虚拟制造技术论文

论文题目：现代虚拟制造技术学生姓名郭帆学号110208106专业班级116001学院名称工业中心指导老师高晓兵目录1.虚拟制造技术简介.........................................................................................................12虚拟制造技术的种类.....................................................................................................1（1）以设计为中心的虚拟制造..................................................................................1（2）以生产为中心的虚拟制造..................................................................................13.虚拟制造关键技术.........................................................................................................23.1.虚拟制造关键技术....................................................................................................23.2.虚拟制造技术的建模技术........................................................................................23.3.虚拟制造使能技术....................................................................................................24.虚拟制造的应用.............................................................................................................35.虚拟制造技术的发展现状.............................................................................................36.小结.................................................................................................................................4-1-1.虚拟制造技术简介虚拟制造技术是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。2.虚拟制造技术的种类广义的制造过程不仅包括了产品的设计加工、装配。还包含了对企业生产活动的组织与控制。从这个观点出发，可以把虚拟制造分为两类：以设计为中心的虚拟制造和以生产为中心的虚拟制造。以设计为中心的虚拟制造以设计为中心的虚拟制造强调以统一制造信息模型为基础，对数字化铲平模型进行仿真与分析、优化，进行产品的结构性能、运动学、热力学方面的分析和装配性分析，以获得对产品的设计评估与性能预测结果。特点：在设计阶段为设计人员提供制造信息；使用基于制造的仿真以优化产品和工艺的设计；通过“在计算机上制造”产生多个“软”样机。主要目标：评价可制造性主要技术支持：特征造型；面向数学模型设计；加工过程仿真技术。应用领域：造型设计热力学分析运动学分析动力学分析容差分析加工过程仿真以生产为中心的虚拟制造以生产为中心的虚拟制造是在企业资源的约束条件下，对企业的生产过程进行仿真，对不同的加工过程以及组合进行优化。它对产品的“可生产性”进行分析评价，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和调度进行合理化决策。主要目标：将仿真能力用于制造过程模型，以便低费用、快速地评价不同的工艺方案；用于资源需求规划、生产计划的产生及评价的环境。主要目标：评价可生产性主要技术支持：特征造型；面向数学模型设计；加工过程仿真技术。应用领域：工厂或产品的物理布局生产计划的编排3.虚拟制造技术-2-3.1.虚拟制造关键技术1.特征建模的建立:建立包含工艺信息的特征模型,为以后的工艺分析、加工等过程创造条件。2.企业间产品数据交换:在由动态联盟共同完成新产品开发的条件下,必须以产品数据交换标准(STEP、IGES等)来保证企业间信息的集成。3.快速原型制造软硬件系统:快速原型制造系统使工程人员在制造前就能看到产品,从而改进设计。也可直接用于快速制造少量的零件或模具。