7.3 虚拟制造（课件）《现代制造技术基础》同步精品课堂（苏教版·凤凰职教）

江苏凤凰教育出版社 同步精品课程（中职专业课） 《现代制造技术基础》 模块7 其他先进制造技术 单元3 虚拟制造 学习目标 知识目标 了解虚拟制造的体系结构和运行特征及其在制造业中的应用，了解VR、AR、MR 和 XR 的区别。理解虚拟制造的概念、分类和特点。 能力目标 能够归纳虚拟制造区别于传统制造的四大特点，并用于分析解决实际问题。 情感目标 通过本节知识学习感受虚拟制造“绿色、低碳、敏捷”的价值取向，树立“技术—环境—人文”协调发展的工程伦理意识；培养严谨、负责、敬畏质量的科学精神。 0000 模块7 其他先进制造技术 导入： 01 根据视频内容 1.分组讨论虚拟制造对制造业发展有何意义。2.在3分钟的时间内，以小组为单位分别写下“虚拟制作”的 3 个特点及3个应用领域。 导入 01 新知学习 02 01 虚拟制造概述 02 虚拟制造的体系结构和运行特征 03 虚拟制造的工业应用 CONTENTS 目录 虚拟制造概述 01 (一)虚拟制造的概念 虚拟制造(Virtual Manufacturing，VM)技术是在20世纪90年代以后，虚拟现实(Virtual Reality，VR)技术发展成熟以后出现的一种全新的先进制造技术。 新知学习 02 一个在计算机网络及虚拟现实环境中完成的，利用制造系统各层次及不同侧面的数学模型，对包括设计、制造、管理和销售等各个环节的产品全生命周期的各种技术方案和技术策略进行评估和优化的综合过程。 (二)虚拟制造技术 新知学习 02 虚拟制造技术(Virtual Manufacturing Technology，VMT)是由多学科先进知识形成的综合系统技术，是以计算机仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、产品制造成本、产品的制造性，从而更有效、更经济灵活地组织制造生产，使工厂和车间的资源得到合理配置，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、生产效率的最高化。 (三)虚拟制造系统 虚拟制造系统(Virtual Manufacturing System，VMS)是基于虚拟制造技术实现的制造系统，是现实制造系统RMS(Real Manufacturing System)在虚拟环境下的映射。 VMS生产的产品是可视的虚拟产品，是一个数字化产品，它具有真实产品所必须具有的特征，并具有动态结构决策、控制、调度及管理等机制。 新知学习 02 虚拟制造技术和虚拟制造系统涉及整个产品开发和制造过程的方方面面，对于产品来说，涉及整个产品生命周期的各个方面，对于制造过程来说，涉及整个工厂的各个方面。 (四)虚拟制造的分类 新知学习 02 分类 以设计为中心的虚拟制造 以生产为中心的虚拟制造 以控制为中心的虚拟制造 (五)虚拟制造的特点 新知学习 02 2 3 1 虚拟制造是实际制造过程在计算机上的映射和本质表现 虚拟制造虽然不是实际的制造，但却实现实际制造的本质过程 产品设计与制造是在虚拟环境下进行的 4 可使分布在不同地点、不同部门的不同专业人员在同一个产品模型上协同工作 (五)虚拟制造的特点 新知学习 02 【知识拓展】VR、AR、MR、XR的概念 新知学习 02 1.虚拟现实(VR) 2.增强现实(AR) 3.混合现实(MR) 4.扩展现实(XR) 虚拟现实(Virtual Reality)，又称计算机模拟现实，是指由计算机生成3D内容，为用户提供视觉、听觉等感官来模拟现实，具有很强的“临场感”和“沉浸感”。 增强现实(Augmented Reality)，是对现实世界物理环境的实时、直接或间接观察。通过计算机等科学技术，实现虚拟信息超越现实的感官体验，将真实环境与虚拟物体叠加在同一画面中。 混合现实(Mixed Reality)，将真实世界和虚拟世界融合在一起，产生了新的可视化环境，并且“实时”实现。在现实世界、虚拟世界和用户之间搭起了一个交互反馈的信息回路，增强用户体验的真实感。 扩展现实(Extended Reality)，是指计算机技术与可穿戴设备产生的所有真实和虚拟环境的结合以及人机交互。XR通过数字化来增强我们的感官，以此来融合世界。 【知识拓展】VR、AR、MR、XR的区别 新知学习 02 VR AR MR XR 能让人完全沉浸在虚拟环境中。 能创建一个叠加在虚拟内容的世界，但不能与真实环境交互。 虚拟与现实的混合体，能创造出可以与真实环境交互的虚拟物体。 包括三种“现实”(AR/VR/MR)的术语。 虚拟制造的体系结构和运行特征 02 (一)虚拟制造体系结构 清华大学国家CIMS工程技术中心提出的虚拟制造体系结构，它是一个基于PDM集成的虚拟加工、虚拟生产和虚拟企业的系统框架结构，归纳出虚拟制造的目标决策支持产品的： 新知学习 02 “可制造性” “可生产性” “可合作性” (一)虚拟制造体系结构 新知学习 02 虚拟制造事实上研究的是产品的可制造性。 可制造性是指所设计的产品的可加工性和可装配性。 可生产性是指企业在已有资源的约束下，如何优化生产计划和调度，以满足市场或顾客的要求。虚拟制造还为企业动态联盟的“可合作性”提供支持。 (二)虚拟加工平台的内容 新知学习 02 内容 B E C D A 基于产品技术复合化的产品设计与分析 基于仿真的零部件制造设计与分析 基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验——虚拟加工、虚拟机器人等 产品虚拟装配 材料加工成形仿真 (三)虚拟制造的关键技术 新知学习 02 虚拟制造的实现主要依赖于CAD/CAM/CAE和虚拟现实等技术。 一般可以归结为两个方面： 侧重于计算机及虚拟现实的技术 侧重于制造应用的技术 (三)虚拟制造的关键技术 新知学习 02 1.虚拟现实技术 虚拟现实系统是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，包括操作者、机器和人机接口三个基本要素。 自主性 交互性 沉浸感 虚拟现实系统的特征 (三)虚拟制造的关键技术 新知学习 02 2.制造系统建模 制造系统是制造工程及所涉及的硬件和相关软件组成的具有特定功能的一个有机整体。 设备模型 产品模型 工艺模型 (三)虚拟制造的关键技术 新知学习 02 3.虚拟产品开发 虚拟产品开发又称产品的虚拟设计和数字化设计。 实体建模 虚拟产品开发 仿真 (三)虚拟制造的关键技术 新知学习 02 4.制造过程仿真 制造过程仿真可分为制造系统仿真和具体的生产过程仿真。 具体生产过程仿真 加工过程仿真 装配过程仿真 检测过程仿真 (三)虚拟制造的关键技术 新知学习 02 5.可制造性评价 虚拟制造的根本目的就是要精确地进行产品的可制造性评价，以便对产品开发和制造过程进行改进和优化。 加工成本 生产效率 产品质量 M1 M2 M4 M3 技术可行性 虚可制造性评价主要包括： 虚拟制造的工业应用 03 (一)虚拟制造对制造业产生的效益 新知学习 02 提供关键的设计信息和管理策略对生产成本、周期以及生产能力的影响信息，以取得产品性能与制造成本、生产进度和风险之间的平衡，做出正确的设计和管理决策。 提高生产过程开发的效率，可以按照产品的特点优化生产系统的设计。 通过生产计划的仿真，优化资源的利用，缩短生产周期，实现柔性制造和敏捷制造，降低生产成本。 可以根据用户的要求修改产品设计，及时报价、保证交货期。 1 2 3 4 (二)虚拟制造在航空航天领域的应用 新知学习 02 航天训练 航天环境控制与生命保障工程设计 航天器控制 航天工效学 (二)虚拟制造在航空航天领域的应用 新知学习 02 1.虚拟现实技术在航天训练中的应用 虚拟训练器作为传统飞行训练模拟器的补充或替代，可对乘员进行操作技能训练、乘员间协同作业，甚至包括维修训练、舱外活动、交会对接等多种训练。 (二)虚拟制造在航空航天领域的应用 新知学习 02 2.虚拟现实技术在航天环境控制与生命保障工程设计中的应用 在航天服和环境生保系统的设计与研制中，可利用VR 技术进行原理设计、逻辑验证及模型的仿真。设计者通过与设计的虚拟交互，不仅可及时观察到所设计部件的整体结构与外形，而且还能够及时改进设计中的原理或功能性缺陷，从而提高设计与研制效率。 新知学习 02 控制系统的弹(箭)设备的工作状况直接关系到整个火箭飞行实验的成败，所以对这些设备的监控始终都是地面测发控系统的重要工作内容。 (二)虚拟制造在航空航天领域的应用 3.虚拟现实技术在航天器控制上的应用：控制系统弹（箭）设备监控 控制系统弹（箭）设备监控 新知学习 02 将虚拟现实技术应用到控制系统模飞过程中，可以通过三维动画实时显示火箭模型在飞行程序的控制下如何实现制导飞行和姿态控制。 通过软件设计可以模拟火箭飞行中可能遇到的各种现象，全面考验飞行程序的适应能力，并可将控制系统的所有飞行动作以具体的画面表现出来，从而在一定的程度上避免了飞行数据判读中出现的漏判、误判现象。 (二)虚拟制造在航空航天领域的应用 3.虚拟现实技术在航天器控制上的应用：控制系统飞行仿真 (二)虚拟制造在航空航天领域的应用 新知学习 02 4.虚拟现实技术在航天工效学中的应用 飞船座舱结构设计 仪表显示和座舱照明 飞船人工控制设计 报警系统设计 航天员工作负荷的评价 目前，VR技术在航天工效学的所有研究领域均能应用，但主要集中在： 课堂小结 03 本节课学习了虚拟制造，主要包括虚拟制造的概念、分类、特点，虚拟制造体系结构，虚拟加工平台的内容，虚拟制造的关键技术，虚拟制造的工业应用；通过学习应了解虚拟制造的体系结构、运行特征及其在制造业中的应用，了解VR、AR、MR 和 XR 的区别，理解虚拟制造的概念、分类和特点，并能够归纳虚拟制造区别于传统制造的四大特点，并用于分析解决实际问题。 小试牛刀 填空： (1)虚拟制造系统是基于 实现的制造系统，是 在 的映射。 (2)虚拟制造可分为： 、 、 。 (3)制造系统模型主要包括 、 、 等。 1.知识抢答闯关 小试牛刀 填空： (4)虚拟制造的目标是对产品 、 和 的决策支持。 (5)虚拟现实系统的特征有： 、 、 。 (6)虚拟现实系统包括 、 和 三个基本要素。 1.知识抢答闯关 小试牛刀 判断： (7)虚拟企业是指已采用虚拟制造技术的企业。 (8)虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现。 简答： (9)VR、AR的区别。 (10)MR、XR的区别。 1.知识抢答闯关 2.点评计分 小组 名次 小试牛刀 作业布置 04 随着元宇宙概念升温，有人提出“XR 将取代 VM 成为新一代制造范式”。请针对这一观点，搜集资料分析VM 与 XR 的核心目标是否一致？二者是替代、融合还是互补关系？ 感谢观看 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $