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1、VirtualManufacturing2024/7/251虚拟制造技术虚拟制造技术报告人：报告人：指导老师：指导老师：usst吴恩启VirtualManufacturing2虚拟制造虚拟制造：Virtual Manufacturing(VM) 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现。虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现。采用采用计算机仿真计算机仿真与与虚拟现实技术虚拟现实技术，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群，在高性能计算机及高速网络的支持下，在计算机上群组协同工作组协同工作; ;通过三维模型及动画，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，通过三维模型
2、及动画，实现产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，以及企业各级过程的管理与控制等制造的本质过程以及企业各级过程的管理与控制等制造的本质过程; ;什么是虚拟制造什么是虚拟制造 usst吴恩启VirtualManufacturing3什么是虚拟制造？什么是虚拟制造？ 实际制过程实际制过程虚拟制造过程虚拟制造过程虚虚拟拟制制造造和和实实际际制制造造的的区区别别？usst吴恩启VirtualManufacturing1.虚拟制造与其他先进制造技术的关系虚拟制造与其他先进制造技术的关系CIMS4usst吴恩启VirtualManufacturing52. 虚拟制造技术产生的背景虚拟制造技术
3、产生的背景1.市场经济的变迁u随着经济的全球化和社会的信息化，市场竞争日益激烈，顾客需求日趋多样化。u 制造业为了在竞争激烈的全球市场求得生存与发展，必须能够更好地满足市场所提出的T、Q、C、S要求，来赢得市场与用户面对不可预测、持续发展、快速多变的市场需求，企业的生产活动必须具有高度的柔性最短的产品开发周期(Time)，最优质的产品质量（Quality），最低廉的制造成本（Cost）最好的技术支持与售后服务（Service）usst吴恩启VirtualManufacturing62. 虚拟制造技术产生的背景虚拟制造技术产生的背景u为了提高竞争能力，企业应当能够对市场需求的变化作出快速敏捷的反
4、应，并及时地对自身的生产作出合理的调整与重新规划计算机软硬件技术及网络技术的迅速发展为实现这一目标提供了强有力的支持。u 基于这些因素，虚拟制造应运而生。 产品开发是基于数字化的虚拟产品开发方式,以用户的需求为第一驱动，并将用户需求转化为最终产品的各种功能特征，保证了产品开发的效率和质量，提高了企业的快速响应和市场开拓能力。usst吴恩启VirtualManufacturing73. 1虚拟制造技术分类虚拟制造技术分类以设计为中心的以设计为中心的VMVM以生产为中心的以生产为中心的VMVM以控制为中心的以控制为中心的VMVMusst吴恩启VirtualManufacturing2024/7/2
5、58以设计为中心的以设计为中心的VMDesign-Centered VM强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，进行产强调以统一制造信息模型为基础，对数字化产品模型进行仿真与分析、优化，进行产品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装配性分析，获得对产品的设品的结构性能、运动学、动力学、热力学方面的分析和可装配性分析，获得对产品的设计评估与性能预测结果，以便作出正确决策。计评估与性能预测结果，以便作出正确决策。成功事例：成功事例：美国波音公司波音美国波音公司波音777喷气式客机的研制。仅用了喷气式客机的研制。仅用了3年零年零8个月时间，一次试个月时间，一次
