虚拟样机技术(1)
制造业工程设计创新的关键技术与案例
制造业工程设计创新的关键技术与案例制造业工程设计是制造业发展的核心环节之一。
在竞争激烈的市场中，制造企业需要不断创新，提高产品质量、降低成本、缩短生产周期，以适应市场需求的快速变化。
本文将介绍一些制造业工程设计创新的关键技术，并分享一些成功案例。
一、虚拟样机技术虚拟样机技术是一种基于计算机仿真的设计方法，它可以在产品实际制造之前，通过模拟和分析产品的运行过程，提前发现并解决潜在的问题。
虚拟样机技术可以大大缩短产品开发周期，降低产品开发成本。
例如，某汽车制造企业通过虚拟样机技术，可以在产品实际制造之前对车身强度进行分析和验证，避免了产品设计中的缺陷，提高了产品质量。
二、数字化工厂数字化工厂是将制造企业内部的生产过程进行数字化管理和控制的一种技术手段。
通过数字化工厂技术，制造企业可以实时掌握生产线上的各种数据，包括生产进度、设备状态、产品质量等，从而实现生产过程的可视化和智能化。
数字化工厂可以提高生产效率、降低资源消耗，有效地管理生产过程中的各种风险。
例如，某电子设备制造企业应用数字化工厂技术，可以通过实时监控设备状态和生产进度，进行远程管理和控制，提高生产效率。
三、智能制造技术智能制造技术是指通过信息技术、物联网等先进技术手段，提高制造业的自动化水平和智能化程度。
智能制造技术可以实现制造过程的智能化、灵活化和定制化，提高产品质量和生产效率。
例如，某食品加工企业引入智能制造技术，可以实现全自动化的生产线，通过感知和分析生产过程中的各种数据，进行实时的质量监控和调整，提高产品的一致性和可追溯性。
四、供应链管理技术供应链管理技术是指通过信息技术和物流管理手段，对供应链中的各个环节进行有效的管理和协调。
供应链管理技术可以帮助制造企业实现原材料采购、生产计划、物流配送等各个环节的优化，提高供应链的效率和响应能力。
例如，某制造企业应用供应链管理技术，通过与供应商建立信息共享平台，实现供应链的实时调度和协同管理，降低了原材料采购成本，提高了产品的交付效率。
虚拟样机技术汇总.ppt
几何建模的预备知识 1、几何体类型 刚体、柔性体、点质量、大地 2、几何体的命名 点质量：POINT_MASS_1 刚体:PART_2
建模前的准备工作 1、工作栅格的设置 2、坐标系的设置 3、单位的设置 4、确定当前所绘几何形体属于：新的构件、向现有 构件添加的几何形体、添加在地基上的几何构件。
第一章 绪论
1、1虚拟样机技术
1、概念：
机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上 20世纪80年代发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。工程师 在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样 机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验。
2、研究范围
主要是机械系统的运动学和动力学分析，其核心是利用计算机辅助分析
技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构件在任
意时刻的位置、速度和加速度，同时，通过求解代数方程组确定引起系
统及其各构性质的分析
1、机械系统的静力学分析：刚性系统 2、机械系统的运动学分析：主要涉及系统及其构件的运 动分析 当机构的自由度=0时,进行运动学分析 3、机械系统的动力学分析：主要涉及由外力作用引起的 系统运动分析 当机构的自由度AMS/Controls：用户可以将基于几何外形的完整的 系统模型，便捷的放到所使用的控制系统设计软件所 定义的框图中。
ADAMS/Flex（柔性分析模块）：提供了ADAMS软 件与其他有基本步骤
机械系统 的建模