改进材料、工艺及软件来提高产品的精度。3.2.虚拟制造技术的建模技术1.虚拟加工设备建模虚拟机床是虚拟加工过程的具体实施者。根据机床信息的不同,机床模型分为几何模型和仿真模型,其中几何模型将虚拟机床看成是一个层次式的装配体,包含多个部件和零件,且部件之间存在着相互装配关系和约束条件,组成零部件的三维数字模型根据其实际形状和大小分别建模;机床仿真模型是在NC代码的驱动下,采用一种类似于NC加工插补算法实现各运动部件的平动与转动,以此驱动虚拟机床的运动。将仿真模型作为机床的物理属性依附在机床的几何模型上,建立虚拟加工设备模型的类结[5]。类结构建立床身、工作台和导轨等基本类,在此基础上建立零部件几何模型类继承基本类;零部件几何模型类与零部件仿真模型类一起形成零件模型类,通过零件、部件之间的包含、聚合关系形成虚拟加工设备。2.系统实现例如应用UG三维造型软件对一套加工设备进行了几何建模,通过文件输出得到零部件的VRML文件,以VisualC+60。为开发工具,选用OpenGL作为图形引擎开发了可重构三维虚拟加工环境建模系统,利用该系统实现了LeadWellLTC系列加工中心的快速建模。LeadWellLTC20AP是卧式加工中心,将其简化为床身、加工舱舱门、导轨、刀座、刀盘、主轴头、尾架、顶尖、支架、控制台等。针对各模块的通用程度我们采取相应的建模策略,如床身、舱门等是该加工中心特有的异型部件,为其单独建模;导轨、刀座、刀盘等对同类机床而言,其外形结构具有很大相似性,因此通过对数据库中类似部件进行修改后重用(若数据库中已有类似);主袖头、尾架、顶尖等则属于通用部件或标准部件,可以直接重用(若数据库中已有相同)。为构建的虚拟加工环境,利用该环境可以对零件进行虚拟加工仿真。-3-3.3.虚拟制造使能技术多通道交互：多通道交互技术主要是通过虚拟现实设备的软硬接口的驱动技术，能够提供非常真实的三维渲染图形加速，并且可用于三维定位跟踪、大面积纹理的可见性现实以及人像分离与多传感信息的融合技术。虚拟环境建模：虚拟环境建模属于图形图像混合建模的技术，能够多细节多层次建模，实现模型的智能剪裁，对场景进行预处理，是现代虚拟制造技术中广泛的应用。数据转换与处理：数据转换主要是将数据文件格式进行转换保存的技术，方便公司企业对产品数据进行管理。网络环境下知识获取与建库：网络环境下的知识获取以及建库技术是依赖于现代互联的虚拟制造技术，能够达到网络化异构知识与数据信息的统一表达，同时也是虚拟网络的分布式节点的方针与协同；并且可以针对虚拟场景的漫游绘制以及网络传输等进行研究。4.虚拟制造的应用虚拟制造在工业发达国家,如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用。在这一领域,美国处于国际研究的前沿。福特汽车公司和克莱斯勒汽车公司在新型汽车的开发中已经应用了虚拟制造技术,大大缩短了产品的发布时间。波音公司设计的777型大型客机是世界上首架以三维无纸化方式设计出的飞机。它的设计成功已经成为虚拟制造从理论研究转向实用化的一个里程碑。在我国,清华大学、北京航空航天大学、哈尔滨工业大学等科研教学单位也已经开展了这一领域的研究工作。当前我国虚拟制造应用的重点研究方向是基于我国国情,进行产品的三维虚拟设计、加工过程仿真和产品装配仿真,主要是研究如何生成可信度高的产品虚拟样机,在产品设计阶段能够以较高的置信度预测所设计产品的最终性能和可制造性。5.虚拟制造技术的发展现状虚拟制造在工业发达国家，如美国、德国、日本等已得到了不同程度的研究和应用，美国处于国际研究的前沿。1983年美国国家标准局提出了“虚拟制造单元”的报告；1993年爱荷华大学的报告“制造技术的虚拟环境”中提出了建立支持虚拟制造的环境；1995年美国标准与技术研究所的报告“国家先进制造实验台的概念设计计划”，强调了分散的、多节点的分散虚拟制造（DVM），即虚拟企业的概念。美国已经从虚拟制造的环境和虚拟现实技术、信息系统、仿真和控制、虚拟企业等方面进行了系统的研究和开发，多数单元技术已经进入实验和完善的阶段。我国在虚拟制造技术方面的-4-研究只是刚刚起步，其研究也多数是在原先的CAD／CAE／CAM和仿真技术等基础上进行的，目前主要集中在虚拟制造技术的理论研究和实施技术准备阶段，系统的研究尚处于国外虚拟制造技术的消化和与国内环境的结合上。6.小结发展我国虚拟制造技术应以企业的需求为动力，通过政府协调，积极开展成组技术、准时化生产技术及并行工程的研究与应用，利用工业工程思想和分布式网络化研究，组织各地区的科研力量集中突破与虚拟制造技术密切相关技术，为虚拟制造功能的实现提供有力支撑。基于产品的数字化模型,应用先进的系统建模和仿真优化技术,虚拟制造实现了从产品的设计、加工、制造到检验全过程的动态模拟,并对企业的运作进行了合理的决策与最优控制。虚拟制造以产品的软模型(SoftPrototype)取代了实物样机,通过对模型的模拟测试进行产品评估,能够以较低的生产成本获得较高的设计质量,缩短了产品的发布周期,提高了企业生产效率.企业的生产因为虚拟制造技术的应用而具有了高度的柔性化和快速的市场反应能力,因而市场竞争能力大大增强。