虛擬制造的教案第1頁/共40頁4虛擬制造技術產生的背景及現狀1235虛擬制造的定義虛擬制造與實際制造的關系虛擬制造的分類6Addyourtextinhere關于虛擬制造對企業的作用及其應用目錄第2頁/共40頁1.背景及現狀制造業經營策略的變遷生產規模1960S生產成本1970S產品質量1980S市場響應速度1990S技術創新21ST資源經濟知識經濟背景第3頁/共40頁1.背景及現狀社會發展，科技進步，生活節奏加快“三化”：全球經濟一體化，制造產業信息化，消費個性化背景第4頁/共40頁國外現狀

以美國為首的西方工業國家成立了相應的虛擬造研究機構，在95年前已基本完成應用基礎技術的研究，建立了虛擬制造技術體系，正向實際應用全面過渡。在美國已形成了由政府、產業界、大學組成的多層次、多方位的綜合研究開發力量。主要研究機構有：美國國家標準及技術局（NIST）制造工程實驗室，美國波音-麥道飛機制造公司，美國Maryland大學系統研究學院CIM實驗室，美國Michigan大學虛擬現實實驗室等六家主要研究機構。第5頁/共40頁在歐洲，許多大學和研究機構通過相互間的合作并聯合企業進行虛擬制造技術的研究工作。國外現狀英國Bath大學機械工程系：其虛擬制造研究的主要側重點在支持虛擬制造的CAD/CAM仿真軟件的開發應用方面。主要的成就在于用OpenInventor2.0軟件工具開發出了基于自己的Svlis幾何造型工具的虛擬制造系統。英國Leeds大學計算機研究學院：研究主要集中在虛擬原型的構造和仿真以及可視化技術方面。第6頁/共40頁在日本，已形成了以大阪大學為中心的研究開發力量，主要進行虛擬制造系統的建模，仿真技術，并行處理及虛擬現實等方面的的研究，并開發出了虛擬工廠的制造環境。主要研究機構有：日本大坂大學機械工程系制造工程及系統研究室和日本Kao公司。國外現狀第7頁/共40頁美國福特和克萊斯勒公司運用虛擬產品開發技術，使汽車開發周期由原來的36個月縮短為24個月；波音公司設計的777型大型客機，從8年縮短到5年，成本降低了25%左右。在設計制造RAH-66直升機時，節省了11590ｈ的試飛時間，節約經費6.73億美元。2004年“勇氣號”和“機遇號”火星探測器成功登錄火星，虛擬制造技術在該項目研制中起了重要的作用，許多設計、試驗和仿真都是在虛擬樣機上完成的。德國奔馳公司利用虛擬制造技術，使車體噴漆的設計時間縮短了30%～40％國外主要實例：第8頁/共40頁由于虛擬制造技術出現較晚，研究機構還很少據不完全統計，目前全國已有30多家科研機構、高等院校和企業正在開展VM技術方面的研究清華大學CIMS工程研究中心虛擬制造研究室，是國內最早開展虛擬制造研究的機構之一，主要研究方向是虛擬產品開發西安交通大學CAD/CAM研究所主要研究以網絡為中心的創新設計與全球制造(包括創新技法、信息共享、知識發掘、遠程設計與制造模式)上海交通大學CIMS研究所、北京航空航天大學和浙汀大學等也進行了部分虛擬制造技術的研究2005年3月，上海理工大學宣布成立了虛擬制造技術研究院。國內現狀第9頁/共40頁國內主要研究方向虛擬制造基礎研究：虛擬制造涉及的技術領域極其廣泛，不是各單項技術的簡單組合，而是在相關理論和已積累知識的基礎上對制造知識的系統化組織，需要進一步深化。產品虛擬設計技術：主要包括虛擬產品開發平臺、虛擬測試、虛擬裝配以及機床、模具的虛擬設計實現等。產品虛擬加工技術：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：主要包括虛擬制造技術的體系結構、技術支持、開發策略等。第10頁/共40頁２.虛擬制造的定義定義：

一個在計算機網絡及虛擬現實環境中完成的，利用制造系統各層次及不同側面的數學模型，對包括設計、制造、管理和銷售等各個環節的產品全生命周期的各種技術方案和技術策略進行評估和優化的綜合過程。第11頁/共40頁實際制造系統是物質流、信息流在控制流的協調和控制下，在各個層次上進行相應的決策，實現從投入到產出的有效轉變，其中物質流和信息流的協調工作是主體。虛擬制造系統是在分布式協同工作等多學科技術支持的虛擬環境下的現實制造系統的映射。虛擬制造系統是實際制造系統的抽象，實際制造系統是虛擬制造系統的實例。3.虛擬制造與實際制造的關系第12頁/共40頁3.虛擬制造與實際制造的關系第13頁/共40頁虛擬制造的簡單流程客戶需求工人計算機產品信息資源機會循環到合格工廠擬實制造實際制造