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis Mechanical System）软件是美国MDI公司（现已并入 MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件，是目前世 界上最具权威的，使用最广的机械动力学分析软件。
《虚拟样机技术》课件
仿真技术利用计算机对设备、系统或过程进行数字化仿真，使得虚拟样机与真实设备非 常相似。
虚拟样机技术的优点
时间和成本节约
虚拟样机技术可以减少制造原型 的成本和时间。
易于修改和测试
虚拟样机可以轻松地进行修改和 测试，以满足用户要求。
结果准确
虚拟样机可以提供精确的测量结 果，减少了制造失败的可能性。
总结
1 虚拟样机技术的优势
2 虚拟样机技术的未来潜力
虚拟样机技术可以提高制造效率，降低成本， 并且可以轻松地进行修改和测试。
虚拟样机技术将继续发展，更多的应用将出 现，在未来的制造业中扮演着越来越重要的 角色。
参考文献
• 虚拟样机技术在汽车行业中的应用研究，XXX 期刊 • 虚拟样机技术的优缺点分析，XXX 期刊 • 虚拟样机技术的未来发展趋势及应用前景，XXX 期刊
虚拟样机技术
虚拟样机技术是现代制造业中必不可少的工具。这种技术使用虚拟现实和仿 真技术来创建数字化的产品原型，为制造商提供了一种更快、更便宜、更准 确的原型开发方式。
虚拟样机技术的基本原理
1 系统结构
虚拟样机技术由计算机模型、虚拟现实设备和控制器等组成。
2 虚拟现实技术
虚拟样机中的虚拟现实技术可以让用户感受到仿真环境中的真实交互体验。
虚拟样机技术的未来发展趋势
1
增加应用场景
2
虚拟样机技术不仅可以在制造业中使用，
未来还将在医疗、房地产等领域得到广
泛应用。
3
探索新的应用领域
4
虚拟样机技术将继续探索新的应用领域， 如教育和娱乐。
升级技术
虚拟样机技术将会继续进化，包括更快 的处理器、更高的分辨率、更便宜的硬 件设备等。
工业设计中的虚拟样机技术
工业设计中的虚拟样机技术在工业设计领域中，虚拟样机技术正发挥着越来越重要的作用。
虚拟样机技术是指通过计算机软件和硬件模拟真实产品的外观、结构和功能，以便在产品开发过程中进行设计验证、检测和模拟。
本文将介绍虚拟样机技术的优势、应用领域以及未来发展趋势。
一、虚拟样机技术的优势虚拟样机技术相对于传统的物理样机具有以下几个显著的优势。
1. 时间和成本的节省传统的物理样机需要进行制造、组装和测试，耗费宝贵的时间和大量的成本。
而虚拟样机技术只需要在计算机软件中进行模拟和验证，节省了制造样机所需的时间和成本。
2. 设计灵活性和可迭代性虚拟样机技术可以快速生成多个设计方案，并通过模拟和优化来选择最佳设计方案。
设计师可以轻松地对产品进行修改、优化和迭代，不受物理样机制造和测试的限制。
3. 设计评估和决策的可靠性通过虚拟样机技术，设计师可以对产品进行多方面的评估和分析，包括结构强度、运动学、流体力学等。
这使得设计师能够更加准确地评估设计方案的性能和可行性，并作出更加可靠的决策。
二、虚拟样机技术的应用领域虚拟样机技术广泛应用于各个工业设计领域，包括汽车、航空航天、医疗器械、消费电子等。
以下将以汽车工业为例，介绍虚拟样机技术的具体应用。
1. 汽车外观设计虚拟样机技术可以通过建立三维模型和材质贴图等手段，模拟汽车外观设计的效果。
设计师可以在计算机上进行各种细节的调整和修改，包括车身线条、轮毂造型、灯光效果等，以验证设计方案的可行性和吸引力。
2. 汽车结构设计虚拟样机技术可以对汽车结构进行强度分析和优化，以确保车身在各种工况下的强度和安全性。
设计师可以通过模拟车辆在碰撞、翻滚等事故情况下的反应，进行结构的改进和优化，提高汽车的安全性能。
3. 汽车动力系统设计虚拟样机技术可以对汽车动力系统进行模拟和优化，以提高汽车的燃油经济性和性能表现。
设计师可以通过模拟发动机的工作特性、传动系统的效率等，为汽车动力系统的设计和调校提供准确的数据和评估。
虚拟样机技术
第一章绪论1.1虚拟制造产生的背景20世纪中叶以来，以微电子、信息技术为基础，以计算机网络和通信等为核心的信息技术革命，对社会资源配置、经济运行和竞争方式以及人类生活方式产生了深刻的影响，并导致了一场新的产业革命，从而将人类推向以高技术为基础的知识经济时代。
