内涵,12,虚拟制造的体系结构,产品数据管理（PDM,）,实,际,制,造,过,程,技术人员和用户,数字化模型,计算机仿真、虚拟现实,虚拟开发平台,虚拟设计,有限元分析,运动学分析,动力学分析,虚拟加工,工艺过程优化,工具设计优化,单元工艺优化,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,虚拟生产平台,虚拟布局,虚拟实际生产环境,虚拟生产动态过程,优化生产环境布局,虚拟设备,虚拟集成支撑环境,优化集成方案,虚拟调度,虚拟产品生产过程,优化生产调度方案,虚拟企业平台,协同工作环境,支持异地设,计、装配、测试,的环境。,虚拟企业动态,组合,系统集成,任务调度,13,人机交互接口,个性化用户界面,通讯协议和数据交换标准,(IGES,、,STEP,等,),网络及物理链路、硬件设备,产,品模型、数据、只是和规则,基于,COBRDA,（,DCOM,）的分布集成框架,虚拟设计平台,虚拟加工平台,虚拟控制平台,界面层,框架层,应用层,数据层,协议层,网络层,虚拟制造的体系结构,14,模型说明语言,运行参数,实验,VIM,环境体系结构,可视化参数,分析,可视化,VIS,环境体系结构,交互式用户,模型生成器,模型说明,模型分析,模型转换,结果,可执行模型,可视化交互建模体系结构,虚拟制造的体系结构,15,产品建模,产品异地设计,零部件分析优化,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,虚拟生产平台服务器,虚拟企业平台服务器,企业协同工作环境,企业虚拟运行,企业运行仿真,产品优化设计,产品性能评价,可制造性评价,虚拟设计,虚拟制造,虚拟生产,虚拟企业,虚拟制造的功能框图,虚拟制造的体系结构,16,类别,特点,主要目标,主要技术支持,应用领域,以设计为中心,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,评价可制造性,特征造型,面向数学模型设计,加工过程仿真技术,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,17,类别,特点,主要目标,主要技术支持,应用领域,以生产为中心,将仿真能力用于制造过程模型，以便低费用、快速地评价不同的工艺方案,用于资源需求规划、生产计划的产生及评价的环境,评价可生产性,虚拟现实,嵌入式仿真,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,虚拟制造技术的分类,18,类别,特点,主要目标,主要技术支持,应用领域,以控制为中心,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,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,虚拟制造技术的分类,19,设计为核心,优化产品设计、,工艺设计,加工方案评价,生产为核心,优化资源,选择评价工艺,验证新工艺,控制为核心,优化车间控制,优化制造过程,产品概念设计,CAD/CAM,M!M2 M3 M4,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,虚拟生产计划,质量,评估,新工艺及对应信息、如成本,车间机床,及控制系统,工厂资源（人、设备）,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,虚拟制造技术的分类,20,虚拟制造的使能技术,使能技术,多通道交互,网络环境下知识获取与建库,基于,VR,的计算可视化,虚拟环境建模,产品建模,数据转换与处理,21,多通道交互技术,虚拟现实设备的软硬件接口驱动技术,大面积纹理的可见性快速显示技术,信息与时间的同步技术,真实感渲染的三维图形加速技术,三维定位跟踪设备的定标技术,人像分离与多传感信息的融合技术,使能技术,之一,虚拟制造的使能技术,22,使能技术,之二,虚拟环境建模技术,图像图形混合建模技术,场景预处理技术,虚拟声的生成与增强技术,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,虚拟制造的使能技术,23,使能技术,之三,产品建模技术,零部件的物理建模方法,工程分析的有限元计算方法,工程分析结果的多准则图示方法,基于物理的工程行为特征建模方法,工程对象的单元化划分方法,虚拟制造的使能技术,24,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,产品数据管理技术,虚拟制造的使能技术,25,使能技术,之五,网络环境下知识获取与建库技术,网络化异构知识与数据信息的统一表达,基于,VR,的产品设计与制造集成过程链,网络环境下虚拟产品数据与指令的传输与共享,分布式虚拟仿真节点的协同与自治,虚拟场景的快速漫游、绘制与网络传输,基于多,Agent,的虚拟企业信息重组与集成,虚拟制造的使能技术,26,使能技术之六,多通道技术与可视化技术的映射机理与操纵方法,基于,VR,的科学计算可视化技术,特征可视化与拓扑结构分析,基于,VR,的可视化与驾驭计算,分布式的计算与可视化环境的协同,虚拟制造的使能技术,27,虚拟机床模型,运动学模型,传感器输入,运动系统,其它输入,力域,温度域,切削过程,工件属性,热力学模型,刚度模型,伺服模型,精确模型,机床系统,切削系统,结构系统,NC,代码,位 移,虚拟制造的使能技术,28,虚拟,CNC,系统,输入,输出,模块,（,NC,系统功能界面）,运动控制模块,轴号,匹配模块,虚拟机床控制接口,逻辑轴号、位置,物理轴号、位置,各轴位置数据、刀号、行号,NC,程序系统参数虚拟操作面板信息,虚拟操作面板返回信息,虚拟操作面板,虚拟机床控制信息,虚拟机床其它控制信息,虚拟机床,反馈信息,虚拟数字控制子系统,虚拟机床子系统,虚拟机床反馈信息,虚拟制造的使能技术,29,虚拟装配设计环境,VADE,基于虚拟现实的训练系统,计算机辅助过程规划系统,机器人路径规划系统,专用的装配设备设计,VADE,环境,CAD,环境,DFA,分析,轨迹信息序列信息,部件几何特征属性及装配信息等,轨迹及序列信息设计变化的建议,虚拟制造的使能技术,30,关键技术,虚拟设计与装配技术,虚拟实验技术,虚拟生产技术,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,虚拟制造的关键技术,31,关键技术,之一,虚拟设计与装配技术,虚拟产品形状设计,虚拟装配,/,拆卸设计与优化,虚拟样机,具有力觉的虚拟装配,虚拟制造的关键技术,32,关键技术,之二,虚拟产品实现技术,基于表面质量分析的切削参数选择,远程机器人操作与监控,虚拟测量技术,虚拟加工,虚拟制造的关键技术,33,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,基于应力的加工质量评价,装配信息建模,刀位轨迹检查及碰撞干涉检验,工艺过程规划与仿真,虚拟制造的关键技术,34,关键技术,之四,虚拟实验技术,虚拟测试,虚拟样机的性能评价,虚拟试验的运行平台,虚拟试验的物理建模,虚拟制造的关键技术,35,关键技术,之五,虚拟生产技术,虚拟生产线,/,车间实时三维布局,基于,VR,的网络化分散制造仿真与评价,生产线,/,车间生产过程虚拟仿真,虚拟制造的关键技术,36,虚拟制造技术的应用,虚拟环境与工具,37,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,38,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,39,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,40,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,41,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,42,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,43,虚拟环境与工具,虚拟制造技术的应用,44,虚拟产品建模,虚拟制造技术的应用,45,虚拟产品建模,虚拟制造技术的应用,46,福特汽车公司的数字原型件,虚拟制造技术的应用,47,汽车内部的三维实体图,虚拟制造技术的应用,48,太原机车厂的工程作业车外形设计,虚拟制造技术的应用,49,波音,777,飞机数字化装配,虚拟制造技术的应用,50,VR,中反铲装载车模型,虚拟制造技术的应用,51,VR,中反铲装载车模,型,虚拟制造技术的应用,52,动态装配仿真,加工中心支架,动态装配仿真,装配环境仿真,装配过程仿真,装配过程仿真,卫星装配仿真,虚拟制造技术的应用,53,建模,虚拟制造技术的应用,54,有限元模型,虚拟制造技术的应用,55,有限元模型,施加约束,虚拟制造技术的应用,56,解算热变形场,解算热分布场,虚拟制造技术的应用,57,虚拟制造技术的应用,58,虚拟制造技术的应用,59,虚拟制造技术的应用,60,虚拟制造技术的应用,模态分析,61,虚拟制造技术的应用,模态分析,62,频率,Hz,结构修改前,结构修改后,1,阶,53.1,69.0,2,阶,143,153,3,阶,181,210,4,阶,196,238,5,阶,265,334,6,阶,285,372,最大变形,结构修改前,结构修改后,1,阶,5.28E+01,3.77E+01,2,阶,5.43E+01,3.94E+01,3,阶,7.56E+01,4.94E+01,4,阶,6.06E+01,3.69E+01,5,阶,4.82E+01,3.45E+01,6,阶,9.01E+01,5.26E+01,虚拟制造技术的应用,63,虚拟制造技术的应用,有限元分析,64,虚拟制造技术的应用,有限元分析,65,虚拟制造技术的应用,运动分析与仿真,卫星太阳能翻板,运动仿真,加工中心换刀,运动仿真,发动机曲轴连杆,运动仿真,66,虚拟制造技术的应用,虚拟加工,67,虚拟制造技术的应用,虚拟加工,68,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,69,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,70,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,71,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,72,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,73,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,74,虚拟制造技术的应用,虚拟测试,75,虚拟制造技术的应用,加工过程仿真,76,虚拟制造技术的应用,虚拟生产调度控制仿真,77,