《先进设计与制造技术》课程论文虚拟制造技术Word文档格式.docx
- 文档编号:15857382
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:11
- 大小:26.90KB
《先进设计与制造技术》课程论文虚拟制造技术Word文档格式.docx
《《先进设计与制造技术》课程论文虚拟制造技术Word文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《先进设计与制造技术》课程论文虚拟制造技术Word文档格式.docx(11页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
XXXXXXXX
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
二〇一三年五月
摘要
虚拟制造技术是20世纪90年代在虚拟现实与计算机仿真技术的基础上产生的一项新的制造技术,是实际制造过程在计算机上的本质实现。
本文简单地对虚拟制造技术进行了概述、阐述了有关于虚拟制造技术的研究和应用。
在这个基础上,文章从我国虚拟制造技术发展现状、发展目标以及发展趋势等多个角度出发提出了在我国逐步发展虚拟制造技术的建议。
关键词:
虚拟制造技术,计算机,概述,研究,应用,发展现状,发展目标,发展趋势,建议
第一章虚拟制造技术概述
1.1虚拟制造技术产生的时代背景
自上世纪70年代以来,随着世界市场趋于动态多变和信息技术的迅猛发展,促使制造企业研究全新的制造理念和技术。
20世纪80年代初,制造技术以信息集成为核心的计算机集成制造系统(CIMS)开始得到实施;
80年代末,以过程集成为核心的并行工程(CE)技术进一步提高了制造水平进一步提高了制作水平;
进人20世纪90年代,先进制造技术进一步向更高水平发展,精益生产(LP)、敏捷制造(AM)等新概念不断涌现,虚拟制造技术(VTM)也是诞生在这个时代。
虚拟制造技术是在CAD/CAE/CAM技术基础上发展起来的。
一方面,CAD/CAE/CAM技术为虚拟制造的实现提供了较为成熟的技术基础,如建模技术、分析优化技术、制造过程仿真技术、分析评价技术、设计分析评价技术和产品信息集成、转换、共享技术等。
特别是特征建模技术在虚拟制造技术中占有极为重要的地位。
另一方面,虚拟制造技术超越了CAD/CAE/CAM技术,CAD/CAE/CAM技术主要考虑产品本身信息的集成与建模,而虚拟制造技术还要考虑加工过程的建模等问题。
1.2虚拟制造技术定义
虚拟制造((VirtualManufacturing,简称VM)当前一般的定义是:
虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射,即采用计算机仿真与虚拟现实技术,在高性能训一算机及高速网络的支持下,在训一算机上群组协同工作,实现产品设计、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产品制造的本质过程,以增强制造过程各级的决策与控制能力。
由此可见,虚拟制造通过计算机虚拟制造环境来模拟和预估产品功能、性能及可加工性等各方而可能存在的问题,从而提高了人们的预测和决策水平,它为工程师们提供了从产品概论的形成、设计到制造全过程的三维可视及交互的环境,使得制造技术走出主要依赖于经验的狭小天地,发展到了全方位预报的新阶段。
虚拟制造以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为基础,借助于虚拟环境获取的各种信息,在产品设训一或制造系统的建造实现之前,就能使人体验到未来产品装配的胜能或者装配系统的状态,从而可以做出预见性的决策与优化实施方案。
它集成和综合了可运行制造的环境:
包括各种分析工具、仿真工具、应用工具、控制工具、信息模型、设备、组织协同工作的方法等,用来改善从装配产品的概念设训一到动态仿真到回收利用的各个阶段。
1.3虚拟制造技术的分类
