复杂产品虚拟样机工程技术研究与应用65

2019/8/231复杂产品虚拟样机工程技术研究与应用北京仿真中心2019/8/232内容一、引言二、复杂产品虚拟样机工程三、初步应用与实践2019/8/233一、引言1、复杂产品2、“集成、协同制造”的需求3、复杂产品集成制造系统2019/8/2341.复杂产品是这样一类产品：客户需求复杂系统组成复杂产品技术复杂制造过程复杂试验维护复杂项目管理复杂工作环境复杂典型复杂产品：航天器、飞机、汽车、兵器、船舶、复杂机电产品等复杂产品2019/8/235基于复杂产品特点，现有的产品开发方法、技术手段与科研环境不能满足复杂产品研制的需求,例如：复杂产品的设计如多学科综合优化设计如复杂指标、复杂环境下复杂产品的立项论证与评估复杂产品的试验与验证如综合测试、试验复杂产品的生产与工艺复杂产品企业的经营管理如全生命周期质量;如多项目、多目标条件下复杂产品科研项目的综合管理集成与协同各类企业间的设计、加工生产、管理系统集成优化与大协作技术等。2019/8/2362.“集成、协同制造”的需求2004-5-68从传统的“相对稳定”的市场到“动态多变”的全球市场经济和社会发展的推动以信息技术为主导的高技术的发展“全球化、敏捷化、虚拟化集成化、智能化、绿色化”制造“全球化、敏捷化、虚拟化集成化、智能化、绿色化”制造竞争要素P/T/Q/C/S/E/K21世纪制造企业面临的挑战：2019/8/23721世纪制造业面临的新形势知识-技术-产品的更新周期越来越短；客户对产品性能、价格和质量的要求越来越高；产品T/Q/C/S竞争加剧；全球化的协同制造与剧烈竞争；产品知识、技术含量不断增高；实现绿色制造的呼声越来越高等。先进制造技术与应用发展迅速。2019/8/238国外制造技术发展概况各国对制造技术的重视亚洲：日本：《智能制造系统(IMS)计划》韩国：《高级先进技术国家计划（G7计划）》《网络化韩国21世纪》中国：《国家863计划CIMS主题》欧洲：《尤里卡计划(EUREKA)》《信息技术研究发展战略计划(ESPRIT)》《第四届框架研究计划》《第五届框架研究计划》《德国制造2000计划》美国：《美国国家关键技术报告》《先进制造技术计划》《敏捷制造使能技术(TEAM)研究战略计划》《敏捷制造与制造技术计划》《国家工业信息基础设施协议NIIIP》《美国－俄罗斯虚拟企业网(RA-VEN)》2019/8/239国外制造技术发展概况制造技术发展趋势（1）以信息化为核心的“集成化、数字化、虚拟化、网络化、智能化”产品信息化和数字化产品设计、生产、管理过程及其集成的信息化集成化：信息集成、设计、生产、管理的过程集成、企业间集成、人/经营管理/技术的集成数字化：数字化设计、生产与管理技术虚拟化：虚拟现实与仿真技术应用网络化：基于各类网络的协同设计、生产与管理技术智能化：人工智能及其在制造中的应用2019/8/2310国外制造技术发展概况制造技术发展趋势（2）高技术化----例如微加工成为常规性制造技术光制造技术（如光加工、光化学加工、光电加工）生物加工和为生物技术提供仪器设备纳米制造技术机械制造与化工制造融合微/宏尺度可控和复合表面工程技术2019/8/2311国外制造技术发展概况制造技术发展趋势（3）绿色制造---例如再制造无废弃物制造合理开采和利用自然资源、从源头防止污染和破坏生态环境产品生命周期全过程活动的环保废旧产品的最大化合理利用。2019/8/2312（4）极端制造技术将成为重要领域。极端制造是指在极端条件下，制造极端尺度或极高功能的器件和功能系统。集中表现在微细制造、超精密制造、巨系统制造和强场制造。以大型金属构件塑性成型制造能力为例，二战以后美、俄、法等国建造了一批4.5到7.5万吨的巨型水压机，从而迅速提高了大型飞机制造能力和洲际运载能力。国外制造技术发展概况制造技术发展趋势2019/8/2313我国一系列“从制造大国向制造强国发展的计划”国家中长期科技发展规划•制造业发展科技问题专题–制造业信息化•战略高技术与高新技术产业化专题–信息高技术及其应用国防科科技工业中长期发展规划•发展重点–军工制造业数字化关键技术–先进试验测试技术•实施重大科技工程–军工制造数字化工程–虚拟试验环境科技工程“十五”、“十一五”国家科技部863•制造业信息化工程总装“十五”、“十一五”规划•先进制造•SBA支撑环境及其示范工程•体系对抗仿真系统2019/8/23143.复杂产品集成制造系统复杂产品集成制造系统：是一种基于先进集成制造理念构成的数字化、虚拟化、网络化、智能化、绿色化、集成优化的制造系统。理念内涵：以信息（采集、传递、加工、处理、应用）技术为核心，将信息技术、建模与仿真技术、现代管理技术、设计与生产技术、系统工程技术及产品有关的专业技术综合运用于产品研制的全系统、全生命周期，通过实施企业（或集团）的产品设计/生产/管理/试验领域及其全企业集成的信息化，使企业（或集团）产品研制全系统、全生命周期活动中的人/组织、经营管理、技术（三要素）及人流、信息流、物流、价值流、知识流（五流）集成优化，进而改善企业（或集团）产品(P)及其开发时间（T）、质量（Q）、成本（C）、服务（S）、环境清洁（E）和知识含量（K），提高企业（或集团）的敏捷性、柔性及健壮性，以达到增强企业（或集团）的市场竞争能力，为企业（或集团）实现跨越式发展作出重要贡献的目标。2019/8/2315必须指出，这里提到的“制造”是“大制造”，它包括产品从“需求分析定义到报废全生命周期的全部活动”。概念设计详细设计加工生产试验评估训练使用维护需求分析定义报废2019/8/2316复杂产品集成制造系统的技术体系复杂产品集成制造系统技术体系系统总体技术产品设计技术加工生产与装备技术经营管理与决策系统技术试验技术系统支撑环境技术系统总体运营模式；系统集成方法论；系统集成技术；标准化技术；企业建模和仿真技术及系统开发与实施等技术。