虛擬制造技術(shù)培訓(xùn)課件

虛擬制造技術(shù)

虛擬制造產(chǎn)生的背景

虛擬制造的概念及內(nèi)涵

虛擬制造的分類

虛擬制造的體系結(jié)構(gòu)

虛擬制造的應(yīng)用實(shí)例虛擬制造技術(shù)

1.虛擬制造產(chǎn)生的背景

20世紀(jì)90年代以來，隨著市場全球化和激烈競爭，對(duì)新產(chǎn)品開發(fā)、質(zhì)量、交貨期等市場的快速響應(yīng)成為企業(yè)競爭的焦點(diǎn)。但新產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)線改造或建立新的生產(chǎn)線都存在風(fēng)險(xiǎn)。

如何降低風(fēng)險(xiǎn)：運(yùn)用虛擬制造技術(shù)（VirtualManufacturing，簡稱VM）。

在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行產(chǎn)品及其制造過程的建模和仿真，分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能和其制造過程的生產(chǎn)布局、生產(chǎn)節(jié)拍、調(diào)度控制等，對(duì)產(chǎn)品的可制造性和可生產(chǎn)性進(jìn)行評(píng)估，找出產(chǎn)品及其制造過程可能出現(xiàn)的問題，及時(shí)修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝的不合理部分，得出合理優(yōu)化的方案，保證真實(shí)制造時(shí)的一次成功率。2.虛擬制造的概念及內(nèi)涵

實(shí)際制造系統(tǒng)（RealManufacturingSystem,RMS）由實(shí)際信息系統(tǒng)（RealInformationSystem,RIS）、實(shí)際物理系統(tǒng)（RealPhysicalSystem,RPS）和實(shí)際控制系統(tǒng)（RealControlSystem,RCS）組成，即

RMS=RIS+RPS+RCS

RPS由實(shí)際的物質(zhì)實(shí)體組成，包括材料、機(jī)床、工具、夾具、半成品、產(chǎn)品、機(jī)器人、傳感器、控制器等組成。RIS由信息、信息處理和決策活動(dòng)組成，進(jìn)行設(shè)計(jì)、規(guī)劃、調(diào)度、控制。RCS是完成RIS、RPS之間的信息交換。RMS的最終產(chǎn)品是實(shí)際加工完成的零件和組裝成的產(chǎn)品。

把R換成V，就構(gòu)成虛擬制造系統(tǒng)（VirtualManufacturingSystem，VMS），它是采用計(jì)算機(jī)及其建模、仿真技術(shù)，模擬實(shí)際制造系統(tǒng)中的RIS、RPS、RCS的所有功能，即VMS=VIS+VPS+VCS

所以VIS、VPS、VCS是RIS、RPS、RCS在虛擬空間的映射，是真實(shí)系統(tǒng)的抽象模型。

VIS——虛擬信息系統(tǒng)

VMS——虛擬制造系統(tǒng)

VCS——虛擬控制系統(tǒng)

VPS——虛擬物理系統(tǒng)

RIS——實(shí)際信息系統(tǒng)

RMS——實(shí)際制造系統(tǒng)

RCS——實(shí)際控制系統(tǒng)

RPS——實(shí)際物理系統(tǒng)虛擬制造系統(tǒng)通過對(duì)實(shí)際制造進(jìn)行抽象、分析、綜合，得到實(shí)際產(chǎn)品的全數(shù)字化模型，進(jìn)行模擬仿真和評(píng)價(jià)，得出優(yōu)化合理的解決方案；然后在實(shí)際制造系統(tǒng)中，控制物質(zhì)流、信息流、能量流，生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。因此，虛擬制造是實(shí)際制造的抽象，實(shí)際制造是虛擬制造的實(shí)例。

虛擬制造系統(tǒng)不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)產(chǎn)品，而只是模擬產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開發(fā)與實(shí)現(xiàn)過程，它模擬實(shí)際制造系統(tǒng)的過程中，應(yīng)具有以下特征：

⑴功能一致性。即虛擬制造系統(tǒng)的功能與相應(yīng)的現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)功能一致，忠實(shí)地反映制造過程本身的動(dòng)態(tài)特性。

⑵結(jié)構(gòu)相似性。虛擬制造系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是相似的。

⑶組織的靈活性。實(shí)現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)品的開發(fā)和制造，往往存在多種解決方案，虛擬制造系統(tǒng)具有模型修改方便、組態(tài)靈活、運(yùn)算效率高等功能。

⑷集成化。CIMS強(qiáng)調(diào)“信息”集成，智能制造強(qiáng)調(diào)“智能”集成，而虛擬制造強(qiáng)調(diào)“全過程”集成。

⑸智能化。實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境下的全局最優(yōu)決策。3.虛擬制造的分類

⑴以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造（Design-centeredVM）

建立產(chǎn)品的數(shù)字模型，進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等分析，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能和使用性能。并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行數(shù)字化“制造”，仿真多種制造方案，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可制造性和可裝配性。其目的是發(fā)現(xiàn)和解決可能出現(xiàn)的潛在問題，提成功率，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。

⑵以生產(chǎn)為中心的虛擬制造（Production-centeredVM）

建立生產(chǎn)過程模型，通過產(chǎn)品生產(chǎn)制造過程多種方案的模擬仿真，評(píng)價(jià)和優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝過程、物流路徑、資源需求狀況、生產(chǎn)節(jié)拍和效率、運(yùn)行費(fèi)用、經(jīng)濟(jì)效益等，其主要目標(biāo)是評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可生產(chǎn)性。

⑶以控制為中心的虛擬制造（Control-centeredVM）

建立產(chǎn)品生產(chǎn)過程的控制模型，采用模擬仿真技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品制造過程的生產(chǎn)組織與管理、靜態(tài)、動(dòng)態(tài)調(diào)度、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)控、故障擾動(dòng)對(duì)生產(chǎn)秩序的影響及排除等進(jìn)行仿真和優(yōu)化，其目的是改進(jìn)產(chǎn)品生產(chǎn)過程的組織和控制，提高生產(chǎn)效率，降低制造成本。4.虛擬制造的體系結(jié)構(gòu)

下圖為中國國家CIMS中心提出的一個(gè)虛擬制造體系結(jié)構(gòu)，是基于PDM（ProductDataManagement，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）集成的、以三個(gè)虛擬平臺(tái)（虛擬開發(fā)、虛擬生產(chǎn)、虛擬企業(yè)）為核心的框架結(jié)構(gòu)。

⑴虛擬開發(fā)平臺(tái)

該平臺(tái)支持產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)、工藝規(guī)則、加工、裝配及維修等過程，進(jìn)行可制造性和可裝配性的分析。

⑵虛擬生產(chǎn)平臺(tái)

該平臺(tái)支持生產(chǎn)環(huán)境的布局設(shè)計(jì)和設(shè)備集成、產(chǎn)品遠(yuǎn)程虛擬測試、企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度的優(yōu)化，進(jìn)行可生產(chǎn)性的分析。

⑶虛擬企業(yè)平臺(tái)

建立企業(yè)模型，根據(jù)市場的需求和產(chǎn)品開發(fā)的要求，對(duì)企業(yè)內(nèi)部制造資源進(jìn)行優(yōu)化配置；選擇企業(yè)外部合作伙伴，對(duì)組成的動(dòng)態(tài)組織聯(lián)盟或虛擬企業(yè)的結(jié)構(gòu)、布局、協(xié)同工作環(huán)境、運(yùn)作方式等進(jìn)行模擬和優(yōu)化，進(jìn)行可合作性的分析和評(píng)價(jià)。5.虛擬制造的應(yīng)用實(shí)例

虛擬制造已經(jīng)在汽車制造、航空航天、造船、電子、機(jī)械等行業(yè)得到應(yīng)用，特別是在復(fù)雜產(chǎn)品制造企業(yè)取得了良好的效益，據(jù)國外統(tǒng)計(jì)資料報(bào)告，虛擬制造帶來的具體效益如下：

⑴減少產(chǎn)