【文章內(nèi)容簡介】 機(jī)從設(shè)計(jì)到原型制造一般需要多則十年，少則七八年，采用了全新的并行產(chǎn)品定義的概念，實(shí)現(xiàn)了五年從設(shè)計(jì)到一次試飛成功的目標(biāo)。波音實(shí)施并行工程的主要方法和技術(shù)有：l 按飛機(jī)的部件組成了 200多個(gè)集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)l 通過并行產(chǎn)品定義（ CPD）技術(shù)，實(shí)施改進(jìn)的產(chǎn)品開發(fā)流程l 大量應(yīng)用 CAD/CAM技術(shù)，做到無圖紙生產(chǎn)l 應(yīng)用仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)三、并 行 工 程 Advanced Manufacturing Technology 先進(jìn)制造新概念先進(jìn)制造新概念1 智能制造2 敏捷制造3 并行工程4 虛擬制造5 快速原型技術(shù)6 綠色制造7 先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工技術(shù)虛擬裝配技術(shù) 虛擬車間技術(shù) 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工技術(shù) 早在 20世紀(jì) 60年代，數(shù)控機(jī)床就已經(jīng)獲得了應(yīng)用。 70年代就有了自動(dòng)編程技術(shù) APT。 70年代后期 CAD也獲得了廣泛的的錯(cuò)誤率應(yīng)用。但是實(shí)現(xiàn) CAD和 CAM的集成是一種始終復(fù)雜的工作。所以在實(shí)際的制造系統(tǒng)中，經(jīng)過 CAD/CAM的零件，在正式加工之前，一般要進(jìn)行試切這一步驟。試切的過程也就是 CAD/CAM/ NC系統(tǒng)生成的 NC程序的檢驗(yàn)過程。隨著 NC編程的復(fù)雜化， NC代碼也越來越高。如果 NC程序生成不正確，就會(huì)造成過切、少切，或加工出廢品，也可能發(fā)生零件與刀具，刀具與夾具，刀具與工作臺(tái)的干涉和碰撞，這顯然是十分危險(xiǎn)的。傳統(tǒng)的試切時(shí)采用塑模、臘?；蚰灸Ｔ趯Ｓ迷O(shè)備上進(jìn)行的。這不但浪費(fèi)人力物力，而且延緩了生產(chǎn)周期，增加了產(chǎn)品開發(fā)成本，降低了生產(chǎn)效率，極大影響系統(tǒng)性能。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工 是實(shí)際加工在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，一般采用三維實(shí)體仿真技術(shù)。在三維實(shí)體仿真軟件 (亦稱為加工過程仿真器 )的支持下，以 NC代碼為驅(qū)動(dòng)，數(shù)控指令翻譯器對(duì)輸入的Nc代碼進(jìn)行語法檢查、翻譯。根據(jù)指令生成相應(yīng)的刀具掃描體，并在指令的驅(qū)動(dòng)下，對(duì)刀具掃描體與被加工零件的幾何體進(jìn)行求交運(yùn)算、碰撞干涉檢查、材料切除等，并生成指令執(zhí)行后的中間結(jié)果，所有這些虛擬加工過程均可以在計(jì)算機(jī)屏幕上通過三維動(dòng)回顯示出來。指令不斷執(zhí)行，每一條指令的執(zhí)行結(jié)果均可保存，以便查驗(yàn)，直到所有指令執(zhí)行完畢，虛擬加工任務(wù)結(jié)束。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工過程仿真器應(yīng)包括以下幾個(gè)主要的功能模塊 (1)幾何建模 ?？蛇M(jìn)行加工中心設(shè)備的幾何建模，包括簡單體宏定義和裝配以形成構(gòu)成加工中心設(shè)備的主軸 (箱 )、工作臺(tái)、換刀機(jī)械手、導(dǎo)軌及其他部分幾何模型，可對(duì)簡單零件和毛坯進(jìn)行幾何建棋或從其他 cAD／ cAPP／ cAM系統(tǒng)轉(zhuǎn)換零件的幾何模型，可實(shí)現(xiàn)工件毛坯及夾具在拖盤上的裝夾定義。 (2)機(jī)床定義 。對(duì)機(jī)床幾何模型賦予加工鈾、刀庫、主軸、工作臺(tái)等邏輯定義。 (3)刀庫定義 。可對(duì)鏗、銑、鉆、車削等用的各類刀具參數(shù)進(jìn)行定義和管理。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology (4)加工任務(wù)設(shè)置。 包括刀庫定義、工件裝夾、零偏設(shè)置、 NC代碼加載等。 (5)Nc代碼翻譯轉(zhuǎn)換。 