一般来说,虚拟制造的研究都与特定的应用环境和对象相联系,由于应用的不同要求而存在不同的侧重点,Lawrence协会根据虚拟制造应用的范围不同,将虚拟制造分成三类,即以设计为中心的虚拟制造技术(Design-centeredVM),以生产为中心的虚拟制造技术(Production-centeredVM)和以控制为中心的虚拟制造技术(Control-centeredVM)。
1.4虚拟制造技术的特征
虚拟制造基本上不消耗资源和能量,也不生产实际产品,而是产品的设计、开发与实现过程在计算机上的本质实现,与实际制造相比,它具有如下主要特征:
(1)高度集成侧。
虚拟制造中产品设计与制造过程依赖的是虚拟的产品数字化模型,在计算机上即可对虚拟模型进行产品设计、制造、测试等过程,甚至设计人员或用户可“进入”虚拟的制造环境检验其设计、加工、装配和操作,而不依赖于传统的原型样机的反复修改。
(2)敏捷灵活。
开发的产品(部件)可存放在计算机里,不但大大节省仓储费用,更能根据用户需求或市场变化快速改型设计,快速投入批量生产,从而大幅度缩短了生产准备周期,降低了成本,提高了产品从设计、制造到销售全过程的整体性和敏捷性,增强了企业(群体)的竞争能力。
(3)分布合作。
虚拟制造通过intsrnet可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一产品模型上同时工作,相互交流,实现资源共享,发挥各自特长,实现异地设计,异地制造,从而使产品开发以快捷、优质、低耗响应市场变化,将制造业信息化与知识化融为一体。
(4)虚拟经营和管理。
作为虚拟制造的一个主要贡献,一虚拟企业,使制造业在世界范围内的重组与集成成为可能,应用虚拟经营和虚拟管理,充分借助于企业外部力量,运用自身最强的优势和有限资源最大限度的提高企业的竞争力。
1.5虚拟制造与实际制造的关系
制造过程的实质就是在能量流的作用下,通过一定的控制机制,对物质流赋予信息流的过程。
实际制造系统(RMS)是物质流、信息流在控制流的协调与控制下实现从投入到产出的有效转变。
虚拟制造是对实际制造进行抽象、分析、综合、得到实际产品的全数字化模型,其最终目标是反作用于实际制造过程,用来指导生产实践。
因此,实际制造是虚拟制造的实例,虚拟制造是实际制造的抽象,是实际制造在计算机虚拟环境中的映射。
如果将实际制造系统(RMS)抽象成由实际物理系统((RPS)、实际信息系统(RIS).实际控制系统(RCS)组成。
可以简单标记为RMS={RPS,RIS,RCS}(RPS包括所有的制造物理实体,例如材料、机床等;
RIS包括信息处理和决策,如计划、设计等;
RCS包括传感器和控制器等,RIS通过RCS与RPS交换信息。
)那么,我们可以将实际制造系统映射到基于虚拟制造技术的虚拟制造系统,虚拟制造系统可以展示为VMS}{VPS,VIS,VCS},其中VPS是虚拟物理系统,VIS为虚拟信息系统,VCS是虚拟控制系统。
虚拟制造与实际制造两者使用相同的产品设计几何模型,特征模型以及制造和资源信息,分别输出的是数字产品和实际产品。
数字产品是由虚拟制造系统在虚拟环境下制造的可视虚拟产品,具有与实际产品相同的性能、行为和功能。
实际产品是由实际制造系统在机床上制造的真正的产品。
虚拟制造可以仿真实际制造的每一个零件、每一个过程和环境以及提供给实际制造的制造信息、制造过程优化参数、验证结果等,但是虚拟制造并不必仿真每一个零件、每一个过程和环境的每一个细节,不少采用的是简化模型,而且虚拟制造的流程并不需要与实际制造一致。
1.6发展虚拟制造技术的作用
目前,虚拟制造技术己经在国外有所应用,它对制造业和企业的发展都将会产生深远的影响。
1.6.1虚拟制造技术对制造业的作用
虚拟制造技术对制造业的重大作用主要表现为:
(1)虚拟制造作为一种哲理、一种制造策略为制造业的发展指明了方向。
(2)运用软件对制造系统中的五大要素(人、组织管理、物流、信息流、能量流)进行全面仿真,使之达到了前所未有的高度集成化与优化,达到“快、好、省”的目的,为先进制造技术的进一步发展提供了更广大的空间,同时也推动了相关技术的不断发展和进步。
(3)可加深人们对生产过程和制造系统的认识与理解,有利于对其进行理论升华,更好的指导实际生产,既对生产过程、制造系统整体进行优化配置,推动生产力的发展。