6、试飞成功，投入运营。波音公司飞成功，投入运营。波音公司777客机数以万计的零部件中任何一种的设计，观察、研究、客机数以万计的零部件中任何一种的设计，观察、研究、讨论都是在计算机上完成，所有零部件均是三维实体模型。可见虚拟产品设计给企业带讨论都是在计算机上完成，所有零部件均是三维实体模型。可见虚拟产品设计给企业带来的效益来的效益usst吴恩启VirtualManufacturing2024/7/259以生产为中心的以生产为中心的VMProduction-Centered VM 在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程及其组合在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿
7、真，对不同的加工过程及其组合进行优化。它对产品的进行优化。它对产品的“可生产性可生产性”进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组进行分析与评价，对制造资源和环境进行优化组合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。合，通过提供精确的生产成本信息对生产计划与调度进行合理化决策。usst吴恩启VirtualManufacturing10以控制为中心的以控制为中心的VMControl-Centered VM将将仿真技术仿真技术引入引入控制模型控制模型，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控，提供模拟实际生产过程的虚拟环境，使企业在考虑车间控制行为的基础上对制造过程进行
8、优化控制。其目标是实际生产中的过程优化，改进制制行为的基础上对制造过程进行优化控制。其目标是实际生产中的过程优化，改进制造系统造系统 usst吴恩启VirtualManufacturing3.2 虚拟制造技术分类间关系虚拟制造技术分类间关系设计为核心设计为核心优化产品设计、优化产品设计、工艺设计工艺设计加工方案评价加工方案评价生产为核心生产为核心优化资源优化资源选择评价工艺选择评价工艺验证新工艺验证新工艺控制为核心控制为核心优化车间控制优化车间控制优化制造过程优化制造过程产品概念设计产品概念设计CAD/CAMM! M2 M3 M4供设计者参考的制造信息供设计者参考的制造信息虚拟产品原型虚拟产品
9、原型 成本估算成本估算新产品模型、工艺、制造信息新产品模型、工艺、制造信息虚拟生产计划虚拟生产计划质量质量评估评估新工艺及对应信息、如成本新工艺及对应信息、如成本车间机床车间机床及控制系统及控制系统工厂资源（人、设备）工厂资源（人、设备）M1：已有的模型和工艺：已有的模型和工艺M2：日程模型、逻辑模型：日程模型、逻辑模型M3：过程模型：过程模型M4：成品模型参数：成品模型参数11usst吴恩启VirtualManufacturing124. 虚拟制造技术对企业的作用虚拟制造技术对企业的作用提供影响产品管理、设计、性能、制造成本、生产周期的相关信息，以便使提供影响产品管理、设计、性能、制造成本、
10、生产周期的相关信息，以便使决策者做出正确决策者做出正确决策决策优化生产系统的设计，提高产品的设计质量及性能，减少设计或生产缺陷优化生产系统的设计，提高产品的设计质量及性能，减少设计或生产缺陷提高工艺规划和加工过程的合理性，优化制造质量提高工艺规划和加工过程的合理性，优化制造质量通过生产计划的仿真，优化资源配置和物流管理，实现柔性制造和敏捷制造，缩短制造周期，通过生产计划的仿真，优化资源配置和物流管理，实现柔性制造和敏捷制造，缩短制造周期，降低生产成本。降低生产成本。usst吴恩启VirtualManufacturing5.虚拟制造应用事例虚拟制造应用事例虚拟产品建模虚拟产品建模13usst吴恩
11、启VirtualManufacturing模拟加工过程模拟加工过程模拟加工过程模拟加工过程14usst吴恩启VirtualManufacturing测试检测测试检测测试检测测试检测15usst吴恩启VirtualManufacturing汽车外形设计分析汽车外形设计分析汽车外形设计分析汽车外形设计分析16usst吴恩启VirtualManufacturing奥迪奥迪奥迪奥迪Q7Q7虚拟碰撞两千次虚拟碰撞两千次虚拟碰撞两千次虚拟碰撞两千次 汽车研发三维仿真汽车研发三维仿真汽车研发三维仿真汽车研发三维仿真虚拟制造和仿真建模大大提高了研发和制虚拟制造和仿真建模大大提高了研发和制虚拟制造和仿真建模大大
