【正文】 TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 一、虛擬制造技術(shù)概述 ?虛擬制造與實(shí)際制造之間的第二層關(guān)系： ?虛擬制造是對(duì)實(shí)際制造活動(dòng)的抽象．即虛擬制造是建立在實(shí)際制造過程數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)之上的。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 68 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 二、虛擬制造的分類 ?可將它們分別歸類為三種類型的虛擬制造 ?以 設(shè)計(jì) 為中心的虛擬制造 ?以 生產(chǎn) 為中心的虛擬制造 ?以 控制 為中心的虛擬制造 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 69 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 二、虛擬制造的分類 ?1. 以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造 ?整個(gè)設(shè)計(jì)過程是在一種虛擬環(huán)境中進(jìn)行的。由于采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，通過高性能、智能化的仿真環(huán)境，可以使用戶達(dá)到高度的真實(shí)化。使用某些數(shù)字化仿真的工具，可使操作者與虛擬仿真環(huán)境有著全面的感官接觸與交融，使操作者有身臨其境之感，從而可以直接感受所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能、功能并不斷加以修正，盡可能使產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就能達(dá)到一種真正的性能優(yōu)化、功能優(yōu)化和可制造性優(yōu)化。此外還可通過快速原型系統(tǒng)輸出設(shè)計(jì)的產(chǎn)品原型，進(jìn)一步設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估和修改。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 70 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 二、虛擬制造的分類 ? ? 它涉及虛擬制造平臺(tái)和虛擬生產(chǎn)平臺(tái)乃至虛擬企業(yè)平臺(tái)，它貫穿于產(chǎn)品制造的全過程，包括與產(chǎn)品有關(guān)的工藝、工具、設(shè)備、計(jì)劃以及企業(yè)等，通過對(duì)產(chǎn)品制造全過程模型進(jìn)行模擬和仿真，實(shí)現(xiàn)制造方案的快速評(píng)價(jià)以及加工過程和生產(chǎn)過程的優(yōu)化，進(jìn)而對(duì)新的制造過程模式的優(yōu)劣進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。產(chǎn)品制造全過程的模型主要包括虛擬制造環(huán)境下產(chǎn)品／過程模型和制造活動(dòng)模型，這是現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)中的物質(zhì)流和信息及各種決策活動(dòng)在虛擬環(huán)境下的映射。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 71 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 二、虛擬制造的分類 ?3．以控制為中心的虛擬制造 ? 它利用仿真中的加工控制模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品生產(chǎn)周期中的優(yōu)化控制。一般來說，以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造過程為設(shè)計(jì)者提供了產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段所需的制造信息，從而使設(shè)計(jì)最優(yōu)；以產(chǎn)品為中心的虛擬制造過程則主要是在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實(shí)制造環(huán)境的一切活動(dòng)及產(chǎn)品的全過程，對(duì)產(chǎn)品制造及制造系統(tǒng)的行為進(jìn)行預(yù)測和評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程的最優(yōu)；而以控制為中心的虛擬制造過程則更偏重與現(xiàn)實(shí)制造系統(tǒng)的狀態(tài)、行為、控制模式和人機(jī)界面，通過全局最優(yōu)決策的理論和技術(shù)，突破企業(yè)的有形界限和延伸制造企業(yè)的功能。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 72 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 三、 虛擬制造的應(yīng)用 虛擬制造在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如美國、德國、日本等已得到了不同程度的研究和應(yīng)用。在這一領(lǐng)域，美國處于國際研究的前沿。福特汽車公司和克萊斯勒汽車公司在新型汽車的開發(fā)中已經(jīng)應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)，大大縮短了產(chǎn)品的發(fā)布時(shí)間。波音公司設(shè)計(jì)的 777型大型客機(jī)是世界上首架以三維無紙化方式設(shè)計(jì)出的飛機(jī)，它的設(shè)計(jì)成功，已經(jīng)成為虛擬制造從理論研究轉(zhuǎn)向?qū)嵱没囊粋€(gè)里程碑。圖 的虛擬制造三維圖。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 73 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 三、 虛擬制造的應(yīng)用 ?在我國，清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等科研教學(xué)單位也已經(jīng)開展了這一領(lǐng)域的研究工作。當(dāng)前我國虛擬制造應(yīng)用的重點(diǎn)研究方向是基于我國國情，進(jìn)行產(chǎn)品的三維虛擬設(shè)計(jì)、加工過程仿真和產(chǎn)品裝配仿真，主要是研究如何生成可信度高的產(chǎn)品虛擬樣機(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段能夠以較高的置信度預(yù)測所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的最終性能和可制造性。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 74 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ?虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配，可以驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)和操作的正確性，及早發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對(duì)模型進(jìn)行修改，并通過可視化顯示裝配過程。