可支持多種控制器的 Nc代碼解釋，不僅可提取出驅(qū)動(dòng)加工中心設(shè)備模型運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)，而且可提取各種加工狀態(tài)信息和工步信息，以支持工件材料切除的計(jì)算。 (6)加工過程仿真。 用動(dòng)畫展現(xiàn)加工過程中材料切除的過程和設(shè)備的工作狀態(tài)，并支持 Nc代碼窗口調(diào)試能力，檢查刀具與夾具和工作臺(tái)的碰撞及過切、少切現(xiàn)象．檢查無效的 NC代碼動(dòng)作、進(jìn)給和切削用量的合理性。 (7)成品檢驗(yàn)。 對(duì)加工后的工件幾何模型進(jìn)行各種測(cè)量。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工 —— 數(shù)控機(jī)床的幾何建摸 機(jī)械設(shè)備的幾何建模包括零件的幾何建模和設(shè)備的幾何建摸。在單個(gè)零件的幾何建模方面，一般以 csG和 B—rep 表示或兩者的混合表示為基礎(chǔ)。建模方法中有簡潔易行的平掃法、回轉(zhuǎn)法，還有特征造型和參數(shù)化造型方法。在機(jī)械設(shè)備建模方面，一般采用兩種方法來表示裝配體中組成元件之間的相互關(guān)系。一類是宜接存儲(chǔ)元件之間的相互位置信息，如齊次變換矩陣 35一種方法是只存儲(chǔ)組件之間的配合、連接等裝配信息。對(duì)數(shù)控機(jī)床的幾何表示目前還沒有一個(gè)較為治確酌模型，數(shù)控機(jī)床有它自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，它的幾何模型既要適應(yīng)加工過程中的快速顯示，又要便于描述它的運(yùn)動(dòng)，建立它的運(yùn)動(dòng)模型。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工 —— 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和刀具管理 目前，機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法很多，但對(duì)于數(shù)控機(jī)床的仿真運(yùn)動(dòng)模型的描述研究還比較少。對(duì)于刀具的管理，目前已有一些研究．主要集中在刀庫存儲(chǔ)管理、刀具標(biāo)準(zhǔn)化、刀具的加工設(shè)置、對(duì)刀具員優(yōu)化加工條件、刀具在刀架上的排列和刀具的磨損監(jiān)控等何題，人們也作了研究。雖然刀具涉及的問題報(bào)復(fù)雜，但針對(duì)具體情況提出的理論和方法往往是有效的。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工 —— 數(shù)控程序約分析處理 Nc代碼翻譯器用于指揮虛擬機(jī)床的動(dòng)作和狀態(tài)，機(jī)床的一切動(dòng)作和狀態(tài)都要受 NC代碼翻譯器的控制。 20世紀(jì) 70年代以來，隨著數(shù)控圖形編程和實(shí)體顯示技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì) Nc代碼翻譯器的需求也日益強(qiáng)烈。目前的 Nc代碼翻譯器為專用翻譯器，即只適用于其一類數(shù)控系統(tǒng)。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬加工 —— 運(yùn)動(dòng)物體的碰撞檢測(cè)和加工件的逐步成形 運(yùn)動(dòng)物體的幾何碰撞十涉檢驗(yàn)算法的研究在圖形學(xué)、起動(dòng)物體仿真和規(guī)劃，以及制造系統(tǒng)的編程與控制中占據(jù)著極其重要的地位。碰撞檢測(cè)算法一般可根據(jù)其采用的表示模型來劃分。成形的算法大都是以 B— ， eP幾何表示模型為基礎(chǔ)的，碰撞檢測(cè)是由連續(xù)的表面和形體的相交測(cè)試來實(shí)現(xiàn)的。顯然，這種算法計(jì)算時(shí)間取決于物體表而的數(shù)量，運(yùn)算效率比較低。為了提高效率．人們?cè)诎瞬鏄涞幕A(chǔ)上提出一種快速算法和以層次球狀為基礎(chǔ)的碰撞檢驗(yàn)算法。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬裝配技術(shù) 裝配是產(chǎn)品開發(fā)活動(dòng)中最具影響力的一個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)代產(chǎn)品的競爭是性能、質(zhì)量、價(jià)格、上市時(shí)間、外觀形狀、售后服務(wù)等多種因素的綜合競爭，所有這些因素?zé)o不與裝配存在密切聯(lián)系。