12、提高了研发和制虚拟制造和仿真建模大大提高了研发和制造效率。研发团队可以用三维立体方式，造效率。研发团队可以用三维立体方式，造效率。研发团队可以用三维立体方式，造效率。研发团队可以用三维立体方式，模拟任何内容，包括车身部件、强度、动模拟任何内容，包括车身部件、强度、动模拟任何内容，包括车身部件、强度、动模拟任何内容，包括车身部件、强度、动力系统性能、碰撞性能等。如奥迪力系统性能、碰撞性能等。如奥迪力系统性能、碰撞性能等。如奥迪力系统性能、碰撞性能等。如奥迪Q7Q7车车车车头的一个碰撞试验需要头的一个碰撞试验需要头的一个碰撞试验需要头的一个碰撞试验需要100100万个数据来支万个数据来支万个数据来
13、支万个数据来支持，电脑可以在持，电脑可以在持，电脑可以在持，电脑可以在150150毫秒内计算出结果。毫秒内计算出结果。毫秒内计算出结果。毫秒内计算出结果。这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍。这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍。这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍。这一时间比真车碰撞的时间节省数千倍。17usst吴恩启VirtualManufacturing在模拟碰撞实验中，超级计算机需要动用在模拟碰撞实验中，超级计算机需要动用它的八个处理器，工作它的八个处理器，工作22小时，研发人员小时，研发人员然后以毫米为单位休整，修正后继续重复然后以毫米为单位休整，修正后继续重复这一实验，当开发完成，这款车
14、已经经历这一实验，当开发完成，这款车已经经历了大约了大约2000虚拟碰撞，相同的时间，如果虚拟碰撞，相同的时间，如果用真车，只能做用真车，只能做40次，而且，碰撞过程要次，而且，碰撞过程要毁掉毁掉40辆真车。辆真车。18usst吴恩启VirtualManufacturing 美国波音公司波音美国波音公司波音美国波音公司波音美国波音公司波音777777飞机的研制飞机的研制飞机的研制飞机的研制19usst吴恩启VirtualManufacturing虚拟制造技术的应用虚拟制造技术的应用虚拟制造技术的应用虚拟制造技术的应用20092009年年年年1212月月月月4 4日，中国南方航空公司订购的日，中
15、国南方航空公司订购的日，中国南方航空公司订购的日，中国南方航空公司订购的2 2架波音架波音架波音架波音777777货机正式交付使用，南航成为国内首家货机正式交付使用，南航成为国内首家货机正式交付使用，南航成为国内首家货机正式交付使用，南航成为国内首家使用波音使用波音使用波音使用波音777777货机的航空公司货机的航空公司货机的航空公司货机的航空公司20usst吴恩启VirtualManufacturing 使用电脑进行无纸设计是波音使用电脑进行无纸设计是波音使用电脑进行无纸设计是波音使用电脑进行无纸设计是波音自自自自777777以来的技术创新，波音在以来的技术创新，波音在以来的技术创新，波音在
16、以来的技术创新，波音在787787的研制中也继续使用计算机的研制中也继续使用计算机的研制中也继续使用计算机的研制中也继续使用计算机无纸化作业无纸化作业无纸化作业无纸化作业CATIACATIA，ENOVIAENOVIA和和和和DELMIADELMIA等，在波等，在波等，在波等，在波音公司音公司音公司音公司787787的开发过程中，得到了全面的开发过程中，得到了全面的开发过程中，得到了全面的开发过程中，得到了全面的应用，从而实现了设计、分析、制造的应用，从而实现了设计、分析、制造的应用，从而实现了设计、分析、制造的应用，从而实现了设计、分析、制造的紧密继承和数据共享的紧密继承和数据共享的紧密继承和
17、数据共享的紧密继承和数据共享21usst吴恩启VirtualManufacturing在全相关性的基础上，利用在全相关性的基础上，利用在全相关性的基础上，利用在全相关性的基础上，利用CATIA V5CATIA V5可以实现强大的产品工程。可以实现强大的产品工程。可以实现强大的产品工程。可以实现强大的产品工程。CATIA V5CATIA V5提供了一个完善的分析和提供了一个完善的分析和提供了一个完善的分析和提供了一个完善的分析和设计集成平台。该平台上还可运行高级分析软件。设计集成平台。该平台上还可运行高级分析软件。设计集成平台。该平台上还可运行高级分析软件。设计集成平台。该平台上还可运行高级分析软件。22usst吴恩启VirtualManufacturing23THANKS！23usst吴恩启