虛擬裝配系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)人員考慮可行的裝配序列，自動(dòng)生成裝配規(guī)劃。虛擬裝配系統(tǒng)包括數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作模擬等。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 75 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ? 1．裝配結(jié)構(gòu)模型 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 76 頁 裝配 體 子裝配體 1 零件 1 零件 6 零件 2 零件 7 零件 5 零件 4 零件 3 子裝配體 2 子裝配體 3 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ?在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，裝配結(jié)構(gòu)模型的作用主要是： ? (1)裝配結(jié)構(gòu)的層次模型，可以支持并行裝配，若干個(gè)子裝配體可以分別裝配，再進(jìn)行整體裝配，從而提高裝配的效率。 ? (2)快速了解裝配體的基本構(gòu)成，定制產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)面向客戶化的產(chǎn)品配置?？梢约尤胍欢ǖ呐渲脳l件，根據(jù)用戶提出的條件，快速重組產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 ? (3)構(gòu)造裝配 BOM（物料表）。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹為 BOM表的生成提供了基本數(shù)據(jù)來源。 ? (4)產(chǎn)品預(yù)裝配規(guī)劃的信息來源，按照這些信息進(jìn)行裝配序列規(guī)劃。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 77 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ?2．裝配約束關(guān)系 ?面貼合 —— 兩個(gè)面的法矢方向相反，兩個(gè)面位于同一面上，擴(kuò)展到圓柱面（即孔軸裝配）是指其軸線對(duì)齊，半徑相等；沿徑向的法矢方向相反。 ?面對(duì)齊 —— 兩個(gè)面的法矢方向相同，兩個(gè)面位于同一面上，擴(kuò)展到圓柱面是指其軸線對(duì)齊，半徑相等。 ?面貼合 —— 兩個(gè)面的法矢方向相反，兩個(gè)面位于同一面上，擴(kuò)展到圓柱面（即孔軸裝配）是指其軸線對(duì)齊，半徑相等；沿徑向的法矢方向相反。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 78 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ?面對(duì)齊 —— 兩個(gè)面的法矢方向相同，兩個(gè)面位于同一面上，擴(kuò)展到圓柱面是指其軸線對(duì)齊，半徑相等。 ?線對(duì)齊 —— 孔軸類的中心軸線在同一直線上。 ?度 —— 兩個(gè)物體的一對(duì)表面法矢相差一個(gè)角度。 ?距離 —— 兩個(gè)平行的線、兩個(gè)平行的面以及兩個(gè)平行的線面之間的距離。 ?對(duì)稱 —— 兩個(gè)物體關(guān)于參考對(duì)象的對(duì)稱裝配。 ?相切 —— 兩個(gè)物體相切接觸的裝配。 ?組合 —— 上述約束的組合。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 79 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ?3．電子裝配過程 ?(1)建立裝配結(jié)構(gòu)樹：裝配結(jié)構(gòu)樹是按照層次鏈接節(jié)點(diǎn)建立的。由用戶交互指定一個(gè)零件或子裝配體，鏈接到某個(gè)節(jié)點(diǎn)下面，構(gòu)成了裝配關(guān)系。用戶可以先不考慮具體的幾何約束，將所有的零部件鏈接到裝配樹上。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信息包括了零件的幾何信息以及它的父節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)指針，但是不包含零件之間的約束關(guān)系。由此建立起產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。 ? (2)施加定位約束：通過添加幾何關(guān)系約束零件的位置和方位。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 80 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 ?4．虛擬裝配過程 ?主要包括 5個(gè)基本步驟 ? (1)確定裝配零件和基準(zhǔn)零件：對(duì)于屏幕上有 M個(gè)零件的環(huán)境，需要裝配約束的零件一次只能選定一對(duì)，稱為零件對(duì)。為了識(shí)別和操作零件對(duì)的方便，假定相對(duì)固定的零件稱為基準(zhǔn)零件，可移動(dòng)的零件稱為裝配零件。用戶用手移動(dòng)零件（裝配零件），使它靠近另一個(gè)零件，系統(tǒng)會(huì)高亮顯示該零件，并由用戶確認(rèn)，一旦確認(rèn)，該零件即為基準(zhǔn)零件。否則繼續(xù)尋找基準(zhǔn)零件。 ? (2)放置裝配零件到大致位置：將裝配零件放到基準(zhǔn)零件上。識(shí)別裝配零件與基準(zhǔn)零件之間的面配合約束，一旦識(shí)別出來以高亮醒目顯示，并由用戶確認(rèn)。 ? 。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 81 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 ? (3)確定配合特征對(duì)：在初步定位之后，系統(tǒng)要進(jìn)行配合特征對(duì)的識(shí)別。有些特征對(duì)還帶有子特征，需要識(shí)別特征及子特征對(duì)，并判別特征對(duì)是否可匹配。 ? (4)建立特征元素對(duì)之間的約束：特征對(duì)確定后，特征對(duì)相應(yīng)的特征元素之間的約束關(guān)系被確定。這主要是為裝配建模提供約束信息，同時(shí)將裝配零件上的特征可允許動(dòng)作映射到裝配零件上。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 82 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 虛擬裝配過程 ?(5)建立零件之間的約束：裝配過程的結(jié)束，可以隨操作過程結(jié)束而終止，也可由用戶抓握一個(gè)新的零件而終止。一旦裝配過程即將結(jié)束，系統(tǒng)自動(dòng)搜集整理已有特征對(duì)的約束，并將其存入裝配約束模型，從而建立起零件之間的約束。 2023/3/22 汽車 數(shù)字化開發(fā)技術(shù) 第 83 頁 規(guī)格嚴(yán)格 功夫到家 （威海） HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY SCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING 汽車工程學(xué)院 演講完畢，謝謝觀看！