產(chǎn)品的質(zhì)量是由設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)擬定的，由制造階段提供保證，并由裝配階段具體落實(shí)的。裝配質(zhì)量的好壞直接反映在產(chǎn)品的性能、質(zhì)量上。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 20世紀(jì) 90年代， 并行工程 (CE)和 虛擬制造 (VM)技術(shù)的興起導(dǎo)致了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的廣義化，許多處于下游階段的活動(dòng)如制造、裝配、測(cè)試、質(zhì)量控制等都可望在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)并行考慮。在此背景下，裝配設(shè)計(jì)范圍自然擴(kuò)展為產(chǎn)品生命周期中與裝配有關(guān)的各種活動(dòng)。從這個(gè)意義上講，產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、裝配公差分析與綜合、裝配工藝規(guī)劃 (APP)、裝配系統(tǒng)規(guī)劃 (ASP)等，均應(yīng)是廣義的裝配設(shè)計(jì)范圍，實(shí)際上，它是一種基于三維數(shù)字模型的集成化裝配設(shè)計(jì)，亦稱為 虛擬裝配。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬裝配技術(shù)的內(nèi)涵 虛擬裝配是虛擬產(chǎn)品開發(fā)過程中至關(guān)重要的一環(huán)，是一項(xiàng)涉及到零部件構(gòu)型與布局、材料選擇、裝配工藝規(guī)劃、公差分析與綜合等眾多內(nèi)容的復(fù)雜、綜合性工作，其作用和地位可歸結(jié)為如下幾個(gè)方面， (1)擬定結(jié)構(gòu)方案，優(yōu)化裝配結(jié)構(gòu)。 這是裝配設(shè)計(jì)的外在表現(xiàn)，裝配設(shè)計(jì)的基本任務(wù)是從原理方案出發(fā)在各種因隸制約下尋求裝配結(jié)構(gòu)的員優(yōu)解，由此擬定裝配草圖。 (2)改進(jìn)裝配性能，降低裝配成本。 基本要求是確保產(chǎn)品的軍部件能夠裝配到位；進(jìn)一步的要求是確保產(chǎn)品裝配能夠比較容易實(shí)現(xiàn)，即裝配成本盡可能低廉。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology (3)產(chǎn)品可制造性的基礎(chǔ)和依據(jù)。 制造的最終目的是能夠形成滿足用戶要求的產(chǎn)品，考慮可裝配性必須先于可制造性一旦離開了產(chǎn)品可裝配這一前提，談?wù)摽芍圃煨员闶呛翢o意義的，因而虛擬裝配是產(chǎn)品可制造性的出發(fā)點(diǎn)。 (4)產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)的技術(shù)支持和保障。 產(chǎn)品并行設(shè)計(jì)是讓下游有關(guān)活動(dòng)盡早融匯到上游的過程中來，使下游的有關(guān)因素能在設(shè)計(jì)早期加以考慮。這種融匯是通過諸如 DFx等技術(shù)來具體實(shí)現(xiàn)和保證的，裝配在生產(chǎn)過程中的支配地位確定了虛擬裝配的龍頭作用。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬裝配的定義 為：虛擬裝配是裝配過程在計(jì)算機(jī)上的本質(zhì)實(shí)現(xiàn)，是基于產(chǎn)品的數(shù)字化實(shí)體模型，在計(jì)算機(jī)上分析與驗(yàn)證產(chǎn)品的裝配性能及工藝過程，從而提高產(chǎn)品的可裝配性。裝配在此有雙重合義，一是由零部件組成的好態(tài)的裝配體，二是該裝配體的形成過程。 虛擬裝配以裝配對(duì)象 (產(chǎn)品及其零部件 )的三維實(shí)體模型為基礎(chǔ)，通過虛擬的實(shí)體模型在計(jì)算機(jī)上仿真裝配操作的全過程，進(jìn)行裝配操作及其相關(guān)特性的系統(tǒng)分析，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)劃，并得到能指導(dǎo)實(shí)際裝配操作的工藝文件。它是實(shí)際裝配過程在虛擬環(huán)境下的映射，因此，從本質(zhì)上講，虛擬裝配就是要在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，利用計(jì)算機(jī)裝配出 “虛擬產(chǎn)品 ”，以可視化方式驗(yàn)證、展示和完善產(chǎn)品及其零部件的可裝配性。