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1、现代制造系统,工业工程2008,绿色制造,2,1,3,4,智能制造,虚拟制造,Introduction,5,6,可重构制造系统,虚拟制造,Parallel Machine Tool,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。,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,是一
2、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
3、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,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,需求,工人,工厂,RPS,实际产品,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,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,产
4、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,虚拟制造的体系结构,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,虚拟制造的功能组成,虚拟制造的功能组成,产品概念设计,CAD/C
5、AM,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,VM使能技术-产品建模技术,VM使能技术性能分析,CAD模型,网格划分,施加约束,主轴箱立柱的热变形分析,网格划分,主轴箱立柱的热变形分析,温度场分布,热变形分布,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
6、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。,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 交互性：用户能通过自然的动作与虚拟世界的物体进行交互作用 构想
7、性：在虚拟现实系统中，帮助人们获取知识和形成新的概念,虚拟现实的基本特征,绿色制造与再制造,Green Manufacturing& Remanufacture,前言:为什么要发展绿色制造,20世纪以前，人类生产生活模式： “大量生产 大量消费 大量废弃” 造成了全球规模的环境与资源问题。 环境、资源、人口是当今社会面临的三大问题。 21世纪，绿色制造势在必行！ 优质、低耗、高效、清洁化,产品退役的问题汽车,目前美国有汽车1.7亿辆；欧洲1.5亿辆，亚洲整体上相当； 1.5亿辆汽车排队可绕地球10圈； 1.5亿辆汽车排队可以到达月球。,产品退役的问题电子产品,当第一个半导体还在硅谷进行实验时，
8、谁会想到数十年后个人电脑（每年6000万台）在数量上达到并超过汽车（每年5000万台）。,传统的再循环过程,报废产品的结束回收,汽车粉碎机的进料与出料,报废产品的结束回收,汽车粉碎机后的金属碎屑,手工分拣,非金属碎屑,产品性能的80%是由设计阶段决定。 产品的环境性能体现在产品的全生命周期 在产品整个生命周期内，着重考虑产品环境属性（可拆卸性，可回收性、可维护性、可重复利用性等）并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等要求。,绿色设计（Green Design）,即Reduce ,Reuse, Recycle，减少环境污染、减小能源消耗，产品和零部件的
9、回收再生循环或者重新利用。,绿色设计3R原则,绿色切削技术 干切削、少切削液的切削等 绿色长成技术 激光快速成型等,绿色加工技术,绿色加工工艺技术,清洁的能源。 清洁的生产过程 清洁的产品,绿色生产/清洁生产(Cleaner Production ),清洁能源。包括开发节能技术，尽可能开发利用再生能源以及合理利用常规能源。 清洁生产过程。包括尽可能不用或少用有毒有害原料和中间产品。对原材料和中间产品进行回收，改善管理、提高效率。 清洁产品。包括以不危害人体健康和生态环境为主导因素来考虑产品的制造过程甚至使用之后的回收利用，减少原材料和能源使用。,再制造的定义,废旧产品拆卸 部分经过清洗、检测、
10、翻新或替换 重新组装、测试得到新的产品,将废旧产品制造成“如新产品一样好”的再制造产品的再循环过程。,再制造产品的质量和性能可以达到或超过原型新品，但成本不超过原型新品的50，可以节能60、节材70，对环境的不良影响也显著降低。因为再制造以废旧产品的零部件为毛坯，主要以先进的表面工程技术为修复手段，使得废旧产品不再“一扔了之”。再制造不仅可使废旧产品起死回生，还可很好地解决资源节约和环境污染问题,再制造的条件,恢复产品的技术条件 产品由可以互换的组件构成 回收毛坯（core）价格便宜 产品生产技术在产品换代之前比较稳定 庞大的市场需求,20世纪90年代，美国提出3R体系（Reuse再利用、Re
11、cycle再循环、Remanufacture再制造）。以徐滨士院士为代表的中国学者也提出4R体系（Reduce减量化、Reuse再利用、Recycle再循环、Remanufacture再制造）。,再制造关键技术,表面工程技术 寿命评估技术,将废旧产品制造成“如新产品一样好”的再制造产品的再循环过程。,变单纯的废物处置为再制造,再制造实例,汽车整体再制造,车轮再制造: 打磨翻新 机械加工 修配 电镀 焊接,流程工业绿色化,高 炉,转 炉,连 铸,热 连 轧,冷 连 轧,产品,焦化,烧结,120万吨废钢,8001000万吨钢铁厂,1428万吨废塑料,智能制造系统,A- Manufacturing
12、Systems,智能算法,为了找出地球上最高的山，一群有志气的兔子们开始想办法。 1兔子朝着比现在高的地方跳去。他们找到了不远处的最高山峰。但是这座山不一定是珠穆朗玛峰。这就是局部搜索，它不能保证局部最优值就是全局最优值。 2兔子喝醉了。他随机地跳了很长时间。这期间，它可能走向高处，也可能踏入平地。但是，他渐渐清醒了并朝最高方向跳去。这就是模拟退火。 3兔子们吃了失忆药片，并被发射到太空，然后随机落到了地球上的某些地方。他们不知道自己的使命是什么。但是，如果你过几年就杀死一部分海拔低的兔子，多产的兔子们自己就会找到珠穆朗玛峰。这就是遗传算法。 4.兔子们知道一个兔的力量是渺小的。他们互相转告着
13、，哪里的山已经找过，并且找过的每一座山他们都留下一只兔子做记号。他们制定了下一步去哪里寻找的策略。这就是禁忌搜索。,可重构制造系统,Re-configurable Manufacturing Systems,RMS形成的市场和技术环境(续),通用机床组成的生产线 -生产效率较低 工序分散的加工方式和工序间物流输送的等待时间导致生产效率较低,已有的制造系统存在的主要问题:,RMS形成的市场和技术环境(续),专用机床和组合机床的自动生产线 -平均利用率低 据统计国外汽车零件制造的自动生产线的平均利用率仅达53%（Prof.M.Matta),我国汽车行业的机械加工自动线的利用率约为4060%。,RM
14、S形成的市场和技术环境(续),柔性制造系统 -冗余的功能和高的投资 统计美国、欧洲和亚洲的22个国家370家制造厂，近乎80%的加工中心只利用其20%的功能（Prof.H.Schalz),1.2 RMS的基本需求,快速组成对更新产品的批量生产能力 能无缝地缩放生产规模 方便地组织多品种工件的混流生产或并流生产 低的重组费用和高的生产效率 短的试生产期和稳定的加工质量 目标： 快速响应市场需求 降低投资风险 方便进行技术升级,2 RMS的基本构架和主要特征,每种零件用一条专用生产线加工,专用的制造系统,2.1 RMS的构架特点,一族（组）零件用一条柔性制造系统加工,柔性制造系统,RMS的构架特点
15、(续),可重构制造系统（RMS）,跨族零件加工可通过系统重组来实现,柔性加工生产线（FML）总体布局（A方案）,可重构制造系统（RMS）总体布局（B方案）,A、B两方案的技术经济性能综合对比,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.2920.8.29Saturday, August 29, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。10:01:3510:01:3510:018/29/2020 10:01:35 AM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.2910:01:3510:01Aug-2029-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。10:01:
16、3510:01:3510:01Saturday, August 29, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.2920.8.2910:01:3510:01:35August 29, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月29日星期六上午10时1分35秒10:01:3520.8.29 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月上午10时1分20.8.2910:01August 29, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月29日星期六10时1分35秒10:01:3529 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。上午10时1分35秒上午1