网络、数据库、集成平台/框架，计算机辅助软件工程，PDM/PLM，计算机支持协同工作，人/机接口及“网格”支撑环境等技术。CAX/DFX技术；SBD；多学科虚拟样机设计；逆向工程；绿色设计；网络化设计；智能设计及面向大规模定制生产模式的设计等技术。数控机床；数控加工中心；工业机器人；FMC；FMS；VM；可重组机器/装备及RPM（快速成形制造）等技术。MIS；OA；MRPⅡ、SCM，CRM，ERP,DEM，项目管理、电子商务、质量管理等技术。单件例行试验；整机组件试验；系统综合/匹配试验；靶场合练/飞行试验技术在红色部分有新的内容2019/8/2317它由项目主管企业、协作企业、供应商和客户等单个企业集成制造系统的集群组成——集群“大系统”EIMSEIMS项目主管企业协作企业供应商EIMSEIMS客户EIMSEIMSEIMSEIMSEIMSEIMSEIMSEIMSEIMSEIMS2019/8/2318复杂产品集成制造系统（单个）由四个应用分系统和一个支撑分系统组成：控制/总体CAX机械领域CAX/DFX电子领域CAX/DFX软件领域CAX生产信息管理设备故障采集与分析作业运行与监控作业计划调度整机组件试验系统综合/匹配试验靶场合练/飞行试验资源管理项目管理质量管理供应链管理虚拟样机设计分系统生产自动化分系统经营决策与管理分系统试验分系统协同制造支撑分系统单件例行试验2019/8/2319复杂产品集成制造系统中值得关注的几项技术1系统总体运营模式2复杂产品虚拟样机工程3集成制造系统的经营管理与决策技术4虚拟试验技术5制造执行系统6复杂产品集成质量管理技术7集成制造系统的集成技术8制造网格技术2019/8/2320二、复杂产品虚拟样机工程2019/8/2321服务于产品研制全生命周期的多学科虚拟技术多学科虚拟样机技术是融合产品有关的专业领域技术与建模/仿真技术、信息技术、多媒体/虚拟现实技术、人工智能技术、系统技术、管理技术等多学科技术的一门综合性技术。虚拟设计2019/8/2322虚拟样机技术的应用已贯穿于产品研制/SBA的全过程EnvironmentalModelsRepositoryMissionDomainProductDomainProductionDomainO&SDomainProductModelsRepository/DomainVirtualMissionDomainVirtualProductDomainVirtualProductionDomainVirtualO&SDomainDomainEnvironmentModelsModels,VV&ADataUpdatedModels,VV&ADataProductPrototypingProductionDomainProductTechnicalDataPackageO&SDomainProductUpdatedModels,VV&ADataUpdatedModels,VV&ADataSimulationBasedAcquisitionTraditionalAcquisitionDemonstration/ValidationO&SConceptExploration/DefinitionDisposalMissionAreaAnalysisMissionNeedStatementEMDProduction&DeploymentWHATHOWWHYHOWHOWHOWWHATWHATWHATWHYWHYWHY•IterativeConcurrentIPPDProcess•Government-IndustryPartnership•IPTOrganization0IIIVIVIIIMILESTONE11nRetirementMILESTONES2019/8/2323产品经典开发物理样机设计验证与测试控制设计师机械设计师概念设计设计返工2019/8/2324基于虚拟样机的开发控制设计师机械设计师共享同一模型多学科虚拟样机概念物理样机设计验证与测试设计设计2019/8/2325复杂产品的虚拟样机开发已涉及到产品全生命周期中相关的人员/组织、管理和技术的集成与优化，已成为一项复杂的系统工程—“复杂产品虚拟样机工程”，它对传统产品开发方法、技术、工具等方面的研究、开发与应用提出了一系列新的挑战。复杂产品虚拟样机工程系统2019/8/2326复杂产品虚拟样机工程系统（续）工程设计技术建模/仿真技术管理技术团队/组织是三个要素有机集成与优化的系统团队/组织技术管理是三类技术有机集成与优化的系统工程设计技术建模/仿真技术管理技术2019/8/2327复杂产品虚拟样机工程系统（续）需要“复杂产品虚拟样机工程系统的支撑环境”实现三个要素和三类技术有机集成与优化支持复杂产品虚拟样机工程的协同开发EnvironmentAccessibleSPM•Environment•PhysicalParam•AnalysisData•Process•Scheduling•Versions•Requirements•Geometry•Performance•CostandRisk•Manufacturing•WorkflowManufacturingProcessToolsCost/RiskToolsOperationsToolsPerformanceToolsM&SToolsDesignToolsEnvironmentToolsRequirementsToolsLogisticsTools{DPD}2019/8/2328针对复杂产品研制特点，从虚拟样机工程的角度，已有的产品开发方法、技术手段与科研环境不能满足型号研制的需求复杂产品科研项目的综合管理复杂产品的前期论证与后期评估复杂产品多学科协同设计及其综合优化复杂产品综合试验与验证科研资源共享与协同……2019/8/2329复杂产品虚拟样机