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 作為一個(gè)新興研究領(lǐng)域，虛擬裝配實(shí)際上是多種技術(shù)的結(jié)合，其發(fā)展與 產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法學(xué) 、 可視化技術(shù) 、 仿真技術(shù) 、決策技術(shù) 、 裝配和制造技術(shù) ，以及 裝配和制造設(shè)備 的發(fā)展等等緊密相關(guān)。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 裝配信息建模從虛擬制造 (VM)和虛擬產(chǎn)品開發(fā) (VPD)的觀點(diǎn)來看，裝配模型應(yīng)該是一種集成化的信息模型，原則上支持面向全生命周期產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中與裝配有關(guān)的所有活動(dòng)和過程，包括產(chǎn)品定義、生產(chǎn)規(guī)劃和過程仿真中與裝配相關(guān)的各個(gè)子過程。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 裝配模型的信息組成 建立產(chǎn)品裝配模型的目的是為面向裝配的產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供信息來源和存取機(jī)制。裝配模型不僅要處理設(shè)計(jì)系統(tǒng)的輸入信息，還應(yīng)能處理設(shè)計(jì)過程的中可信息和結(jié)果信息，因此裝配模型信息應(yīng)隨設(shè)計(jì)過程的推進(jìn)而逐漸豐富和完善。 裝配模型信息主要由 6個(gè)方面的內(nèi)容組成 : 管理信息； 幾何信息；拓?fù)湫畔ⅲ? 工程語義信息；裝配工藝信息； 裝配資源信息 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 裝配資源 是用以實(shí)施裝配／拆卸操作的各種工具、夾具和輔具等，它們?cè)谘b配／拆卸操作中對(duì)裝配元件起到夾取、運(yùn)輸、操縱和測(cè)試的作用，在產(chǎn)品生命周期的制造、維護(hù)和回收等環(huán)節(jié)中有著非常重要的意義。 某些情況下，由于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段沒能充分考慮裝配資源這一因素的制約，后續(xù)階段為了實(shí)施產(chǎn)品或部件的裝配／拆卸操作，往往不得不設(shè)計(jì)出專用的工具、夾具或輔具，用以解決遇到的各種問題，這無疑在很大程度上增加了產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)的成本。因此，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)者和裝配工藝規(guī)劃人員必須充分考慮裝配資源的合理配置，才能實(shí)現(xiàn)裝配工藝規(guī)程的員優(yōu)化，保證裝配質(zhì)量和裝配效率，從而降低產(chǎn)品裝配成本和產(chǎn)品的總成本。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 裝配資源建模的目的裝配資源建模的主要目的 ，是為了確定一種機(jī)制，使裝配資源能夠快捷有效地介入、操作和退出，從而為考慮裝配資源約束的裝配工藝規(guī)劃和仿真提供虛擬裝配工作環(huán)境。四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬車間技術(shù) 虛擬車間 定為各種類型的軟件、建模工具及支持在制造領(lǐng)域內(nèi)解決各種問題的方法學(xué)集成的一種隱喻。它保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)在制造階段的成功實(shí)施，是一個(gè)計(jì)劃 仿真 優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的過程，具有設(shè)計(jì)、測(cè)試、分析、優(yōu)化生產(chǎn)布局、生產(chǎn)線的可靠度的能力，實(shí)現(xiàn)快速、低成本、高質(zhì)量地完成所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的制造生產(chǎn)。他研究如何在企業(yè)已有資源的約束下，進(jìn)行生產(chǎn)環(huán)境的布局及設(shè)備集成、企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃及調(diào)度的優(yōu)化、基于虛擬樣機(jī)的工藝規(guī)劃及生產(chǎn)過程仿真等研究。 四、虛 擬 制 造 Advanced Manufacturing Technology 虛擬車間 研究的內(nèi)容包括