这不仅使过去依赖于自然资源获取高额利润的方式难以维持，更加快了高技术的扩散，缩短了产业与产品的寿命，加快了经济全球化和竞争国际化趋势。
为了适应迅速多变的市场需求，提高竞争力，现代化企业必须解决TQcsE 难题，即以最快的上市速度(T，TimetoMarket)、最好的质量(Q，Quality)、最低的成本(C，eost)、最优的服务(S，Serviee)及清洁的环境(E，Envirolunent)来满足不同顾客的需求。
由于上述问题的存在，给学术界提出了研究课题来解决这些问题。
于是围绕该主题在制造业的各个领域出现了许多新的理论、思想，如在设计领域出现了虚拟设计(VD，Virtualoesi助)、并行工程(eE，eoneurrentEngineering)等等，在制造领域出现了如虚拟制造(VM，VirtualManufacturing)、虚拟企业(VE，VirtUalEnt呷rise)、精益生产(LP，LeanProduetion)、敏捷制造(AM，AgileManufacturing)、绿色制造(GM，GreenManufactunng)等等。
其中计算机虚拟现实(Virttlalrealitx)与机械制造的结合所形成的虚拟制造技术是这些新的制造模式的突出代表，它使古老的机械制造业又焕发出新的勃勃生机。
1.1.1经济的发展是直接动力制造业的发展总是随着整个社会经济的发展而进步。
进入20世纪以后，制造技术的发展大致经历了4个阶段，即手工制造、机器制造、自动化生产线和以信息技术为基础的先进制造技术阶段[2]。
20世纪30年代一60年代，市场上基本上处于供不应求的状况，传统的手工业作坊因生产周期长、生产的产品数量少而难以满足人们的需求，于是美国首先提出了大规模、大批量、流水线生产，制造业逐渐由手工制造进入机器制造和自动化生产线。
虚拟样机技术
1 虚拟样机技术概述
3）虚拟样机技术就是在建立第一台物理样机之前， 设计师利用计算机技术建立机械系统的数学模型，进 行仿真分析并从图形方式显示该系统在真实工程条件 下的各种特性，从而修改并得到最优设计方案的技术。 4）虚拟样机是一种计算机模型，它能够反映实际 产品的特性，包括外观、空间关系以及运动学和动力 学特性。借助于这项技术，设计师可以在计算机上建 立机械系统模型，伴之以三维可视化处理，模拟在真 实环境下系统的运动和动力特性并根据仿真结果精简 和优化系统。
1 虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是许多技 术的综合。它以多体系统运 动学与动力学建模理论及其 技术实现为核心，以仿真为 手段，各种CAX/DFX技术 为工具，它主要包括面向虚 拟样机的建模技术、基于虚 拟样机的仿真技术、针对虚 拟样机的管理技术、各类工 具的集成技术以及VR/人机 界面技术，其技术体系如图 2 所示。
1 虚拟样机技术概述
（2）国内外学者对虚拟样机技术的定义大同小异， 下面是几种有代表性的论述： 1）虚拟样机技术是将CAD建模技术、计算机支持 的协同工作(CSCW)技术、用户界面设计、基于知识的 推理技术、设计过程管理和文档化技术、虚拟现实技 术集成起来，形成一个基于计算机、桌面化的分布式 环境以支持产品设计过程中的并行工程方法 。 2）虚拟样机的概念与集成化产品和加工过程开发 (Integrated Product and Process Development,简称 IPPD)是分不开的。IPPD是一个管理过程，这个过程 将产品概念开发到生产支持的所有活动集成在一起， 对产品及其制造和支持过程进行优化，以满足性能和 费用目标。IPPD的核心是虚拟样机，而虚拟样机技术 必须依赖IPPD才能实现。
1 虚拟样机技术概述
航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术
航空航天产品设计中的虚拟样机模拟技术虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用导语：航空航天领域一直以来都是科技创新的前沿领域之一。
