复杂产品虚拟样机工程技术研究与应用

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1、复杂产品虚拟样机工程技术 研究与应用北京仿真中心*1内容z一、引言 z二、复杂产品虚拟样机工程 z三、初步应用与实践Date2一、引言1、复杂产品 2、“集成、协同制造”的需求 3、复杂产品集成制造系统*31.复杂产品z是这样一类产品：y客户需求复杂 y系统组成复杂 y产品技术复杂 y制造过程复杂 y试验维护复杂 y项目管理复杂 y工作环境复杂 z典型复杂产品：y航天器、飞机、汽车、兵器、船舶、复杂机电产品等复杂产品Date4z基于复杂产品特点，现有的产品开发方法、技术 手段与科研环境不能满足复杂产品研制的需求, 例如： y复杂产品的设计 x如多学科综合优化设计 x如复杂指标、复杂环境下复杂产

2、品的立项论证与评估 y复杂产品的试验与验证 x如综合测试、试验 y复杂产品的生产与工艺 y复杂产品企业的经营管理 x如全生命周期质量; x如多项目、多目标条件下复杂产品科研项目的综合管理 y集成与协同 x各类企业间的设计、加工生产、管理系统集成优化与大协 作技术等。Date52.2. “集成、协同制造”的需 求21世纪制造企业面临的挑战：Date621世纪制造业面临的新形势 z知识-技术-产品的更新周期越来越短； z客户对产品性能、价格和质量的要求越 来越高；产品T/Q/C/S竞争加剧； z全球化的协同制造与剧烈竞争； z产品知识、技术含量不断增高； z实现绿色制造的呼声越来越高等。 z先进制

3、造技术与应用发展迅速。Date7国外制造技术发展概况各国对制造技术的重视亚洲：日本：智能制造系统(IMS)计划韩国：高级先进技术国家计划（G7计划）网络化韩国21世纪中国：国家863计划CIMS主题欧洲： 尤里卡计划(EUREKA) 信息技术研究发展战略计划(ESPRIT) 第四届框架研究计划 第五届框架研究计划 德国制造2000计划美国： 美国国家关键技术报告 先进制造技术计划 敏捷制造使能技术(TEAM)研究战略计划 敏捷制造与制造技术计划 国家工业信息基础设施协议NIIIP 美国俄罗斯虚拟企业网(RA-VEN)Date8国外制造技术发展概况制造技术发展趋势z（1）以信息化为核心的“集成化

4、、数字化、虚 拟化、网络化、智能化” y产品信息化和数字化 y产品设计、生产、管理过程及其集成的信息化 xx集成化集成化：信息集成、设计、生产、管理的过程集成、企业 间集成、人/经营管理/技术的集成 xx数字化数字化：数字化设计、生产与管理技术 xx虚拟化虚拟化：虚拟现实与仿真技术应用 xx网络化网络化：基于各类网络的协同设计、生产与管理技术 xx智能化智能化：人工智能及其在制造中的应用Date9国外制造技术发展概况制造技术发展趋势z（2）高技术化-例如y微加工成为常规性制造技术 y光制造技术（如光加工、光化学加工、光电 加工） y生物加工和为生物技术提供仪器设备 y纳米制造技术 y机械制造与

5、化工制造融合 y微/宏尺度可控和复合表面工程技术Date10国外制造技术发展概况制造技术发展趋势z（3）绿色制造-例如y再制造 y无废弃物制造 y合理开采和利用自然资源、从源头防止污 染和破坏生态环境 y产品生命周期全过程活动的环保 y废旧产品的最大化合理利用。Date11z（4）极端制造技术将成为重要领域。极端制造是指在极端条件下，制造极端尺 度或极高功能的器件和功能系统。集中表现在 微细制造、超精密制造、巨系统制造和强场制 造。以大型金属构件塑性成型制造能力为例，二 战以后美、俄、法等国建造了一批4.5到7.5万 吨的巨型水压机，从而迅速提高了大型飞机制 造能力和洲际运载能力。 国外制造技

6、术发展概况制造技术发展趋势Date12我国一系列“从制造大国向制造强国发展的计划”x国家中长期科技发展规划 制造业发展科技问题专题 制造业信息化 战略高技术与高新技术产业化专题 信息高技术及其应用 x国防科科技工业中长期发展规划 发展重点 军工制造业数字化关键技术 先进试验测试技术 实施重大科技工程 军工制造数字化工程 虚拟试验环境科技工程 x“十五”、 “十一五”国家科技部863 制造业信息化工程 x总装“十五”、 “十一五”规划 先进制造 SBA支撑环境及其示范工程 体系对抗仿真系统 Date133.复杂产品集成制造系统zz 复杂产品集成制造系统：复杂产品集成制造系统：是一种基于先进集成制

7、造理念构成的数字是一种基于先进集成制造理念构成的数字 化、虚拟化、网络化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统。化、虚拟化、网络化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统。 zz 理念内涵：理念内涵：以信息（采集、传递、加工、处理、应用）技术为核心，将信 息技术、建模与仿真技术、现代管理技术、设计与生产技术、系统 工程技术及产品有关的专业技术综合运用于产品研制的全系统、全 生命周期，通过实施企业（或集团）的产品设计/生产/管理/试验 领域及其全企业集成的信息化，使企业（或集团）产品研制全系统 、全生命周期活动中的人/组织、经营管理、技术（三要素）及人 流、信息流、物流、价值流、知识流（五流）集成优化

8、，进而改善 企业（或集团）产品(P) 及其开发时间（ T ）、质量（ Q ）、成 本（ C ）、服务（ S ）、环境清洁（ E ）和知识含量（ K ）， 提高企业（或集团）的敏捷性、柔性及健壮性，以达到增强企业（ 或集团）的市场竞争能力，为企业（或集团）实现跨越式发展作出 重要贡献的目标。 Date14z必须指出，这里提 到的“制造”是“ 大制造”，它包括 产品从“需求分析 定义到报废全生命 周期的全部活动” 。概念设计详细设计加工生产试验评估 训练使用维护需求分析定义报废Date15复杂产品集成制造系统的技术体系复杂产品集成制 造系统技术体系系统总体技术产品设计技术加工生产与装备技术经营管理

9、与决策系统技术试验技术系统支撑环境技术系统总体运营模式；系统集成方法论；系统 集成技术；标准化技术；企业建模和仿真技 术及系统开发与实施等技术。网络、数据库、集成平台/框架，计算机辅 助软件工程，PDM/PLM ，计算机支持协 同工作，人/机接口及“网格”支撑环境等技 术。 CAX/DFX技术；SBD；多学科虚拟样机设计 ；逆向工程；绿色设计；网络化设计；智能 设计及面向大规模定制生产模式的设计等技 术。数控机床；数控加工中心；工业机器人； FMC；FMS；VM；可重组机器/装备及 RPM（快速成形制造）等技术。MIS；OA；MRP、SCM，CRM，ERP, DEM，项目管理、电子商务、质量管

10、理等 技术。单件例行试验；整机组件试验；系统综 合/匹配试验；靶场合练/飞行试验技术在红色部分有 新的内容*16它由项目主管企业、协作企业、供应商和客户等单 个企业集成制造系统的集群组成集群“大系统 ” Date17复杂产品集成制造系统（单个）由四 个应用分系统和一个支撑分系统组成 ：Date18复杂产品集成制造系统中值得关注 的几项技术1 系统总体运营模式 2 复杂产品虚拟样机工程 3 集成制造系统的经营管理与决策技术 4 虚拟试验技术 5 制造执行系统 6 复杂产品集成质量管理技术 7 集成制造系统的集成技术 8 制造网格技术*19二、复杂产品虚拟样机工程*20服务于产品研制全生命周期的

11、多学科虚拟技术z多学科虚拟样机技 术是融合产品有关 的专业领域技术与 建模/仿真技术、信 息技术、多媒体/虚 拟现实技术、人工 智能技术、系统技 术、管理技术等多 学科技术的一门综 合性技术。虚拟设计Date21虚拟样机技术的应用已贯穿于 产品研制/SBA的全过程11nRetireme ntMILE STONESDate22产品经典开发物理样机设计验证与测 试控制设计师机械设计师概念设计设计返工Date23基于虚拟样机的开发控制设计师机械设计师共享同 一模型多学科虚拟 样机 概念物理样机设计验证与测试设计设计 Date24 复杂产品的虚拟样机 开发已涉及到产品全 生命周期中相关的人 员/组织、

12、管理和技术 的集成与优化，已成 为一项复杂的系统工 程“复杂产品虚拟 样机工程”，它对传 统产品开发方法、技 术、工具等方面的研 究、开发与应用提出 了一系列新的挑战。复杂产品虚拟样机工程系统Date25复杂产品虚拟样机工程系统（续）工程设计技术建模/仿真技术管理技术团队/组织 是三个要素有机集成与优化的系统 y团队/组织 y技术 y管理 是三类技术有机集成与优化的系统 y工程设计技术 y建模/仿真技术 y管理技术 Date26复杂产品虚拟样机工程系统（续） 需要“复杂产品虚拟样机工程系统的支撑环境” y实现三个要素和三类技术有机集成与优化 y支持复杂产品虚拟样机工程的协同开发 Require

13、men tsEnvironme ntAnalysi sManufacturi ngLogistic sCost/RiskDesignPerforman ceOperation sScalableAccessibleInteroperableExtensibleReusableSPM Environment Physical Param Analysis Data Process Scheduling Versions Requirements Geometry Performance Cost and Risk Manufacturing WorkflowManufacturing Proce

14、ss ToolsCost / Risk ToolsOperationsToolsPerformance ToolsM&S ToolsDesign ToolsEnvironmentToolsRequirementsToolsLogisticsToolsDPDDate27z针对复杂产品研制特点，从虚拟样机 工程的角度，已有的产品开发方法、 技术手段与科研环境不能满足型号研 制的需求 y复杂产品科研项目的综合管理 y复杂产品的前期论证与后期评估 y复杂产品多学科协同设计及其综合优化 y复杂产品综合试验与验证 y科研资源共享与协同Date28复杂产品虚拟样机工程整体解决方案国家863计划“航天重大 型

15、号协同制造工程及复 杂产品制造工具集的研 究与开发”，“仿真应 用网格的研究与开发”总装“虚拟样机仿真支 撑平台/环境技术研究 ”,“装备虚拟样机仿真 演示系统 ”国防科工委“数字样机建 造与设计优化技术研究”理论与方法上： 建立复杂产品 虚拟样机工程的 概念及其技术体系应用背景 航天XXX 航天重大工程XXX先进分布仿真技术 VR技术 虚拟样机技术 集成平台/框架技术 技术积累其它行业“船舶CAPE” 协同仿真环境研究等工具与平台上： 开发一套复杂产品 虚拟样机工程 支撑平台/工具集标准与规范上： 提出一系列 标准研究项目Date29复杂产品虚拟样机工程支撑平台/ 工具集（北京仿真中心）z四

16、个计算机软件著作权 y虚拟样机工程协同建模仿真平台系统Cosim-Platform y虚拟样机工程项目管理系统Cosim-Project y虚拟样机工程模型库管理系统Cosim-VPLM y虚拟样机工程可视化环境系统Cosim-VEDate30复杂产品虚拟样机工程支撑平台 COSIM复杂 产品虚 拟样机工程COSIM-Platform/COSIM- PM/COSIM-VPLM/COSIM- VE/PDM/PLM平台/集成的MDO 工具/多学科CAX/DFX工具集产品全生命周期管理技术、项目管理技术、 多学科协同建模仿真技术、多学科设计优化技术 、各学科领域CAX/DFX技术、M&S技术、IT技术复杂产品虚拟样机工程COSIM技术平台COSIM平台核心使能技术Date31（1）COSIM是一个集成的软件套件，支持 复杂产品虚拟样机工程开发全生命周期*32支