創意修改和控制3.虛擬制造與實際制造的關系第14頁/共40頁4.虛擬制造的分類以設計為中心的VM以生產為中心的VM以控制為中心的VM第15頁/共40頁以設計為中心的ＶＭ類別特點主要目標主要技術支持應用領域以設計為中心的VM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化產品和工藝的設計通過“在計算機上制造”產生多個“軟”樣機評價可制造性特征造型面向數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4.虛擬制造的分類第16頁/共40頁以生產為中心的ＶＭ類別特點主要目標主要技術支持應用領域以生產為中心的VM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劃、生產計劃的產生及評價的環境評價可生產性虛擬現實嵌入式仿真工廠或產品的物理布局生產計劃的編排4.虛擬制造的分類第17頁/共40頁以控制為中心的ＶＭ類別特點主要目標主要技術支持應用領域以控制為中心的VM·

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周期期間不間斷地優化對離散制造--基于仿真的實時動態調度對連續制造--基于仿真的最優控制

4.虛擬制造的分類第18頁/共40頁虛擬制造技術分類間關系4.虛擬制造的分類第19頁/共40頁5.關于虛擬制造集成性反復性并行性人機交換虛擬制造的特點第20頁/共40頁虛擬制造的理論基礎虛擬制造的理論基礎建模理論仿真理論并行計算連續系統建模離散系統建模機理建模

辯識建模

神經網絡建模

模糊神經網絡建模

模糊建模

實體流圖法活動周期圖法Petri網法連續系統仿真離散系統仿真實時仿真事件調度法活動掃描法進程交互法點對點通信全局通信并行控制與任務組處理機拓撲并行I/O5.關于虛擬制造第21頁/共40頁虛擬制造的相關技術

虛擬制造的相關技術包括輸入、輸出設備及計算機硬件技術、集成這些硬件系統的電子化技術和軟件技術，它們之間的關系如下圖所示。計算機仿真優化技術、三維建模技術、網絡技術和虛擬現實技術是虛擬制造的核心與關鍵技術。5.關于虛擬制造第22頁/共40頁5.關于虛擬制造與其他先進制造技術的關系第23頁/共40頁虛擬制造的體系結構產品數據管理（PDM）實際制造過程技術人員和用戶數字化模型計算機仿真、虛擬現實虛擬開發平臺虛擬設計

有限元分析運動學分析動力學分析虛擬加工

工藝過程優化工具設計優化單元工藝優化加工過程分析虛擬裝配

裝配工藝規劃裝配路線規劃裝配分配規劃裝配質量規劃虛擬生產平臺虛擬布局虛擬實際生產環境虛擬生產動態過程優化生產環境布局虛擬設備虛擬集成支撐環境優化集成方案虛擬調度虛擬產品生產過程優化生產調度方案虛擬企業平臺協同工作環境

支持異地設計、裝配、測試的環境。虛擬企業動態組合

系統集成任務調度5.關于虛擬制造第24頁/共40頁6.對企業的作用及其應用虛擬制造技術對企業的作用第25頁/共40頁虛擬制造技術的應用虛擬產品設計虛擬產品制造虛擬生產過程虛擬企業產品展示6.對企業的作用及其應用第26頁/共40頁虛擬制造技術的應用虛擬產品設計6.對企業的作用及其應用第27頁/共40頁虛擬制造技術的應用6.對企業的作用及其應用第28頁/共40頁虛擬制造技術的應用波音777飛機數字化裝配6.對企業的作用及其應用第29頁/共40頁6.對企業的作用及其應用活塞發動機曲軸及凸輪軸運動仿真空氣壓縮機運動仿真齒輪加工仿真飛機引擎動畫仿真第30頁/共40頁6.對企業的作用及其應用活塞發動機運動仿真空氣壓縮機運動仿真齒輪加工仿真飛機引擎動畫仿真第31頁/共40頁6.對企業的作用及其應用虛擬生產中產品生產過程虛擬生產中產品裝配第32頁/共40頁6.對企業的作用及其應用虛擬生產中產品生產過程虛擬生產中產品裝配第33頁/共40頁虛擬制造技術的應用汽車外形設計6.對企業的作用及其應用第34頁/共40頁用SolidWorks2011設計的奧迪R8。奧迪R8（AudiR8）是一款中置引擎雙座超級跑車，極速達316km/h，由德國汽車制造商奧迪于2006年推出。奧迪R8是奧迪量產的首款中置引擎超級跑車，基于蘭博基尼Gallardo的開發平臺，融合了奧迪在多個運動賽事中取勝的經驗，技術以及突破傳統觀念的完美設計。第35頁/共40頁虛擬制造技術的應用6.對企業的作用及其應用用SolidWorks設計的勞斯萊斯Trent1000航空發動機，第36頁/共40頁7.虛擬制造研究與發展趨勢展望虛擬制造的理論技術體系和方法論有效、精確、快速的產品與過程數字化建模方法虛擬制造中的模型集成和集成化環境虛擬現實技術