而在产品设计过程中，虚拟样机模拟技术的应用不仅提高了效率，减少了成本，更为产品设计师提供了更多创造性的空间。
本文将探讨虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用。
一、虚拟样机模拟技术的基本原理及特点虚拟样机模拟技术（Virtual Prototype Simulation Technology）是一种将虚拟现实技术与计算机辅助设计（CAD）相结合的应用技术。
通过对产品进行虚拟建模，进行逼真的物理仿真，实现对产品各方面性能的验证和分析。
相比传统的实体样机开发，虚拟样机模拟技术在以下几个方面有着独特的优势：1. 减少成本和时间：通过虚拟样机模拟技术，可以减少对实体样机的依赖，从而节约了开发过程中的资金和时间。
在产品设计的早期阶段，设计师可以通过虚拟样机模拟技术对产品进行多次迭代和修改，从而避免了实体样机的制造和调试所消耗的资源。
2. 提高设计质量：虚拟样机模拟技术可以虚拟呈现产品的形状、结构和工作方式，为设计师提供更加直观、准确的信息。
通过对虚拟样机进行模拟分析和测试，可以发现潜在的问题和不足，及时进行改进和优化，从而提高产品的设计质量。
3. 创新设计空间：虚拟样机模拟技术提供了一种无限制、可自由探索的设计空间。
在虚拟环境中，设计师可以进行多种方案的快速迭代和对比，发现和尝试新的设计理念。
这种创新空间为航空航天产品的设计师带来了更多的发挥创造力和思维的机会。
二、虚拟样机模拟技术在航空航天产品设计中的应用1. 飞行器气动布局设计：在飞行器的气动布局设计中，虚拟样机模拟技术可以对飞行器的气动特性进行模拟和分析。
通过对不同气动布局方案进行虚拟样机模拟，设计师可以评估不同方案的优劣，选择最佳的设计方向。
同时，虚拟样机模拟技术还可以通过分析飞行器的气动性能，指导优化飞行器的外形设计，降低气动阻力，提高飞行器的整体性能。
机械设计中的仿真和虚拟样机技术
虚拟样机技术：在计算机上建立产品的三维模型，进行仿真分析和优化设计
作用：提高产品设计效率，减少物理试验成本，优化产品性能
应用领域：广泛应用于汽车、航空、航天、电子、机械等各个行业
与传统设计方法的区别
仿真和虚拟样机技术可以减少物理原型的制作，降低成本
仿真和虚拟样机技术可以提前发现设计中的问题，提高效率
船舶维护：通过虚拟样机技术对船舶进行维护和维修，提高维修效率和准确性
机械装备
汽车行业：仿真和虚拟样机技术用于汽车设计和制造，提高效率和准确性
航空航天行业：仿真和虚拟样机技术用于飞机、火箭等设备的设计和制造，提高安全性和可靠性
船舶行业：仿真和虚拟样机技术用于船舶设计和制造，提高效率和准确性
工程机械行业：仿真和虚拟样机技术用于挖掘机、推土机等设备的设计和制造，提高效率和准确性
仿真和虚拟样机技术人才短缺：需要加强人才培养，提高技术应用水平
仿真和虚拟样机技术的发展趋势和未来展望
6
智能化仿真技术
发展趋势：从传统的手工仿真到智能化仿真
应用领域：机械设计、航空航天、汽车制造等
未来展望：更加智能化、高效化，实现真正的虚拟制造
技术特点：自动化、智能化、高效化
云仿真技术
应用场景：复杂系统仿真、多学科优化设计、实时仿真
虚拟样机技术的优势：可以提高产品设计效率，降低成本，缩短研发周期
仿真和虚拟样机技术的应用场景
3
汽车行业
汽车设计：仿真技术用于优化汽车设计和性能
汽车制造：虚拟样机技术用于模拟生产过程，提高生产效率
汽车测试：仿真和虚拟样机技术用于模拟各种驾驶条件和环境，提高测试效率和安全性
汽车维修：虚拟样机技术用于远程诊断和维修，降低维修成本和时间
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虚拟样机的关键技术
l 系统建模技术
虚拟样机技术(1)
虚拟样机的关键技术
l 系统仿真技术
虚拟样机技术(1)
虚拟样机支撑环境
虚拟样机的支撑环境应该具备以下特征：
(1) 便捷、可靠地提供开发过程所需的各类模型、支持工具、资源和支撑 系统，以利于协同工作和有效地使用建模与仿真技术.
(2) 支持不同功能学科、政府和工业部门的数据、模型、仿真应用和其他 支撑系统（网络、工具）等之间的互操作与重用.
虚拟样机技术(1)
虚拟样机的应用
波音公司采用虚拟产品开发技术成功地研制出世界上第一架“无 纸客机” 波音777 双喷机型，接着又研制出新一代737 客机。
虚拟样机技术(1)
虚拟样机的应用
世界上最大的工程机械制造商卡特彼勒公司的工程师采用虚拟样机 技术，对装载机和挖掘机的工作装置进行了上万个工位的运动和受 力分析。
虚拟样机技术(1)
虚拟样机的体系结构
虚拟样机开发过程实质上是一种基于 模型的不断提炼与完善的过程。一个 复杂系统通常由电子、机械、软件及 控制等子系统组成，其虚拟样机体系 结构如图所示
虚拟样机技术(1)
虚拟样机的关键技术
l 虚拟样机系统总体技术 1工程设计环境、产品功能、可视化环境之间的集成技术 2多领域产品开发环境之间的集成技术 3多领域分布建模集成技术 4多领域分布协同仿真技术 5CAD/CAE/CAM/DFX的集成技术 6建模仿真工具的集成技术
虚拟样机技术(1)
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
202(3) 提供先进的支持多领域的建模/仿真环境. (4) 支持虚拟现实/可视化显示. (5) 支持并行工程方法学. (6) 最大限度地采用当前现存的流行产品和标准以尽量减少发新的工具和
支撑系统. (7) 具有开放性、可扩展性和灵活性允许不同的实现方法.
虚拟样机技术(1)
虚拟样机支撑环境
一个支持虚拟样机系统开发的支撑 环境主要包括: 虚拟样机开发环境 标准数据交换格式 分布式产品模型数据库
虚拟样机技术(1)
2020/12/5
虚拟样机技术(1)
主要内容
l 背景 l 技术概述 l 技术体系结构 l 关键技术 l 虚拟样机技术的应用
虚拟样机技术(1)
背景
1.物理样机难以解决的问题. T上市时间 Q质量 C成本 S服务 E环境
2.先进的信息技术和仿真技术的发展提供了技术基础. 虚拟样机技术(Virtual Prototype)成为各国研究的新的热点.
虚拟样机技术(1)
虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是在CAX如(CAD、CAM、CAE 等) /DFX(如DFA DFM) 等技术基础上的发展，它进一步融合信息技术、先进制造技术和先进 仿真技术将这些技术应用于复杂系统全生命周期、全系统、并对它们 进行综合管理、从系统的层面来分析复杂系统支持由上至下的复杂系 统开发模式. 利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估缩短开 发周期降低成本改进产品设计质量提高面向客户与市场需求的能力.
虚拟样机技术(1)
虚拟样机支撑环境
虚拟样机开发环境： 分为系统框架层、分系统框架层、应用系统层和多领域协同工作层.
虚拟样机技术(1)
虚拟样机的应用
美国福特汽车公司采用网络并行设计技术设计制造的新型SS1 型赛 车从开始设计到上道测试仅用了9 个月时间。同样的，通用汽车公 司将虚拟样机技术引入汽车制造中。
虚拟样机技术(1)
虚拟样机技术概述
虚拟样机技术是一门综台多学科的技术，该技术以机械系统运动 学、动力学和控制理论为核心，加上成熟的三维计算机图形技术 和基于图形的用户界面技术，将分散的零部件设计和分析技术(如 零部件的CAD和FEA有限元分析)集成在一起，提供一个全新研发 机械产品的设计方法。它通过设计中的反馈信息不断地指导设计， 保证产品寻优开发过程顺利进行。