1.6.2虚拟制造技术对企业的作用
虚拟制造技术对企业的作用主要表现为:
(1)通过分析设计的可制造性,虚拟制造可以提高产品设计质量、减少设计缺陷、优化产品性能:
通过提高工艺规划和加工过程的合理性,以及利用有效的工具和加工方法来支持生产,虚拟制造可以大大提高产品的质量和质量的稳定性。
通过在虚拟状态下设计、制造、测试和分析产品,虚拟制造可极大的增强企业的创新能力。
(2)采用虚拟生产方式,使企业不再需要投入大量的设备和仪器,从而避免了不必要的设备闲置,可充分利用其他企业的先进设备和仪器进行生产,能很好的解决一些中小企业的难题。
此外,通过虚拟企业的概念以及具体的实践组成的快速响应部队,能在商战中为企业把握机遇和带来优势。
(3)提高企业自我调节、自我完善、自我改造和自我发展的能力,基于虚拟制造系统实现多集成,企业在复杂多变的竞争环境下,通过不断调整组织结构,优化运营过程,合理配置人、财、物资源、革新技术和提高人员素质等,以便为企业提供系统的方法和途径,从而提高企业自我调节、自我完善、自我改造和自我发展的能力。
第二章虚拟制造技术的研究与应用
2.1虚拟制造技术的研究内容
虚拟制造技术的研究内容是极为广泛的,除了虚拟现实技术涉及的共同性技术外,虚拟制造领域本身的主要研究内容有:
虚拟制造的理论体系;
设计信息和生产过程的三维可视化;
虚拟环境下系统全局最优决策理论和技术;
虚拟制造系统的开放式体系结构;
虚拟产品的装配仿真;
虚拟环境中及虚拟制造过程中的人机协同作业等。
2.2虚拟制造技术的相关技术和支持
虚拟制造系统是各制造功能的虚拟集成,其关键技术主要包括:
虚拟环境下的产品主模型技术:
主模型是一个核心,能以此为中心通向设训一、制造和生产管理等各个环节并为其提供服务。
主模型具有统一的数据结构和分布式数据管理系统,它是一个可视化的数宇产品模型,具有所代表的对象所具有的各种性能和特征,并能并行地处理设计分析、加工制造、生产组织与调度等各种生产环节所而临的诸多问题。
综合可视化技术:
主要包括计算机可视化技术、虚拟现实技术、多媒体技术和仿真技术。
现实制造系统与虚拟制造系统之间的映射,虚拟设备、虚拟传感器、虚拟单元、虚拟生产线、虚拟车间和虚拟工厂的建立,以及各种虚拟设备的重用性和重组技术。
虚拟制造系统集成开发平台的体系结构、构件库及用户开发环境。
虚拟环境下分布式并行处理的分布式智能协同求解模型。
虚拟公司的组织、调度及控制策略与技术。
虚拟制造技术是多学科综合的系统技术,需要研究开发相应的硬件集成系统与软件,就软件技术而言,相关的研究支持如下:
可视化:
真实、直观地再现主观产品与客观制造过程。
基本环境:
增强可视化和其它虚拟制造功能的集成系统平台。
信息描述:
表达各种信息,包括数据、知识和模型的统一的方法、语义、语法。
中介模型:
构造、定义、开发对过程易于中断介入的模型。
基层集成组织结构:
硬件与软件的基层组织结构。
仿真模型:
在训一算机系统中设训一的真实系统模型。
应用方法:
产品多样性与过程动态性的共同特征的抽象提取。
制造特征:
各种材料在虚拟制造环境中的变化过程。
虚拟制造系统评价:
可制造性、工艺性、可靠性、经济性、质量、工期等等。
2.3虚拟制造技术的研究与应用
由于虚拟制造的广阔前景,美国、欧洲及日本等国纷纷开始对其进行研究,并在虚拟原型系统开发、虚拟环境构筑、虚拟装配等方面取得了一系列的成果;
除了实验室的研究工作外,虚拟制造在工业上,尤其是汽车、飞机、军工等领域也得到有效应用并取得明显收益。
2.3.1国外的研究与应用
美国国家标准及技术局NIST主要研究工程设计测试床的创建及制造工程工具软件包,提供了开放式虚拟现实测试床(OVRT)和国家先进制造测试床(NAMT)。
美国Michigan大学虚拟现实实验室主要研究如何从CAD/CAM数据库中快速构筑虚拟原型以及原型的行为功能建模。
美国华盛顿大学在Pro/Engineer等CAD/CAM系统上开发了面向设计和制造的虚拟环
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 先进设计与制造技术 先进 设计 制造 技术 课程 论文 虚拟